Universitätsbibliothek
Weimar Open Access

In this work, practice-based research is conducted to rethink the understanding of aesthetics, especially in relation to current media art. Granted, we live in times when technologies merge with living organisms, but we also live in times that provide unlimited resources of knowledge and maker tools. I raise the question: In what way does the hybridization of living organisms and non-living technologies affect art audiences in the culture that may be defined as Maker culture? My hypothesis is that active participation of an audience in an artwork is inevitable for experiencing the artwork itself, while also suggesting that the impact of the umwelt changes the perception of an artwork. I emphasize artistic projects that unfold through mutual interaction among diverse peers, including humans, non-human organisms, and machines. In my thesis, I pursue collaborative scenarios that lead to the realization of artistic ideas: (1) the development of ideas by others influenced by me and (2) the materialization of my own ideas influenced by others. By developing the scenarios of collaborative work as an artistic experience, I conclude that the role of an artist in Maker culture is to mediate different types of knowledge and different positions, whereas the role of the audience is to actively engage in the artwork itself. At the same time, aesthetics as experience is triggered by the other, including living and non-living actors. It is intended that the developed methodologies could be further adapted in artistic practices, philosophy, anthropology, and environmental studies.

Due to the development of new technologies and materials, optimized bridge design has recently gained more attention. The aim is to reduce the bridge components materials and the CO2 emission from the cement manufacturing process. Thus, most long-span bridges are designed to be with high flexibility, low structural damping, and longer and slender spans. Such designs lead, however, to aeroelastic challenges. Moreover, the consideration of both the structural and aeroelastic behavior in bridges leads to contradictory solutions as the structural constraints lead to deck prototypes with high depth which provide high inertia to material volume ratios. On the other hand, considering solely the aerodynamic requirements, slender airfoil-shaped bridge box girders are recommended since they prevent vortex shedding and exhibit minimum drag. Within this framework comes this study which provides approaches to find optimal bridge deck cross-sections while considering the aerodynamic effects. Shape optimization of deck cross-section is usually formulated to minimize the amount of material by finding adequate parameters such as the depth, the height, and the thickness and while ensuring the overall stability of the structure by the application of some constraints. Codes and studies have been implemented to analyze the wind phenomena and the structural responses towards bridge deck cross-sections where simplifications have been adopted due to the complexity and the uniqueness of such components besides the difficulty of obtaining a final model of the aerodynamic behavior. In this thesis, two main perspectives have been studied; the first is fully deterministic and presents a novel framework on generating optimal aerodynamic shapes for streamlined and trapezoidal cross-sections based on the meta-modeling approach. Single and multi-objective optimizations were both carried out and a Pareto Front is generated. The performance of the optimal designs is checked afterwards. In the second part, a new strategy based on Reliability-Based Design Optimization (RBDO) to mitigate the vortex-induced vibration (VIV) on the Trans-Tokyo Bay bridge is proposed. Small changes in the leading and trailing edges are presented and uncertainties are considered in the structural system. Probabilistic constraints based on polynomial regression are evaluated and the problem is solved while applying the Reliability Index Approach (RIA) and the Performance Measure Approach (PMA). The results obtained in the first part showed that the aspect ratio has a significant effect on the aerodynamic behavior where deeper cross-sections have lower resistance against flutter and should be avoided. In the second part, the adopted RBDO approach succeeded to mitigate the VIV, and it is proven that designs with narrow or prolonged bottom-base length and featuring an abrupt surface change in the leading and trailing edges can lead to high vertical vibration amplitude. It is expected that this research will help engineers with the selections of the adequate deck cross-section layout, and encourage researchers to apply concepts of optimization regarding this field and develop the presented approaches for further studies.

The most fundamental understating of hybridization methodology takes the form of stable but dynamic notions, accumulated over time in the memory of individuals. Schematized and abstracted, the hybrids representation needs to be reproduced and reused in order to reconstruct and bring back other memories. Reinvented, or reused hybrids can support getting access to social, traditional, religious understanding of nations. In this manner, they take the form of the messenger / the mediator an innate, equivalent to the use of mental places in the art of memory. We remember mythology in order to remember other things. From individual memory perspective, or group collective memory, the act of recollection is assumed to be an individual act, biologically based in the brain, but by definition conditioned by social collectives. Following Halbwachs, this thesis does not recognize a dichotomy between individual and collective memory as two different types of remembering. Conversely, the collective is thought of as inherent to individual thought, questioning perspectives that regard individual recollection as isolated from social settings. The individual places himself in relation to the group and makes use of the collective frameworks of thought when he localizes and reconstructs the past, whether in private or in social settings. The frameworks of social relations, of time, and of space are constructs originating in social interaction and distributed in the memory of the group members. The individual has his own perspective on the collective frameworks of the group, and the group’s collective frameworks can be regarded as a common denominator of the individual outlooks on the framework. In acts of remembering, the individual may actualize the depicted symbols in memory, but he could also employ precepts from the environment. The latter have been referred to as material or external frameworks of memory, suggesting their similar role as catalysts for processes of remembrance such as that of the hybrids in my paintings. It is only with reference to the hybrids, who work as messengers / mediators with a dual nature, that communicate between the past and the present, the internal and external space, that individual memory and group memory is in focus. The exhibition at the Egyptian museum in Leipzig is my practical method to create a communicative memory, using hybrids as mediators in cultural transimission, as when the act refers to informal and everyday situations in which group members informally search for the past, it takes place in the communicative 162 memory. As explained in chapter one, the exhibition at the Egyptian museum in Leipzig is an act of remembering in search for the past with support of my paintings, which then can considered as part of the cultural memory. In addition to the theoretical framework summarized above, I have applied my hypothesis practically in the form of the public exhibition, and shared the methodology with public audience from Cairo / Egypt and Leipzig / German in the form of visual art workshops and open discussions. I have also suggested an analyzed description of the meaning of hybrids in my artwork as mediators and messengers for the purpose of cultural transmission, as well as in relation to other artists’ work and use of a similar concept. By using my hybrid creatures in my visual artwork, I am creating a bridge, mediators to represent both the past and the present, what we remember of the past, and how we understand the past. It is as explained in chapter two; that the hybridization methodology in terms of double membership represented in different cultures –Cairo / Egypt and Leipzig / Germany- can provide a framework which allows artistic discussions and could be individually interpreted, so individual cultures / individual memory can become transparent without losing their identities and turn into communicative memory. This transmission through the hybridization theoretical approech was explicitly clarified with the support of Krämer’s hypothesis. The practical attempt was examined by creating a relationship between the witness –me as an artist– and the audience –the exhibition visitors–, to cross space and time, not to bridge differences, rather to represent the contrasts transparently. The Kin-making proposition is adopted by many academics and scholars in modern society and theoretical research; the topic was represented in the roots of the ancient Egyptian mindset and supported theoretically by similar understandings such as Haraway’s definition of kin-making. The practical implementation of kin- making can be observed in many of my artwork and was analyzed visually and artistically in chapter three. My practical project outcome tested success by using hybrids in my paintings as mediators, it opened a communicative artistic discussion. This methodology gave a possible path of communication through paintings / visual analyses, and offered relativity through image self-interpretation.

Das Wissen um den realen Zustand eines Bauprojektes stellt eine entscheidende Kernkompetenz eines steuernden bauausführenden Unternehmens dar. Der bewusste Umgang mit Informationen und deren effiziente Nutzung sind entscheidende Erfolgsfaktoren für die zeit-, kosten- und qualitätsgerechte Realisierung von Bauprojekten. Obwohl die erforderlichen Erfolgsfaktoren bekannt sind, sind Kosten- und Terminüberschreitungen von Bauprojekten keine Seltenheit – eher das Gegenteil ist der Fall. Zukunftsweisende Digitalisierungsprojekte aber geben Anlass zu Hoffnung. Ein Beispiel ist der bereits im Dezember 2015 vom Bundesministerium für Verkehr und digitale Infrastruktur ins Leben gerufene Stufenplan Digitales Planen und Bauen. Dieser hat die Aufgabe flächendeckend die Methodik des Building Information Modeling (BIM) im Infrastrukturbereich einzuführen und somit die Digitalisierung in Deutschland zukunftsweisend voranzutreiben, indem erfolgreiche Bauprojekte mit durchgängigen Informationsflüssen arbeiten. Seither existiert eine Vielzahl an Digitalisierungsprojekten, alle mit gleichen Zielen. Nachweislich lassen sich hinsichtlich dessen allerdings auch vermehrt Defizite aufzeigen. So ist der Fortschritt sehr heterogen verteilt und lässt sich für die Branche nicht allgemeingültig festlegen. Mit einer internationalen Literaturrecherche sowie einer empirischen Studie als Untersuchungsmethode wurde in Form von Interviews mit Fachkundigen der tatsächliche Zustand der Digitalisierungs- und der BIM-Anwendungen im Straßenbau für den Controllingprozess der Bauleistungsfeststellung untersucht. Die erhobenen Daten wurden aufbereitet und anschließend softwaregestützt einer inhaltlichen Analyse unterzogen. In Kombination mit den Ergebnissen der Literaturrecherche wurden notwendige Anforderungen für den Controllingprozess der Bauleistungsfeststellung erhoben. Auf dieser Grundlage wurde ein Modell im Sinne der Systemtheorie zur Optimierung der Bauleistungsfeststellung entwickelt. Gegenstand der vorliegenden Arbeit ist die Integration der modellbasierten Arbeitsweise in die Prozesse der Bauleistungsfeststellung eines Bauunternehmens. Grundlage ist die objektive Auswertung des Fertigstellungsgrades (Baufortschrittes) mittels Luftbildaufnahmen. Deren Auswertung auf Basis eines Algorithmus und die systematische Identifikation des Baufortschrittes integriert in den Prozess der Bauleistungsfeststellung werden zu einem neu entwickelten Gesamtsystem mit dem Ergebnis eines optimierten Modells. Das entwickelte Modell wurde hinsichtlich Anwendbarkeit und praktischer Relevanz an ausgewählten Beispielszenarien untersucht und nachgewiesen.

Aktuell findet aufgrund gesellschaftspolitischer Forderungen in vielen Industriezweigen ein Umdenken in Richtung Effizienz und Ökologie aber auch Digitalisierung und Industrie 4.0 statt. In dieser Hinsicht steht die Bauindustrie, im Vergleich zu Industrien wie IT, Automobil- oder Maschinenbau, noch am Anfang. Dabei sind die Potentiale zur Einsparung und Optimierung gerade in der Bauindustrie aufgrund der großen Mengen an zu verarbeiteten Materialien besonders hoch. Die internationale Ressourcen- und Klimadebatte führt verstärkt dazu, dass auch in der Zement- und Betonherstellung neue Konzepte erstellt und geprüft werden. Einerseits erfolgt intensive Forschung und Entwicklung im Bereich alternativer, klimafreundlicher Zemente. Andererseits werden auch auf Seiten der Betonherstellung innovative materialsparende Konzepte geprüft, wie die aktuelle Entwicklung von 3D-Druck mit Beton zeigt. Aufgrund der hohen Anforderungen an Konstruktion, Qualität und Langlebigkeit von Bauwerken, besitzen Betonfertigteile oftmals Vorteile gegenüber Ortbeton. Die hohe Oberflächenqualität und Dauerhaftigkeit aber auch die Gleichmäßigkeit und witterungsunabhängige Herstellung sind Merkmale, die im Zusammenhang mit Betonfertigteilen immer wieder erwähnt werden. Dabei ist es essenziell, dass auch der Betonherstellungsprozess im Fertigteilwerk kritisch hinterfragt wird, damit eine effizientere und nachhaltigere Produktion von Betonfertigteilen möglich wird. Bei der Herstellung von Betonteilen im Fertigteilwerk liegt ein besonderer Fokus auf der Optimierung der Frühfestigkeitsentwicklung. Hohe Frühfestigkeiten sind Voraussetzung für einen hochfrequenten Schalungszyklus, was Arbeiten im 2- bzw. 3-Schichtbetrieb ermöglicht. Oft werden zur Sicherstellung hoher Frühfestigkeiten hochreaktive Zemente in Kombination mit hohen Zementgehalten im Beton und/oder einer Wärmebehandlung eingesetzt. Unter dieser Prämisse ist eine ökologisch nachhaltige Betonproduktion mit verminderter CO2 Bilanz nicht möglich. In der vorliegenden Arbeit wird ein neues Verfahren zur Beschleunigung von Beton eingeführt. Hierbei werden die Bestandteile Zement und Wasser (Zementsuspension) mit Ultraschall vorbehandelt. Ausgangspunkt der Arbeit sind vorangegangene Untersuchungen zum Einfluss von Ultraschall auf die Hydration von Zement bzw. dessen Hauptbestandteil Tricalciumsilikat (C3S), die im Rahmen dieser Arbeit weiter vertieft werden. Darüber hinaus wird die Produktion von Beton mit Ultraschall im Technikumsmaßstab betrachtet. Die so erlangten Erfahrungen dienten dazu, das Ultraschall-Betonmischsystem weiterzuentwickeln und erstmalig zur industriellen Betonproduktion zu nutzen. In der vorliegenden Arbeit werden die Auswirkungen von Ultraschall auf die Hydratation von C3S zunächst weitergehend und grundlegend untersucht. Dies erfolgte mittels Messung der elektrischen Leitfähigkeit, Analyse der Ionenkonzentration (ICP-OES), Thermoanalyse, Messung der BET-Oberfläche sowie einer optischen Auswertung mittels Rasterelektronenmikroskopie (REM). Der Fokus liegt auf den ersten Stunden der Hydratation, also der Zeit, die durch die Ultraschallbehandlung am stärksten beeinflusst wird. In den Untersuchungen zeigt sich, dass die Beschleunigungswirkung von Ultraschall in verdünnten C3S Suspensionen (w/f-Wert = 50) stark von der Portlanditkonzentration der Lösung abhängt. Je niedriger die Portlanditkonzentration, desto größer ist die Beschleunigung. Ergänzende Untersuchungen der Ionenkonzentration der Lösung sowie Untersuchungen am hydratisierten C3S zeigen, dass unmittelbar nach der Beschallung (nach ca. 15 Minuten Hydratation) erste Hydratphasen vorliegen. Die durch Ultraschall initiiere Beschleunigung ist in den ersten 24 Stunden am stärksten und klingt dann sukzessive ab. Die Untersuchungen schließen mit Experimenten an C3S-Pasten (w/f-Wert = 0,50), die die Beobachtungen an den verdünnten Suspensionen bestätigen und infolge der Beschallung ein früheres Auftreten und einen größeren Anteil an C-S-H Phasen zeigen. Es wird gefolgert, dass die unmittelbar infolge von Ultraschall erzeugten C-S-H Phasen als Kristallisationskeim während der folgenden Reaktion dienen und daher Ultraschall als in-situ Keimbildungstechnik angesehen werden kann. Optisch zeigt sich, dass die C-S-H Phasen der beschallten Pasten nicht nur viel früher auftreten, sondern kleiner sind und fein verteilt über die Oberfläche des C3S vorliegen. Auch dieser Effekt wird als vorteilhaft für den sich anschließenden regulären Strukturaufbau angesehen. Im nächsten Schritt wird daher der Untersuchungsfokus vom Modellsystem mit C3S auf Portlandzement erweitert. Hierbei wird der Frage nachgegangen, wie sich eine Änderung der Zusammensetzung der Zementsuspension (w/z-Wert, Fließmittelmenge) beziehungsweise eine Änderung des Ultraschallenergieeintrag auf die Fließeigenschaften und das Erhärtungsverhalten auswirken. Um den Einfluss verschiedener Faktoren gleichzeitig zu betrachten, werden mit Hilfe von statistischen Versuchsplänen Modelle erstellt, die das Verhalten der einzelnen Faktoren beschreiben. Zur Beschreibung der Fließeigenschaften wurde das Setzfließ- und Ausbreitmaß von Zementsuspensionen herangezogen. Die Beschleunigung der Erhärtung wurde mit Hilfe der Ermittlung des Zeitpunkts des normalen Erstarrens der Zementsuspension bestimmt. Die Ergebnisse dieser Untersuchungen zeigen deutlich, dass die Fließeigenschaften und der Erstarrungsbeginn nicht linear mit steigendem Ultraschall-Energieeintrag verändert werden. Es zeigt sich, dass es besonders bei den Verarbeitungseigenschaften der Portlandzementsuspensionen zur Ausbildung eines spezifischen Energieeintrages kommt, bis zu welchem das Setzfließ- und das Ausbreitmaß erhöht werden. Bei Überschreiten dieses Punktes, der als kritischer Energieeintrag definiert wurde, nimmt das Setzfließ- und Ausbreitmaß wieder ab. Das Auftreten dieses Punktes ist im besonderen Maße abhängig vom w/z-Wert. Mit sinkendem w/z-Wert wird der Energieeintrag, der eine Verbesserung der Fließeigenschaften hervorruft, reduziert. Bei sehr niedrigen w/z-Werten (< 0,35), kann keine Verbesserung mehr beobachtet werden. Wird Fließmittel vor der Beschallung zur Zementsuspension zugegeben, können die Eigenschaften der Zementsuspension maßgeblich beeinflusst werden. In beschallten Suspensionen mit Fließmittel, konnte in Abhängigkeit des Energieeintrages die fließmittelbedingte Verzögerung des Erstarrungsbeginns deutlich reduziert werden. Weiterhin zeigt sich, dass der Energieeintrag, der notwendig ist um den Erstarrungsbeginn um einen festen Betrag zu reduzieren, bei Suspensionen mit Fließmittel deutlich reduziert ist. Auf Grundlage der Beobachtungen an Zementsuspensionen wird der Einfluss von Ultraschall in einen dispergierenden und einen beschleunigenden Effekt unterteilt. Bei hohen w/z-Werten dominiert der dispergierende Einfluss von Ultraschall und der Erstarrungsbeginn wird moderat verkürzt. Bei niedrigeren w/z-Werten der Zementsuspension, dominiert der beschleunigende Effekt wobei kein oder sogar ein negativer Einfluss auf die Verarbeitungseigenschaften beobachtet werden kann. Im nächsten Schritt werden die Untersuchungen auf den Betonmaßstab mit Hilfe einer Technikumsanlage erweitert und der Einfluss eines zweistufigen Mischens (also dem Herstellen einer Zementsuspension im ersten Schritt und dem darauffolgenden Vermischen mit der Gesteinskörnung im zweiten Schritt) mit Ultraschall auf die Frisch- und Festbetoneigenschaften betrachtet. Durch die Anlagentechnik, die mit der Beschallung größerer Mengen Zementsuspension einhergeht, kommen weitere Einflussfaktoren auf die Zementsuspension hinzu (z. B. Pumpgeschwindigkeit, Temperatur, Druck). Im Rahmen der Untersuchungen wurde eine Betonrezeptur mit und ohne Ultraschall hergestellt und die Frisch- und Festbetoneigenschaften verglichen. Darüber hinaus wurde ein umfangreiches Untersuchungsprogramm zur Ermittlung wesentlicher Dauerhaftigkeitsparameter durchgeführt. Aufbauend auf den Erfahrungen mit der Technikumsanlage wurde das Ultraschall-Vormischsystem in mehreren Stufen weiterentwickelt und abschließend in einem Betonwerk zur Betonproduktion verwendet. Die Untersuchungen am Beton zeigen eine deutliche Steigerung der Frühdruckfestigkeiten des Portlandzementbetons. Hierbei kann die zum Entschalen von Betonbauteilen notwendige Druckfestigkeit von 15 MPa deutlich früher erreicht werden. Das Ausbreitmaß der Betone (w/z-Wert = 0,47) wird infolge der Beschallung leicht reduziert, was sich mit den Ergebnissen aus den Untersuchungen an reinen Zementsuspensionen deckt. Bei Applikation eines Überdruckes in der Beschallkammer oder einer Kühlung der Suspension während der Beschallung, kann das Ausbreitmaß leicht gesteigert werden. Allerdings werden die hohen Frühdruckfestigkeiten der ungekühlten beziehungsweise drucklosen Variante nicht mehr erreicht. In den Untersuchungen kann gezeigt werden, dass das Potential durch die Ultraschall-Beschleunigung genutzt werden kann, um entweder die Festigkeitsklasse des Zementes leitungsneutral zu reduzieren (von CEM I 52,5 R auf CEM I 42,5 R) oder eine 4-stündige Wärmebehandlung vollständig zu substituieren. Die Dauerhaftigkeit der Betone wird dabei nicht negativ beeinflusst. In den Untersuchungen zum Sulfat-, Karbonatisierung-, Chlorideindring- oder Frost/Tauwiderstand kann weder ein positiver noch ein negativer Einfluss durch die Beschallung abgeleitet werden. Ebenso kann in einer Untersuchung zur Alkali-Kieselsäure-Reaktion kein negativer Einfluss durch die Ultraschallbehandlung beobachtet werden. In den darauf aufbauenden Untersuchungen wird die Anlagentechnik weiterentwickelt, um die Ultraschallbehandlung stärker an eine reale Betonproduktion anzupassen. In der ersten Iterationsstufe wird das in den Betonuntersuchungen verwendete Anlagenkonzept 1 modifiziert (von der In-line-Beschallung zur Batch-Beschallung) und als Analgenkonzept 2 für weitere Untersuchungen genutzt. Hierbei wird eine neue Betonrezeptur mit höherem w/z-Wert (0,52) verwendet, wobei die Druckfestigkeiten ebenfalls deutlich gesteigert werden können. Im Gegensatz zum ersten Beton, wird das Ausbreitmaß dieser Betonzusammensetzung gesteigert, was zur Reduktion von Fließmittel genutzt wird. Dies deckt sich ebenfalls mit den Beobachtungen an reinen Portlandzementsuspensionen, wo eine deutliche Verbesserung der Fließfähigkeit bei höheren w/z-Werten beschrieben wird. Für diese Betonrezeptur wird ein Vergleich mit einem kommerziell erhältlichen Erhärtungsbeschleuniger (synthetische C-S-H-Keime) angestellt. Hierbei zeigt sich, dass die Beschleunigungswirkung beider Technologien vergleichbar ist. Eine Kombination beider Technologien führt zu einer weiteren deutlichen Steigerung der Frühfestigkeiten, so dass hier von einem synergistischen Effekt ausgegangen werden kann. In der letzten Iterationsstufe, dem Anlagenkonzept 3, wird beschrieben, wie das Mischsystem im Rahmen einer universitären Ausgründung signifikant weiterentwickelt wird und erstmals in einem Betonwerk zur Betonproduktion verwendet wird. Bei den Überlegungen zur Weiterentwicklung des Ultraschall-Mischsystems wird der Fokus auf die Praktikabilität gelegt und gezeigt, dass das ultraschallgestütze Mischsystem die Druckfestigkeitsentwicklung auch im Werksmaßstab deutlich beschleunigen kann. Damit ist die Voraussetzung für eine ökologisch nachhaltige Optimierung eines Fertigteilbetons unter realen Produktionsbedingungen geschaffen worden.

The reduction of the cement clinker content is an important prerequisite for the improvement of the CO2-footprint of concrete. Nevertheless, the durability of such concretes must be sufficient to guarantee a satisfactory service life of structures. Salt frost scaling resistance is a critical factor in this regard, as it is often diminished at increased clinker substitution rates. Furthermore, only insufficient long-term experience for such concretes exists. A high salt frost scaling resistance thus cannot be achieved by applying only descriptive criteria, such as the concrete composition. It is therefore to be expected, that in the long term a performance based service life prediction will replace the descriptive concept. To achieve the important goal of clinker reduction for concretes also in cold and temperate climates it is important to understand the underlying mechanisms for salt frost scaling. However, conflicting damage theories dominate the current State of the Art. It was consequently derived as the goal of this thesis to evaluate existing damage theories and to examine them experimentally. It was found that only two theories have the potential to describe the salt frost attack satisfactorily – the glue spall theory and the cryogenic suction theory. The glue spall theory attributes the surface scaling to the interaction of an external ice layer with the concrete surface. Only when moderate amounts of deicing salt are present in the test solution the resulting mechanical properties of the ice can cause scaling. However, the results in this thesis indicate that severe scaling also occurs at deicing salt levels, at which the ice is much too soft to damage concrete. Thus, the inability of the glue spall theory to account for all aspects of salt frost scaling was shown. The cryogenic suction theory is based on the eutectic behavior of salt solutions, which consist of two phases – water ice and liquid brine – between the freezing point and the eutectic temperature. The liquid brine acts as an additional moisture reservoir, which facilitates the growth of ice lenses in the surface layer of the concrete. The experiments in this thesis confirmed, that the ice formation in hardened cement paste increases due to the suction of brine at sub-zero temperatures. The extent of additional ice formation was influenced mainly by the porosity and by the chloride binding capacity of the hardened cement paste. Consequently, the cryogenic suction theory plausibly describes the actual generation of scaling, but it has to be expanded by some crucial aspects to represent the salt frost scaling attack completely. The most important aspect is the intensive saturation process, which is ascribed to the so-called micro ice lens pump. Therefore a combined damage theory was proposed, which considers multiple saturation processes. Important aspects of this combined theory were confirmed experimentally. As a result, the combined damage theory constitutes a good basis to understand the salt frost scaling attack on concrete on a fundamental level. Furthermore, a new approach was identified, to account for the reduced salt frost scaling resistance of concretes with reduced clinker content.

The growing complexity of modern engineering problems necessitates development of advanced numerical methods. In particular, methods working directly with discrete structures, and thus, representing exactly some important properties of the solution on a lattice and not just approximating the continuous properties, become more and more popular nowadays. Among others, discrete potential theory and discrete function theory provide a variety of methods, which are discrete counterparts of the classical continuous methods for solving boundary value problems. A lot of results related to the discrete potential and function theories have been presented in recent years. However, these results are related to the discrete theories constructed on square lattices, and, thus, limiting their practical applicability and potentially leading to higher computational costs while discretising realistic domains. This thesis presents an extension of the discrete potential theory and discrete function theory to rectangular lattices. As usual in the discrete theories, construction of discrete operators is strongly influenced by a definition of discrete geometric setting. For providing consistent constructions throughout the whole thesis, a detailed discussion on the discrete geometric setting is presented in the beginning. After that, the discrete fundamental solution of the discrete Laplace operator on a rectangular lattice, which is the core of the discrete potential theory, its numerical analysis, and practical calculations are presented. By using the discrete fundamental solution of the discrete Laplace operator on a rectangular lattice, the discrete potential theory is then constructed for interior and exterior settings. Several discrete interior and exterior boundary value problems are then solved. Moreover, discrete transmission problems are introduced and several numerical examples of these problems are discussed. Finally, a discrete fundamental solution of the discrete Cauchy-Riemann operator on a rectangular lattice is constructed, and basics of the discrete function theory on a rectangular lattice are provided. This work indicates that the discrete theories provide solution methods with very good numerical properties to tackle various boundary value problems, as well as transmission problems coupling interior and exterior problems. The results presented in this thesis provide a basis for further development of discrete theories on irregular lattices.

The computational costs of newly developed numerical simulation play a critical role in their acceptance within both academic use and industrial employment. Normally, the refinement of a method in the area of interest reduces the computational cost. This is unfortunately not true for most nonlocal simulation, since refinement typically increases the size of the material point neighborhood. Reducing the discretization size while keep- ing the neighborhood size will often require extra consideration. Peridy- namic (PD) is a newly developed numerical method with nonlocal nature. Its straightforward integral form equation of motion allows simulating dy- namic problems without any extra consideration required. The formation of crack and its propagation is known as natural to peridynamic. This means that discontinuity is a result of the simulation and does not demand any post-processing. As with other nonlocal methods, PD is considered an expensive method. The refinement of the nodal spacing while keeping the neighborhood size (i.e., horizon radius) constant, emerges to several nonphysical phenomena. This research aims to reduce the peridynamic computational and imple- mentation costs. A novel refinement approach is introduced. The pro- posed approach takes advantage of the PD flexibility in choosing the shape of the horizon by introducing multiple domains (with no intersections) to the nodes of the refinement zone. It will be shown that no ghost forces will be created when changing the horizon sizes in both subdomains. The approach is applied to both bond-based and state-based peridynamic and verified for a simple wave propagation refinement problem illustrating the efficiency of the method. Further development of the method for higher dimensions proves to have a direct relationship with the mesh sensitivity of the PD. A method for solving the mesh sensitivity of the PD is intro- duced. The application of the method will be examined by solving a crack propagation problem similar to those reported in the literature. New software architecture is proposed considering both academic and in- dustrial use. The available simulation tools for employing PD will be collected, and their advantages and drawbacks will be addressed. The challenges of implementing any node base nonlocal methods while max- imizing the software flexibility to further development and modification will be discussed and addressed. A software named Relation-Based Sim- ulator (RBS) is developed for examining the proposed architecture. The exceptional capabilities of RBS will be explored by simulating three dis- tinguished models. RBS is available publicly and open to further develop- ment. The industrial acceptance of the RBS will be tested by targeting its performance on one Mac and two Linux distributions.

Finite Element Simulations of dynamically excited structures are mainly influenced by the mass, stiffness, and damping properties of the system, as well as external loads. The prediction quality of dynamic simulations of vibration-sensitive components depends significantly on the use of appropriate damping models. Damping phenomena have a decisive influence on the vibration amplitude and the frequencies of the vibrating structure. However, developing realistic damping models is challenging due to the multiple sources that cause energy dissipation, such as material damping, different types of friction, or various interactions with the environment. This thesis focuses on thermoelastic damping, which is the main cause of material damping in homogeneous materials. The effect is caused by temperature changes due to mechanical strains. In vibrating structures, temperature gradients arise in adjacent tension and compression areas. Depending on the vibration frequency, they result in heat flows, leading to increased entropy and the irreversible transformation of mechanical energy into thermal energy. The central objective of this thesis is the development of efficient simulation methods to incorporate thermoelastic damping in finite element analyses based on modal superposition. The thermoelastic loss factor is derived from the structure's mechanical mode shapes and eigenfrequencies. In subsequent analyses that are performed in the time and frequency domain, it is applied as modal damping. Two approaches are developed to determine the thermoelastic loss in thin-walled plate structures, as well as three-dimensional solid structures. The realistic representation of the dissipation effects is verified by comparing the simulation results with experimentally determined data. Therefore, an experimental setup is developed to measure material damping, excluding other sources of energy dissipation. The three-dimensional solid approach is based on the determination of the generated entropy and therefore the generated heat per vibration cycle, which is a measure for thermoelastic loss in relation to the total strain energy. For thin plate structures, the amount of bending energy in a modal deformation is calculated and summarized in the so-called Modal Bending Factor (MBF). The highest amount of thermoelastic loss occurs in the state of pure bending. Therefore, the MBF enables a quantitative classification of the mode shapes concerning the thermoelastic damping potential. The results of the developed simulations are in good agreement with the experimental results and are appropriate to predict thermoelastic loss factors. Both approaches are based on modal superposition with the advantage of a high computational efficiency. Overall, the modeling of thermoelastic damping represents an important component in a comprehensive damping model, which is necessary to perform realistic simulations of vibration processes.

The Gated Community (GC) phenomenon in Latin American cities has become an inherent element of their urban development, despite academical debate, their approach thrives within the housing market; not surprisingly, as some of the premises on which GCs are based, namely safety, control and supervision intersperse seamlessly with the insecure conditions of the contexts from which they arise. The current security crisis in Mexico, triggered in 2006 by the so-called war on drugs, has reached its peak with the highest insecurity rates in decades, representing a unique chance to study these interactions. Although the leading term of this research, Urban Agoraphobia, implies a causal dichotomy between the rise in the sense of fear amongst citizens and housing confinement as lineal consequence, I acknowledge that GCs represent a complex phenomenon, a hub of diverse factors and multidimensional processes held on four fundamental levels: global, social, individual and state-related. The focus of this dissertation is set on the individual plane and contributes, from the analysis of the GC’s resident’s perspective, experiences and perceptions, to a debate that has usually been limited to the scrutiny of other drivers, disregarding the role of dweller’s underlying fears, motivations and concerns. Assuming that the current ruling security model in Mexico tends to empower its commodification rather than its collective quality, this research draws upon the use of a methodological triangulation, along conceptual and contextual analyses, to test the hypothesis that insecurity plays an increasingly major role, leading citizens into the belief that acquiring a household in a controlled and surveilled community represents a counterweight against the feared environment of the open city. The focus of the analysis lies on the internal hatch of community ties as potential palliative for the provision of a sense of security, aiming to transcend the unidimensional discourse of GCs as defined mainly by their defensive apparatus. Residents’ perspectives acquired through ethnographical analyses may provide the chance to gain an essential view into a phenomenon that further consolidates without a critical study of its actual implications, not only for Mexican cities, but also for the Latin American and global contexts.

The current thesis presents research about new methods of citizen participation based on digital technologies. The focus on the research lies on decentralized methods of participation where citizens take the role of co-creators. The research project first conducted a review of the literature on citizen participation, its origins and the different paradigms that have emerged over the years. The literature review also looked at the influence of technologies on participation processes and the theoretical frameworks that have emerged to understand the introduction of technologies in the context of urban development. The literature review generated the conceptual basis for the further development of the thesis. The research begins with a survey of technology enabled participation applications that examined the roles and structures emerging due to the introduction of technology. The results showed that cities use technology mostly to control and monitor urban infrastructure and are rather reluctant to give citizens the role of co-creators. Based on these findings, three case studies were developed. Digital tools for citizen participation were conceived and introduced for each case study. The adoption and reaction of the citizens were observed using three data collection methods. The results of the case studies showed consistently that previous participation and engagement with informal citizen participation are a determinining factor in the potential adoption of digital tools for decentralized engagement. Based on these results, the case studies proposed methods and frameworks that can be used for the conception and introduction of technologies for decentralized citizen participation.

Reine Calciumsulfatbindemittel weisen eine hohe Löslichkeit auf. Feuchteinwirkung führt zudem zu starken Festigkeitsverlusten. Aus diesem Grund werden diese Bindemittel ausschließlich für Baustoffe und -produkte im Innenbereich ohne permanenten Feuchtebeanspruchung eingesetzt. Eine Möglichkeit, die Feuchtebeständigkeit zu erhöhen, ist die Beimischung puzzolanischer und zementärer Komponenten. Diese Mischsysteme werden Gips-Zement-Puzzolan-Bindemittel (kurz: GZPB) genannt. Mischungen aus Calciumsulfaten und Portlandzementen allein sind aufgrund der treibenden Ettringitbildung nicht raumbeständig. Durch die Zugabe von puzzolanischen Stoffen können aber Bedingungen im hydratisierenden System geschaffen werden, welche eine rissfreie Erhärtung ermöglichen. Hierfür ist eine exakte Rezeptierung der GZPB notwendig, um die GZPB-typischen, ettringitbedingten Dehnungen zeitlich zu begrenzen. Insbesondere bei alumosilikatischen Puzzolanen treten während der Hydratation gegenüber rein silikatischen Puzzolanen deutlich höhere Expansionen auf, wodurch die Gefahr einer potenziellen Rissbildung steigt. Für die Erstellung geeigneter GZPB-Zusammensetzungen bedarf es daher einer Methodik, um raumbeständig erhärtende Systeme sicher von destruktiven Mischungen unterscheiden zu können. Sowohl für die Rezeptierung als auch für die Anwendung der GZPB existieren in Deutschland keinerlei Normen. Darüber hinaus sind die Hydratationsvorgänge sowie die entstehenden Produkte nicht konsistent beschrieben. Auch auf die Besonderheiten der GZPB mit alumosilikatischen Puzzolanen wird in der Literatur nur unzureichend eingegangen. Ziel war es daher, ein grundlegendes Verständnis der Hydratation sowie eine sichere Methodik zur Rezeptierung raumbeständig und rissfrei erhärtender GZPB, insbesondere in Hinblick auf die Verwendung alumosilikatischer Puzzolane, zu erarbeiten. Darüber hinaus sollte systematisch der Einfluss der Einzelkomponenten auf Hydratation und Eigenschaften dieser Bindemittelsysteme untersucht werden. Dies soll ermöglichen, die GZPB für ein breites Anwendungsspektrum als Bindemittel zu etablieren, und somit vorteilhafte Eigenschaften der Calciumsulfate (geringe Schwindneigung, geringe CO2-Emission etc.) mit der Leistungs-fähigkeit von Zementen (Wasserbeständigkeit, Festigkeit, Dauerhaftigkeit etc.) zu verbinden. Als Ausgangsstoffe der Untersuchungen zu den GZPB wurden Stuckgips und Alpha-Halbhydrat als Calciumsulfatbindemittel in unterschiedlichen Anteilen im GZPB verwendet. Die Puzzolan-Zement-Verhältnisse wurden ebenfalls variiert. Als Puzzolan kam für den Großteil der Untersuchungen ein alumosilikatisches Metakaolin zum Einsatz. Als kalkspendende Komponente diente ein reiner Portlandzement. Das Untersuchungsprogramm gliederte sich in 4 Teile. Zuerst wurde anhand von CaO- und pH-Wert-Messungen in Suspensionen sowie dem Längenänderungsverhalten von Bindemittelleimen verschiedener Zusammensetzungen eine Vorauswahl geeigneter GZPB-Rezepturen ermittelt. Danach erfolgten, ebenfalls an Bindemittelleimen, Untersuchungen zu den Eigenschaften der als geeignet eingeschätzten GZPB-Mischungen. Hierzu zählten Langzeitbetrachtungen zur rissfreien Erhärtung bei unterschiedlichen Umgebungsbedingungen sowie die Festigkeitsentwicklung im trockenen und feuchten Zustand. Im nächsten Schritt wurde anhand zweier exemplarischer GZPB-Zusammensetzungen (mit silikatischen und alumosilikatischen Puzzolan) die prinzipiell mögliche Phasenzusammensetzung unter Variation des Puzzolan-Zement-Verhältnisses (P/Z-Verhältnis) und des Calciumsulfatanteils im thermodynamischen Gleichgewichtszustand berechnet. Hier wurde im Besonderen auf Unterschiede der silikatischen und alumosilikatischen Puzzolane eingegangen. Im letzten Teil der Untersuchungen wurden die Hydratationskinetik der GZPB sowie die Gefügeentwicklung näher betrachtet. Hierfür wurden die Porenlösungen chemisch analysiert und Sättigungsindizes berechnet, sowie elektronenmikropische, porosimetrische und röntgenografische Untersuchungen durchgeführt. Abschließend wurden die Ergebnisse gesamtheitlich interpretiert, da die Ergebnisse der einzelnen Untersuchungsprogramme miteinander in Wechselwirkung stehen. Als hauptsächliche Hydratationsprodukte wurden Calciumsulfat-Dihydrat, Ettringit und C-(A)-S-H-Phasen ermittelt, deren Anteile im GZPB neben dem Calciumsulfatanteil und dem Puzzolan-Zement-Verhältnis auch deutlich vom Wasserangebot und der Gefügeentwicklung abhängen. Bei Verwendung von alumosilikatischen Puzzolans kommt es wahrscheinlich zur teilweisen Substitution des Siliciums durch Aluminium in den C-S-H-Phasen. Dies erscheint aufgrund des Nachweises der für diese Phasen typischen, folienartigen Morphologie wahrscheinlich. Portlandit wurde in raumbeständigen GZPB-Systemen nur zu sehr frühen Zeitpunkten in geringen Mengen gefunden. In den Untersuchungen konnte ein Teil der in der Literatur beschriebenen, prinzipiellen Hydratationsabläufe bestätigt werden. Bei Verwendung von Halbhydrat als Calciumsulfatkomponente entsteht zuerst Dihydrat und bildet die Primärstruktur der GZPB. In dieses existierende Grundgefüge kristallisieren dann das Ettringit und die C-(A)-S-H-Phasen. In den GZPB sorgen entgegen der Beschreibungen in der Literatur nicht ausschließlich die C-(A)-S-H-Phasen zur Verbesserung der Feuchtebeständigkeit und der Erhöhung des Festigkeitsniveaus, sondern auch das Ettringit. Beide Phasen überwachsen im zeitlichen Verlauf der Hydratation die Dihydratkristalle in der Matrix und hüllen diese – je nach Calciumsulfatanteil im GZPB – teilweise oder vollständig ein. Diese Umhüllung sowie die starke Gefügeverdichtung durch die C-(A)-S-H-Phasen und das Ettringit bedingen, dass ein lösender Angriff durch Wasser erschwert oder gar verhindert wird. Gleichzeitig wird die Gleitfähigkeit an den Kontaktstellen der Dihydratkristalle verringert. Eine rissfreie und raumbeständige Erhärtung ist für die gefahrlose Anwendung eines GZPB-Systems essentiell. Hierfür ist die Kinetik der Ettringitbildung von elementarer Bedeutung. Die gebildete Ettringitmenge spielt nur eine untergeordnete Rolle. Selbst ausgeprägte, ettringitbedingte Dehnungen und hohe sich bildende Mengen führen zu frühen Zeitpunkten, wenn die Dihydratkristalle noch leicht gegeneinander verschiebbar sind, zu keinen Schäden. Bleibt die Übersättigung bezüglich Ettringit und somit auch der Kristallisationsdruck allerdings über einen langen Zeitraum hoch, genügen bereits geringe Ettringitmengen, um das sich stetig verfestigende Gefüge stark zu schädigen. Die für die raumbeständige Erhärtung der GZPB notwendige, schnelle Abnahme der Ettringitübersättigung wird hauptsächlich durch die Reaktivität des Puzzolans beeinflusst. Die puzzolanische Reaktion führt zur Bindung des aus dem Zement stammenden Calciumhydroxid durch die Bildung von C-(A)-S-H-Phasen und Ettringit. Hierdurch sinkt die Calcium- und Hydroxidionenkonzentration in der Porenlösung im Verlauf der Hydratation, wodurch auch die Übersättigung bezüglich Ettringit abnimmt. Je höher die Reaktivität des Puzzolans ist, desto schneller sinkt der Sättigungsindex des Ettringits und somit auch der Kristallisationsdruck. Nach Unterschreiten eines noch näher zu klärendem Grenzwert der Übersättigung stagnieren die Dehnungen. Das Ettringit kristallisiert bzw. wächst nun bevorzugt in den Poren ohne eine weitere, äußere Volumenzunahme zu verursachen. Um eine schadensfreie Erhärtung des GZPB zu gewährleisten, muss gerade in der frühen Phase der Hydratation ein ausreichendes Wasserangebot gewährleistet werden, so dass die Ettringitbildung möglichst vollständig ablaufen kann. Andernfalls kann es bei einer Wiederbefeuchtung zur Reaktivierung der Ettringitbildung kommen, was im eingebauten Zustand Schäden verursachen kann. Die Gewährleistung eines ausreichenden Wasserangebots ist im GZPB-System nicht unproblematisch. In Abhängigkeit der GZPB-Zusammensetzung können sich große Ettringitmengen bilden, die einen sehr hohen Wasserbedarf aufweisen. Deshalb kann es, je nach verwendeten Wasser-Bindemittel-Wert, im Bindemittelleim zu einem Wassermangel kommen, welcher die weitere Hydratation verlangsamt bzw. komplett verhindert. Zudem können GZPB-Systeme teils sehr dichte Gefüge ausbilden, wodurch der Wassertransport zum Reaktionsort des Ettringits zusätzlich behindert wird. Die Konzeption raumbeständiger GZPB-Systeme muss anhand mehrerer aufeinander aufbauender Untersuchungen erfolgen. Zur Vorauswahl geeigneter Puzzolan-Zementverhältnisse eignen sich die Messungen der CaO-Konzentration und des pH-Wertes in Suspensionen. Als alleinige Beurteilungsgrundlage reicht dies allerdings nicht aus. Zusätzlich muss das Längenänderungs-verhalten beurteilt werden. Raumbeständige Mischungen mit alumosilikatischen Puzzolanen zeigen zu frühen Zeitpunkten starke Dehnungen, welche dann abrupt stagnieren. Stetige – auch geringe – Dehnungen weisen auf eine destruktive Zusammensetzung hin. Mit diesem mehrstufigen Vorgehen können raumbeständige, stabile GZPB-Systeme konzipiert werden, so dass die Zielstellung der Arbeit erreicht wurde und ein sicherer praktischer Einsatz dieser Bindemittelart gewährleistet werden kann.  

In this thesis, a new approach is developed for applications of shape optimization on the time harmonic wave propagation (Helmholtz equation) for acoustic problems. This approach is introduced for different dimensional problems: 2D, 3D axi-symmetric and fully 3D problems. The boundary element method (BEM) is coupled with the isogeometric analysis (IGA) forming the so-called (IGABEM) which speeds up meshing and gives higher accuracy in comparison with standard BEM. BEM is superior for handling unbounded domains by modeling only the inner boundaries and avoiding the truncation error, present in the finite element method (FEM) since BEM solutions satisfy the Sommerfeld radiation condition automatically. Moreover, BEM reduces the space dimension by one from a volumetric three-dimensional problem to a surface two-dimensional problem, or from a surface two-dimensional problem to a perimeter one-dimensional problem. Non-uniform rational B-splines basis functions (NURBS) are used in an isogeometric setting to describe both the CAD geometries and the physical fields. IGABEM is coupled with one of the gradient-free optimization methods, the Particle Swarm Optimization (PSO) for structural shape optimization problems. PSO is a straightforward method since it does not require any sensitivity analysis but it has some trade-offs with regard to the computational cost. Coupling IGA with optimization problems enables the NURBS basis functions to represent the three models: shape design, analysis and optimization models, by a definition of a set of control points to be the control variables and the optimization parameters as well which enables an easy transition between the three models. Acoustic shape optimization for various frequencies in different mediums is performed with PSO and the results are compared with the benchmark solutions from the literature for different dimensional problems proving the efficiency of the proposed approach with the following remarks: - In 2D problems, two BEM methods are used: the conventional isogeometric boundary element method (IGABEM) and the eXtended IGABEM (XIBEM) enriched with the partition-of-unity expansion using a set of plane waves, where the results are generally in good agreement with the linterature with some computation advantage to XIBEM which allows coarser meshes. -In 3D axi-symmetric problems, the three-dimensional problem is simplified in BEM from a surface integral to a combination of two 1D integrals. The first is the line integral similar to a two-dimensional BEM problem. The second integral is performed over the angle of revolution. The discretization is applied only to the former integration. This leads to significant computational savings and, consequently, better treatment for higher frequencies over the full three-dimensional models. - In fully 3D problems, a detailed comparison between two BEM methods: the conventional boundary integral equation (CBIE) and Burton-Miller (BM) is provided including the computational cost. The proposed models are enhanced with a modified collocation scheme with offsets to Greville abscissae to avoid placing collocation points at the corners. Placing collocation points on smooth surface enables accurate evaluation of normals for BM formulation in addition to straightforward prediction of jump-terms and avoids singularities in $\mathcal{O} (1/r)$ integrals eliminating the need for polar integration. Furthermore, no additional special treatment is required for the hyper-singular integral while collocating on highly distorted elements, such as those containing sphere poles. The obtained results indicate that, CBIE with PSO is a feasible alternative (except for a small number of fictitious frequencies) which is easier to implement. Furthermore, BM presents an outstanding treatment of the complicated geometry of mufflers with internal extended inlet/outlet tube as an interior 3D Helmholtz acoustic problem instead of using mixed or dual BEM.

In recent times, the study of landscape heritage acquires value by virtue of becoming an alternative to rethink regional development, especially from the point of view of territorial planning. In this sense, the Central Argentine Dairy Basin (CADB) is presented as a space where the traces of different human projects have accumulated over centuries of occupation, which can be read as heritage. The impact of dairy farming and other productive activities has shaped the configuration of its landscape. The main hypothesis assumed that a cultural landscape would have been formed in the CADB, whose configuration would have depended to a great extent on the history of productive activities and their deployment over the territory, and this same history would hide the keys to its alternative. The thesis approached the object of study from descriptive and cartographic methods that placed the narration of the history of territory and the resources of the landscape as a discursive axis. A series of intentional readings of the territory and its constituent parts pondered the layers of data that have accumulated on it in the form of landscape traces, with the help of an approach from complementary dimensions (natural, sociocultural, productive, planning). Furthermore, the intersection of historical sources was used in order to allow the construction of the territorial story and the detection of the origin of the landscape components. A meticulous cartographic work also helped to spatialise the set of phenomena and elements studied, and was reflected in a multiscalar scanning.

In ten chapters, this thesis presents information retrieval technology which is tailored to the research activities that arise in the context of corpus-based digital humanities projects. The presentation is structured by a conceptual research process that is introduced in Chapter 1. The process distinguishes a set of five research activities: research question generation, corpus acquisition, research question modeling, corpus annotation, and result dissemination. Each of these research activities elicits different information retrieval tasks with special challenges, for which algorithmic approaches are presented after an introduction of the core information retrieval concepts in Chapter 2. A vital concept in many of the presented approaches is the keyquery paradigm introduced in Chapter 3, which represents an operation that returns relevant search queries in response to a given set of input documents. Keyqueries are proposed in Chapter 4 for the recommendation of related work, and in Chapter 5 for improving access to aspects hidden in the long tail of search result lists. With pseudo-descriptions, a document expansion approach is presented in Chapter 6. The approach improves the retrieval performance for corpora where only bibliographic meta-data is originally available. In Chapter 7, the keyquery paradigm is employed to generate dynamic taxonomies for corpora in an unsupervised fashion. Chapter 8 turns to the exploration of annotated corpora, and presents scoped facets as a conceptual extension to faceted search systems, which is particularly useful in exploratory search settings. For the purpose of highlighting the major topical differences in a sequence of sub-corpora, an algorithm called topical sequence profiling is presented in Chapter 9. The thesis concludes with two pilot studies regarding the visualization of (re)search results for the means of successful result dissemination: a metaphoric interpretation of the information nutrition label, as well as the philosophical bodies, which are 3D-printed search results.

With the growing importance of the World Wide Web, the major challenges our society faces are also increasingly affecting the digital areas of our lives. Some of the associated problems can be addressed by computer science, and some of these specifically by data-driven research. To do so, however, requires to solve open issues related to archive quality and the large volume and variety of the data contained. This dissertation contributes data, algorithms, and concepts towards leveraging the big data and temporal provenance capabilities of web archives to tackle societal challenges. We selected three such challenges that highlight the central issues of archive quality, data volume, and data variety, respectively: (1) For the preservation of digital culture, this thesis investigates and improves the automatic quality assurance of the web page archiving process, as well as the further processing of the resulting archive data for automatic analysis. (2) For the critical assessment of information, this thesis examines large datasets of Wikipedia and news articles and presents new methods for automatically determining quality and bias. (3) For digital security and privacy, this thesis exploits the variety of content on the web to quantify the security of mnemonic passwords and analyzes the privacy-aware re-finding of the various seen content through private web archives.

Das Ziel dieser Arbeit war es, neuartige Fließmittel auf Basis von Stärke als nachwachsenden Rohstoff zu synthetisieren und die Wechselwirkung mit Portlandzement zu charakterisieren. Die Notwendigkeit, Alternativen zu synthetischen Zusatzmittel zu erforschen, ergibt sich aus der benötigten Menge zur Verarbeitung von ca. 4,1 Gt/a, wobei ca. 85 % der Zusatzmittel auf die Fließmittel entfallen. Um Fließmittel aus Stärke zu synthetisieren, wurden drei Basisstärken unterschiedlicher Herkunft verwendet. Es wurde eine Maniokstärke mit einer niedrigen Molekularmasse und eine Weizenstärke mit einer hohen Molekularmasse verwendet. Darüber hinaus wurde eine Kartoffelstärke mit einer mittleren Molekularmasse, die ein Abfallprodukt der kartoffelverarbeitenden Industrie darstellt, genutzt. Die Stärkefließmittel wurden durch chemische Modifikation in einem zweistufigen Prozess synthetisiert. Im ersten Schritt wurde das Molekulargewicht der Weizen- und Kartoffelstärke durch säurehydrolytischen Abbau verringert. Für die kurzkettige Maniokstärke war eine Degradation der Molekularmasse nicht notwendig. Im zweiten Syntheseschritt wurden anionische Ladungen durch das Versetzen der degradierten Stärken und Maniokstärke mit Natriumvinylsulfonat in die Stärkemoleküle eingeführt. Beurteilung der Synthesemethode zur Erzeugung von Stärkefließmitteln In diesem Zusammenhang sollten molekulare Parameter der Stärkefließmittel gezielt eingestellt werden, um eine Fließwirkung im Portlandzement zu erhalten. Insbesondere die Molekularmasse und die Menge anionischer Ladungen sollte variiert werden, um Abhängigkeiten mit der Dispergierleistung zu identifizieren. 1. Es konnte durch GPC-Messungen gezeigt werden, dass die Molekularmasse der langkettigen Weizenstärke durch die gewählten Modifizierungsbedingungen zum säurehydrolytischen Abbau verringert werden konnte. Durch Variation der säurehydrolytischen Bedingungen wurden 4 degradierte Weizenstärken erzeugt, die eine Reduzierung der Molekularmasse um 27,5 – 43 % aufwiesen. Die Molekularmasse der Kartoffelstärke konnte durch säurehydrolytischen Abbau um ca. 26 % verringert werden. 2. Durch PCD-Messungen wurde gezeigt, dass anionische Ladungen durch Sulfoethylierung der freien Hydroxylgruppen in die degradierten Stärken eingeführt werden konnten. Durch Variation der Dauer der Sulfoethylierung konnte die Menge der anionischen Ladungen gesteuert und gezielt variiert werden, so dass Stärkefließmittel mit steigender Ladungsmenge in folgender Reihenfolge synthetisiert wurden: W-3 < W-2 < K-1 < W¬-4 < W¬1 < M-1 Im Ergebnis der chemischen Modifizierung konnten 6 Stärkefließmittel mit variierten Molekularmassen und anionischen Ladungen erzeugt werden. Es konnte gezeigt werden, dass die Herkunft der Stärke für die chemische Modifizierung unerheblich ist. Die Fließmittel lagen synthesebedingt als basische, wässrige Suspensionen mit Wirkstoffgehalten im Bereich von 23,5 – 50 % vor. Beurteilung der Dispergierleistung der synthetisierten Stärkefließmittel Die Dispergierperformance wurde durch rheologische Experimente mit einem Rotationsviskosimeter erfasst. Dabei wurden der Einfluss auf die Fließkurven und die Viskositätskurven betrachtet. Durch Vergleich der Dispergierleistung mit einem Polykondensat- und einem PCE-Fließmittel konnte eine Einordnung und Bewertung der Fließmittel vorgenommen werden. 3. Die rheologische Experimente haben gezeigt, dass die Stärkefließmittel eine vergleichbar hohe Dispergierleistung aufweisen, wie das zum Vergleich herangezogen PCE-Fließmittel. Darüber hinaus zeigte sich, dass die Fließwirkung der 6 Stärkefließmittel gegenüber dem Polykondensatfließmittel deutlich höher ist. Das aus der Literatur bekannte Einbrechen der Dispergierleistung der Polykondensat-fließmittel bei w/z-Werten < 0,4 konnte bestätigt werden. 4. Alle 6 Stärkefließmittel führten zu einer Verringerung der Fließgrenze und der dynamischen Viskosität des Zementleimes bei einem w/z-Wert von 0,35. 5. Der Vergleich der Dispergierleistung der Stärkefließmittel untereinander zeigte, dass die anionische Ladungsmenge einen Schlüsselparameter darstellt. Die Stärkefließmittel M-1, K-1, W-1 und W-4 mit anionischen Ladungsmengen > 6 C/g zeigten die höchste Dispergier¬performance. Die vergleichend herangezogenen klassischen Fließmittel wiesen anionische Ladungsmengen im Bereich von 1,2 C/g (Polycondensat) und 1,6 C/g (PCE) auf. Die Molekularmasse schien für die Dispergierleistung zunächst unerheblich zu sein. Aus diesem Grund wurde die Basisweizenstärke erneut chemisch modifiziert, indem anionische Ladungen eingeführt wurden, ohne die Molekularmasse jedoch zu verringern. Das Stärkederivat wies verdickende Eigenschaften im Zementleim auf. Daraus konnte geschlussfolgert werden, dass eine definierte Grenzmolekularmasse (150.000 Da) existiert, die unterschritten werden muss, um Fließmittel aus Stärke zu erzeugen. Des Weiteren zeigen die Ergebnisse, dass durch die chemische Modifizierung sowohl Fließmittel als auch Verdicker aus Stärke erzeugt werden können. Beurteilung der Beeinflussung der Hydratation und der Porenlösung des Portlandzementes Aus der Literatur ist bekannt, dass Fließmittel die Hydratation von Portlandzement maßgeblich beeinflussen können. Aus diesem Grund wurden kalorimetrische und konduktometrische Untersuchungen an Zementsuspensionen, die mit den synthetisierten Stärkefließmitteln versetzt wurden, durchgeführt. Ergänzt wurden die Untersuchungen durch Porenlösungsanalysen zu verschiedenen Zeitpunkten der Hydratation. 6. Die kalorimetrischen Untersuchungen zur Beeinflussung der Hydratation des Portlandzementes zeigten, dass die dormante Periode durch die Zugabe der Stärkefließmittel z.T. erheblich verlängert wird. Es konnte gezeigt werden, dass, je höher die anionische Ladungsmenge der Stärkefließmittel ist, desto länger dauert die dormante Periode andauert. Darüber hinaus zeigte sich, dass eine niedrige Molekularmasse der Stärkefließmittel die Verlängerung der dormanten Periode begünstigt. 7. Durch die konduktometrischen Untersuchungen konnte gezeigt werden, dass alle Stärkefließmittel die Dauer des freien- und diffusionskontrollierten CSH-Phasenwachstums verlangsamen. Insbesondere die Ausfällung des Portlandits, welches mit dem Erstarrungsbeginn korreliert, erfolgt zu deutlich späteren Zeitpunkten. Des Weiteren korrelierten die konduktometrischen Untersuchungen mit der zeitlichen Entwicklung der Calciumkonzentration der Porenlösungen. Der Vergleich der Stärkefließmittel untereinander zeigte, dass die Molekularmasse ein Schlüsselparameter ist. Das Stärkefließmittel M-1 mit der geringsten Molekularmasse, welches geringe Mengen kurzkettiger Anhydroglucoseeinheiten aufweist, verzögert die Hydratphasenbildung am stärksten. Diese Wirkung ist vergleichbar mit der von Zuckern. Darüber hinaus deuteten die Ergebnisse daraufhin, dass die Stärkefließmittel auf den ersten Hydratationsprodukten adsorbieren, wodurch die Hydratphasenbildung verlangsamt wird. Die kalorimetrischen und konduktometrischen Daten sowie die Ergebnisse der Porenlösungsanalytik des Zementes, erforderten eine genauere Betrachtung der Beeinflussung der Hydratation der Klinkerphasen C3A und C3S, durch die Stärkefließmittel. Demzufolge wurden die Untersuchungen mit den Klinkerphasen C3A und C3S in Analogie zum Portlandzement durchgeführt. Beurteilung der Beeinflussung der Hydratation und der Porenlösung des C3A Während die kalorimetrischen Untersuchungen zur C3A-Hydratation eine Tendenz zur verlangsamten Hydratphasenbildung durch die Stärkefließmittel aufzeigten, lieferten die konduktometrischen Ergebnisse grundlegende Erkenntnisse zur Beeinflussung der C3A-Hydratation. Das Stadium I der C3A-Hydratation ist durch einen Abfall der elektrischen Leitfähigkeit geprägt. Dies korreliert mit dem Absinken der Calciumionenkonzentration und dem Anstieg der Aluminiumionenkonzentration in der Porenlösung der C3A-Suspensionen. Im Anschluss an das Stadium I bildet sich ein Plateau in den elektrischen Leitfähigkeitskurven aus. 8. Es konnte gezeigt werden, dass die Stärkefließmittel das Stadium I der C3A-Hydratation, d.h. die Auflösung und Bildung erster Calciumaluminathydrate verlangsamen. Insbesondere die Stärkefließmittel mit höherer Molekularmasse erhöhten die Dauer des Stadium I. Das Stadium II wird durch die Stärkefließmittel in folgender Reihenfolge am stärksten verlängert: M-1 > W-3 > K-1 > W-2 ≥ W-4 und verdeutlicht, dass keine Abhängigkeit von der anionischen Ladungsmenge identifiziert werden konnte. Die Ergebnisse zeigten, dass speziell die kurzkettige Stärke M-1, das Stadium II länger aufrechterhalten. 9. Das Stadium III und IV der C3A-Hydratation wird insbesondere durch die Stärkefließmittel mit höherer Molekularmasse verlängert. Die Ergebnisse der Porenlösungsanalytik korrelieren mit den Ergebnissen der elektrischen Leitfähigkeit. Speziell die zeitlichen Verläufe der Calciumionenkonzentration bildeten die Verläufe der Konduktivitätskurven der C3A-Hydratation mit großer Übereinstimmung ab. Beurteilung der Beeinflussung der Hydratation und der Porenlösung des C3S Die Ergebnisse der kalorimetrischen Untersuchungen zur Beeinflussung der C3S-Hydratation durch die Stärkefließmittel zeigen, dass diese maßgeblich verlangsamt wird. Das Maximum des Haupthydratationspeaks wird zu späteren Zeiten verschoben und auch die Höhe des Maximums wird deutlich verringert. Durch die konduktometrischen Experimente wurde aufgeklärt, welche Stadien der C3S-Hydrataion beeinflusst wurden. 10. Es konnte gezeigt werden, dass sowohl die Menge der eingebrachten anionischen Ladungen als auch das Vorhandensein sehr kleiner Stärkefließmittelmoleküle (Zucker), Schlüsselparameter der verzögerten Hydratationskinetik des C3S sind. Der grundlegende Mechanismus der Hydratationsverzögerung beruht auf einer Kombination aus verminderter CSH-Keimbildung und Adsorptionsprozessen auf den ersten gebildeten CSH-Phasen der C3S-Partikel. Beurteilung des Adsorptionsverhaltens am Zement, C3A und C3S Die Bestimmung des Adsorptionsverhaltens der Stärkefließmittel erfolgte mit der Phenol-Schwefelsäure-Methode an Zement,- C3A- und C3S-Suspensionen. Durch den Vergleich der Adsorptionsraten und Adsorptionsmengen in Abhängigkeit von den molekularen Parametern der Stärkefließmittel wurde ein Wechselwirkungsmodell identifiziert. 11. Die Ursache für die hohe Dispergierleistung der Stärkefließmittel liegt in Adsorptionsprozessen an den ersten gebildeten Hydratphasen des Zementes begründet. Die Molekularmasse der Stärkefließmittel ist ein Schlüsselparameter der entscheidend für den Mechanismus der Adsorption ist. Während anionische, langkettige Stärken an mehreren Zementpartikeln gleichzeitig adsorbieren und für eine Vernetzung der Zementpartikel untereinander sorgen (Verdickerwirkung), adsorbieren kurzkettige anionische Stärken lediglich an den ersten gebildeten Hydratphasen der einzelnen Zementpartikel und führen zu elektrostatischer Abstoßung (Fließmittelwirkung). 12. Es konnte gezeigt werden, dass die Stärkefließmittel mit geringerem Molekulargewicht bei höheren Konzentrationen an den Hydratphasen des Zementes adsorbieren. Die Stärkefließmittel mit höherer Molekularmasse erreichen bei einer Zugabemenge von 0,7 % ein Plateau. Daraus wird geschlussfolgert, dass die größeren Fließmittelmoleküle einen erhöhten Platzbedarf erfordern und zur Absättigung der hydratisierenden Oberflächen bei geringeren Zugabemengen führen. Darüber hinaus konnte gezeigt werden, dass die Stärkefließmittel mit höherer anionischer Ladungsmenge zu höheren Adsorptionsmengen auf den Zement-, C3A- und C3S-Partikeln führen. 13. Die Adsorptionsprozesse finden an den ersten gebildeten Hydratphasen der C3A-Partikel statt, wodurch sowohl die Auflösung des C3A als auch die Bildung der Calciumhydroaluminate verlangsamt wird. Darüber hinaus wurde festgestellt, dass die Verlangsamung des freien- und diffusionskontrollierten Hydratphasenwachstums des C3S, durch die Adsorption der Stärkefließmittel auf den ersten gebildeten CSH-Phasen hervorgerufen wird. Des Weiteren wurde festgestellt, dass sehr kleine zuckerähnliche Moleküle in der kurzkettigen Maniokstärke in der Lage sind, die Bildung der ersten CSH-Keime zu unterdrücken. Dadurch kann die langanhaltende Plateauphase der elektrischen Leitfähigkeit der C3S-Hydratation erklärt werden. Beurteilung der Porenstruktur- und Festigkeitsausbildung Die Beurteilung der Qualität der Mikrostruktur erfolgte durch die Bestimmung der Rohdichte und der Porenradienverteilung mit Hilfe der Quecksilberhochdruckporosimetrie. Durch das Versetzen der Zementleime mit den Stärkefließmitteln konnten bei gleichbleibender Verarbeitbarkeit Zementsteinprobekörper mit einem um 17,5 % geringeren w/z-Wert von 0,35 hergestellt werden. Die Absenkung des w/z-Wertes führt zu einem Anstieg der Rohdichte des Zementsteins. 14. Durch die Zugabe der Stärkefließmittel und den verringerten w/z-Wert wird die Porenstruktur der Zementsteinproben im Vergleich zum Referenzzementstein verfeinert, da die Gesamtporosität sinkt. Insbesondere der Kapillarporenanteil wird verringert und der Gelporenanteil erhöht. Im Unterschied zu den PCE-Fließmitteln führt die Zugabe der Stärkefließmittel zu keinem erhöhten Eintrag von Luftporen. Dies wiederum hat zur Folge, dass bei der Verwendung der Stärkefließmittel auf Entschäumer verzichtet werden kann. 15. Entsprechend der dichteren Zementsteinmatrix wurden für die Zementsteine mit den Stärkefließmitteln nach 7 d und 28 d, erhöhte Biegezug- und Druckfestigkeiten ermittelt. Insbesondere die 28 d Druckfestigkeit wurde durch den verringerten w/z-Wert um die Faktoren 3,5 - 6,6 erhöht.

In recent years, lightweight materials, such as polymer composite materials (PNCs) have been studied and developed due to their excellent physical and chemical properties. Structures composed of these composite materials are widely used in aerospace engineering structures, automotive components, and electrical devices. The excellent and outstanding mechanical, thermal, and electrical properties of Carbon nanotube (CNT) make it an ideal filler to strengthen polymer materials’ comparable properties. The heat transfer of composite materials has very promising engineering applications in many fields, especially in electronic devices and energy storage equipment. It is essential in high-energy density systems since electronic components need heat dissipation functionality. Or in other words, in electronic devices the generated heat should ideally be dissipated by light and small heat sinks. Polymeric composites consist of fillers embedded in a polymer matrix, the first ones will significantly affect the overall (macroscopic) performance of the material. There are many common carbon-based fillers such as single-walled carbon nanotubes (SWCNT), multi-walled carbon nanotubes (MWCNT), carbon nanobuds (CNB), fullerene, and graphene. Additives inside the matrix have become a popular subject for researchers. Some extraordinary characters, such as high-performance load, lightweight design, excellent chemical resistance, easy processing, and heat transfer, make the design of polymeric nanotube composites (PNCs) flexible. Due to the reinforcing effects with different fillers on composite materials, it has a higher degree of freedom and can be designed for the structure according to specific applications’ needs. As already stated, our research focus will be on SWCNT enhanced PNCs. Since experiments are timeconsuming, sometimes expensive and cannot shed light into phenomena taking place for instance at the interfaces/interphases of composites, they are often complemented through theoretical and computational analysis. While most studies are based on deterministic approaches, there is a comparatively lower number of stochastic methods accounting for uncertainties in the input parameters. In deterministic models, the output of the model is fully determined by the parameter values and the initial conditions. However, uncertainties in the input parameters such as aspect ratio, volume fraction, thermal properties of fiber and matrix need to be taken into account for reliable predictions. In this research, a stochastic multiscale method is provided to study the influence of numerous uncertain input parameters on the thermal conductivity of the composite. Therefore, a hierarchical multi-scale method based on computational homogenization is presented in to predict the macroscopic thermal conductivity based on the fine-scale structure. In order to study the inner mechanism, we use the finite element method and employ surrogate models to conduct a Global Sensitivity Analysis (GSA). The SA is performed in order to quantify the influence of the conductivity of the fiber, matrix, Kapitza resistance, volume fraction and aspect ratio on the macroscopic conductivity. Therefore, we compute first-order and total-effect sensitivity indices with different surrogate models. As stochastic multiscale models are computational expensive, surrogate approaches are commonly exploited. With the emergence of high performance computing and artificial intelligence, machine learning has become a popular modeling tool for numerous applications. Machine learning (ML) is commonly used in regression and maps data through specific rules with algorithms to build input and output models. They are particularly useful for nonlinear input-output relationships when sufficient data is available. ML has also been used in the design of new materials and multiscale analysis. For instance, Artificial neural networks and integrated learning seem to be ideally for such a task. They can theoretically simulate any non-linear relationship through the connection of neurons. Mapping relationships are employed to carry out data-driven simulations of inputs and outputs in stochastic modeling. This research aims to develop a stochastic multi-scale computational models of PNCs in heat transfer. Multi-scale stochastic modeling with uncertainty analysis and machine learning methods consist of the following components: -Uncertainty Analysis. A surrogate based global sensitivity analysis is coupled with a hierarchical multi-scale method employing computational homogenization. The effect of the conductivity of the fibers and the matrix, the Kapitza resistance, volume fraction and aspect ratio on the ’macroscopic’ conductivity of the composite is systematically studied. All selected surrogate models yield consistently the conclusions that the most influential input parameters are the aspect ratio followed by the volume fraction. The Kapitza Resistance has no significant effect on the thermal conductivity of the PNCs. The most accurate surrogate model in terms of the R2 value is the moving least square (MLS). -Hybrid Machine Learning Algorithms. A combination of artificial neural network (ANN) and particle swarm optimization (PSO) is applied to estimate the relationship between variable input and output parameters. The ANN is used for modeling the composite while PSO improves the prediction performance through an optimized global minimum search. The thermal conductivity of the fibers and the matrix, the kapitza resistance, volume fraction and aspect ratio are selected as input parameters. The output is the macroscopic (homogenized) thermal conductivity of the composite. The results show that the PSO significantly improves the predictive ability of this hybrid intelligent algorithm, which outperforms traditional neural networks. -Stochastic Integrated Machine Learning. A stochastic integrated machine learning based multiscale approach for the prediction of the macroscopic thermal conductivity in PNCs is developed. Seven types of machine learning models are exploited in this research, namely Multivariate Adaptive Regression Splines (MARS), Support Vector Machine (SVM), Regression Tree (RT), Bagging Tree (Bag), Random Forest (RF), Gradient Boosting Machine (GBM) and Cubist. They are used as components of stochastic modeling to construct the relationship between the variable of the inputs’ uncertainty and the macroscopic thermal conductivity of PNCs. Particle Swarm Optimization (PSO) is used for hyper-parameter tuning to find the global optimal values leading to a significant reduction in the computational cost. The advantages and disadvantages of various methods are also analyzed in terms of computing time and model complexity to finally give a recommendation for the applicability of different models.

Numerical simulation of physical phenomena, like electro-magnetics, structural and fluid mechanics is essential for the cost- and time-efficient development of mechanical products at high quality. It allows to investigate the behavior of a product or a system far before the first prototype of a product is manufactured. This thesis addresses the simulation of contact mechanics. Mechanical contacts appear in nearly every product of mechanical engineering. Gearboxes, roller bearings, valves and pumps are only some examples. Simulating these systems not only for the maximal/minimal stresses and strains but for the stress-distribution in case of tribo-contacts is a challenging task from a numerical point of view. Classical procedures like the Finite Element Method suffer from the nonsmooth representation of contact surfaces with discrete Lagrange elements. On the one hand, an error due to the approximate description of the surface is introduced. On the other hand it is difficult to attain a robust contact search because surface normals can not be described in a unique form at element edges. This thesis introduces therefore a novel approach, the adaptive isogeometric contact formulation based on polynomial Splines over hierarchical T-meshes (PHT-Splines), for the approximate solution of the non-linear contact problem. It provides a more accurate, robust and efficient solution compared to conventional methods. During the development of this method the focus was laid on the solution of static contact problems without friction in 2D and 3D in which the structures undergo small deformations. The mathematical description of the problem entails a system of partial differential equations and boundary conditions which model the linear elastic behaviour of continua. Additionally, it comprises side conditions, the Karush-Kuhn-Tuckerconditions, to prevent the contacting structures from non-physical penetration. The mathematical model must be transformed into its integral form for approximation of the solution. Employing a penalty method, contact constraints are incorporated by adding the resulting equations in weak form to the overall set of equations. For an efficient space discretization of the bulk and especially the contact boundary of the structures, the principle of Isogeometric Analysis (IGA) is applied. Isogeometric Finite Element Methods provide several advantages over conventional Finite Element discretization. Surface approximation with Non-Uniform Rational B-Splines (NURBS) allow a robust numerical solution of the contact problem with high accuracy in terms of an exact geometry description including the surface smoothness. The numerical evaluation of the contact integral is challenging due to generally non-conforming meshes of the contacting structures. In this work the highly accurate Mortar Method is applied in the isogeometric setting for the evaluation of contact contributions. This leads to an algebraic system of equations that is linearized and solved in sequential steps. This procedure is known as the Newton Raphson Method. Based on numerical examples, the advantages of the isogeometric approach with classical refinement strategies, like the p- and h-refinement, are shown and the influence of relevant algorithmic parameters on the approximate solution of the contact problem is verified. One drawback of the Spline approximations of stresses though is that they lack accuracy at the contact edge where the structures change their boundary from contact to no contact and where the solution features a kink. The approximation with smooth Spline functions yields numerical artefacts in the form of non-physical oscillations. This property of the numerical solution is not only a drawback for the simulation of e.g. tribological contacts, it also influences the convergence properties of iterative solution procedures negatively. Hence, the NURBS discretized geometries are transformed to Polynomial Splines over Hierarchical T-meshes (PHT-Splines), for the local refinement along contact edges to reduce the artefact of pressure oscillations. NURBS have a tensor product structure which does not allow to refine only certain parts of the geometrical domain while leaving other parts unchanged. Due to the Bézier Extraction, lying behind the transformation from NURBS to PHT-Splines, the connected mesh structure is broken up into separate elements. This allows an efficient local refinement along the contact edge. Before single elements are refined in a hierarchical form with cross-insertion, existing basis functions must be modified or eliminated. This process of truncation assures local and global linear independence of the refined basis which is needed for a unique approximate solution. The contact boundary is a priori unknown. Local refinement along the contact edge, especially for 3D problems, is for this reason not straight forward. In this work the use of an a posteriori error estimation procedure, the Super Convergent Recovery Solution Based Error Estimation Scheme, together with the Dörfler Marking Method is suggested for the spatial search of the contact edge. Numerical examples show that the developed method improves the quality of solutions along the contact edge significantly compared to NURBS based approximate solutions. Also, the error in maximum contact pressures, which correlates with the pressure artefacts, is minimized by the adaptive local refinement. In a final step the practicability of the developed solution algorithm is verified by an industrial application: The highly loaded mechanical contact between roller and cam in the drive train of a high-pressure fuel pump is considered.

In recent years, the discussion of digitalization has arrived in the media, at conferences, and in committees of the construction and real estate industry. While some areas are producing innovations and some contributors can be described as pioneers, other topics still show deficits with regard to digital transformation. The building permit process can also be counted in this category. Regardless of how architects and engineers in planning offices rely on innovative methods, building documents have so far remained in paper form in too many cases, or are printed out after electronic submission to the authority. Existing resources – for example in the form of a building information model, which could provide support in the building permit process – are not being taken advantage of. In order to use digital tools to support decision-making by the building permit authorities, it is necessary to understand the current situation and to question conditions before pursuing the overall automation of internal authority processes as the sole solution. With a substantive-organizational consideration of the relevant areas that influence building permit determination, an improvement of the building permit procedure within authorities is proposed. Complex areas – such as legal situations, the use of technology, as well as the subjective alternative action – are determined and structured. With the development of a model for the determination of building permitability, both an understanding of influencing factors is conveyed and an increase in transparency for all parties involved is created. In addition to an international literature review, an empirical study served as the research method. The empirical study was conducted in the form of qualitative expert interviews in order to determine the current state in the field of building permit procedures. The collected data material was processed and subsequently subjected to a software-supported content analysis. The results were processed, in combination with findings from the literature review, in various analyses to form the basis for a proposed model. The result of the study is a decision model that closes the gap between the current processes within the building authorities and an overall automation of the building permit review process. The model offers support to examiners and applicants in determining building permit eligibility, through its process-oriented structuring of decision-relevant facts. The theoretical model could be transferred into practice in the form of a web application.

The evolution of urbanism under dictatorship forms the core of the current research. This thesis is part of a research network at Bauhaus-Universität Weimar, which studies the 20th century's urbanism under different dictatorships. The network has provided a cross-cultural and cross-border environment and has enabled the author to communicate with other like-minded researchers. The 2015 published book of this group 'Urbanism and Dictatorship: A European Perspective' strengthens the foundation of this research's theoretical and methodological framework. This thesis investigates urban policies and plans leading to the advancement of urbanization and the transformation of urban space in Iran during the second Pahlavi (1941-1979) when the country faced a milestone in its history: Nationalization of the Iranian oil industry. By reflecting the influence of economic and socio‐political determinants of the time on urbanism and the urbanization process, this work intends to critically trace the effect of dictatorship on evolved urbanism before and after the oil nationalization in 1951. The research on the second Pahlavi's urbanism has been limitedly addressed and has only recently expanded. Most of the conducted studies date back to less than a decade ago and could not incorporate all the episodes of the second Pahlavi urbanism. These works have often investigated urbanism and architecture by focusing merely on the physical features and urban products in different years regardless of the importance of urbanism as a tool in the service of hegemony. In other words, the majority of the available literature does not intend to address the socio-economic and political roots of urban transformations and by questioning 'what has been built?' investigates the individual urban projects and plans designed by individual designers without interlinking these projects to the state's urban planning program and tracing the beneficiaries of those projects or questioning 'built for whom?' Moreover, some chapters of this modern urbanism have rarely been investigated. For instance, scant research has looked into the works of foreign designers and consultants involved in the projects such as Peter Georg Ahrens or Constantinos A. Doxiadis. Similarly, the urbanism of the first decade of the second Pahlavi, including the government of Mossadegh, has mainly been overlooked. Therefore, by critically analyzing the state's urban planning program and the process of urbanization in Iran during the second Pahlavi, this research aims to bridge the literature gap and to unravel the effect of the power structure on urban planning and products while seeking to find a pattern behind the regime's policies. The main body of this work is concentrated on studying the history of urbanism in Iran, of which collecting data and descriptions played a crucial role. To prevent the limitations associated with singular methods, this research's methodology is based on methodological triangulation (Denzin, 2017). With the triangulation scheme, the data is gathered by combining different qualitative and quantitative methods such as the library, archival and media research, online resources, non-participatory observation, and photography. For the empirical part, the city of Tehran is selected as the case study. Moreover, individual non-structured interviews with the locals were conducted to gain more insights regarding urban projects.

Die vorliegende Forschungsarbeit befasst sich mit der Entwicklung und Gestaltung von körpernahen, tragbaren Artefakten für den digitalisierten Gesundheitsbereich. Unter dem entwickelten Begriff des Wearable Enhancements werden die verschiedenen Termini aus smarten Textilien, Fashion Technologies, Wearable Technologies sowie elektronischen Textilien zusammengefasst und zwei zentrale Forschungsfragen untersucht. Wie kann Wearable Enhancement im Bereich Smart Health ethisch, sozial und ökologisch entwickelt und gestaltet werden? Inwiefern können textile Schnittstellen die Wahrnehmung und die Wahrnehmbarkeit des Körpers verändern? Mit der ersten Forschungsfrage sollen vorrangig Ansätze und Strategien der Sichtbarkeit für die Entwicklung und Gestaltung diskutiert werden, welche Aussagen für die Designpraxis, den Gestaltungs- und Designforschungsprozess sowie die Designlösungen selbst generieren sollen. Die zweite Forschungsfrage zielt darauf, Formen der Sichtbarmachung von sowie für Wearable Enhancement zu untersuchen. Anhand von drei konkreten Fallstudien werden wesentliche Aspekte der Rezeption, Perzeption, Konstruktion, Konfiguration und Konzeption von soziotechnischen Artefakten zur Funktionssteigerung des menschlichen Körpers untersucht und verschiedene Formen der Sichtbarkeit und Sichtbarmachung entwickelt. In der Arbeit wird ein dual-angelegter transdisziplinärer Designforschungsansatz entwickelt und praktiziert, welcher sowohl die menschlichen Bedürfnisse der Nutzer*innen als auch die Weiterentwicklung von Technologien berücksichtigt. Auf dieser Grundlage wird versucht Anregungen für ein zukunftsfähiges und zugleich verantwortungsorientiertes Design zu geben.

The objective of this thesis was to understand the 20th-century history of informal urbanisation in Europe and its origins in Madrid and Paris. The concept of informal urbanisation was employed to refer to the process of developing shacks and precarious single-family housing areas that were not planned by the public powers and were considered to be substandard because of their below-average materials and social characteristics. Our main hypothesis was that despite being a phenomenon with ancient roots, informal urbanisation emerged as a public problem and was subsequently prohibited in connection with another historical process occurred: the birth of contemporary urban planning. Therefore, its transformation into a deviant and illegal urban growth mechanism would have been a pan-European process occurring at the same pace that urban planning developed during the first decades of the 20th century. Analysing the 20th-century history of informal urbanisation in Europe was an ambitious task that required using a large number of sources. To contend with this issue, this thesis combined two main methods: historiographical research about informal urbanisation in Europe and archival research of two case studies, Madrid and Paris, to make the account more precise by analysing primary sources of the subject. Our research of these informal areas, which were produced mainly through poor private allotments and housing developed on land squats, revealed two key moments of explosive growth across Europe: the 1920s and 1960s. The near disappearance of informal urbanisation throughout the continent seemed to be a consequence not of the historical development of urban planning—which was commonly transgressed and bypassed—but of the exacerbation of global economic inequalities, permitting the development of a geography of privilege in Europe. Concerning the cases of Paris and Madrid, the origins of informal urbanisation—that is, the moment the issue started to be problematised—seemed to occur in the second half of the 19th century, when a number of hygienic norms and surveillance devices began to control housing characteristics. From that moment onwards, informal urbanisation areas formed peripheral belts in both cities. This growth became the object of an illegalisation process of which we have identified three phases: (i) the unregulated development of the phenomenon during the second half of the 20th century, (ii) the institutional production of “exception regulations” to permit a controlled development of substandard housing in the peripheral fringes of both cities, and (iii) the synchronic prohibition of informal urbanisation in the 1920s and its illegal reproduction.

Das Ziel der Arbeit ist, eine mögliche Verbesserung der Güte der Lebensdauervorhersage für Gusseisenwerkstoffe mit Kugelgraphit zu erreichen, wobei die Gießprozesse verschiedener Hersteller berücksichtigt werden. Im ersten Schritt wurden Probenkörper aus GJS500 und GJS600 von mehreren Gusslieferanten gegossen und daraus Schwingproben erstellt. Insgesamt wurden Schwingfestigkeitswerte der einzelnen gegossenen Proben sowie der Proben des Bauteils von verschiedenen Gussherstellern weltweit entweder durch direkte Schwingversuche oder durch eine Sammlung von Betriebsfestigkeitsversuchen bestimmt. Dank der metallografischen Arbeit und Korrelationsanalyse konnten drei wesentliche Parameter zur Bestimmung der lokalen Dauerfestigkeit festgestellt werden: 1. statische Festigkeit, 2. Ferrit- und Perlitanteil der Mikrostrukturen und 3. Kugelgraphitanzahl pro Flächeneinheit. Basierend auf diesen Erkenntnissen wurde ein neues Festigkeitsverhältnisdiagramm (sogenanntes Sd/Rm-SG-Diagramm) entwickelt. Diese neue Methodik sollte vor allem ermöglichen, die Bauteildauerfestigkeit auf der Grundlage der gemessenen oder durch eine Gießsimulation vorhersagten lokalen Zugfestigkeitswerte sowie Mikrogefügenstrukturen besser zu prognostizieren. Mithilfe der Versuche sowie der Gießsimulation ist es gelungen, unterschiedliche Methoden der Lebensdauervorhersage unter Berücksichtigung der Herstellungsprozesse weiterzuentwickeln.

Technological improvements and access provide a fertile scenario for creating and developing mobile applications (apps). This scenario results in a myriad of Apps providing information regarding touristic destinations, including those with a cultural profile, such as those dedicated to UNESCO World Heritage Sites (WHS). However, not all of the Apps have the same efficiency. In order to have a successful app, its development must consider usability aspects and features aligned with reliable content. Despite the guidelines for mobile usability being broadly available, they are generic, and none of them concentrates specifically into cultural heritage places, especially on those placed in an open-air scenario. This research aims to fulfil this literature gap and discusses how to adequate and develop specific guidelines for a better outdoor WHS experience. It uses an empirical approach applied to an open-air WHS city: Weimar and its Bauhaus and Classical Weimar sites. In order to build a new set of guidelines applied for open-air WHS, this research used a systematic approach to compare literature-based guidelines to industry-based ones (based on affordances), extracted from the available Apps dedicated to WHS set in Germany. The instructions compiled from both sources have been comparatively tested by using two built prototypes from the distinctive guidelines, creating a set of recommendations collecting the best approach from both sources, plus suggesting new ones the evaluation.

Die vorliegende Arbeit richtet sich an Ingenieur*innen und Wissenschaftler*innen der technischen Gebäudeausrüstung. Sie greift einen sich abzeichnenden Änderungsbedarf in der Umwelt- und Nachhaltigkeitsbewertung von Gebäuden und wärmetechnischen Anlagen auf. Der aktuell genutzte nicht erneuerbare Primärenergiebedarf wird insbesondere hinsichtlich künftiger politischer Klima- und Umweltschutzziele als alleinige Bewertungsgröße nicht ausreichend sein. Die mit dieser Arbeit vorgestellte Ökoeffizienzbewertungsmethode kann als geeignetes Instrument zur Lösung der Probleme beitragen. Sie ermöglicht systematische, ganzheitliche Bewertungen und reproduzierbare Vergleiche wärmetechnischer Anlagen bezüglich ihrer ökologischen und ökonomischen Nachhaltigkeit. Die wesentlichsten Neuentwicklungen sind die spezifische Umweltleistung, in Erweiterung zum genutzten Primärenergiefaktor, und der Ökoeffizienzindikator UWI.

Encapsulation-based self-healing concrete has received a lot of attention nowadays in civil engineering field. These capsules are embedded in the cementitious matrix during concrete mixing. When the cracks appear, the embedded capsules which are placed along the path of incoming crack are fractured and then release of healing agents in the vicinity of damage. The materials of capsules need to be designed in a way that they should be able to break with small deformation, so the internal fluid can be released to seal the crack. This study focuses on computational modeling of fracture in encapsulation-based selfhealing concrete. The numerical model of 2D and 3D with randomly packed aggreates and capsules have been developed to analyze fracture mechanism that plays a significant role in the fracture probability of capsules and consequently the self-healing process. The capsules are assumed to be made of Poly Methyl Methacrylate (PMMA) and the potential cracks are represented by pre-inserted cohesive elements with tension and shear softening laws along the element boundaries of the mortar matrix, aggregates, capsules, and at the interfaces between these phases. The effects of volume fraction, core-wall thickness ratio, and mismatch fracture properties of capsules on the load carrying capacity of self-healing concrete and fracture probability of the capsules are investigated. The output of this study will become valuable tool to assist not only the experimentalists but also the manufacturers in designing an appropriate capsule material for self-healing concrete.

Die Auseinandersetzung mit der Digitalisierung ist in den letzten Jahren in den Medien, auf Konferenzen und in Ausschüssen der Bau- und Immobilienbranche angekommen. Während manche Bereiche Neuerungen hervorbringen und einige Akteure als Pioniere zu bezeichnen sind, weisen andere Themen noch Defizite hinsichtlich der digitalen Transformation auf. Zu dieser Kategorie kann auch das Baugenehmigungsverfahren gezählt werden. Unabhängig davon, wie Architekten und Ingenieure in den Planungsbüros auf innovative Methoden setzen, bleiben die Bauvorlagen bisher zuhauf in Papierform oder werden nach der elektronischen Einreichung in der Behörde ausgedruckt. Vorhandene Ressourcen, beispielsweise in Form eines Bauwerksinformationsmodells, die Unterstützung bei der Baugenehmigungsfeststellung bieten können, werden nicht ausgeschöpft. Um mit digitalen Werkzeugen eine Entscheidungshilfe für die Baugenehmigungsbehörden zu erarbeiten, ist es notwendig, den Ist-Zustand zu verstehen und Gegebenheiten zu hinterfragen, bevor eine Gesamtautomatisierung der innerbehördlichen Vorgänge als alleinige Lösung zu verfolgen ist. Mit einer inhaltlich-organisatorischen Betrachtung der relevanten Bereiche, die Einfluss auf die Baugenehmigungsfeststellung nehmen, wird eine Optimierung des Baugenehmigungsverfahrens in den Behörden angestrebt. Es werden die komplexen Bereiche, wie die Gesetzeslage, der Einsatz von Technologie aber auch die subjektiven Handlungsalternativen, ermittelt und strukturiert. Mit der Entwicklung eines Modells zur Feststellung der Baugenehmigungsfähigkeit wird sowohl ein Verständnis für Einflussfaktoren vermittelt als auch eine Transparenzsteigerung für alle Beteiligten geschaffen. Neben einer internationalen Literaturrecherche diente eine empirische Studie als Untersuchungsmethode. Die empirische Studie wurde in Form von qualitativen Experteninterviews durchgeführt, um den Ist-Zustand im Bereich der Baugenehmigungsverfahren festzustellen. Das erhobene Datenmaterial wurde aufbereitet und anschließend einer softwaregestützten Inhaltsanalyse unterzogen. Die Ergebnisse wurden in Kombination mit den Erkenntnissen der Literaturrecherche in verschiedenen Analysen als Modellgrundlage aufgearbeitet. Ergebnis der Untersuchung stellt ein Entscheidungsmodell dar, welches eine Lücke zwischen den gegenwärtigen Abläufen in den Baubehörden und einer Gesamtautomatisierung der Baugenehmigungsprüfung schließt. Die prozessorientierte Strukturierung entscheidungsrelevanter Sachverhalte im Modell ermöglicht eine Unterstützung bei der Baugenehmigungsfeststellung für Prüfer und Antragsteller. Das theoretische Modell konnte in Form einer Webanwendung in die Praxis übertragen werden.

Das Kernthema dieser Arbeit ist die Beschäftigung mit den Folgen des Uranbergbaus in dem Gebiet um die ehemalige Abbauregion der Wismut SAG/SDAG in Ronneburg (Ostthüringen). Dieses Thema wird unter historischen, sozialen, kulturanthropologischen und künstlerischen Aspekten betrachtet und in den Zusammenhang mit den weltweiten Voraussetzungen der Nuklearindustrie und Auswirkungen des Uranbergbaus und seiner Folgen gestellt. Die Arbeit legt dar, wie eine Uranbergbaufolgelandschaft entsteht und welches Wissen ist für ein angemessenes Verständnis des Phänomens wichtig ist. Es wird untersucht, ob Kunst bezüglich der Uranbergbaufolgelandschaft einen relevanten Beitrag leisten kann bzw. in welcher Form dies versucht wurde, bzw. stellte Arbeiten vor, die verwandete Themen bearbeitet haben. In Kombination dieser beiden Hauptaspekte geht die Arbeit der Frage nach, welche Faktoren die Uranbergbaufolgelandschaft prägen und ob es sinnvolle Beteiligungsfelder für künstlerisches Forschen oder Handeln gibt sowie welche Bedingungen hierfür erfüllt werdenmüssten. Die Kernthese der Arbeit ist, dass künstlerische Arbeiten im Themenfeld des Uranbergbaus unter bestimmten Bedingungen relevante Beiträge leisten können.

Buried PE pipelines are the main choice for transporting hazardous hydrocarbon fluids and are used in urban gas distribution networks. Molecular dynamics (MD) simulations used to investigate material behavior at nanoscale.

The computational analysis of argumentation strategies is substantial for many downstream applications. It is required for nearly all kinds of text synthesis, writing assistance, and dialogue-management tools. While various tasks have been tackled in the area of computational argumentation, such as argumentation mining and quality assessment, the task of the computational analysis of argumentation strategies in texts has so far been overlooked. This thesis principally approaches the analysis of the strategies manifested in the persuasive argumentative discourses that aim for persuasion as well as in the deliberative argumentative discourses that aim for consensus. To this end, the thesis presents a novel view of argumentation strategies for the above two goals. Based on this view, new models for pragmatic and stylistic argument attributes are proposed, new methods for the identification of the modelled attributes have been developed, and a new set of strategy principles in texts according to the identified attributes is presented and explored. Overall, the thesis contributes to the theory, data, method, and evaluation aspects of the analysis of argumentation strategies. The models, methods, and principles developed and explored in this thesis can be regarded as essential for promoting the applications mentioned above, among others.

Die interdisziplinäre Dissertationsschrift lässt sich im Horizont internationaler Forschungen zu Denkmalwerten, neuer Ansätze in der Kultur- und Wissensvermittlung rund um Baudenkmale sowie künstlerisch- ethnographischem Forschen an und mit Denkmalen verorten. Der erste Teil der Arbeit widmet sich Denkmalen und der Denkmalpflege im Kontext künstlerischer und sozialwissenschaftlicher Allianzen. Ausgangspunkt ist die Feststellung, dass die Denkmalpflege zwar sehr vieles über Denkmale weiß, aber kaum etwas über deren Rezeption beim breiten Publikum. Im Mittelpunkt steht die Frage, wie hier Praktiken der bildenden Kunst und Arbeitsweisen der Kulturanthropologie die Disziplin der Denkmalpflege bereichern können, oder sogar müssen. Den zweiten Teil bildet eine empirische Studie, in der die populäre Wahrnehmung von Denkmalen qualitativ erforscht wird. Das Schloss und Rittergut Bedheim im südlichen ländlichen Thüringen dient dabei als konkreter Untersuchungsort. Reaktionen von Besucherinnen und Besuchern werden mit Hilfe von drei künstlerischen Eingriffen angeregt und diese dann ethnographisch-offen dokumentiert und ausgewertet. Auf dieser Basis werden Zugänge zum Denkmal ermittelt. Während die meisten BesucherInnen das Denkmal als „Arbeit“ wahrnehmen, geraten einige ins „Träumen“ oder „Erinnern“, man „genießt“ das Ensemble als authentische und ästhetische Ressource, oder findet Zugang über das spontane „Erklären“ baukonstruktiver oder baulicher Situationen. Für andere bedeutet der Besuch die „Teilhabe“ an einem Prozess. Schloss Bedheim wird als Ort stetiger Veränderung geschätzt. In der Wahrnehmung der BesucherInnen verquicken sich Aspekte des Bewunderns mit solchen des Abgrenzens. Die eigene Alltagswelt und das eigene Zuhause bilden hierbei Bezugspunkte. Schloss Bedheim wird auf diese Weise zum Imaginationsraum, zur Energietankstelle und zur gern besuchten Problemwelt. Die Ergebnisse der Arbeit liegen in zwei Erkenntnisfeldern: Auf einer methodischen Ebene zeigt sie, wie in der Denkmalpflege vertiefte Fachlichkeit mit einer tatsächlichen Kontaktaufnahme mit dem Publikum verbunden werden kann und damit soziale Gefüge an Baudenkmalen qualitativ ermittelt werden können. Ebenso wird deutlich, dass künstlerische Eingriffe Auslöser von Gesprächen sind, als Kontaktflächen zur Alltagswelt dienen und so zu einer vielfältigen Auseinandersetzung mit Denkmalen führen. Auf einer inhaltlichen Ebene liefert die Arbeit Erkenntnisse zu Wahrnehmungsweisen von Denkmalen. Neben den erwähnten Zugängen, wird die Existenz und Bedeutung einer regional vernetzten Wahrnehmung von Denkmalen aufgedeckt. Des Weiteren zeigen die Ergebnisse, dass das Öffnen von Baudenkmalen als und im Prozess ungenutzte Potentiale birgt und es wird angeregt, dies in zukünftigen denkmalpflegerischen Konzepten eine größere Rolle spielen zu lassen. Die Vision eines „Kompendiums der Zugänge“ wird entwickelt, mit dessen Hilfe sich ein enormes Wissen über Rollen und Bedeutungen die Baudenkmale in unserer Gesellschaft spielen, sammeln ließe.

This work presents a robust status monitoring approach for detecting damage in cantilever structures based on logistic functions. Also, a stochastic damage identification approach based on changes of eigenfrequencies is proposed. The proposed algorithms are verified using catenary poles of electrified railways track. The proposed damage features overcome the limitation of frequency-based damage identification methods available in the literature, which are valid to detect damage in structures to Level 1 only. Changes in eigenfrequencies of cantilever structures are enough to identify possible local damage at Level 3, i.e., to cover damage detection, localization, and quantification. The proposed algorithms identified the damage with relatively small errors, even at a high noise level.

This dissertation describes the urban actors and spatial practices that contribute to natural urban resilience in Addis Ababa’s inner city. Natural urban resilience is a non-strategical and bottom-up, everyday form of general urban resilience – an urban system’s ability to maintain its essential characteristics under any change. This study gains significance by exposing conceptual gaps in the current un-derstanding of general urban resilience and highlighting its unconvincing applicability to African cities. This study attains further relevance by highlighting the danger of the ongoing large-scale redevelopment of the inner city. The inner city has naturally formed, and its urban memory, spaces, and social cohesion contribute to its primarily low-income population’s resilience. This thesis argues that the inner city’s demolition poses an incalculable risk of maladaptation to future stresses and shocks for Addis Ababa. The city needs a balanced urban discourse that highlights the inner city’s qualities and suggests feasible urban transformation measures. “Natural Urban Resilience” contributes an empirical study to the debate by identifying those aspects of the inner city that contribute to general resilience and identifies feasible action areas. This study develops a qualitative research design for a single case study in Addis Ababa. The data is obtained through expert interviews, interviews with resi-dents, and the analysis of street scene photos, which are abstracted using Grounded Theory. That way, this thesis provides first-time knowledge about who and what generates urban resilience in the inner city of Addis Ababa and how. Furthermore, the study complements existing theories on general urban resilience. It provides a detailed understanding of the change mechanisms in resilience, of which it identifies four: adaptation, upgrading, mitigation, and resistance. It also adapts the adaptive cycle, a widely used concept in resilience thinking, conceptually for urban environments. The study concludes that the inner city’s continued redevelopment poses an incalculable threat to the entire city. Therefore, “Natural urban resilience” recommends carefully weighing any intervention in the inner city to promote Addis Ababa’s overall resilience. This dissertation proposes a pattern language for natural urban resilience to support these efforts and to translate the model of natural urban resilience into practice.

This dissertation investigates the interactions between urban form, allocation of activities, and pedestrian movement in the context of urban planning. The ability to assess the long-term impact of urban planning decisions on what people do and how they get there is of central importance, with various disciplines addressing this topic. This study focuses on approaches proposed by urban morphologists, urban economists, and transportation planners, each aiming the attention at a different part of the form-activity-movement interaction. Even though there is no doubt about the advantages of these highly focused approaches, it remains unclear what is the cost of ignoring the effect of some interactions while considering others. The general aim of this dissertation is to empirically test the validity of the individual models and quantify the impact of this isolationist approach on their precision and bias. For this purpose, we propose a joined form-activity-movement interaction model and conduct an empirical study in Weimar, Germany. We estimate how the urban form and activities affect movement as well as how movement and urban form affect activities. By estimating these effects in isolation and simultaneously, we assess the bias of the individual models. On the one hand, the empirical study results confirm the significance of all interactions suggested by the individual models. On the other hand, we were able to show that when these interactions are estimated in isolation, the resulting predictions are biased. To conclude, we do not question the knowledge brought by transportation planners, urban morphologists, and urban economists. However, we argue that it might be of little use on its own. We see the relevance of this study as being twofold. On the one hand, we proposed a novel methodological framework for the simultaneous estimation of the form-activity-movement interactions. On the other hand, we provide empirical evidence about the strengths and limitations of current approaches.

Housing estates were fundamentally conceived upon state socialist utopia ideas to provide standard housing for citizens. While former state socialist housing estates have been extensively researched in the field of architecture, urban and sociology studies, there is still a gap in identifying how production processes affect morphological changes during the post-socialist era. This thesis compares the processes in the production of the largest housing estates of Marzahn in GDR and Petržalka in Czechoslovakia from 1970 to 1989 through contextual analysis of primary and secondary sources, which include visual maps, diagrams from professional architecture and planning journals, government documents and textbooks, as well as academic journals, books and newspaper articles. Then it discusses how these processes inadvertently created conducive conditions affecting their development in the market economy after 1989. It then interprets the results through application of Actor-Network Theory and Historical Institutionalism, while conceptualising them through David Harvey’s dialectical utopianism theory. Harvey (2000) delineates two types of utopia, one of spatial form and one of process. The former refers to materialised ideals in physical forms whereas the latter refers to the ongoing process of spatializing. The thesis aims to show how the production of Marzahn in GDR was more path dependent on policies established in 1950s and 1960s whereas Petržalka was a product of new Czechoslovakian policies in 1970s, changing aspects of the urban planning process, a manifestation of a more emphatic technocratic thinking on a wider scale. This ultimately influences the trajectories of development after 1989, showing more effects in Petržalka.

This thesis presents the advances and applications of phase field modeling in fracture analysis. In this approach, the sharp crack surface topology in a solid is approximated by a diffusive crack zone governed by a scalar auxiliary variable. The uniqueness of phase field modeling is that the crack paths are automatically determined as part of the solution and no interface tracking is required. The damage parameter varies continuously over the domain. But this flexibility comes with associated difficulties: (1) a very fine spatial discretization is required to represent sharp local gradients correctly; (2) fine discretization results in high computational cost; (3) computation of higher-order derivatives for improved convergence rates and (4) curse of dimensionality in conventional numerical integration techniques. As a consequence, the practical applicability of phase field models is severely limited. The research presented in this thesis addresses the difficulties of the conventional numerical integration techniques for phase field modeling in quasi-static brittle fracture analysis. The first method relies on polynomial splines over hierarchical T-meshes (PHT-splines) in the framework of isogeometric analysis (IGA). An adaptive h-refinement scheme is developed based on the variational energy formulation of phase field modeling. The fourth-order phase field model provides increased regularity in the exact solution of the phase field equation and improved convergence rates for numerical solutions on a coarser discretization, compared to the second-order model. However, second-order derivatives of the phase field are required in the fourth-order model. Hence, at least a minimum of C1 continuous basis functions are essential, which is achieved using hierarchical cubic B-splines in IGA. PHT-splines enable the refinement to remain local at singularities and high gradients, consequently reducing the computational cost greatly. Unfortunately, when modeling complex geometries, multiple parameter spaces (patches) are joined together to describe the physical domain and there is typically a loss of continuity at the patch boundaries. This decrease of smoothness is dictated by the geometry description, where C0 parameterizations are normally used to deal with kinks and corners in the domain. Hence, the application of the fourth-order model is severely restricted. To overcome the high computational cost for the second-order model, we develop a dual-mesh adaptive h-refinement approach. This approach uses a coarser discretization for the elastic field and a finer discretization for the phase field. Independent refinement strategies have been used for each field. The next contribution is based on physics informed deep neural networks. The network is trained based on the minimization of the variational energy of the system described by general non-linear partial differential equations while respecting any given law of physics, hence the name physics informed neural network (PINN). The developed approach needs only a set of points to define the geometry, contrary to the conventional mesh-based discretization techniques. The concept of `transfer learning' is integrated with the developed PINN approach to improve the computational efficiency of the network at each displacement step. This approach allows a numerically stable crack growth even with larger displacement steps. An adaptive h-refinement scheme based on the generation of more quadrature points in the damage zone is developed in this framework. For all the developed methods, displacement-controlled loading is considered. The accuracy and the efficiency of both methods are studied numerically showing that the developed methods are powerful and computationally efficient tools for accurately predicting fractures.

Die zu beobachtenden kürzeren Produktlebenszyklen und eine schnellere Marktdurchdringung von Produkttechnologien erfordern adaptive und leistungsfähige Produktionsanlagen. Die Adaptivität ermöglicht eine Anpassung der Produktionsanlage an neue Produkte, und die Leistungsfähigkeit der Anlage stellt sicher, dass ausreichend Produkte in kurzer Zeit und zu geringen Kosten hergestellt werden können. Durch eine Modularisierung der Produktionsanlage kann die Adaptivität erreicht werden. Jedoch erfordert heutzutage jede Adaption manuellen Aufwand, z.B. zur Anpassung von proprietären Signalen oder zur Anpassung übergeordneter Funktionen. Dadurch sinkt die Leistungsfähigkeit der Anlage. Das Ziel dieser Arbeit ist es, die Interoperabilität in Bezug auf die Informationsverwendung in modularen Produktionsanlagen zu gewährleisten. Dazu werden Informationen durch semantische Modelle beschrieben. Damit wird ein einheitlicher Informationszugriff ermöglicht, und übergeordnete Funktionen erhalten Zugriff auf alle Informationen der Produktionsmodule, unabhängig von dem Typ, dem Hersteller und dem Alter des Moduls. Dadurch entfällt der manuelle Aufwand bei Anpassungen des modularen Produktionssystems, wodurch die Leistungsfähigkeit der Anlage gesteigert und Stillstandszeiten reduziert werden. Nach dem Ermitteln der Anforderungen an einen Modellierungsformalismus wurden potentielle Formalismen mit den Anforderungen abgeglichen. OWL DL stellte sich als geeigneter Formalismus heraus und wurde für die Erstellung des semantischen Modells in dieser Arbeit verwendet. Es wurde exemplarisch ein semantisches Modell für die drei Anwendungsfälle Interaktion, Orchestrierung und Diagnose erstellt. Durch einen Vergleich der Modellierungselemente von unterschiedlichen Anwendungsfällen wurde die Allgemeingültigkeit des Modells bewertet. Dabei wurde gezeigt, dass die Erreichung eines allgemeinen Modells für technische Anwendungsfälle möglich ist und lediglich einige Hundert Begriffe benötigt. Zur Evaluierung der erstellten Modelle wurde ein wandlungsfähiges Produktionssystem der SmartFactoryOWL verwendet, an dem die Anwendungsfälle umgesetzt wurden. Dazu wurde eine Laufzeitumgebung erstellt, die die semantischen Modelle der einzelnen Module zu einem Gesamtmodell vereint, Daten aus der Anlage in das Modell überträgt und eine Schnittstelle für die Services bereitstellt. Die Services realisieren übergeordnete Funktionen und verwenden die Informationen des semantischen Modells. In allen drei Anwendungsfällen wurden die semantischen Modelle korrekt zusammengefügt und mit den darin enthaltenen Informationen konnte die Aufgabe des jeweiligen Anwendungsfalles ohne zusätzlichen manuellen Aufwand gelöst werden.

In recent decades, a multitude of concepts and models were developed to understand, assess and predict muscular mechanics in the context of physiological and pathological events. Most of these models are highly specialized and designed to selectively address fields in, e.g., medicine, sports science, forensics, product design or CGI; their data are often not transferable to other ranges of application. A single universal model, which covers the details of biochemical and neural processes, as well as the development of internal and external force and motion patterns and appearance could not be practical with regard to the diversity of the questions to be investigated and the task to find answers efficiently. With reasonable limitations though, a generalized approach is feasible. The objective of the work at hand was to develop a model for muscle simulation which covers the phenomenological aspects, and thus is universally applicable in domains where up until now specialized models were utilized. This includes investigations on active and passive motion, structural interaction of muscles within the body and with external elements, for example in crash scenarios, but also research topics like the verification of in vivo experiments and parameter identification. For this purpose, elements for the simulation of incompressible deformations were studied, adapted and implemented into the finite element code SLang. Various anisotropic, visco-elastic muscle models were developed or enhanced. The applicability was demonstrated on the base of several examples, and a general base for the implementation of further material models was developed and elaborated.

In dieser Untersuchung wird eine Geschichte von Problemen der Gleichzeitigkeit zwischen Sehen und Hören, beziehungsweise der Synchronität von Bild und Ton, bis zur Entstehung des Tonfilms rekonstruiert. Dabei werden Linien gezogen zwischen diskursiven Konfigurationen und medialen Anordnungen, in denen das Verhältnis von Sehen und Hören oder Bild und Ton als zeitliches erscheint – in denen Sehen und Hören, Bild und Ton zwischen Mannigfaltigkeit und Einheit verschmelzen, auseinanderfallen, interagieren, redundant oder spezifisch werden, einander ergänzen, dominieren, verfehlen verdrängen, aufspalten… Tonfilm ist in der Kinogeschichte eben nicht nur eine Ergänzung. Vielmehr ähnelt er dem Auftritt eines Gespensts, das das Wissen und die Techniken der Trennung der Sinne schon länger, vielleicht schon immer begleitet hatte. Das Auftreten des Tonfilms ist auch überhaupt früher Anlass eines weitreichenden Diskurses darüber, was Audiovision eigentlich sein könnte und sollte. Noch allgemeiner könnte auch davon gesprochen werden, dass Tonfilm eins der ersten großen Projekte der Konvergenz technischer Medien ist, die heute – besonders angesichts des Computers – als entscheidender Aspekt von Mediengeschichte erscheint. Die Linien der Probleme von Gleichzeitigkeit/Ungleichzeitigkeit an den Schnittstellen von Wissen, Technik und Ästhetik werden insbesondere durch drei Felder hindurch nachgezeichnet: 1) Die Geschichte von Intermodalität in Bezug auf die Frage nach Gleichzeitigkeit und Ungleichzeitigkeit als Problem und Gegenstand von Wissenschaft seit dem 19. Jahrhundert, vornehmlich in zwei Gebieten: Als Fehlerquelle im astronomischen Observatorium bei der Messung, Feststellung und Vereinheitlichung von Raum und Zeit, die auf individuelle Abweichungen Intermodaler Wahrnehmung verweist und als Problem der „persönlichen Gleichung“ weit über die Astronomie hinaus Karriere macht. Als heiße Zone wahrnehmungspsychologischer Experimente und ihrer Apparate seit der Mitte des 19. Jahrhunderts, die mit dem Konzept der „Komplikation“ Fragen nach einer Synthese der Sinneswahrnehmungen und damit letztlich nach der Selbstgegenwart des Menschen stellt. 2) Eine Technikgeschichte des Problems auditive und visuelle Zeitmedien – wie Phonograph und Film – zu koppeln, zu synchronisieren. Darin eskalieren zwei zeitkritische Relationen: Einerseits zwischen diskreter, intermittierender Bewegung des Films und stetiger, kontinuierlicher Bewegung des Phonographen, andererseits in Bezug darauf, an welcher Stelle – wo und wann – audiovisuelle Gegenwart des Kinos ensteht; oder auch verfehlt wird. 3) Eine Geschichte von Filmtheorie und -ästhetik, in der sich mit der Durchsetzung des Tonfilms um 1930 die Frage stellt, was dieses neue Medium sei und was damit zu tun. Diese Verhandlungen spannen sich zwischen dem formulierten Ziel einer spezifischen Illusion oder Präsenz von Tonfilm durch Synchronität auf der einen Seite und der sich aus dem Verdacht des Betrugs durch Synchronität ergebenden Forderung nach „Asynchronismus“ als kritischer Methode auf der anderen Seite auf. Ausgehend von der These, dass im 19. Jahrhundert die Sinne aufgeteilt werden, dann wird in diesen Anordnungen an irgendeiner Stelle Heterogenes gleichzeitig passieren. An welcher Stelle? Und was bedeuten diese (Un-)Gleichzeitigkeiten? Was dabei - sehr allgemein gesprochen - auf dem Spiel steht, sind Möglichkeiten einer audiovisuell geteilten – getrennten oder gemeinsamen - Welt und Gegenwart.

In recent years, substantial attention has been devoted to thermoelastic multifield problems and their numerical analysis. Thermoelasticity is one of the important categories of multifield problems which deals with the effect of mechanical and thermal disturbances on an elastic body. In other words, thermoelasticity encompasses the phenomena that describe the elastic and thermal behavior of solids and their interactions under thermo-mechanical loadings. Since providing an analytical solution for general coupled thermoelasticity problems is mathematically complicated, the development of alternative numerical solution techniques seems essential. Due to the nature of numerical analysis methods, presence of error in results is inevitable, therefore in any numerical simulation, the main concern is the accuracy of the approximation. There are different error estimation (EE) methods to assess the overall quality of numerical approximation. In many real-life numerical simulations, not only the overall error, but also the local error or error in a particular quantity of interest is of main interest. The error estimation techniques which are developed to evaluate the error in the quantity of interest are known as “goal-oriented” error estimation (GOEE) methods. This project, for the first time, investigates the classical a posteriori error estimation and goal-oriented a posteriori error estimation in 2D/3D thermoelasticity problems. Generally, the a posteriori error estimation techniques can be categorized into two major branches of recovery-based and residual-based error estimators. In this research, application of both recovery- and residual-based error estimators in thermoelasticity are studied. Moreover, in order to reduce the error in the quantity of interest efficiently and optimally in 2D and 3D thermoelastic problems, goal-oriented adaptive mesh refinement is performed. As the first application category, the error estimation in classical Thermoelasticity (CTE) is investigated. In the first step, a rh-adaptive thermo-mechanical formulation based on goal-oriented error estimation is proposed.The developed goal-oriented error estimation relies on different stress recovery techniques, i.e., the superconvergent patch recovery (SPR), L2-projection patch recovery (L2-PR), and weighted superconvergent patch recovery (WSPR). Moreover, a new adaptive refinement strategy (ARS) is presented that minimizes the error in a quantity of interest and refines the discretization such that the error is equally distributed in the refined mesh. The method is validated by numerous numerical examples where an analytical solution or reference solution is available. After investigating error estimation in classical thermoelasticity and evaluating the quality of presented error estimators, we extended the application of the developed goal-oriented error estimation and the associated adaptive refinement technique to the classical fully coupled dynamic thermoelasticity. In this part, we present an adaptive method for coupled dynamic thermoelasticity problems based on goal-oriented error estimation. We use dimensionless variables in the finite element formulation and for the time integration we employ the acceleration-based Newmark-_ method. In this part, the SPR, L2-PR, and WSPR recovery methods are exploited to estimate the error in the quantity of interest (QoI). By using adaptive refinement in space, the error in the quantity of interest is minimized. Therefore, the discretization is refined such that the error is equally distributed in the refined mesh. We demonstrate the efficiency of this method by numerous numerical examples. After studying the recovery-based error estimators, we investigated the residual-based error estimation in thermoelasticity. In the last part of this research, we present a 3D adaptive method for thermoelastic problems based on goal-oriented error estimation where the error is measured with respect to a pointwise quantity of interest. We developed a method for a posteriori error estimation and mesh adaptation based on dual weighted residual (DWR) method relying on the duality principles and consisting of an adjoint problem solution. Here, we consider the application of the derived estimator and mesh refinement to two-/three-dimensional (2D/3D) thermo-mechanical multifield problems. In this study, the goal is considered to be given by singular pointwise functions, such as the point value or point value derivative at a specific point of interest (PoI). An adaptive algorithm has been adopted to refine the mesh to minimize the goal in the quantity of interest. The mesh adaptivity procedure based on the DWR method is performed by adaptive local h-refinement/coarsening with allowed hanging nodes. According to the proposed DWR method, the error contribution of each element is evaluated. In the refinement process, the contribution of each element to the goal error is considered as the mesh refinement criterion. In this study, we substantiate the accuracy and performance of this method by several numerical examples with available analytical solutions. Here, 2D and 3D problems under thermo-mechanical loadings are considered as benchmark problems. To show how accurately the derived estimator captures the exact error in the evaluation of the pointwise quantity of interest, in all examples, considering the analytical solutions, the goal error effectivity index as a standard measure of the quality of an estimator is calculated. Moreover, in order to demonstrate the efficiency of the proposed method and show the optimal behavior of the employed refinement method, the results of different conventional error estimators and refinement techniques (e.g., global uniform refinement, Kelly, and weighted Kelly techniques) are used for comparison.

Promotion an der Bauhaus-Universität Weimar (Dr. phil.) und zugleich PhD an der University of British Columbia Vancouver. 2015 auf dem Server der University of British Columbia mit Embargo veröffentlicht. Das Embargo wird immer wieder verlängert. Aktuell: This item is embargoed until 2026-06-30, you need to request access to be able to view the item's media before that date.

Realisierungsprozess eines Graffiti Ausstellungsprojekts im musealen Kontext

The purpose of this study is to develop self-contained methods for obtaining smooth meshes which are compatible with isogeometric analysis (IGA). The study contains three main parts. We start by developing a better understanding of shapes and splines through the study of an image-related problem. Then we proceed towards obtaining smooth volumetric meshes of the given voxel-based images. Finally, we treat the smoothness issue on the multi-patch domains with C1 coupling. Following are the highlights of each part. First, we present a B-spline convolution method for boundary representation of voxel-based images. We adopt the filtering technique to compute the B-spline coefficients and gradients of the images effectively. We then implement the B-spline convolution for developing a non-rigid images registration method. The proposed method is in some sense of “isoparametric”, for which all the computation is done within the B-splines framework. Particularly, updating the images by using B-spline composition promote smooth transformation map between the images. We show the possible medical applications of our method by applying it for registration of brain images. Secondly, we develop a self-contained volumetric parametrization method based on the B-splines boundary representation. We aim to convert a given voxel-based data to a matching C1 representation with hierarchical cubic splines. The concept of the osculating circle is employed to enhance the geometric approximation, where it is done by a single template and linear transformations (scaling, translations, and rotations) without the need for solving an optimization problem. Moreover, we use the Laplacian smoothing and refinement techniques to avoid irregular meshes and to improve mesh quality. We show with several examples that the method is capable of handling complex 2D and 3D configurations. In particular, we parametrize the 3D Stanford bunny which contains irregular shapes and voids. Finally, we propose the B´ezier ordinates approach and splines approach for C1 coupling. In the first approach, the new basis functions are defined in terms of the B´ezier Bernstein polynomials. For the second approach, the new basis is defined as a linear combination of C0 basis functions. The methods are not limited to planar or bilinear mappings. They allow the modeling of solutions to fourth order partial differential equations (PDEs) on complex geometric domains, provided that the given patches are G1 continuous. Both methods have their advantages. In particular, the B´ezier approach offer more degree of freedoms, while the spline approach is more computationally efficient. In addition, we proposed partial degree elevation to overcome the C1-locking issue caused by the over constraining of the solution space. We demonstrate the potential of the resulting C1 basis functions for application in IGA which involve fourth order PDEs such as those appearing in Kirchhoff-Love shell models, Cahn-Hilliard phase field application, and biharmonic problems.

Ausgehend von der vielfachen Verwertung der bäuerlichen Kleidung durch den Staat während des Sozialismus in Rumänien wird in der Arbeit das ‚Gemacht-Sein‘ von Volkstrachten befragt entlang von im untersuchten Zeitraum wirkenden Diskursen, wie dem Prozess der Modernisierung oder der Hervorhebung nationaler Werte. Die künstlerische Forschung setzt dabei auf Simulacra (Roland Barthes). Ziel war, tradierte Formate der Wissensaufbereitung und -verbreitung zu appropriieren, so auch von Strategien, die auf der Ebene von Bildern und Sprache agieren, um eine Re-Lektüre sowohl von ‚Volkstracht‘ im Sozialismus als auch von ihren Entsprechungen nach 1989 zu ermöglichen.

This study permits a reliability analysis to solve the mechanical behaviour issues existing in the current structural design of fabric structures. Purely predictive material models are highly desirable to facilitate an optimized design scheme and to significantly reduce time and cost at the design stage, such as experimental characterization. The present study examined the role of three major tasks; a) single-objective optimization, b) sensitivity analyses and c) multi-objective optimization on proposed weave structures for woven fabric composites. For single-objective optimization task, the first goal is to optimize the elastic properties of proposed complex weave structure under unit cells basis based on periodic boundary conditions. We predict the geometric characteristics towards skewness of woven fabric composites via Evolutionary Algorithm (EA) and a parametric study. We also demonstrate the effect of complex weave structures on the fray tendency in woven fabric composites via tightness evaluation. We utilize a procedure which does not require a numerical averaging process for evaluating the elastic properties of woven fabric composites. The fray tendency and skewness of woven fabrics depends upon the behaviour of the floats which is related to the factor of weave. Results of this study may suggest a broader view for further research into the effects of complex weave structures or may provide an alternative to the fray and skewness problems of current weave structure in woven fabric composites. A comprehensive study is developed on the complex weave structure model which adopts the dry woven fabric of the most potential pattern in singleobjective optimization incorporating the uncertainties parameters of woven fabric composites. The comprehensive study covers the regression-based and variance-based sensitivity analyses. The second task goal is to introduce the fabric uncertainties parameters and elaborate how they can be incorporated into finite element models on macroscopic material parameters such as elastic modulus and shear modulus of dry woven fabric subjected to uni-axial and biaxial deformations. Significant correlations in the study, would indicate the need for a thorough investigation of woven fabric composites under uncertainties parameters. The study describes here could serve as an alternative to identify effective material properties without prolonged time consumption and expensive experimental tests. The last part focuses on a hierarchical stochastic multi-scale optimization approach (fine-scale and coarse-scale optimizations) under geometrical uncertainties parameters for hybrid composites considering complex weave structure. The fine-scale optimization is to determine the best lamina pattern that maximizes its macroscopic elastic properties, conducted by EA under the following uncertain mesoscopic parameters: yarn spacing, yarn height, yarn width and misalignment of yarn angle. The coarse-scale optimization has been carried out to optimize the stacking sequences of symmetric hybrid laminated composite plate with uncertain mesoscopic parameters by employing the Ant Colony Algorithm (ACO). The objective functions of the coarse-scale optimization are to minimize the cost (C) and weight (W) of the hybrid laminated composite plate considering the fundamental frequency and the buckling load factor as the design constraints. Based on the uncertainty criteria of the design parameters, the appropriate variation required for the structural design standards can be evaluated using the reliability tool, and then an optimized design decision in consideration of cost can be subsequently determined.

Space is a social product and a social producer. The main aim of this thesis is to reveal ‘the process of totalitarian city making in Pyongyang’, especially in the light of the interaction between the power and urban space. The totalitarian city of Pyongyang was born out of modernization in the process of masses formation. During the growth of colonial capitalism and Christian liberal ideas, Pyongyang was modernized and displayed the characteristics of a modern city with industrialization and urbanization. During the introduction of Japanese colonial capitalism, peasants, women, and slaves became the first masses and urban poor, and they later transformed into the mob; their violence was finally demonstrated during the Anti-Chinese Riot. After the 1945 independence, Kim’s regime formed the one-party state with a cry for revolution. They produced an atmosphere of imminent war to instill fear and hatred into the psyche of Pyongyang citizens. The regime eliminated all political opponents in 1967 and finally declared the totalitarian ideology in 1974. During this process, Pyongyang demonstrated two main characteristics of a totalitarian city: the space of terror and of ideology. The space of terror produces the fear of death and the space of ideology controls the thought and life of citizens. After entry to the market, to keep Kim’s controlling power, the regime used the strategy of location exchange. The camp, market, and Foreign Currency Shop were effective tools to prepare for executives’ gifts. However, the market also produces the desire not only for consumption but also for freedom and truth; it is tearing down the foundation of the totalitarian city of Pyongyang. This research focuses primarily on the interaction between political power and urban space. In the process of making a totalitarian city, the power produced urban space and it influenced the psyche of Pyongyang citizens. Even though this spatial transition has created the totalitarian city and helped maintain political power, it also led and produced intended or unintended social variation in Pyongyang society.

Abstract In the first part of this research, the utilization of tuned mass dampers in the vibration control of tall buildings during earthquake excitations is studied. The main issues such as optimizing the parameters of the dampers and studying the effects of frequency content of the target earthquakes are addressed. Abstract The non-dominated sorting genetic algorithm method is improved by upgrading generic operators, and is utilized to develop a framework for determining the optimum placement and parameters of dampers in tall buildings. A case study is presented in which the optimal placement and properties of dampers are determined for a model of a tall building under different earthquake excitations through computer simulations. Abstract In the second part, a novel framework for the brain learning-based intelligent seismic control of smart structures is developed. In this approach, a deep neural network learns how to improve structural responses during earthquake excitations using feedback control. Abstract Reinforcement learning method is improved and utilized to develop a framework for training the deep neural network as an intelligent controller. The efficiency of the developed framework is examined through two case studies including a single-degree-of-freedom system and a high-rise building under different earthquake excitation records. Abstract The results show that the controller gradually develops an optimum control policy to reduce the vibrations of a structure under an earthquake excitation through a cyclical process of actions and observations. Abstract It is shown that the controller efficiently improves the structural responses under new earthquake excitations for which it was not trained. Moreover, it is shown that the controller has a stable performance under uncertainties.

Wind-induced vibrations often represent a major design criterion for long-span bridges. This work deals with the assessment and development of models for aerodynamic and aeroelastic analyses of long-span bridges. Computational Fluid Dynamics (CFD) and semi-analytical aerodynamic models are employed to compute the bridge response due to both turbulent and laminar free-stream. For the assessment of these models, a comparative methodology is developed that consists of two steps, a qualitative and a quantitative one. The first, qualitative, step involves an extension of an existing approach based on Category Theory and its application to the field of bridge aerodynamics. Initially, the approach is extended to consider model comparability and completeness. Then, the complexity of the CFD and twelve semi-analytical models are evaluated based on their mathematical constructions, yielding a diagrammatic representation of model quality. In the second, quantitative, step of the comparative methodology, the discrepancy of a system response quantity for time-dependent aerodynamic models is quantified using comparison metrics for time-histories. Nine metrics are established on a uniform basis to quantify the discrepancies in local and global signal features that are of interest in bridge aerodynamics. These signal features involve quantities such as phase, time-varying frequency and magnitude content, probability density, non-stationarity, and nonlinearity. The two-dimensional (2D) Vortex Particle Method is used for the discretization of the Navier-Stokes equations including a Pseudo-three dimensional (Pseudo-3D) extension within an existing CFD solver. The Pseudo-3D Vortex Method considers the 3D structural behavior for aeroelastic analyses by positioning 2D fluid strips along a line-like structure. A novel turbulent Pseudo-3D Vortex Method is developed by combining the laminar Pseudo-3D VPM and a previously developed 2D method for the generation of free-stream turbulence. Using analytical derivations, it is shown that the fluid velocity correlation is maintained between the CFD strips. Furthermore, a new method is presented for the determination of the complex aerodynamic admittance under deterministic sinusoidal gusts using the Vortex Particle Method. The sinusoidal gusts are simulated by modeling the wakes of flapping airfoils in the CFD domain with inflow vortex particles. Positioning a section downstream yields sinusoidal forces that are used for determining all six components of the complex aerodynamic admittance. A closed-form analytical relation is derived, based on an existing analytical model. With this relation, the inflow particles’ strength can be related with the target gust amplitudes a priori. The developed methodologies are combined in a synergistic framework, which is applied to both fundamental examples and practical case studies. Where possible, the results are verified and validated. The outcome of this work is intended to shed some light on the complex wind–bridge interaction and suggest appropriate modeling strategies for an enhanced design.

Vor dem Hintergrund einer stetig wachsenden Nachfrage an Beton wie auch ambitionierter Reduktionsziele beim in der Zementproduktion anfallenden CO2 gelten calcinierte Tone als derzeit aussichtsreichste technische Neuerung im Bereich nachhaltiger Bindemittelkonzepte. Unter Ausnutzung ihrer Puzzolanität soll ein erheblicher Teil der Klinkerkomponente im Zement ersetzt werden, wobei der zu ihrer Aktivierung notwendige Energiebedarf vergleichsweise niedrig ist. Wesentliche Vorteile der Tone sind ihre weltweit nahezu unbegrenzte Verfügbarkeit sowie der äußerst geringe rohstoffbedingte CO2-Ausstoß während der Calcinierung. Schwierigkeiten auf dem Weg der Umsetzung bestehen allerdings in der Vielseitigkeit des Systems, welches durch eine hohe Varietät der Rohtone und des daraus folgenden thermischen Verhaltens gekennzeichnet ist. Entsprechend schwierig ist die Übertragbarkeit von Erfahrungen mit bereits etablierten calcinierten Tonen wie dem Metakaolin, der sich durch hohe Reinheit, einen aufwendigen Aufbereitungsprozess und eine entsprechend hohe Reaktivität auszeichnet. Ziel der Arbeit ist es daher, den bereits erlangten Kenntnisstand auf andere, wirtschaftlich relevante Tone zu erweitern und deren Eignung für die Anwendung im Beton herauszuarbeiten. In einem mehrstufigen Arbeitsprogramm wurde untersucht, inwieweit großtechnisch nutzbare Tone aktivierbar sind und welche Eigenschaften sich daraus für Zement und Beton ergeben. Die dabei festgestellte Reihenfolge Kaolinit > Montmorillonit > Illit beschreibt sowohl die Reaktivität der Brennprodukte als auch umgekehrt die Höhe der optimalen Calciniertemperatur. Auch wandelt sich der Charakter der entstandenen Metaphasen in dieser Abfolge von röntgenamorph und hochreaktiv zu glasig und reaktionsträge. Trotz dieser Einordnung konnte selbst mit dem Illit eine mit Steinkohlenflugasche vergleichbare Puzzolanität festgestellt werden. Dies bestätigte sich anschließend in Parameterversuchen, bei denen die Einflüsse von Rohstoffqualität, Calcinierung, Aufbereitung und Zement hinsichtlich der Reaktivitätsausbeute bewertet wurden. Die Bandbreite der erzielbaren Qualitäten ist dabei immens und gipfelt nicht zuletzt in stark unterschiedlichen Wirkungen auf die Festbetoneigenschaften. Hier machte sich vor allem die für Puzzolane typische Porenverfeinerung bemerkbar, sodass viele von Transportvorgängen abhängige Schadmechanismen unterdrückt wurden. Andere Schadex-positionen wie der Frostangriff ließen sich durch Zusatzmaßnahmen wie dem Eintrag von Luftporen beherrschen. Zu bemängeln sind vor allem die schlechte Verarbeitbarkeit kaolinitischer Metatone wie auch die für Puzzolane stark ausgeprägte Carbonatisierungsneigung. Wesentliches Ergebnis der Arbeit ist, dass auch Tone, die bisher als geringwertig bezüglich des Aktivierungspotentials galten, nutzbare puzzolanische Eigenschaften entwickeln können. So kann selbst ein stark verunreinigter Illit-Ton die Qualität von Flugasche erreichen. Mit stei-gendem Tonmineralgehalt sowie bei Präsens thermisch instabilerer Tonminerale wie Mont-morillonit und Kaolinit erweitert sich das Spektrum nutzbarer Puzzolanitäten bis hin zur hochreaktiven Metakaolin-Qualität. Damit lassen sich gute bis sehr gute Betoneigenschaften erzielen, sodass die Leistungsfähigkeit etablierter Kompositmaterialien erreicht wird. Somit sind die Voraussetzungen für eine umfangreiche Nutzung der erheblichen Tonmengen im Zement und Beton gegeben. Entsprechend können Tone einen effektiven Beitrag zu einer gesteigerten Nachhaltigkeit in der Baustoffproduktion weltweit leisten.