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In the last two decades, Peridynamics (PD) attracts much attention in the field of fracture mechanics. One key feature of PD is the nonlocality, which is quite different from the ideas in conventional methods such as FEM and meshless method. However, conventional PD suffers from problems such as constant horizon, explicit algorithm, hourglass mode. In this thesis, by examining the nonlocality with scrutiny, we proposed several new concepts such as dual-horizon (DH) in PD, dual-support (DS) in smoothed particle hydrodynamics (SPH), nonlocal operators and operator energy functional. The conventional PD (SPH) is incorporated in the DH-PD (DS-SPH), which can adopt an inhomogeneous discretization and inhomogeneous support domains. The DH-PD (DS-SPH) can be viewed as some fundamental improvement on the conventional PD (SPH). Dual formulation of PD and SPH allows h-adaptivity while satisfying the conservations of linear momentum, angular momentum and energy. By developing the concept of nonlocality further, we introduced the nonlocal operator method as a generalization of DH-PD. Combined with energy functional of various physical models, the nonlocal forms based on dual-support concept are derived. In addition, the variation of the energy functional allows implicit formulation of the nonlocal theory. At last, we developed the higher order nonlocal operator method which is capable of solving higher order partial differential equations on arbitrary domain in higher dimensional space. Since the concepts are developed gradually, we described our findings chronologically.
In chapter 2, we developed a DH-PD formulation that includes varying horizon sizes and solves the "ghost force" issue. The concept of dual-horizon considers the unbalanced interactions between the particles with different horizon sizes. The present formulation fulfills both the balances of linear momentum and angular momentum exactly with arbitrary particle discretization. All three peridynamic formulations, namely bond based, ordinary state based and non-ordinary state based peridynamics can be implemented within the DH-PD framework. A simple adaptive refinement procedure (h-adaptivity) is proposed reducing the computational cost. Both two- and three- dimensional examples including the Kalthoff-Winkler experiment and plate with branching cracks are tested to demonstrate the capability of the method.
In chapter 3, a nonlocal operator method (NOM) based on the variational principle is proposed for the solution of waveguide problem in computational electromagnetic field. Common differential operators as well as the variational forms are defined within the context of nonlocal operators. The present nonlocal formulation allows the assembling of the tangent stiffness matrix with ease, which is necessary for the eigenvalue analysis of the waveguide problem. The present formulation is applied to solve 1D Schrodinger equation, 2D electrostatic problem and the differential electromagnetic vector wave equations based on electric fields.
In chapter 4, a general nonlocal operator method is proposed which is applicable for solving partial differential equations (PDEs) of mechanical problems. The nonlocal operator can be regarded as the integral form, ``equivalent'' to the differential form in the sense of a nonlocal interaction model. The variation of a nonlocal operator plays an equivalent role as the derivatives of the shape functions in the meshless methods or those of the finite element method. Based on the variational principle, the residual and the tangent stiffness matrix can be obtained with ease. The nonlocal operator method is enhanced here also with an operator energy functional to satisfy the linear consistency of the field. A highlight of the present method is the functional derived based on the nonlocal operator can convert the construction of residual and stiffness matrix into a series of matrix multiplications using the predefined nonlocal operators. The nonlocal strong forms of different functionals can be obtained easily via the concept of support and dual-support. Several numerical examples of different types of PDEs are presented.
In chapter 5, we extended the NOM to higher order scheme by using a higher order Taylor series expansion of the unknown field. Such a higher order scheme improves the original NOM in chapter 3 and chapter 4, which can only achieve one-order convergence. The higher order NOM obtains all partial derivatives with specified maximal order simultaneously without resorting to shape functions. The functional based on the nonlocal operators converts the construction of residual and stiffness matrix into a series of matrix multiplication on the nonlocal operator matrix. Several numerical examples solved by strong form or weak form are presented to show the capabilities of this method.
In chapter 6, the NOM proposed as a particle-based method in chapter 3,4,5, has difficulty in imposing accurately the boundary conditions of various orders. In this paper, we converted the particle-based NOM into a scheme with interpolation property. The new scheme describes partial derivatives of various orders at a point by the nodes in the support and takes advantage of the background mesh for numerical integration. The boundary conditions are enforced via the modified variational principle. The particle-based NOM can be viewed a special case of NOM with interpolation property when nodal integration is used. The scheme based on numerical integration greatly improves the stability of the method, as a consequence, the operator energy functional in particle-based NOM is not required. We demonstrated the capabilities of current method by solving the gradient solid problems and comparing the numerical results with the available exact solutions.
In chapter 7, we derived the DS-SPH in solid within the framework of variational principle. The tangent stiffness matrix of SPH can be obtained with ease, and can be served as the basis for the present implicit SPH. We proposed an hourglass energy functional, which allows the direct derivation of hourglass force and hourglass tangent stiffness matrix. The dual-support is {involved} in all derivations based on variational principles and is automatically satisfied in the assembling of stiffness matrix. The implementation of stiffness matrix comprises with two steps, the nodal assembly based on deformation gradient and global assembly on all nodes. Several numerical examples are presented to validate the method.
Ohne das fast achtzigjährige Wirken des Allgemeinen Deutschen Musikvereins (ADMV) würde das deutsche Musikleben in seiner heutigen Form nicht existieren. Die kritische Edition Die Musikfeste des Allgemeinen Deutschen Musikvereins von 1859 bis 1937 (Eine Dokumentation der Veranstaltungen), herausgegeben von Jan Neubauer und Thomas Radecke, erschließt bereits erstmals grundlegende Quellen der Programme zu seinen nahezu jährlich anderen Orts veranstalteten Musikfesten und ist ebenfalls hier online abrufbar. Diese Datenbasis vertieft für den Zeitraum von vier deutschen Systemen den Diskurs über Probleme der Repertoirebildung, Institutionalisierung, Kommerzialisierung und Mediation von Musik.
1861 als erster überregionaler deutscher Musikverein mit dem offiziellen Ziel der Integration musikalisch gegensätzlicher zeitgenössischer Richtungen und künstlerischen Nachwuchsförderung konstituiert, trat der ADMV einerseits kosmopolitisch auf, und seine Musikfeste entwickelten sich zu einem Forum für internationale zeitgenössische Musik wie einem Podium für die Wiederentdeckung älterer Musik. Hier erlebten Werke von Richard Strauss, Gustav Mahler und Arnold Schönberg frühe, vielbeachtete Aufführungen. Anderseits reiften parallel dazu protonationalistische Tendenzen zu einem Nationalismus heran, der die Musikfeste 1938 nahtlos in die nationalsozialistischen Reichsmusiktage überführen konnte.
Mit dem zur Mitte des 19. Jahrhunderts ausgebrochenen Parteienstreit der Konservativen um Brahms mit der Neudeutschen Schule Liszts und Wagners trat mit der Institutionalisierung der letzteren im ADMV ein bis heute singuläres nationales Musikfestkonzept auf den Plan, das von Anbeginn medial gestützt war: die Tonkünstler-Versammlungen. Vor Ort berichteten neudeutsche Autoren pro domo für das Vereinsorgan Neue Zeitschrift für Musik, was von Rezensenten der konservativen Musikpresse scharf konterkariert wurde und so ein allseitig umfassendes Bild dieser musikalischen Novitätenmessen in ihrem stetigen Wandel abgibt.
Diese Publikation ist im von der Deutschen Forschungsgemeinschaft geförderten Projekt Der Allgemeine Deutsche Musikverein (ADMV, 1861–1937) – ein internationales Forum der Musik in Deutschlands Mitte am Gemeinsamen Institut für Musikwissenschaft Weimar-Jena der Hochschule für Musik FRANZ LISZT und der Friedrich-Schiller-Universität entstanden.
Cultural Heritage on Mobile Devices: Building Guidelines for UNESCO World Heritage Sites' Apps
(2021)
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.
Überwachungspraktiken und –technologien sind in der heutigen Welt omnipräsent und wohl nicht mehr wegzudenken. Ob CCTV-Systeme, Biometrie oder Data Mining – unsere Gesellschaft befindet sich in einem ständigen Überwachungsmodus, der sich weit über einen begrenzten Raum oder zeitlichen Rahmen hinausstreckt. Überwacht wird überall: privat, am Arbeitsplatz oder im Cyberspace, und alles: Interaktionen, Äußerungen, Verhalten. Es werden Unmengen von Daten gesammelt, strukturiert, kombiniert, gekauft und verkauft.
Dieser Modus stellt mehr als eine bloße Neuauflage des Bentham-Foucaultschen Panoptikons dar: der aktuelle Überwachungsmodus, die informationelle Asymmetrie als ihren tragenden Pfeiler beibehaltend, dient nicht nur der Disziplinierung, sondern viel mehr der Kontrolle, die nicht primär negativ-sanktionierend, sondern positiv-leistungssteigernd wirkt: es ist nicht das Ziel, die Individuen zu bestrafen und ein bestimmtes Verhalten zu verbieten, sondern sie durch Belohnung, Interaktion und spielerische Elemente dazu zu bringen, sich auf die gewünschte Art zu verhalten und im Endeffekt sich selbst zu überwachen. Die Kontrolle wird auf diese Weise zum zentralen Schauplatz der Machtausübung, die sich über das Beobachten, Speichern, Auswerten und Sortieren vollzieht. Diese Prozesse hinterlassen keinen Frei- oder Spielraum für Ambiguität; sie verwirklichen die Diktatur der klaren Kante, der Klassifizierung und Kategorisierung ohne Schattierungen. Die Macht selbst befindet sich in einem kontinuierlichen Fluss, sie ist ubiquitär, dennoch schwer lokalisierbar. Sie fungiert nicht mehr unter dem Signum einer pseudosakralen zentralen Instanz, sondern wird durch diverse Akteure und Assemblages kolportiert. Die durch sie implizierten Praktiken der Selbstkontrolle, kulturgeschichtlich ebenfalls religiös oder zumindest philosophisch konnotiert, sind die neuen Rituale des Sehens und Gesehen-Werdens.
Im Zeitalter der elektronischen Datentechnologien gibt es diverse Agenten der Überwachung. Vom besonderen Interesse sind dabei die Wearables, weil sie intim, affektiv und haptisch arbeiten und so, über das Sehen und Gesehen-Werden hinaus, das Berühren und Berührt-Werden und somit die Neuregulierung von Nähe und Distanz ins Spiel bringen. Sie schreiben sich zwar in eine Vermessungstradition eins, die ihre Ursprünge mindestens im 19. Jahrhundert hat, unterscheiden sich aber von dieser in ihrer Intensität und Sinnlichkeit.
El presente trabajo se inscribe en el campo de los estudios urbanos y plantea como ejes estructurantes la intersección entre las políticas públicas, el barrio y las prácticas del habitar (de Certeau, 1996, 1999; Gravano, 2003) en el marco de las transformaciones del espacio urbano en los barrios pericentrales, también denominados tradicionales de la ciudad de Córdoba, particularmente lo acontecido en Barrio Güemes, durante el periodo 2010-2016.
El propósito del abordaje se inscribe en conocer y realizar aportes generalizables a la comprensión de las prácticas del habitar como unidad de análisis. En ese marco, el problema de investigación se formula en el siguiente interrogante: ¿cómo se modifican las prácticas del habitar en el marco de las transformaciones urbanas, en un modo de producción capitalista? Se entiende a las prácticas como acciones elementales de las “artes de hacer” que las personas ordinarias ponen en marcha en su vida cotidiana: para circular, cocinar, trabajar, vincularse. También, a través de las mismas resignifican los espacios, les otorgan una valoración (positiva o negativa), se identifican como parte de la identidad y a su vez se reconocen lugares de (des)encuentro y vías de circulación.
Para su abordaje se toma como unidad de estudio el caso de barrio Güemes. El recorte espacial (o físico) del trabajo empírico está localizado en la ciudad de Córdoba, y se sitúa en la periferia del área central. Esta localización permite comprender el surgimiento de las primeras expansiones urbanas como consecuencia del crecimiento demográfico y cómo estas, se transformaron en los primeros barrios. El recorte temporal se encuentra delimitado entre los años 2000 y 2016, respaldado intencionalmente por dos acontecimientos significativos: el censo de población (2001) y la celebración del Bicentenario de la Independencia en Argentina.
Los cambios materializados en ciertos espacios urbanos, tanto en ciudades latinoamericanas (Buenos Aires, Salvador de Bahía en Brasil, México Distrito Federal, etc.) como en otras partes del mundo (New Orleans en los Estados Unidos, el distrito de Kreuzberg- Friedrichshain en Berlín, el puerto de Hamburgo en Alemania, etc.) demuestran cómo estos espacios se van transformado acorde al modo de reproducción capitalista. Pues, se trataba de espacios que en algún momento cumplieron funciones económicas-sociales jerarquizadas y luego por la dinámica misma del capitalismo, la sobreacumulación, dejan de ser rentables y pasan a ser espacios “obsoletos”. En ese sentido, la omisión de acciones públicas y/o privadas, la desatención y el crecimiento de situaciones sociales conflictivas (delitos, inseguridad, degradación) en estos espacios, funciona como argumento para que los gobiernos locales comiencen a planear el futuro y modernizarlos.
De esta manera, se plantean políticas urbanas con el objetivo de impulsar acciones de renovación o rehabilitación para dinamizar económicamente determinados sectores. Dos elementos discursivos aparecen como posibilitadores del proceso de renovación urbana: el turismo y el patrimonio. En ese sentido, bajo la recuperación patrimonial de ciertos lugares se dinamizan los territorios, por lo que el turismo se vuelve una herramienta económica que produce un excedente de plusvalía. La puesta en valor de bienes tangibles e intangibles atrae la afluencia de visitantes y, a la vez, es rentable económicamente. Ahora bien, muchas veces los proyectos tienen en cuenta las variables morfológicas y físicas, dejando en un segundo plano el impacto en el espacio próximo y las relaciones entre los habitantes con su territorio. Actualmente los espacios elegidos por los municipios para la intervención pública y/o privada son los barrios, puesto que son espacios cercanos al centro y considerados estratégicos. Por lo general, el argumento es la necesidad de rehabilitar/renovar zonas poco aprovechadas o degradadas con el objetivo de mejorar la calidad de vida de la población y dinamizar el sector (Brites, 2017; Guevara, 2012). Desde los 2000 el barrio Güemes asiste a un proceso de crecimiento inusitado. La cantidad de artesanos se disparó y variedad de productos ofrecidos, emergieron los comercios que forman parte de la oferta comercial, gastronómica y cultural del barrio. Hace varios años, presenta nuevos actores económicos que se pueden observar en la apertura de galerías comerciales; ubicadas sobre el eje de las calles Belgrano, Achával Rodríguez, Fructuoso Rivera y la creciente aparición de edificaciones alrededor de la feria artesanal histórica; con la venta y exposición de piezas del arte plástico, gastronomía, negocios de diseñadores cordobeses y hasta la inclusión de la idea del del “desarrollo sustentable” en los techos de las galerías.
La modificación del corpus normativo, la aparición de edificación en altura y el boom económico tuvieron como resultado, la valorización del suelo urbano, la retroalimentación en el espacio con el emplazamiento de nuevas actividades comerciales y servicios culturales. A la par, en el espacio barrial se presentan nuevos residentes con otros hábitos y prácticas que ponen en disputa los modos de habitar en el espacio.
A riesgo de simplificar, estas transformaciones fueron producto de los cambios políticoideológicos, de los modelos e instrumentos de gestión urbana puestos en juego en los diversos momentos históricos y de las propias prácticas sociales y culturales de los habitantes. De esta manera, se centrará la mirada analítica en las transformaciones de las prácticas del habitar de los pobladores de los Barrios Güemes, en el marco de la metamorfosis del espacio urbano (atravesado por tendencias de mediatización y mercantilización de la experiencia) que conjugó un proceso de intersección y asociatividad entre políticas públicas y expansión inmobiliaria.
Als Frühform des Tourismus war die Sommerfrische ab Mitte des 19. Jahrhunderts eng mit der flächendeckenden Verstädterung in Mitteleuropa und der Herausbildung eines urbanen Bürgertums verknüpft. Nachdem sich der Begriff in der zweiten Hälfte des 20. Jahrhunderts im Sprachgebrauch verlor, erfährt er gegenwärtig - auch im Zuge einer neuen positiven Konnotation des Ländlichen - eine Art Renaissance. Im Schwarzatal als einer historischen Zielregion dieser Reisepraxis arbeitet der lokale Verein Zukunftswerkstatt Schwarzatal gemeinsam mit der IBA Thüringen an einer zeitgenössischen Form der Sommerfrische, die auch Antworten auf den tiefgreifenden Strukturwandel nach 1989 geben soll.
Die Arbeit thematisiert die programmatische Renaissance der Sommerfrische im Schwarzatal und stellt sie dem historischen Phänomen der Sommerfrische des 19. und 20. Jahrhunderts unter den drei Forschungsfragen gegenüber. Die Forschungsfragen nehmen Bezug auf die soziale, die materielle sowie die symbolische Dimension der Raumkonstitution beider Sommerfrischen, indem nach den jeweiligen Akteuren, den Regeln der physischen Umgestaltung sowie den hegemonialen Vorstellungen über die Zielorte gefragt wird. Die Arbeit ordnet sich entsprechend in eine sozialkonstruktivistische Geographie des Ländlichen ein. Sie gibt schließlich Auskunft darüber, warum es sich bei der Sommerfrische Schwarzatal um eine regional selbstbestimmte Form der Sommerfrische handelt.
Corviale en dérive
(2021)
In this work, extensive reactive molecular dynamics simulations are conducted to analyze the nanopore creation by nano-particles impact over single-layer molybdenum disulfide (MoS2) with 1T and 2H phases. We also compare the results with graphene monolayer. In our simulations, nanosheets are exposed to a spherical rigid carbon projectile with high initial velocities ranging from 2 to 23 km/s. Results for three different structures are compared to examine the most critical factors in the perforation and resistance force during the impact. To analyze the perforation and impact resistance, kinetic energy and displacement time history of the projectile as well as perforation resistance force of the projectile are investigated.
Interestingly, although the elasticity module and tensile strength of the graphene are by almost five times higher than those of MoS2, the results demonstrate that 1T and 2H-MoS2 phases are more resistive to the impact loading and perforation than graphene. For the MoS2nanosheets, we realize that the 2H phase is more resistant to impact loading than the 1T counterpart.
Our reactive molecular dynamics results highlight that in addition to the strength and toughness, atomic structure is another crucial factor that can contribute substantially to impact resistance of 2D materials. The obtained results can be useful to guide the experimental setups for the nanopore creation in MoS2or other 2D lattices.
Die Zukunft war jetzt
(2021)
Die US-amerikanische Kulturanthropologin Christina Schwenkel legt mit Building socialism eine quellengesättigte ethnografische Studie über Zerstörung, Wiederaufbau und Nutzungsperspektiven der vietnamesischen Stadt Vinh vor. Ein besonderes Augenmerk liegt auf den agencies der Beteiligten. Im Zentrum der Untersuchung steht ein Quartier, dessen Wohnblocks mit materieller und ideeller Unterstützung der DDR errichtet wurden. Nicht nur sind die methodischen Zugänge der Untersuchung vielversprechend und gewinnbringend – angesichts des drohenden Stadtumbaus, der für die Bewohner:innen des Quartiers Quang Trung Abriss und Verdrängung bedeuten würde, gewinnt ihre städtebauhistorische Ethnografie auch an politischer Relevanz.
Ohne das fast achtzigjährige Wirken des Allgemeinen Deutschen Musikvereins (ADMV) würde das deutsche Musikleben in seiner heutigen Form nicht existieren. Die Dokumentation der Programme zu seinen von 1859 bis 1937 nahezu jährlich anderen Orts veranstalteten Musikfesten erschließt erstmals grundlegende Quellen hierzu. Diese Datenbasis vertieft für den Zeitraum von vier deutschen Systemen den Diskurs über Probleme der Repertoirebildung, Institutionalisierung, Kommerzialisierung und Mediation von Musik.
1861 als erster überregionaler deutscher Musikverein mit dem offiziellen Ziel der Integration musikalisch gegensätzlicher zeitgenössischer Richtungen und künstlerischen Nachwuchsförderung konstituiert, trat der ADMV einerseits kosmopolitisch auf, und seine Musikfeste entwickelten sich zu einem Forum für internationale zeitgenössische Musik wie einem Podium für die Wiederentdeckung älterer Musik. Hier erlebten Werke von Richard Strauss, Gustav Mahler und Arnold Schönberg frühe, vielbeachtete Aufführungen. Anderseits reiften parallel dazu protonationalistische Tendenzen zu einem Nationalismus heran, der die Musikfeste 1938 nahtlos in die nationalsozialistischen Reichsmusiktage überführen konnte.
Nach zahlreichen Standortwechseln sind die nunmehr restaurierten Materialien der einstigen Vereinsbibliothek und Vereinsakten im Hochschularchiv / Thüringischen Landesmusikarchiv Weimar sowie Goethe- und Schiller-Archiv Weimar wieder zugänglich. So wird jetzt eine erste kritische Edition der Festprogramme angeboten, in welcher die Programmfolge zu jeder Aufführung mit Werkangaben und dem Nachweis der Aufführenden prozessual von der Planung bis zur Präzisierung und Ergänzung bzw. Modifizierung rekonstruiert wurde. Darüber hinaus werden alle wissenschaftlichen Vorträge, Haupt- u. a. Versammlungen, Beratungen und die gesamten Personalia des Vereins und der jeweiligen Lokalkomitees dokumentiert sowie lassen sich Komponisten und Interpreten über Indizes erschließen.
Diese Publikation ist im von der Deutschen Forschungsgemeinschaft geförderten Projekt Der Allgemeine Deutsche Musikverein (ADMV, 1861–1937) – ein internationales Forum der Musik in Deutschlands Mitte am Gemeinsamen Institut für Musikwissenschaft Weimar-Jena der Hochschule für Musik FRANZ LISZT und der Friedrich-Schiller-Universität entstanden.
Scaling of concrete due to salt frost attack is an important durability issue in moderate and cold climates. The actual damage mechanism is still not completely understood. Two recent damage theories—the glue spall theory and the cryogenic suction theory—offer plausible, but conflicting explanations for the salt frost scaling mechanism. The present study deals with the cryogenic suction theory, which assumes that freezing concrete can take up unfrozen brine from a partly frozen deicing solution during salt frost attack. According to the model hypothesis, the resulting saturation of the concrete surface layer intensifies the ice formation in this layer and causes salt frost scaling. In this study an experimental technique was developed that makes it possible to quantify to which extent brine uptake can increase ice formation in hardened cement paste (used as a model material for concrete). The experiments were carried out with low temperature differential scanning calorimetry, where specimens were subjected to freeze–thaw cycles while being in contact with NaCl brine. Results showed that the ice content in the specimens increased with subsequent freeze–thaw cycles due to the brine uptake at temperatures below 0 °C. The ability of the hardened cement paste to bind chlorides from the absorbed brine at the same time affected the freezing/melting behavior of the pore solution and the magnitude of the ice content.
Für die Verminderung der betonspezifischen CO2-Emissionen wird ein verstärkter Einsatz klinkerreduzierter Zemente bzw. Betone angestrebt. Die Reduzierung des Klinkergehaltes darf jedoch nicht zu einer lebensdauerrelevanten Beeinträchtigung der Betondauerhaftigkeit führen. In diesem Zusammenhang stellt der Frost-Tausalz-Widerstand eine kritische Größe dar, da er bei höheren Klinkersubstitutionsraten häufig negativ beeinflusst wird. Erschwerend kommt hinzu, dass für klinkerreduzierte Betone nur ein unzureichender Erfahrungsschatz vorliegt. Ein hoher Frost-Tausalz-Widerstand kann daher nicht ausschließlich anhand deskriptiver Vorgaben gewährleistet werden. Demgemäß sollte perspektivisch auch für frost-tausalzbeanspruchte Bauteile eine performancebasierte Lebensdauerbetrachtung erfolgen.
Eine unverzichtbare Grundlage für das Erreichen dieser Ziele ist ein Verständnis für die Schadensvorgänge beim Frost-Tausalz-Angriff. Der Forschungsstand ist jedoch geprägt von widersprüchlichen Schadenstheorien. Somit wurde als Zielstellung für diese Arbeit abgeleitet, die existierenden Schadenstheorien unter Berücksichtigung des aktuellen Wissensstandes zu bewerten und mit eigenen Untersuchungen zu prüfen und einzuordnen. Die Sichtung des Forschungsstandes zeigte, dass nur zwei Theorien das Potential haben, den Frost-Tausalz-Angriff umfassend abzubilden – die Glue Spall Theorie und die Cryogenic Suction Theorie.
Die Glue Spall Theorie führt die Entstehung von Abwitterungen auf die mechanische Schädigung der Betonoberfläche durch eine anhaftende Eisschicht zurück. Dabei sollen nur bei moderaten Tausalzkonzentrationen in der einwirkenden Lösung kritische Spannungszustände in der Eisschicht auftreten, die eine Schädigung der Betonoberfläche hervorrufen können. In dieser Arbeit konnte jedoch nachgewiesen werden, dass starke Abwitterungen auch bei Tausalz¬konzentrationen auftreten, bei denen eine mechanische Schädigung des Betons durch das Eis auszuschließen ist. Damit wurde die fehlende Eignung der Glue Spall Theorie aufgezeigt.
Die Cryogenic Suction Theorie fußt auf den eutektischen Eigenschaften von Tausalz-lösungen, die im gefrorenen Zustand immer als Mischung auf festem Wassereis und flüssiger, hochkonzentrierter Salzlösung bestehen, solange ihre Eutektikumstemperatur nicht unter¬schritten wird. Die flüssige Phase im salzhaltigen Eis stellt für gefrorenen Beton ein bisher nicht berücksichtigtes Flüssigkeitsreservoir dar, welches trotz der hohen Salzkonzentration die Eisbildung in der Betonrandzone verstärken und so die Entstehung von Abwitterungen verursachen soll. In dieser Arbeit wurde bestätigt, dass die Eisbildung im Zementstein beim Gefrieren in hochkonzentrierter Tausalzlösung tatsächlich verstärkt wird. Das Ausmaß der zusätzlichen Eisbildung wurde dabei auch von der Fähigkeit des Zementsteins zur Bindung von Chloridionen aus der Tausalzlösung beeinflusst.
Zusammenfassend wurde festgestellt, dass die Cryogenic Suction Theorie eine gute Beschreibung des Frost-Tausalz-Angriffes darstellt, aber um weitere Aspekte ergänzt werden muss. Die Berücksichtigung der intensiven Sättigung von Beton durch den Prozess der Mikroeislinsenpumpe stellt hier die wichtigste Erweiterung dar. Basierend auf dieser Überlegung wurde eine kombinierte Schadenstheorie aufgestellt. Wichtige Annahmen dieser Theorie konnten experimentell bestätigt werden. Im Ergebnis wurde so die Grundlage für ein tiefergehendes Verständnis des Frost-Tausalz-Angriffes geschaffen. Zudem wurde ein neuer Ansatz identifiziert, um die (potentielle) Verringerung des Frost-Tausalz-Widerstandes klinkerreduzierter Betone zu erklären.
In kalten und gemäßigten Klimazonen kann Beton einem kombinierten Frost-Tausalz-Angriff ausgesetzt sein, der zu Schäden in Form von Abwitterungen führen kann. Daher wurden zahlreiche Prüfverfahren entwickelt, um die Widerstandsfähigkeit von Betonzusammensetzungen gegen diese Art des Angriffs zu bestimmen. Diese Tests simulieren in der Regel einen starken Angriff mit hohen Sättigungsgraden, wie z. B. bei Betonfahrbahnen. Es gibt nur sehr wenige Ansätze für die Prüfung des Widerstands von Betonen, die nur einem mittleren Sättigungsgrad ausgesetzt sind, da solche Betonelemente in der Regel keine nennenswerten Abwitterungen aufweisen. Die zunehmende Verwendung von klinkereffizienten Zementen könnte sich jedoch in gewissem Maße auf den Frost-Tausalz-Widerstand solcher Betonelemente auswirken. Um eine angemessene Dauerhaftigkeit zu gewährleisten ist es daher wünschenswert, ihre Leistungsfähigkeit in einem tatsächlichen Prüfverfahren zu ermitteln, anstatt sich auf Erfahrungswerte zu verlassen. Daher wurden Ansätze für abgeschwächte Prüfverfahren entwickelt, die auf dem Slab-Test bzw. dem CDF-Test beruhen.
Polylactic acid (PLA) is a highly applicable material that is used in 3D printers due to some significant features such as its deformation property and affordable cost. For improvement of the end-use quality, it is of significant importance to enhance the quality of fused filament fabrication (FFF)-printed objects in PLA. The purpose of this investigation was to boost toughness and to reduce the production cost of the FFF-printed tensile test samples with the desired part thickness. To remove the need for numerous and idle printing samples, the response surface method (RSM) was used. Statistical analysis was performed to deal with this concern by considering extruder temperature (ET), infill percentage (IP), and layer thickness (LT) as controlled factors. The artificial intelligence method of artificial neural network (ANN) and ANN-genetic algorithm (ANN-GA) were further developed to estimate the toughness, part thickness, and production-cost-dependent variables. Results were evaluated by correlation coefficient and RMSE values. According to the modeling results, ANN-GA as a hybrid machine learning (ML) technique could enhance the accuracy of modeling by about 7.5, 11.5, and 4.5% for toughness, part thickness, and production cost, respectively, in comparison with those for the single ANN method. On the other hand, the optimization results confirm that the optimized specimen is cost-effective and able to comparatively undergo deformation, which enables the usability of printed PLA objects.
Carrier-bound titanium dioxide catalysts were used in a photocatalytic ozonation reactor for the degradation of micro-pollutants in real wastewater. A photocatalytic immersion rotary body reactor with a 36-cm disk diameter was used, and was irradiated using UV-A light-emitting diodes. The rotating disks were covered with catalysts based on stainless steel grids coated with titanium dioxide. The dosing of ozone was carried out through the liquid phase via an external enrichment and a supply system transverse to the flow direction. The influence of irradiation power and ozone dose on the degradation rate for photocatalytic ozonation was investigated. In addition, the performance of the individual processes photocatalysis and ozonation were studied. The degradation kinetics of the parent compounds were determined using liquid chromatography tandem mass spectrometry. First-order kinetics were determined for photocatalysis and photocatalytic ozonation. A maximum reaction rate of the reactor was determined, which could be achieved by both photocatalysis and photocatalytic ozonation. At a dosage of 0.4 mg /mg DOC, the maximum reaction rate could be achieved using 75% of the irradiation power used for sole photocatalysis, allowing increases in the energetic efficiency of photocatalytic wastewater treatment processes. The process of photocatalytic ozonation is suitable to remove a wide spectrum of micro-pollutants from wastewater.
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 Auswirkungen der durch den Kapitalismus befeuerten Umweltzerstörung werden immer deutlicher erkennbar. Unsere Gesellschaft ist nun damit konfrontiert, dass ihre kulturelle Identität, aber auch ihr Wohlstand sowohl eng mit Konsum und Wirtschaftswachstum als auch mit der Gesundheit der Natur verbunden sind. Es scheint ein geeigneter Moment, um die Perspektive zu wechseln und einer neuen Form des Wachstums eine Chance zu geben. Pilze sind eine von der Region unabhängige, natürlich vorkommende Ressource, die lokal angebaut und verarbeitet werden kann, ohne die Umwelt zu belasten. Pilze sind klimafreundlich, müllvermeidend und in bestehende natürliche Kreisläufe inkludierbar. Kurzum, Pilze sind cool, doch das wissen nicht Viele. Das sollte sich ändern. Mit Myzelwachstum gegen das Wachstumsparadigma.
Antimicrobial resistance (AMR) is identified by the World Health Organization (WHO) as one of the top ten threats to public health worldwide. In addition to public health, AMR also poses a major threat to food security and economic development. Current sanitation systems contribute to the emergence and spread of AMR and lack effective AMR mitigation measures. This study assesses source separation of blackwater as a mitigation measure against AMR. A source-separation-modified combined sanitation system with separate collection of blackwater and graywater is conceptually described. Measures taken at the source, such as the separate collection and discharge of material flows, were not considered so far on a load balance basis, i.e., they have not yet been evaluated for their effectiveness. The sanitation system described is compared with a combined system and a separate system regarding AMR emissions by means of simulation. AMR is represented in the simulation model by one proxy parameter each for antibiotics (sulfamethoxa-zole), antibiotic-resistant bacteria (extended-spectrum beta-lactamase E. Coli), and antibiotic re-sistance genes (blaTEM). The simulation results suggest that the source-separation-based sanitation system reduces emissions of antibiotic-resistant bacteria and antibiotic resistance genes into the aquatic environment by more than six logarithm steps compared to combined systems. Sulfa-methoxazole emissions can be reduced by 75.5% by keeping blackwater separate from graywater and treating it sufficiently. In summary, sanitation systems incorporating source separation are, to date, among the most effective means of preventing the emission of AMR into the aquatic envi-ronment.
Modern cryptography has become an often ubiquitous but essential part of our daily lives. Protocols for secure authentication and encryption protect our communication with various digital services, from private messaging, online shopping, to bank transactions or exchanging sensitive information. Those high-level protocols can naturally be only as secure as the authentication or encryption schemes underneath. Moreover, on a more detailed level, those schemes can also at best inherit the security of their underlying primitives. While widespread standards in modern symmetric-key cryptography, such as the Advanced Encryption Standard (AES), have shown to resist analysis until now, closer analysis and design of related primitives can deepen our understanding.
The present thesis consists of two parts that portray six contributions: The first part considers block-cipher cryptanalysis of the round-reduced AES, the AES-based tweakable block cipher Kiasu-BC, and TNT. The second part studies the design, analysis, and implementation of provably secure authenticated encryption schemes.
In general, cryptanalysis aims at finding distinguishable properties in the output distribution. Block ciphers are a core primitive of symmetric-key cryptography which are useful for the construction of various higher-level schemes, ranging from authentication, encryption, authenticated encryption up to integrity protection. Therefore, their analysis is crucial to secure cryptographic schemes at their lowest level. With rare exceptions, block-cipher cryptanalysis employs a systematic strategy of investigating known attack techniques. Modern proposals are expected to be evaluated against these techniques. The considerable effort for evaluation, however, demands efforts not only from the designers but also from external sources.
The Advanced Encryption Standard (AES) is one of the most widespread block ciphers nowadays. Therefore, it is naturally an interesting target for further analysis. Tweakable block ciphers augment the usual inputs of a secret key and a public plaintext by an additional public input called tweak. Among various proposals through the previous decade, this thesis identifies Kiasu-BC as a noteworthy attempt to construct a tweakable block cipher that is very close to the AES. Hence, its analysis intertwines closely with that of the AES and illustrates the impact of the tweak on its security best. Moreover, it revisits a generic tweakable block cipher Tweak-and-Tweak (TNT) and its instantiation based on the round-reduced AES.
The first part investigates the security of the AES against several forms of differential cryptanalysis, developing distinguishers on four to six (out of ten) rounds of AES. For Kiasu-BC, it exploits the additional freedom in the tweak to develop two forms of differential-based attacks: rectangles and impossible differentials. The results on Kiasu-BC consider an additional round compared to attacks on the (untweaked) AES. The authors of TNT had provided an initial security analysis that still left a gap between provable guarantees and attacks. Our analysis conducts a considerable step towards closing this gap. For TNT-AES - an instantiation of TNT built upon the AES round function - this thesis further shows how to transform our distinguisher into a key-recovery attack.
Many applications require the simultaneous authentication and encryption of transmitted data. Authenticated encryption (AE) schemes provide both properties. Modern AE schemes usually demand a unique public input called nonce that must not repeat. Though, this requirement cannot always be guaranteed in practice. As part of a remedy, misuse-resistant and robust AE tries to reduce the impact of occasional misuses. However, robust AE considers not only the potential reuse of nonces. Common authenticated encryption also demanded that the entire ciphertext would have to be buffered until the authentication tag has been successfully verified. In practice, this approach is difficult to ensure since the setting may lack the resources for buffering the messages. Moreover, robustness guarantees in the case of misuse are valuable features.
The second part of this thesis proposes three authenticated encryption schemes: RIV, SIV-x, and DCT. RIV is robust against nonce misuse and the release of unverified plaintexts. Both SIV-x and DCT provide high security independent from nonce repetitions. As the core under SIV-x, this thesis revisits the proof of a highly secure parallel MAC, PMAC-x, revises its details, and proposes SIV-x as a highly secure authenticated encryption scheme. Finally, DCT is a generic approach to have n-bit secure deterministic AE but without the need of expanding the ciphertext-tag string by more than n bits more than the plaintext.
From its first part, this thesis aims to extend the understanding of the (1) cryptanalysis of round-reduced AES, as well as the understanding of (2) AES-like tweakable block ciphers. From its second part, it demonstrates how to simply extend known approaches for (3) robust nonce-based as well as (4) highly secure deterministic authenticated encryption.
In this paper we present a theoretical background for a coupled analytical–numerical approach to model a crack propagation process in two-dimensional bounded domains. The goal of the coupled analytical–numerical approach is to obtain the correct solution behaviour near the crack tip by help of the analytical solution constructed by using tools of complex function theory and couple it continuously with the finite element solution in the region far from the singularity. In this way, crack propagation could be modelled without using remeshing. Possible directions of crack growth can be calculated through the minimization of the total energy composed of the potential energy and the dissipated energy based on the energy release rate. Within this setting, an analytical solution of a mixed boundary value problem based on complex analysis and conformal mapping techniques is presented in a circular region containing an arbitrary crack path. More precisely, the linear elastic problem is transformed into a Riemann–Hilbert problem in the unit disk for holomorphic functions. Utilising advantages of the analytical solution in the region near the crack tip, the total energy could be evaluated within short computation times for various crack kink angles and lengths leading to a potentially efficient way of computing the minimization procedure. To this end, the paper presents a general strategy of the new coupled approach for crack propagation modelling. Additionally, we also discuss obstacles in the way of practical realisation of this strategy.