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The design of engineering structures takes place today and in the past on the basis of static calculations. The consideration of uncertainties in the model quality becomes more and more important with the development of new construction methods and design requirements. In addition to the traditional forced-based approaches, experiences and observations about the deformation behavior of components and the overall structure under different exposure conditions allow the introduction of novel detection and evaluation criteria.
The proceedings at hand are the result from the Bauhaus Summer School Course: Forecast Engineering held at the Bauhaus-Universität Weimar, 2017. It summarizes the results of the conducted project work, provides the abstracts of the contributions by the participants, as well as impressions from the accompanying programme and organized cultural activities.
The special character of this course is in the combination of basic disciplines of structural engineering with applied research projects in the areas of steel and reinforced concrete structures, earthquake and wind engineering as well as informatics and linking them to mathematical methods and modern tools of visualization. Its innovative character results from the ambitious engineering tasks and advanced
modeling demands.
FCS-MBFLEACH: Designing an Energy-Aware Fault Detection System for Mobile Wireless Sensor Networks
(2019)
Wireless sensor networks (WSNs) include large-scale sensor nodes that are densely distributed over a geographical region that is completely randomized for monitoring, identifying, and analyzing physical events. The crucial challenge in wireless sensor networks is the very high dependence of the sensor nodes on limited battery power to exchange information wirelessly as well as the non-rechargeable battery of the wireless sensor nodes, which makes the management and monitoring of these nodes in terms of abnormal changes very difficult. These anomalies appear under faults, including hardware, software, anomalies, and attacks by raiders, all of which affect the comprehensiveness of the data collected by wireless sensor networks. Hence, a crucial contraption should be taken to detect the early faults in the network, despite the limitations of the sensor nodes. Machine learning methods include solutions that can be used to detect the sensor node faults in the network. The purpose of this study is to use several classification methods to compute the fault detection accuracy with different densities under two scenarios in regions of interest such as MB-FLEACH, one-class support vector machine (SVM), fuzzy one-class, or a combination of SVM and FCS-MBFLEACH methods. It should be noted that in the study so far, no super cluster head (SCH) selection has been performed to detect node faults in the network. The simulation outcomes demonstrate that the FCS-MBFLEACH method has the best performance in terms of the accuracy of fault detection, false-positive rate (FPR), average remaining energy, and network lifetime compared to other classification methods.
In der vorliegenden Arbeit wird die Bedeutung und Funktion des fotografischen Bildes und im Besonderen der Handyfotografie im Kontext von Internet und sozialen Onlinenetzwerken beschrieben, untersucht und diskutiert.
Im Spannungsfeld zwischen sozialwissenschaftlichen Theorien, foto- und medientheoretischem Diskurs sowie ästhetisch künstlerischen Perspektiven wird ausgelotet, welche konkreten visuellen und sozialen Formen die gegenwärtige mobile digitale Bildpraxis angenommen hat, wie sich ihre Gebrauchsweise innerhalb des globalen gesellschaftlichen Alltags darstellt, und in welcher Weise ihr spezielles Zusammenspiel aus „shooting“, „uploading“, „sharing“ zu neuen menschlichen Handlungsmustern und zur Schaffung neuer kultureller Realitäten beiträgt.
Urban planners are often challenged with the task of developing design solutions which must meet multiple, and often contradictory, criteria. In this paper, we investigated the trade-offs between social, psychological, and energy potential of the fundamental elements of urban form: the street network and the building massing. Since formal mehods to evaluate urban form from the psychological and social point of view are not readily available, we developed a methodological framework to quantify these criteria as the first contribution in this paper. To evaluate the psychological potential, we conducted a three-tiered empirical study starting from real world environments and then abstracting them to virtual environments. In each context, the implicit (physiological) response and explicit (subjective) response of pedestrians were measured. To quantify the social potential, we developed a street network centrality-based measure of social accessibility.
For the energy potential, we created an energy model to analyze the impact of pure geometric form on the energy demand of the building stock. The second contribution of this work is a method to identify distinct clusters of urban form and, for each, explore the trade-offs between the select design criteria. We applied this method to two case studies identifying nine types of urban form and their respective potential trade-offs, which are directly applicable for the assessment of strategic decisions regarding urban form during the early planning stages.
Landwirtschaftliche Biogasanlagen leisten mit ca. 9.300 Anlagen und einem Anteil von 5,3% an der Stromerzeugung, einen Beitrag zur Erzeugung Erneuer-barer Energien in Deutschland. Die Optimierung dieser Anlagen fördert die nachhaltige Bereitstellung von Strom, Wärme und BioErdgas.
Das Ergebnis dieser Forschungsarbeit ist die Entwicklung eines mehrmethodi-schen Bewertungsansatzes zur Beschreibung der Qualität der Eingangs-substrate als Teil einer ganzheitlichen Prozessoptimierung. Dies gelingt durch die kombinierte Nutzung klassischer Analysesätze, der Nutzung organolepti-scher Parameter – der humansensorischen Sinnenprüfung – und der Integration von prozess- und substratspezifischem Erfahrungswissen. Anhand von halbtechnischen Versuchen werden Korrelationen und Kausalitäten zwi-schen chemisch-physikalischen, biologischen, organoleptischen und erfahrungsbezogenen Parametern erforscht. Die Entwicklung einer Fallbasis mit Hilfe des Fallbasierten Schließens, einer Form Künstlicher Intelligenz, zeigt das Entwicklungs- und Integrationspotenzial der Automatisierung auf, insbesondere auch im Hinblick auf neue Ansätze z.B. Industrie 4.0. Erste Lösungen zur Bewältigung der identifizierten Herausforderungen der mehrmethodischen Prozessbewertung werden vorgestellt.
Abschließend wird ein Ausblick auf den weiteren Forschungsbedarf gegeben und die Übertragbarkeit des mehrmethodischen Bewertungsansatzes auf andere Anwendungsfelder z.B. Bioabfallbehandlung, Kläranlagen angeregt.
Aufgrund des visko-elastoplastischen Materialverhaltens von Beton wird Probekörpern und Bauteilen infolge zyklischer Beanspruchungen Energie zugeführt. Die entsprechenden Energiegrößen werden durch Hystereseflächen der Spannungs-Dehnungslinien beschrieben. In der Literatur finden sich dabei unterschiedliche Ansätze, wofür diese Energie verwendet wird. Erste Untersuchungen zeigen, dass zumindest ein Teil dieser dissipierten Energie in thermische Energie umgewandelt wird. Mithilfe der in diesem Beitrag beschriebenen Methodik lassen sich diese Energiegrößen für jeden Lastwechsel eines Ermüdungsversuches schnell und zuverlässig bestimmen. Anschließend wurden mit dem implementierten Algorithmus die dissipierten Energien von insgesamt 27 zyklischen Versuchen ausgewertet. Analog zu der Dehnungsentwicklung und der Steifigkeitsdegradation weisen auch die Verläufe der dissipierten Energie über die Lastwechselzahl einen dreiphasigen Verlauf auf. Die Auswertung zeigt außerdem eine Korrelation zwischen der Bruchlastwechselzahl und der dissipierten Energie. Auch der Zusammenhang zwischen Probekörpererwärmung und dissipierter Energie konnte bestätigt werden.
Die niederländische Architekturmoderne wird seit den 1980er Jahren nahezu durchgehend baulich rezipiert. Bisher unternommene uneinheitliche Kategorisierungen dieser Bauten als "Neo-Moderne" oder "Neu-Amsterdamer- Schule" werden dem komplexen Sachverhalt oftmals nicht in ausreichendem Maße gerecht. Die Arbeit soll daher einen Beitrag zum besseren Verständnis der Rezeption des Neuen Bauens und der Amsterdamer Schule leisten. Anhand vier ausgewählter jüngerer Wohnungsbauten in den Niederlanden untersucht sie konkret das Verhältnis zu den städtebaulichen, typologischen und formal- gestalterischen Vorbildern aus den 1920er und 1930er Jahren.
Welche Gründe waren ausschlaggebend für die Wahl bestimmter Vorbilder? Auf welche Wohnanlagen greifen sie konkret zurück und mithilfe welcher Verfahren tun sie dies? Inwiefern unterscheidet sich die Vorgehensweise der ArchitektInnen von denen des Neuen Bauens oder der Amsterdamer Schule?
Das Resümee offenbart eine große Vielfalt an Rezeptionstechniken von zumeist mehreren historischen Vorbildern und damit die Schwierigkeit, das vorliegende Phänomen zu deuten. Vor allem aber scheint die Moderne mit ihrem Paradigma der Originalität von einem erneuten eklektischen Ansatz in der Architektur überholt worden zu sein.
In ihrem methodischen Ansatz verbindet die Thesis formal-gestalterische Analysen mit theoretischen Reflexionen und behandelt mit dem Thema der Referenzen eine zentrale Praxis im Entwurfsprozess von ArchitektInnen.
Die vorliegende Arbeit hat die Absicht, den Bedarf der Umsetzung der Planungsidee ‚kinder- und jugendfreundliche Stadtentwicklung’ in Korea zu erforschen und Vorschläge für die Umsetzung zu machen. Darüber hinaus will sie herausfinden, warum man sich bezüglich der Durchführung der kinder- und jugendfreundlichen Stadtentwicklung zunächst auf die Schulen und deren Umgebungen konzentrieren soll.
Deshalb widmet sich die Dissertation zuerst der Literaturrecherche, sowohl was den Begriff der kinder- und jugendfreundlichen Stadtentwicklung angeht als auch der Literatur bezüglich des Beitrags der Schulen zur Realisierung der kinder- und jugendfreundlichen Stadtentwicklung. Danach wird untersucht, ob das deutsche Instrument ‚Spielleitplanung‘ sich als Leitfaden für die gesamte Konzeption der koreanischen kinder- und jugendfreundlichen Stadtentwicklung eignet. Darüber hinaus werden Interviews mit koreanischen Experten aus Stadtplanung und Architektur, Pädagogik und öffentlicher Verwaltung als Forschungsmethode verwendet, um in Bezug auf die kinder- jungendfreundliche Stadtentwicklung den koreanischen Zustand zu analysieren. Zuletzt werden anhand der Untersuchungsergebnisse Handlungs-empfehlungen für die Durchführung der koreanischen kinder- und jugend-freundlichen Stadtentwicklung formuliert.
Anhand dieser Forschung kann konstatiert werden, dass die kinder- und jugendfreundliche Stadtentwicklung eine wichtige Planungsidee ist, weil dadurch Stadtplanerinnen und Stadtplaner sowohl zum körperlichen und geistigen gesunden Aufwachsen von Kindern und Jugendlichen als auch zur Entwicklung ihrer sozialen Kompetenzen erheblich beitragen können. Vor allem soll man die koreanische kinder- und jugendfreundliche Stadtentwicklung zunächst auf den Schulen und den schulischen Umgebungen umsetzen. Denn dadurch lassen sich vielseitige eventuelle Hindernisse bei der Durchführung der kinder- und jugendfreundlichen Stadtentwicklung vermeiden. Ein weiterer Grund ist, dass die Schulen in Korea nicht nur in der Gesellschaft eine zentrale Rolle spielen, sondern auch im Rahmen der Stadtplanung. Auffällig ist, dass die kinder- und jugendfreundliche Stadtentwicklung sowohl auf die räumlichen Gestaltungen als auch auf die Beteiligung von Kindern und Jugendlichen in der städtischen Planung fokussiert ist. Allerdings werden bei der Stadtentwicklung die Kinder und Jugendliche in Korea noch nicht als wichtige Akteure angesehen. Darum soll man die Spielleitplanung in Korea einbeziehen, weil sie als Leitbild bei einer Konzeption der koreanischen kinder- und jugendlichen Stadtentwicklung fungieren kann. Jedoch müssen dabei die kulturellen Unterschiede zwischen Deutschland und Korea berücksichtigt werden.
Weiterhin wurde durch die Interviews festgestellt, dass das Interesse und der Wille von Experten aus der Stadtplanung an Kinder- und Jugendfreundlichkeit die wichtigsten Voraussetzungen sind, um die kinder- und jugendfreundliche Stadtentwicklung in Korea zu verankern und zu verbreiten.
Die kommunale Energiewende stellt die beteiligten Akteure vor große Herausforderungen: Auf Grundlage strukturierter Daten sollen Maßnahmen
für eine nachhaltige Infrastruktur geplant und umgesetzt werden. Oft fehlt
den Beteiligten jedoch das nötige Wissen über die lokalen Potentiale und Rahmenbedingungen—und an geeigneten Methoden der Informationsvermittlung. Gegenstand dieser Arbeit ist die Analyse der Planungsstrukturen und der Entwurf eines visuellen Informationssystems. Mit der vorliegenden Untersuchung wird gezeigt, wie mit Hilfe von Befragungen, partizipativen Visualisierungen, fiktionalen Szenarien und der systematischen Anwendung visueller Variablen eine fundierte Grundlage geschaffen werden kann für eine nutzerorientierte Gestaltung.
Am Beispiel der Elektrifizierung zweier Großstädte an der Westküste Südamerikas zeigt die Arbeit den globalen Einfluss deutscher Industrie- und Finanzakteure auf technische, städtebauliche und gesellschaftlich-kulturelle Entwicklungen zur Blütezeit des europäischen Imperialismus auf. Damit werden die Regionalgeschichten der chilenischen Hauptstadtregion und der Elektropolis Berlin zu einer Globalgeschichte miteinander verknüpft. Ein Hauptaugenmerk der Analyse liegt dabei auf den weltweiten Akteursnetzwerken und Machtverhältnissen sowie dem kulturellen Erbe und seiner gegenwärtigen Interpretation.
Long-span bridges are prone to wind-induced vibrations. Therefore, a reliable representation of the aerodynamic forces acting on a bridge deck is of a major significance for the design of such structures. This paper presents a systematic study of the two-dimensional (2D) fluid-structure interaction of a bridge deck under smooth and turbulent wind conditions. Aerodynamic forces are modeled by two approaches: a computational fluid dynamics (CFD) model and six semi-analytical models. The vortex particle method is utilized for the CFD model and the free-stream turbulence is introduced by seeding vortex particles upstream of the deck with prescribed spectral characteristics. The employed semi-analytical models are based on the quasi-steady and linear unsteady assumptions and aerodynamic coefficients obtained from CFD analyses.
The underlying assumptions of the semi-analytical aerodynamic models are used to interpret the results of buffeting forces and aeroelastic response due to a free-stream turbulence in comparison with the CFD model. Extensive discussions are provided to analyze the effect of linear fluid memory and quasi-steady nonlinearity from a CFD perspective. The outcome of the analyses indicates that the fluid memory is a governing effect in the buffeting forces and aeroelastic response, while the effect of the nonlinearity is overestimated by the quasi-steady models. Finally, flutter analyses are performed and the obtained critical velocities are further compared with wind tunnel results, followed by a brief examination of the post-flutter behavior. The results of this study provide a deeper understanding of the extent of which the applied models are able to replicate the physical processes for fluid-structure interaction phenomena in bridge aerodynamics and aeroelasticity.
The study of memory, architecture, and urban space has been the interest of researchers from the diverse fields around the world due to, the significance of dealing with memories especially after the tragedy of the Second World War. Nations in Europe has chosen not to neglect their past, moreover, overcoming it by strengthening the national identity. An approach was clear in the literature, art, further in the way of rebuilding their cities; that mainly has reflected on the value of urban spaces and their role in narrating the country’s national memory. Thanks to this approach, which has supported the post-war European nations to invite to an act of forgiveness rather than to forget.
On the contrary, memory, in relation to architecture is a form of knowledge has been neglected in Egypt, especially during the previous decades after the declaration of independence from the colonial power, and since 1952 revolution. Recently, a rising debate about Egypt national history and the need to renationalize the Egyptian historical consciousness has rapidly grown up, due to the political transformation has occurred because of the 25th uprising, 2011, which unveiled the power of public spaces in constituting the nation thoughts, especially Tahrir square. At the same time, this has unveiled the results of neglecting the past instead of overcoming it; unveiled a present carries the danger of conflict and repeating previous mistakes.
Researchers, historians, politicians, governmental organization, have worked in the purpose of revisiting the historical information, and have tried to document the current transformation of the 25th uprising. There was a public demand for redesigning Tahrir square to reflect the memory of the uprising as a symbol of the power of the public. However, after eight years, those memories have faded as if the 25th uprising has never happened.
Those circumstances are very relevant to the gap between urban design and the art of memory-work, in the scientific field. Few studies in Egypt conducted the concept of memory in relation to urban spaces, however, the matter requires more attention, to associate the need for renationalizing Egypt memory, with viewing urban space as a mean of narrating the country’s national memory and reflecting the citizens' current thoughts, as a try of nearing the distances between competing narratives.
Therefore, the research aims at developing a methodological framework that should contribute to renationalizing memory through urban space. Further, benefiting from the German experience by investigating lessons to learn. That is based on the hypothesis that, although there is no fixed formula for all countries to renationalize the historical consciousness of memory through urban spaces, lessons to be learned from Germany experience could be a driving dimension when designing Egyptian urban spaces with a concept of memory as an essential factor.
To guide the validity of the study’s hypothesis, a set of research questions are thus formulated: Starting from why memory is an essential factor when designing urban spaces? Regarding Egypt national memory, how it was constituted through history and how to read its representation on urban spaces? Also, the study quests the means of nationalizing memory through urban spaces? And What are the learned lessons from the German experience?
The study tries to answer those questions. Via an inductive analytical methodology which moves from the gap of knowledge and from a particular situation in Egypt, to study the German experience in renationalizing the concept of memory through urban spaces.
Within the scope of the study, exploring Egypt prevailing narratives and the inherited concepts which influenced the national memory is essential. Moreover, the research develops analytical political psychosocial model that could help reading memories in urban spaces, memory’s actors, and memory influences. To validate this model, case studies are analysed in light of the concluded aspects. Consequently, the expected result is to infer broad general learned lessons for the Egyptian case.
Research findings and conclusions answer the research questions, interpret literature review, recommend some guide points to three target groups: first, practice field; to encourage designers to value the national and collective memories when designing urban spaces. Second, to ask policymakers to take the public participation into consideration, when taking decisions related to urban development. Third, the thesis recommends future researches of urban memory that connect theoretical information with the practice field.
Finally, enhancing the memory-work in relation to the national narrative, conveying a meaningful message, when designing urban spaces could encourage citizens to learn, to interact, and to dissolve boundaries between the competing narratives in post-conflict societies.
Seit 50 Jahren wird über Erklärungsansätze für Gentrifizierung gestritten. Sehr viel länger schon wandert anlagesuchendes Kapital von einem
Ort zum anderen und hinterlässt dabei Investitionsruinen einerseits und Menschen, die durch Verdrängung ihr Zuhause verlieren, andererseits. Sehr viel kürzer erst wird der Begriff Gentrifizierung hier und da von sozialen Bewegungen aufgegriffen, die sich mit letzterem Phänomen auseinandersetzen.
In diesem Beitrag soll es nicht um die wissenschaftliche Debatte um Erklärungsansätze für Gentrifizierung und auch nicht um die wissenschaftliche Relevanz des Begriffes gehen, sondern um seine Rolle und Funktion in sozialen Bewegungen.
Die massive Neubautätigkeit in Deutschland hat die Diskussion um Baukultur wieder verstärkt angestoßen. Dabei wird der Einfluss der kommunalen Planung auf die Baugestaltung sowohl in der Öffentlichkeit als auch der Fachliteratur nur unzureichend thematisiert. Die vorliegende Arbeit von Cornelius Hutfless untersucht die Thematik am konkreten Beispiel der Weimarer Innenstadt. Hierzu wurden die neun formellen und informellen Instrumente analysiert und bewertet, mit denen die kommunale Planung in Weimar seit dem Jahr 1990 unmittelbaren Einfluss auf die Baugestaltung von Neubauprojekten genommen hat: Bebauungspläne, der Denkmalschutz, Sanierungssatzungen, Gestaltungssatzungen, Wettbewerbe, der Gestaltungsbeirat, die Bauberatung, Fachkonzepte und die Öffentlichkeitsbeteiligung. Methodisch kamen die Quellenanalyse, die Fallanalyse und die Stärken-Schwächen-Analyse zum Einsatz. Die Recherchearbeit wurde durch sechs leitfadengestützte Expert*inneninterviews mit Schlüsselpersonen der Weimarer Baugestaltung ergänzt. Dieser Forschungsansatz veranschaulicht den Einfluss kommunaler Planung auf die Gestaltung von Neubauvorhaben erstmalig am Fallbeispiel einer einzelnen deutschen Stadt, indem alle angewendeten Instrumente analysiert wurden. Für Forscher*innen ermöglicht der Bezug auf ein konkretes Untersuchungsgebiet einen praxisnahen Zugang zum Thema Baugestaltung. Stadtplaner*innen veranschaulicht das Beispiel Weimar außerdem, wie umfangreich und restriktiv die kommunalen Möglichkeiten sind, auf die Baugestaltung einzuwirken. Vorbildlich im Sinne einer konsequenten Strategie der Baugestaltung sind in Weimar zum einen die strengen Festsetzungen in den Bebauungsplänen des Untersuchungsgebietes, deren Umsetzung durch die Einsetzung von Baubeiräten gesichert wird. Zum anderen ist der kommunalpolitische Rückhalt ein grundlegender Erfolgsfaktor, der u. a. den Empfehlungen des Gestaltungsbeirates Nachdruck verleiht. Zudem verfügt Weimar über eine umfangreiche Denkmalausweisung. Durch die umfassende Nutzung und Kombination der Instrumente, hat die kommunale Planung in Weimar erfolgreich einen Rahmen geschaffen, der baugestalterische Standards gewährleistet. Der Charakter der Weimarer Innenstadt konnte erhalten werden, obwohl moderne Neubauentwicklungen zugelassen wurden. Das Beispiel Weimar zeigt also, dass Baugestaltungsqualität wesentlich von dem klaren Anspruch einer Kommune nach Prozess- und Verfahrensqualität abhängt. Verbesserungswürdig ist in Weimar hingegen die Öffentlichkeitsbeteiligung bei Gestaltungsfragen. Schon vor der Schaffung planungsrechtlicher Tatsachen sollte zukünftig die Öffentlichkeit umfangreicher in Baugestaltungsprozesse eingebunden und dafür die Möglichkeiten ergänzender, informeller Verfahren ausgeschöpft werden. Nur dann ist eine restriktive Stadtgestaltungspolitik, im Sinne der Wahrung öffentlicher Interessen ganzheitlich positiv zu bewerten.
Ausgezeichnet mit dem Hochschulpreis der Bauhaus-Universität Weimar 2018
Identification of flaws in structures is a critical element in the management of maintenance and quality assurance processes in engineering. Nondestructive testing (NDT) techniques based on a wide range of physical principles have been developed and are used in common practice for structural health monitoring. However, basic NDT techniques are usually limited in their ability to provide the accurate information on locations, dimensions and shapes of flaws. One alternative to extract additional information from the results of NDT is to append it with a computational model that provides detailed analysis of the physical process involved and enables the accurate identification of the flaw parameters. The aim here is to develop the strategies to uniquely identify cracks in two-dimensional 2D) structures under dynamic loadings.
A local NDT technique combined eXtended Finite Element Method (XFEM) with dynamic loading in order to identify the cracks in the structures quickly and accurately is developed in this dissertation. The Newmark-b time integration method with Rayleigh damping is used for the time integration. We apply Nelder-Mead (NM)and Quasi-Newton (QN) methods for identifying the crack tip in plate. The inverse problem is solved iteratively, in which XFEM is used for solving the forward problem in each iteration. For a timeharmonic excitation with a single frequency and a short-duration signal measured along part of the external boundary, the crack is detected through the solution of an inverse time-dependent problem. Compared to the static load, we show that the dynamic loads are more effective for crack detection problems. Moreover, we tested different dynamic loads and find that NM method works more efficient under the harmonic load than the pounding load while the QN method achieves almost the same results for both load types.
A global strategy, Multilevel Coordinate Search (MCS) with XFEM (XFEM-MCS) methodology under the dynamic electric load, to detect multiple cracks in 2D piezoelectric plates is proposed in this dissertation. The Newmark-b method is employed for the time integration and in each iteration the forward problem is solved by XFEM for various cracks. The objective functional is minimized by using a global search algorithm MCS. The test problems show that the XFEM-MCS algorithm under the dynamic electric load can be effectively employed for multiple cracks detection in piezoelectric materials, and it proves to be robust in identifying defects in piezoelectric structures. Fiber-reinforced composites (FRCs) are extensively applied in practical engineering since they have high stiffness and strength. Experiments reveal a so-called interphase zone, i.e. the space between the outside interface of the fiber and the inside interface of the matrix. The interphase strength between the fiber and the matrix strongly affects the mechanical properties as a result of the large ratio of interface/volume. For the purpose of understanding the mechanical properties of FRCs with functionally graded interphase (FGI), a closed-form expression of the interface strength between a fiber and a matrix is obtained in this dissertation using a continuum modeling approach according to the ver derWaals (vdW) forces. Based on the interatomic potential, we develop a new modified nonlinear cohesive law, which is applied to study the interface delamination of FRCs with FGI under different loadings. The analytical solutions show that the delamination behavior strongly depends on the interphase thickness, the fiber radius, the Young’s moduli and Poisson’s ratios of the fiber and the matrix. Thermal conductivity is the property of a material to conduct heat. With the development and deep research of 2D materials, especially graphene and molybdenum disulfide (MoS2), the thermal conductivity of 2D materials attracts wide attentions. The thermal conductivity of graphene nanoribbons (GNRs) is found to appear a tendency of decreasing under tensile strain by classical molecular dynamics (MD) simulations. Hence, the strain effects of graphene can play a key role in the continuous tunability and applicability of its thermal conductivity property at nanoscale, and the dissipation of thermal conductivity is an obstacle for the applications of thermal management. Up to now, the thermal conductivity of graphene under shear deformation has not been investigated yet. From a practical point of view, good thermal managements of GNRs have significantly potential applications of future GNR-based thermal nanodevices, which can greatly improve performances of the nanosized devices due to heat dissipations. Meanwhile, graphene is a thin membrane structure, it is also important to understand the wrinkling behavior under shear deformation. MoS2 exists in the stable semiconducting 1H phase (1H-MoS2) while the metallic 1T phase (1T-MoS2) is unstable at ambient conditions. As it’s well known that much attention has been focused on studying the nonlinear optical properties of the 1H-MoS2. In a very recent research, the 1T-type monolayer crystals of TMDCs, MX2 (MoS2, WS2 ...) was reported having an intrinsic in-plane negative Poisson’s ratio. Luckily, nearly at the same time, unprecedented long-term (>3months) air stability of the 1T-MoS2 can be achieved by using the donor lithium hydride (LiH). Therefore, it’s very important to study the thermal conductivity of 1T-MoS2.
The thermal conductivity of graphene under shear strain is systematically studied in this dissertation by MD simulations. The results show that, in contrast to the dramatic decrease of thermal conductivity of graphene under uniaxial tensile, the thermal conductivity of graphene is not sensitive to the shear strain, and the thermal conductivity decreases only 12-16%. The wrinkle evolves when the shear strain is around 5%-10%, but the thermal conductivity barely changes.
The thermal conductivities of single-layer 1H-MoS2(1H-SLMoS2) and single-layer 1T-MoS2 (1T-SLMoS2) with different sample sizes, temperatures and strain rates have been studied systematically in this dissertation. We find that the thermal conductivities of 1H-SLMoS2 and 1T-SLMoS2 in both the armchair and the zigzag directions increase with the increasing of the sample length, while the increase of the width of the sample has minor effect on the thermal conductions of these two structures. The thermal conductivity of 1HSLMoS2 is smaller than that of 1T-SLMoS2 under size effect. Furthermore, the temperature effect results show that the thermal conductivities of both 1H-SLMoS2 and 1T-SLMoS2 decrease with the increasing of the temperature. The thermal conductivities of 1HSLMoS2 and 1T-SLMoS2 are nearly the same (difference <6%) in both of the chiral orientations under corresponding temperatures, especially in the armchair direction (difference <2.8%). Moreover, we find that the strain effects on the thermal conductivity of 1HSLMoS2 and 1T-SLMoS2 are different. More specifically, the thermal conductivity decreases with the increasing tensile strain rate for
1T-SLMoS2, while fluctuates with the growth of the strain for 1HSLMoS2. Finally, we find that the thermal conductivity of same sized 1H-SLMoS2 is similar with that of the strained 1H-SLMoS2 structure.
Rapid advancements of modern technologies put high demands on mathematical modelling of engineering systems. Typically, systems are no longer “simple” objects, but rather coupled systems involving multiphysics phenomena, the modelling of which involves coupling of models that describe different phenomena. After constructing a mathematical model, it is essential to analyse the correctness of the coupled models and to detect modelling errors compromising the final modelling result. Broadly, there are two classes of modelling errors: (a) errors related to abstract modelling, eg, conceptual errors concerning the coherence of a model as a whole and (b) errors related to concrete modelling or instance modelling, eg, questions of approximation quality and implementation. Instance modelling errors, on the one hand, are relatively well understood. Abstract modelling errors, on the other, are not appropriately addressed by modern modelling methodologies. The aim of this paper is to initiate a discussion on abstract approaches and their usability for mathematical modelling of engineering systems with the goal of making it possible to catch conceptual modelling errors early and automatically by computer assistant tools. To that end, we argue that it is necessary to identify and employ suitable mathematical abstractions to capture an accurate conceptual description of the process of modelling engineering systems.
Campus Bockenheim Revisited
(2019)
Jürgen Schardt legt eine umfassende Studie zur Architektur der Stadt- und Universitätsbauten in Frankfurt am Main von 1906 bis 1956 vor. Besonderer Schwerpunkt liegt dabei auf den gesellschaftlichen und politischen Rahmenbedingungen der Architekturproduktion und einer kritischen Revision der etablierten Historiografie der Goethe-Universität. Der Autor widmet sich in drei Teilen jeweils dem Kaiserreich und der Gründung der Hochschule im Jahr 1914, der Zeit der Weimarer Republik sowie der Jahre des Aufbaus nach dem Zweiten Weltkrieg. Schardt untersucht die entstandenen Gebäude hinsichtlich schlüssiger Kriterien bürgerlicher Architektur, beleuchtet aber auch andere für die Hochschulgeschichte relevante Rahmenbedingungen. Die lesenswerte Studie verbindet dabei Aspekte der Sozial-, Wissenschafts- und Architekturgeschichte.
Brazilian battlers’ housing discusses the self-production of dwellings in the circumstances of the socioeconomic rise of the so-called Brazilian new middle class, occurred on the first decade of the years 2000. Battlers are a precarious working class of about 100 million people, who have used their recently increased purchase power to informally solve their private housing demands, planning, building and renovating their homes themselves, with limited technical knowledge and almost no access to formal technicians as for example architects. The result is a mode of housing production, which spreads over the territory in micro-local self-initiatives and informal social practices of construction and management. With the support of a controversial manpower, this practice presents all sorts of technical complications, but at the same time expedient ways of affordability and creative spatial solutions for ordinary constructive problems. Such initiatives have consolidated Brazilian informal settlements and peripheral subdivisions, attending a demand poorly responded by the government. This research recognises the benefits of the self-production, but questions the conditions under which it happens and asks if it really collaborates for a true social rise of those who are engaged in it. With an empirical and qualitative approach and taking dwelling construction processes leaded by battlers as main information sources, the academic work responds if and how the socioeconomic rise of the Brazilian battlers has exactly affected the self-production of dwellings. For that, battlers’ self-production of dwellings is analysed and discussed in five main aspects: 1) acquisition of land and real state, 2) building overtime, 3) space and creative power, 4) technical complications and building materials and 5) manpower and know-how.
Contemporary planning practice is often criticized as too design-driven with a lack of both quantitative evaluation criteria and employment of models that anticipate the self-organizational forces shaping cities, resulting in significant gaps between plan and reality.
This study aims to introduce a modular toolbox prototype for spatial-analysis in data-poor environments. It is proposed to integrate designing, evaluation, and monitoring of urban development into one framework, thus supporting data-driven, on-demand urban design, and planning processes.
The proposed framework’s value will exemplarily be tested, focussing on the analysis and simulation of spatiotemporal growth trajectories taking the Lanzhou New Area as a case-study - a large scale new town project that struggles to attract residents and businesses.
Conducted analysis suggests that more attention should be given to spatiotemporal development paths to ensure that cities work more efficiently throughout any stage of development. Finally, early hints on general design strategies to achieve this goal are discussed with the assistance of the proposed toolbox.
Since the Industrial Revolution in the 1700s, the high emission of gaseous wastes into the atmosphere from the usage of fossil fuels has caused a general increase in temperatures globally. To combat the environmental imbalance, there is an increase in the demand for renewable energy sources. Dams play a major role in the generation of “green" energy. However, these structures require frequent and strict monitoring to ensure safe and efficient operation. To tackle the challenges faced in the application of convention dam monitoring techniques, this work proposes the inverse analysis of numerical models to identify damaged regions in the dam. Using a dynamic coupled hydro-mechanical Extended Finite Element Method (XFEM) model and a global optimization strategy, damage (crack) in the dam is identified. By employing seismic waves to probe the dam structure, a more detailed information on the distribution of heterogeneous materials and damaged regions are obtained by the application of the Full Waveform Inversion (FWI) method. The FWI is based on a local optimization strategy and thus it is highly dependent on the starting model. A variety of data acquisition setups are investigated, and an optimal setup is proposed. The effect of different starting models and noise in the measured data on the damage identification is considered. Combining the non-dependence of a starting model of the global optimization strategy based dynamic coupled hydro-mechanical XFEM method and the detailed output of the local optimization strategy based FWI method, an enhanced Full Waveform Inversion is proposed for the structural analysis of dams.