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- non-linear optimization (1)
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- nonlinear wavelet thresholding (1)
- nonlinearity (1)
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Faculty / Organisational entity
- Kaiserslautern - Fachbereich Mathematik (1184)
- Kaiserslautern - Fachbereich Informatik (928)
- Kaiserslautern - Fachbereich Maschinenbau und Verfahrenstechnik (585)
- Kaiserslautern - Fachbereich Chemie (431)
- Kaiserslautern - Fachbereich Sozialwissenschaften (351)
- Kaiserslautern - Fachbereich Physik (330)
- Fraunhofer (ITWM) (224)
- Kaiserslautern - Fachbereich Biologie (187)
- Kaiserslautern - Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnik (171)
- Distance and Independent Studies Center (DISC) (168)
The aim of this dissertation is to explain processes in recruitment by gaining a better understanding of how perceptions evolve and how recruitment outcomes and perceptions are influenced. To do so, this dissertation takes a closer look at the formation of fit perceptions, the effects of top employer awards on pre-hire recruitment outcomes, and on how perceptions about external sources are influenced.
Grob skizziert soll das System in der Lage sein, aus einer vorgegebenen Konstruktionszeichnung eines Drehteils einen Plan f"ur die maschinelle Fertigung dieses Teils zu erstellen. Ausgehend vom Ansatz des fallbasierten Schliessens besteht die Aufgabe des Systems darin, aus einer Menge bekannter Drehteile, für die bereits ein Fertigungsplan erstellt worden ist, das Teil zu finden, dessen Darstellung zu der des eingegebenen Teils am ähnlichsten ist. Der Plan dieses ähnlichsten Teils ist dann so zu modifizieren und anzupassen, dass damit das vorgegebene Teil gefertigt werden kann. Ein zentrales Problem ist hierbei die Definition des Ähnlichkeitsbegriffes, der auf jeden Fall den fertigungstechnischen Aspekt berücksichtigen muss.
In this work a 3-dimensional contact elasticity problem for a thin fiber and a rigid foundation is studied. We describe the contact condition by a linear Robin-condition (by meaning of the penalized and linearized non-penetration and friction conditions).
The dimension of the problem is reduced by an asymptotic approach. Scaling the Robin parameters appropriately we obtain a recurrent chain of Neumann type boundary value problems which are considered only in the microscopic scale. The problem for the leading term is a homogeneous Neumann problem, hence the leading term depends only on the slow variable. This motivates the choice of a multiplicative ansatz in the asymptotic expansion.
The theoretical results are illustrated with numerical examples performed with a commercial finite-element software-tool.
Unsere Welt ist von umwälzenden Veränderungen geprägt, Menschen und Organisationen stehen unter einem beständigen Anpassungsdruck. Dabei ist die Notwendigkeit von Anpassung an gesellschaftliche oder technische Entwicklungen an sich nicht neu, sehr wohl aber die Geschwindigkeit, in der diese Anpassungen zu erfolgen haben. Wenn kaum etwas als wirklich sicher erscheint ist Vertrauen möglicherweise ein Weg, diese Situation positiv anzunehmen und produktiv zu nutzen. Insbesondere in tiefgreifenden organisationalen Veränderungsprozessen scheint Vertrauen daher ein wichtiger Faktor zu sein. Auch auf eine Institution wie die Katholische Kirche in Deutschland steigt der Druck massiv, sich an die vorhandenen Rahmenbedingungen immer wieder neu anzupassen. Wenn Vertrauen also tatsächlich ein zentraler Faktor in Veränderungsprozessen ist, dann erscheint es im kirchlichen Kontext als eine besondere Herausforderung, angesichts der anstehenden Veränderungsprozessen bei Mitarbeitenden, freiwillig Engagierten und Kirchenmitgliedern das notwendige Vertrauen für die anstehenden Reformschritte zu bekommen. Für die Auseinandersetzung mit dem Vertrauensbegriff wird in dieser Arbeit eine soziologische Perspektive gewählt. Eine zentrale Rolle für das Verständnis des Vertrauensbegriffs spielt in der Soziologie dabei der Ansatz von Niclas Luhmann, der deshalb auch die theoretische Grundlage bildet. Aus dieser Theorieperspektive heraus stehen im Anschluss daran Veränderungsprozesse von Organisationen im Focus, wobei das Projekt Kirchenentwicklung 2030 der Erzdiözese Freiburg den Schwerpunkt der Auseinandersetzung bildet. Dabei kann festgestellt werden, dass Vertrauen im Kontext organisationaler Veränderungsprozesse tatsächlich eine zentrale Rolle spielt, für eine erfolgreiche Durchführung faktisch sogar unverzichtbar ist. Die Frage, wie eine stabile Vertrauenskultur zu entwickeln ist, lässt sich dagegen nicht so eindeutig beantworten, da Organisationskultur sich generell nicht gezielt steuern lässt. Die in dieser Arbeit herausgearbeiteten konkreten Handlungsoptionen für das Projekt Kirchenentwicklung 2030 bieten daher zwar eine sehr hohe Wahrscheinlichkeit für die Entwicklung von Vertrauen, eine Garantie können allerdings auch sie nicht bieten.
The Lagrangian field-antifield formalism of Batalin and Vilkovisky (BV) is used to investigate the application of the collec- tive coordinate method to soliton quantisation. In field theories with soliton solutions, the Gaussian fluctuation operator has zero modes due to the breakdown of global symmetries of the Lagrangian in the soliton solutions. It is shown how Noether identities and local symmetries of the Lagrangian arise when collective coordinates are introduced in order to avoid divergences related to these zero modes. This transformation to collective and fluctuation degrees of freedom is interpreted as a canonical transformation in the symplectic field-antifield space which induces a time-local gauge symmetry. Separating the corresponding Lagrangian path integral of the BV scheme in lowest order into harmonic quantum fluctuations and a free motion of the collective coordinate with the classical mass of the soliton, we show how the BV approach clarifies the relation between zero modes, collective coordinates, gauge invariance and the center- of-mass motion of classical solutions in quantum fields. Finally, we apply the procedure to the reduced nonlinear O(3) oe-model.^L
Mit Politikunterricht, seinen Zielen und den Wegen, um diese Ziele zu erreichen, beschäftigen sich zahlreiche Publikationen. Mit Medienpädagogik, deren Ziel Medienkompetenz und handlungsorientierten Methoden befassen sich nicht weniger Autoren. Die Zusammenführung beider Ideen fand bisher noch nicht statt. Die Aspekte der Medienkompetenz können jedoch direkt mit den Eigenschaften und Herausforderungen eines „mündigen Bürgers“ als Ziel von Politikunterricht verknüpft werden. Mündig ist, wer unter anderem politische Ent- scheidungen rational beurteilen kann und seine Einflussmöglichkeiten auf die Politik kennt, um sie zu nutzen. Dazu gehört aber die Fähigkeit, das Mediensystem zu verstehen, Medien zu nutzen und zu gestalten sowie mediale Berichterstattungen kritisch zu hinterfragen, eben medienkompetent zu sein. Guter Politikunterricht ist also unweigerlich mit medienbilden- dem Unterricht verknüpft und muss politische Bildung mit Medienpädagogik zusammenfüh- ren. Deshalb ist es Aufgabe dieser Arbeit, aufzuzeigen, warum beide Forschungsbereiche nicht voneinander getrennt werden dürfen und wie eine mögliche Zusammenführung ausse- hen kann.
Laser-based powder bed fusion (L-PBF) is a promising technology for the production of near net–shaped metallic components. The high surface roughness and the comparatively low-dimensional accuracy of such components, however, usually require a finishing by a subtractive process such as milling or grinding in order to meet the requirements of the application. Materials manufactured via L-PBF are characterized by a unique microstructure and anisotropic material properties. These specific properties could also affect the subtractive processes themselves. In this paper, the effect of L-PBF on the machinability of the aluminum alloy AlSi10Mg is explored when milling. The chips, the process forces, the surface morphology, the microhardness, and the burr formation are analyzed in dependence on the manufacturing parameter settings used for L-PBF and the direction of feed motion of the end mill relative to the build-up direction of the parts. The results are compared with a conventionally cast AlSi10Mg. The analysis shows that L-PBF influences the machinability. Differences between the reference and the L-PBF AlSi10Mg were observed in the chip form, the process forces, the surface morphology, and the burr formation. The initial manufacturing method of the part thus needs to be considered during the design of the finishing process to achieve suitable results.
Untersuchungsgegenstand dieser Arbeit ist die Darstellung von wissenschaftlichen Erkenntnissen der Organisationstheorie und der educational governance Forschung über das Entstehen von öffentlichen Verwaltungen sowie deren Ansätze zur Reformierung. Die öffentliche Bildungsverwaltung in Niedersachsen wird an diese Erkenntnisse angelehnt und der Stand der Bildungsreform an den theoretischen Erkenntnissen gemessen. Ebenso wird das Geflecht der unterschiedlichen behördlichen Ebenen näher beleuchtet sowie deren Funktionalitäten bzw. Dysfunktionalitäten analysiert.
Die polymorphkernigen neutrophilen Granuolzyten (PMN) besitzten zur Abwehr mikrobieller Pathogene unter anderem einen vorgefertigten Pool an Serinproteasen (Elastase (HNE), Proteinase 3 (PR3) und Cathepsin G). Diese Proteasen werden in den primären Granula aufbewahrt. Stimulation der PMN bewirkt eine Verschmelzung der Granula mit der Zellmembran und somit einer Freisetzung der Proteasen in das Phagolysosom oder in den extrazellulären Raum. Bei Patienten mit chronischen Entzündungskrankheiten, wie der Wegener'schen Granulomatose, finden sich die Proteasen in katalytisch aktiver Form auf der Zellmembran der PMN. In vitro Versuche haben gezeigt, daß diese oberflächengebundenen Serinproteasen nicht mehr von den Plasmaproteaseinhibitoren, die die Aktivität der ins Plasma freigesetzten Enzyme regulieren, inaktiviert werden können. Somit könnten die Proteasen auf der Zelloberfläche einen wichtigen Beitrag in der Pathogenese der Zellschädigungen, wie sie bei Wegener Patienten gefunden werden beitragen. In der vorliegenden Arbeit konnte mittels kompetitiven Bindungsstudien die Zahl der Bindungsstellen auf PMN für exogene Elastase auf etwa 40000/Zelle bestimmt werden. Inhibtionsstudien mit monoklonalen Antikörpern und synthetischen Peptiden identifizierten die ß2-Integrine CD11b und in geringerem Maße CD11a und CD11c als Bindungsstellen auf der Zelloberfläche. Die Bindung der Elastase an PMN ist abhängig von Ca2+, einem typischen Merkmal der Ligandenbindung der ß2-Integrine. Diese Ergebnisse konnten mittels der direkten molekularen Interaktion von Elastase und CD11b des gereinigten CD11b/CD18-Komplexes bestätigt werden. Die Bindung von Elastase an den isolierten CD11b/CD18-Komplex läßt sich mit Antikörpern gegen CD11b, nicht jedoch gegen CD18 hemmen. Elastase kann mit Antikörpern gegen CD11a und CD11b von der Membran stimulierter PMN copräzipitiert werden. Dies zeigt, daß die endogene Elastase ebenfalls an die ß2-Integrine auf der Zellmembran der PMN bindet. Adhäsionsversuche mit Epithel- und Endothelzellenmonolayern zeigten, daß die oberflächengebundene Elastase keinen Einfluß auf die PMN-Epithelzell Wechselwirkung hat, die Adhäsion an Endothelien jedoch fast vollständig unterdrückt. Bei der Adhäsion der PMN an Epithelien ist die Wechselwirkung der ß2-Integrine mit einem Rezeptor auf den Epithelzellen nicht der bestimmende Schritt. Die feste Adhäsion der PMN an Endothelzellen erfolgt dagegen fast ausschließlich über die Bindung von CD11b an ICAM-1 auf dem Endothel. Elastase kann so die Bindungsstelle für ICAM-1 blockieren oder aber ICAM-1 angreifen und die Adhäsion der PMN verhindern. Eine weitere wichtige Funktion des CD11b-Moleküls der Granulozyten ist die Bindung an C3bi auf opsonierten Mikroben. Dies wurde mittels der Bindung von PMN an C3bi-opsonierte Schafserythrozyten untersucht. Es binden weitaus mehr PMN mit oberflächengebundener Elastase an die Schfaserythrozyten als PMN ohne Elastase auf der Zelloberfläche. In der Durchflußzytometrie konnte gezeigt werden, daß die Bindung exogener Elastase in CD11b eine Konformationsänderung hervorruft, was sich in der Expression des aktivierungsabhängigen Epitops zeigt. Dieses Epitop charakterisiert den hoch affinen Zustand der CD11b Moleküle, der für eine starke Bindung an viele Liganden verantwortlich ist. Es konnte ebenfalls gezeigt werden, daß die Serinproteasen keinen Einfluß auf die Zahl der exprimierten CD11a und CD11b-Moleküle haben. Lediglich das mit CD11 assoziierte Molekül CD18 zeigt bei einigen Spendern eine leichte Sensibiltät für proteolytische Spaltung, einhergehend mit einer leicht reduzierten Expression.
Ziel dieser Arbeit war, die Entwicklung von übergangsmetallkatalysierten Kreuzkupplungsreaktionen zur Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindungsknüpfungen, bei denen Carbonsäuren anstelle der traditionell verwendeten, jedoch ökologisch bedenklichen Organometall-verbindungen (z. B. metallorganische Verbindungen der Elemente Bor, Zinn, Zink, Kupfer oder Magnesium) als Startmaterialien eingesetzt werden. Der wesentlich Schwerpunkt dieser Arbeit bestand darin, die zu diesem Zeitpunkt neu entwickelte decarboxylierende Kreuzkupplungsreaktion von aromatischen Carbonsäuren mit Arylhalogeniden zur synthetischen Reife zu führen.
Based on experiences from an autonomous mobile robot project called MOBOT -III, we found hard realtime-constraints for the operating-system-design. ALBATROSS is "A flexible multi-tasking and realtime network-operatingsystem-kernel", not limited to mobile- robot-projects only, but which might be useful also wherever you have to guarantee a high reliability of a realtime-system. The focus in this article is on a communication-scheme fulfilling the demanded (hard realtime-) assurances although not implying time-delays or jitters on the critical informationchannels. The central chapters discuss a locking-free shared buffer management, without the need for interrupts and a way to arrange the communication architecture in order to produce minimal protocol-overhead and short cycle-times. Most of the remaining communication-capacity (if there is any) is used for redundant transfers, increasing the reliability of the whole system. ALBATROSS is actually implemented on a multi-processor VMEbus-system.
This paper refers to the problem of adaptability over an infinite period of time, regarding dynamic networks. A never ending flow of examples have to be clustered, based on a distance measure. The developed model is based on the self-organizing feature maps of Kohonen [6], [7] and some adaptations by Fritzke [3]. The problem of dynamic surface classification is embedded in the SPIN project, where sub-symbolic abstractions, based on a 3-d scanned environment is being done.
The problem to be discussed here, is the usage of neural network clustering techniques on a mobile robot, in order to build qualitative topologic environment maps. This has to be done in realtime, i.e. the internal world model has to be adapted by the flow of sensor- samples without the possibility to stop this data-flow.Our experiments are done in a simulation environment as well as on a robot, called ALICE.
Based on the experiences from an autonomous mobile robot project called MOBOT-III, we found hard realtime-constraints for the operating- system-design. ALBATROSS is "A flexible multi-tasking and realtime network-operating-system-kernel". The focusin this article is on a communication-scheme fulfilling the previous demanded assurances. The centralchapters discuss the shared buffer management and the way to design the communication architecture.Some further aspects beside the strict realtime-requirements like the possibilities to control and watch a running system, are mentioned. ALBATROSS is actually implemented on a multi-processor VMEbus-system.
Based on the idea of using topologic feature-mapsinstead of geometric environment maps in practical mobile robot tasks, we show an applicable way tonavigate on such topologic maps. The main features regarding this kind of navigation are: handling of very inaccurate position (and orientation) information as well as implicit modelling of complex kinematics during an adaptation phase. Due to the lack of proper a-priori knowledge, a re-inforcement based model is used for the translation of navigator commands to motor actions. Instead of employing a backpropagation network for the cen-tral associative memory module (attaching actionprobabilities to sensor situations resp. navigatorcommands) a much faster dynamic cell structure system based on dynamic feature maps is shown. Standard graph-search heuristics like A* are applied in the planning phase.
SPIN-NFDS Learning and Preset Knowledge for Surface Fusion - A Neural Fuzzy Decision System -
(1993)
The problem to be discussed in this paper may be characterized in short by the question: "Are these two surface fragments belonging together (i.e. belonging to the same surface)?" The presented techniques try to benefit from some predefined knowledge as well as from the possibility to refine and adapt this knowledge according to a (changing) real environment, resulting in a combination of fuzzy-decision systems and neural networks. The results are encouraging (fast convergence speed, high accuracy), and the model might be used for a wide range of applications. The general frame surrounding the work in this paper is the SPIN- project, where emphasis is on sub-symbolic abstractions, based on a 3-d scanned environment.
This article will discuss a qualitative, topological and robust world-modelling technique with special regard to navigation-tasks for mobile robots operating in unknownenvironments. As a central aspect, the reliability regarding error-tolerance and stability will be emphasized. Benefits and problems involved in exploration, as well as in navigation tasks, are discussed. The proposed method demands very low constraints for the kind and quality of the employed sensors as well as for the kinematic precision of the utilized mobile platform. Hard real-time constraints can be handled due to the low computational complexity. The principal discussions are supported by real-world experiments with the mobile robot
Self-localization in unknown environments respectively correlation of current and former impressions of the world is an essential ability for most mobile robots. The method,proposed in this article is the construction of a qualitative, topological world model as a basis for self-localization. As a central aspect the reliability regarding error-tolerance and stability will be emphasized. The proposed techniques demand very low constraints for the kind and quality of the employed sensors as well as for the kinematic precisionof the utilized mobile platform. Hard real-time constraints can be handled due to the low computational complexity. The principal discussions are supported by real-world experiments with the mobile robot.
Visual Search has been investigated by many researchers inspired by the biological fact, that the sensory elements on the mammal retina are not equably distributed. Therefore the focus of attention (the area of the retina with the highest density of sensory elements) has to be directed in a way to efficiently gather data according to certain criteria. The work discussed in this article concentrates on applying a laser range finder instead of a silicon retina. The laser range finder is maximal focused at any time, but therefore a low resolution total-scene-image, available with camera-like devices from scratch on, cannot be used here. By adapting a couple of algorithms, the edge-scanning module steering the laser range finder is able to trace a detected edge. Based on the data scanned so far , two questions have to be answered. First: "Should the actual (edge-) scanning be interrupted in order to give another area of interest a chance of being investigated?" and second: "Where to start a new edge-scanning, after being interrupted?". These two decision-problems might be solved by a range of decision systems. The correctness of the decisions depends widely on the actual environment and the underlying rules may not be well initialized with a-priori knowledge. So we will present a version of a reinforcement decision system together with an overall scheme for efficiently controlling highly focused devices.
World models for mobile robots as introduced in many projects, are mostly redundant regarding similar situations detected in different places. The present paper proposes a method for dynamic generation of a minimal world model based on these redundancies. The technique is an extention of the qualitative topologic world modelling methods. As a central aspect the reliability regarding errortolerance and stability will be emphasized. The proposed technique demands very low constraints on the kind and quality of the employed sensors as well as for the kinematic precision of the utilized mobile platform. Hard realtime constraints can be handled due to the low computational complexity. The principal discussions are supported by real-world experiments with the mobile robot "
ALICE
(1994)
Die am Fraunhofer-Institut für Experimentelles Software Engineering entwickelte MARMOT-Methode beschreibt einen Ansatz für die komponentenbasierte Entwicklung eingebetteter Systeme. Sie baut auf der ebenfalls am IESE entwickelten KobrA-Methode auf und erweitert diese um spezielle Anforderungen für eingebettete Systeme. Die Idee dahinter ist es, einzelne Komponenten zu modellieren, implementieren und zu testen um später auf vorhandene qualitätsgesicherte Komponenten zurückgreifen zu können, und zu Applikationen zu komponieren ohne diese immer wieder neu entwickeln und testen zu müssen. Im Rahmen dieser Projektarbeit sollte mit Hilfe der MARMOT-Methode ein Antikollisionssystem für ein Modellauto entwickelt werden. Nach Auswahl der hierfür geeigneten Hardware wurde zunächst ein Grundkonzept für die Sensorik entwickelt. Die vom verwendeten RADAR-Sensor gelieferten Signale müssen für die weitere Verwendung durch einen Mikrocontroller aufbereitet werden. Vor der eigentlichen Systemmodellierung musste deshalb zu diesem Zweck eine Sensorplatine entwickelt werden. Anschließend folgte die Modellierung des Antikollisionssystems in UML 2.0 und die Implementierung in C. Zum Abschluss wurde das Zusammenspiel der Hard- und Software getestet.
Matter-wave Optics of Dark-state Polaritons: Applications to Interferometry and Quantum Information
(2006)
The present work "Materwave Optics with Dark-state Polaritons: Applications to Interferometry and Quantum Information" deals in a broad sense with the subject of dark-states and in particular with the so-called dark-state polaritons introduced by M. Fleischhauer and M. D. Lukin. The dark-state polaritons can be regarded as a combined excitation of electromagnetic fields and spin/matter-waves. Within the framework of this thesis the special optical properties of the combined excitation are studied. On one hand a new procedure to spatially manipulate and to increase the excitation density of stored photons is described and on the other hand the properties are used to construct a new type of Sagnac Hybrid interferometer. The thesis is devided into four parts. In the introduction all notions necessary to understand the work are described, e.g.: electromagnetically induced transparency (EIT), dark-state polaritons and the Sagnac effect. The second chapter considers the method developed by A. Andre and M. D. Lukin to create stationary light pulses in specially dressed EIT-media. In a first step a set of field equations is derived and simplified by introducing a new set of normal modes. The absorption of one of the normal modes leads to the phenomenon of pulse-matching for the other mode and thereby to a diffusive spreading of its field envelope. All these considerations are based on a homogeneous field setup of the EIT preparation laser. If this restriction is dismissed one finds that a drift motion is superimposed to the diffusive spreading. By choosing a special laser configuration the drift motion can be tailored such that an effective force is created that counteracts the spreading. Moreover, the force can not only be strong enough to compensate the diffusive spreading but also to exceed this dynamics and hence to compress the field envelope of the excitation. The compression can be discribed using a Fokker-Planck equation of the Ornstein-Uhlenbeck type. The investigations show that the compression leads to an excitation of higher-order modes which decay very fast. In the last section of the chapter this exciation will be discussed in more detail and conditions will be given how the excitation of higher-order modes can be avoided or even suppressed. All results given in the chapter are supported by numerical simulatons. In the third chapter the matterwave optical properties of the dark-state polaritons will be studied. They will be used to construct a light-matterwave hybrid Sagnac interferometer. First the principle setup of such an interferometer will be sketched and the relevant equations of motion of light-matter interaction in a rotating frame will be derived. These form the basis of the following considerations of the dark-state polariton dynamics with and without the influence of external trapping potentials on the matterwave part of the polariton. It will be shown that a sensitivity enhancement compared to a passive laser gyroscope can be anticipated if the gaseous medium is initially in a superfluid quantum state in a ring-trap configuration. To achieve this enhancement a simultaneous coherence and momentum transfer is furthermore necessary. In the last part of the chapter the quantum sensitivity limit of the hybrid interferometer is derived using the one-particle density matrix equations incorporating the motion of the particles. To this end the Maxwell-Bloch equations are considered perturbatively in the rotation rate of the noninertial frame of reference and the susceptibility of the considered 3-level \(\Lambda\)-type system is derived in arbitrary order of the probe-field. This is done to determine the optimum operation point. With its help the anticipated quantum sensitivity of the light-matterwave hybrid Sagnac interferometer is calculated at the shot-noise limit and the results are compared to state-of-the-art laser and matterwave Sagnac interferometers. The last chapter of the thesis originates from a joint theoretical and experimental project with the AG Bergmann. This chapter does no longer consider the dark-state polaritons of the last two chapters but deals with the more general concept of dark states and in particular with the transient velocity selective dark states as introduced by E. Arimondo et al. In the experiment we could for the first time measure these states. The chapter starts with an introduction into the concept of velocity selective dark states as they occur in a \(\Lambda\)-configuration. Then we introduce the transient velocity selective dark-states as they occur in an particular extension of the \(\Lambda\)-system. For later use in the simulations the relevant equations of motion are derived in detail. The simulations are based on the solution of the generalized optical Bloch equations. Finally the experimental setup and procedure are explained and the theoretical and experimental results are compared.
In dieser Arbeit wurde die Streutheorie in Stark-Systemen auf das im Rahmen der Untersuchung von Halbleiter-Übergittern vorgeschlagene periodische Rechteck-Potential angewendet. Das Verhalten der Resonanzenergien als Funktion verschiedener Parameter wurde untersucht. Hierbei trat das Phänomen der Paarung von Linienbreiten auf, welches durch Betrachtung der Bandstruktur des korrespondierenden feldfreien Hamiltonoperators und durch Modellierung mittels eines Matrixmodells für Wannier-Stark-Leitern geklärt werden konnte. Im letzten Abschnitt wurden die Untersuchungen auf die Beschreibung von Absorptionsspektren von Halbeiter-Übergittern ausgedehnt. Es wurde mittels zeitabhängiger Störungsrechnung eine Formel zur Berechnung des Absorptionsspektrums hergeleitet. Wird das periodische Potential in Halbleiter-Übergittern durch ein geglättetes Rechteck-Potential beschrieben, so können die spektroskopisch bestimmten Linienbreiten durch unsere Theorie gut beschrieben werden. Dies führt zu dem Schluss, dass das periodische Potential der Realität nicht wie anfänglich vermutet durch ein Rechteck-Potential beschrieben werden sollte sondern durch eine geglättete Version desselben. Trotz dieser interessanten Ergebnisse bleiben noch einige Fragen ungeklärt. So ist z.B. ungeklärt, ob es möglich ist die Parameter des Matrixmodells aus semiklassischen oder quantenmechanischen Berechnungen zu bestimmen, so dass das Modell es erlaubt die Resonanzenergien ab initio zu berechnen Im Rahmen dieser Arbeit wurde das Phänomen der Paarung der Lebensdauern untersucht. Hier wäre es interessant nach den Symmetrien der dazugehörigen Wellenfunktionen zu fragen. Es ist zu hoffen, dass dies Gegenstand zukünftiger Untersuchungen sein wird.
In der Arbeit sollen ausgewählte technische Indikatoren und deren Handelsstrategien hinsichtlich ihres Verhaltens bzw. ihrer Profitabilität in verschiedenen Marktphasen untersucht werden. Um das Argument, dass die Indikatoren selbst erfüllend sind, zu entkräften, werden Finanzzeitreihen simuliert und die Indikatoren auf diese angewendet und ausgewertet. Zu diesem Zweck wird zu gegebenen echten Kursdaten ein finanzzeitreihenanalytisches Modell angepasst. Dieses wird zur Simulation von Finanzzeitreihen und damit zur Auswertung der Indikatoren verwendet werden. Durch geeignete Auswahlverfahren sollen verschiedene Handelsstrategien zu Strategien kombiniert werden, um ein besseres Ertrag/Risikoverhältnis zu erreichen als dies bei einzelnen Strategien der Fall wäre.
To continue reducing voltage in scaled technologies, both circuit and architecture-level resiliency techniques are needed to tolerate process-induced defects, variation, and aging in SRAM cells. Many different resiliency schemes have been proposed and evaluated, but most prior results focus on voltage reduction instead of energy reduction. At the circuit level, device cell architectures and assist techniques have been shown to lower Vmin for SRAM, while at the architecture level, redundancy and cache disable techniques have been used to improve resiliency at low voltages. This paper presents a unified study of error tolerance for both circuit and architecture techniques and estimates their area and energy overheads. Optimal techniques are selected by evaluating both the error-correcting abilities at low supplies and the overheads of each technique in a 28nm. The results can be applied to many of the emerging memory technologies.
Bei der Herstellung hochbelasteter Strukturbauteile aus Faser-Kunststoff-Verbund (FKV) wird verbreitet auf textile Halbzeuge wie Gewebe oder vernähte Biaxial-Gelege zurückgegrif-fen. Diese Halbzeuge zeigen im Verbund mit Kunststoffen periodische out-of-plane Roving-welligkeiten. Die Größe der Welligkeiten hängt unter anderem von den Fertigungsparametern der trockenen Halbzeuge ab. Durch das Verständnis der effektiven Kausalitäten zwischen Rovingwelligkeiten und mechanischem Verhalten soll eine bessere rechnerische Abschätzung der Materialkennwerte erzielt werden.
In dieser Arbeit wurde unter anderem der Einfluss der Welligkeitsparameter Amplitude und Wellenlänge auf die faserparallelen Kennwerte an unidirektional verstärkten Proben unter-sucht. Dafür wurden gezielt unterschiedliche Amplituden und Wellenlängen mit Hilfe von unidirektionalen Geweben in die Probekörper eingebracht. Der Einfluss der Rovingwelligkei-ten auf die Steifigkeiten war kleiner als auf die Festigkeiten. Bei Letzten war zu beobachten, dass die Druckfestigkeiten mehr von den Ondulationen beeinflusst wurden als die Zugfestig-keiten. Außerdem wurden die Welligkeiten und die mechanischen Kennwerte von textilen FKV-Geweben und -Gelegen bestimmt. Bei der Auswahl der untersuchten Halbzeuge war ein wichtiges Kriterium, dass diese auch in der Praxis Anwendung finden.
Im nächsten Schritt wurde ein vereinfachtes Finite-Elemente-Welligkeitsmodell entwickelt, welches es ermöglicht, die faserparallelen Kennwerte ohne zeit- und kostenintensive Materi-alversuche zu bestimmen. Speziell für Gewebe-Materialien mit großen Rovingwelligkeiten ist dieses Modell in der Lage, deutlich bessere Abschätzungen als vorhandene Methoden zu ge-ben. Weiterhin wurde auf dieser Basis ein Regressionsmodell für unidirektional verstärkte Materialien abgeleitet, welches auch dem Konstrukteur ohne Erfahrungen im Umgang mit Finiten-Elemente-Programmen die Anwendung des Welligkeitsmodells ermöglicht.
Der Vorteil des entwickelten Welligkeitsmodells wurde in einem dreistufigen Validierungs-programm nachgewiesen. Dieses beinhaltet den Übergang auf multidirektionale Laminate sowie komplexere Bauteilgeometrien. Die verbesserte Prognose mit Hilfe des Welligkeitsmo-dells zeigte sich vor allem bei Materialien mit großen Rovingwelligkeiten und bei Bauteilen die aufgrund eines Faserbruchs durch eine Druckbelastung versagten.
Im Rahmen dieser Arbeit sollte ein Beitrag zu der Frage geleistet werden, welche Bedeutung etheno-DNA-Addukte in der Karzinogenese und bei chronisch degenerativen Erkrankungen haben könnten. Zu diesem Zweck wurden etheno-DNA-Addukte mittels 2-Chloracetaldehyd (CAA), einem von zwei Metaboliten von Vinylchlorid und dem Krebstherapeutikum Ifosfamid, in einem humanen B-lymphoiden Zellsystem (Raji Zellen) induziert. Der subtoxische Konzentrationsbereich von CAA wurde mittels Wachstumskurven auf unter 100 microM eingegrenzt. Weiterhin wurde gezeigt, daß CAA in den in dieser Arbeit verwendeten Konzentrationen einen relativ großen Einfluß auf das Wachstumsverhalten von Raji Zellen hatte. Dieser Einfluß beruhte unter anderem auf der Hemmung der DNA-Replikation und damit indirekt auch auf die DNA-Reparatur, der CAA-abhängigen Kondensation der zellulären DNA aufgrund von DNA-DNA-Quervernetzungen und einem geringen Einfluß auf die Atmungskette in Mitochondrien aufgrund einer Hemmung des NADH-Dehydrogenase-Komplexes. Die weitere Arbeit verteilte sich daraufhin auf drei Teilprojekte : - Die Detektion und Quantifizierung von etheno-Desoxyadenosin-Addukten (edA) wurde unter Anwendung einer einfachen, nicht-radioaktiven Alternative zu der IPPA-Postlabeling-Methode auf HPLC-Basis mit Fluoreszenzdetektion durchgeführt, die im Rahmen dieser Arbeit etabliert wurde. Dabei konnte gezeigt werden, daß CAA bei Konzentrationen zwischen 30 und 100 microM eine Erhöhung von edA um den Faktor 3-4 in Raji Zell-DNA zur Folge hatte. Ferner konnte mit Hilfe dieser HPLC-Methode zum ersten Mal die Induktion von edA als Folge von Zigarettenrauch in diesem Zellsystem gezeigt werden, wobei es offen bleibt, ob diese DNA-Addukte direkt oder durch Induktion von Lipidperoxidation gebildet wurden. - Der Nachweis der genspezifischen Induktion von etheno-DNA-Addukten in einer "Hot-Spot"-Region der mitochondrialen DNA wurde auf Basis einer in unserer Abteilung von Yang und Hergenhahn entwickelten Methode zum genspezifischen Nachweis von DNA-Schäden durchgeführt. Dazu wurde diese Methode auf die in dieser Arbeit gestellten Anforderungen hin weiterentwickelt. Es konnte unter Zuhilfenahme dieser Methode eine signifikante Zunahme von edA in der mitochondrialen Zielregion, bei CAA-behandelten Proben gegenüber den Kontrollen, nachgewiesen werden. - Der Einfluß von CAA auf die Mutationsraten in mitochondrialer DNA aus Raji Zellen wurde mit Hilfe des RSM- und DPD-Tests untersucht. Der DPD-Test wurde im Laufe dieser Arbeit zu einem Festphasen-DPD-Test weiterentwickelt um den Hintergrund an nicht mutierten Sequenzen und die Gefahr von Kreuzkontaminationen zu minimieren. Im Rahmen dieser Experimente konnte eine Zunahme von Mutationen zwischen 10,5 und 14,5 % der CAA-behandelten Proben gegenüber den unbehandelten Kontrollen gezeigt werden. Die Art der Mutationen wurde durch Sequenzierung ermittelt und waren in allen CAA-behandelten Proben A G und T C Transitionen. Weiterhin wurde überprüft, ob CAA, als bifunktionelles Agens, neben Punktmutationen auch Deletionen auslösen könnte. Dabei wurde eine nahezu signifikante Zunahme an Deletionen in den CAA-behandelten Proben gegenüber den unbehandelten Kontrollen festgestellt. Die in dieser Arbeit angewendeten und weiterentwickelten Methoden könnten durchaus weitere praktische Anwendungen finden. So könnte die Bestimmung von edA mittels HPLC aus Blut von Krebspatienten, bei Behandlung mit dem Krebstherapeutikum Ifosfamid, ein nützliches Hilfsmittel für die Expositionskontrolle werden. Hierbei könnte edA als Marker für die interne Belastung des Patienten mit, dem Metabolit von Ifosfamid, CAA dienen. Die in dieser Arbeit entwickelte Festphasen-DPD-Methode ebnet den Weg, unselektierte durch edA-ausgelöste Mutationen in nukleären Genen wie z.B. p53 zu bestimmen, die aufgrund von erhöhter Lipidperoxidation unter pathologischen, präkarzinogenen Bedingungen wie Wilsons Syndrom oder Hämochromatose gebildet werden könnten. Da bisher keine mitochondrialen etheno-DNA-Addukt-spezifischen Reparaturenzyme beschrieben wurden, muß man davon ausgehen, daß etheno-DNA-Addukte auch einen Beitrag zu Mutationen im mitochondrialen Genom leisten und damit eine Rolle im Prozeß des Alterns bzw. in der Entwicklung von degenerativen Erkrankungen spielen könnten.
Riesling wird neben seiner mannigfaltigen Variabilität im Aromaprofil, das unter anderem durch die unterschiedliche Bodenbeschaffenheit entsteht, vor allem in Deutschland auch wegen seiner Kältetoleranz und Anpassungsfähigkeit geschätzt. Er gilt zudem auch als alterungsfähiger Wein, allerdings kommt es bei zu starker Sonnenexposition der Rebe und langer bzw. warmer Lagerung vermehrt zur Bildung von 1,1,6-Trimethyl-1,2-dihydronaphthalin (TDN). Dieser von Carotinoiden abstammende Aromastoff verursacht die sogenannte „Petrolnote“, die vor allem in wärmeren Anbauregionen zum sortentypischen Bukett des Rieslings gehört. Deutsche Rieslingweine zeichnen sich dagegen überwiegend durch einen säurebetonten, fruchtigen Charakter aus, bei dem das Auftreten einer Petrolnote vor allem im Fall von Jungweinen als unpassende Fehlnote empfunden wird.
Das Ziel der vorliegenden Arbeit war deswegen, die sensorische Relevanz von TDN zu evaluieren und Maßnahmen zu realisieren, die geeignet sind, die Konzentrationen an freiem und gebundenem TDN zu verringern und dadurch das Auftreten der Petrolnote zu vermeiden.
Dafür wurde zunächst in Kapitel 6.1 die Empfindlichkeit von Verbrauchern und geschulten Prüfern gegenüber TDN sowie die Konzentration bestimmt, ab der die Petrolnote zu einer Ablehnung des Weins durch Verbraucher führt. Während geschulte Prüfer Rieslingweine bereits ab einem TDN-Gehalt von 2,3 µg/L unterscheiden konnten, lag die Wahrnehmungsschwelle von 156 Verbrauchern mit 14,7 µg/L um ein Mehrfaches darüber, und wurde außerdem durch das Geschlecht der Probanden beeinflusst. Die Petrolnote führte ab TDN-Gehalten von 60 µg/L bei einjährigem und 91 µg/L bei achtjährigem Riesling zur Ablehnung des Weins. Die Konzentration an freiem TDN in 261 Rieslingweinen aus drei verschiedenen Weinwettbewerben überstieg bei rund der Hälfte der Weine die Wahrnehmungsschwelle von geschulten Prüfern, während die Wahrnehmungsschwelle von Verbrauchern nur von 15% der Weine überschritten wurde. Gleichzeitig lag bei keinem der Weine der TDN-Gehalt über der Ablehnungsschwelle.
Durch die Evaluierung der instrumentellen Analyseparameter in Kapitel 6.2 wurde für die Untersuchung von freiem TDN und weiteren Aromastoffen eine Methode entwickelt, die es ermöglicht, nicht nur die TDN-Konzentrationen zu erfassen, sondern auch eine umfassende Qualitätsbewertung der Versuchsweine durchzuführen. Parallel dazu wurde eine Schnellmethode zur Erfassung der Gehalte an gebundenem TDN und Vitispiran implementiert, um auch die Effektivität der in dieser Arbeit durchgeführten weinbaulichen und oenologischen Praktiken im Hinblick auf das TDN-Potential zu beurteilen.
Kapitel 6.3 und 6.4 beschreiben weinbauliche Maßnahmen, die in mehrjährigen Studien auf ihre Eignung zur Reduzierung der TDN-Konzentration untersucht wurden. Während bei den Weinen, die aus Beeren unterschiedlicher Größe hergestellt wurden, keine signifikanten Unterschiede über die Jahrgänge hinweg beobachtet wurden, konnte durch die Variation der Rebunterlagen der Gehalt an gebundenem TDN um rund 30% reduziert werden. Ausgangspunkt einer weiteren Versuchsreihe waren acht verschiedene Rieslingklone auf derselben Unterlage, welche anschließend auf ihren TDN Gehalt untersucht wurden. Dabei wurden deutliche Differenzen in der Disposition einiger Klone zu höheren Gehalten an gebundenem TDN festgestellt. Hier ergab sich eine positive Korrelation zwischen der Lockerbeerigkeit der Trauben und der Menge an gebundenem TDN in den produzierten Weinen – je kompakter die Traube, desto weniger gebundenes TDN und gebundenes Vitispiran wurde gebildet. Die höhere Sonnenexposition der Beeren, die diesen Effekt hervorruft, beeinflusste auch die Gehalte an gebundenem TDN und Vitispiran in Weinen, die von Reben geerntet wurden, welche zu unterschiedlichen Zeitpunkten und in variierender Intensität entblättert wurden. Dabei führt sowohl eine maximale Entblätterung in der Traubenzone wie auch die Laubentfernung einen Monat nach der Blüte zu einer Erhöhung der Konzentration an gebundenem TDN und Vitispiran von rund 50%. Entblätterungsmaßnahmen zur Blüte oder zur Véraison, die der Regulierung der Erntemenge und der Traubengesundheit dienen, führten dagegen zu keinem Anstieg im Vergleich zur nicht-entblätterten Kontrolle.
Wie in Kapitel 6.5 ausgeführt wird, resultiert ein hoher Pressdruck beim Keltern sowie ein niedriger Stickstoffgehalt des Mosts in einer Zunahme des gebundenen TDN von 50 100%. Höhere Säuregehalte während der Lagerung verursachten in mehreren Versuchsreihen nicht nur eine höhere Freisetzungsrate von TDN, sondern auch einen verstärkten Abbau anderer Aromastoffe wie Ester, β-Damascenon oder Linalool. Dagegen hatte ein niedriger pH-Wert während der Gärung kaum Einfluss auf den Hefemetabolismus und die dadurch gebildeten Aromastoffe. Die Erhöhung der Gärtemperatur von 12 auf 24 °C hatte jedoch eine Zunahme von honig- oder petrolartigen Noten in den Rieslingweinen zur Folge. Die Verwendung unterschiedlicher Hefestämme führte zu einer Variation der Konzentrationen an gebundenem TDN zwischen 70 und 147 µg/L, abhängig vom Hefestamm und dem Jahrgang. Zwei der untersuchten neun Hefen brachten Weine mit bis zu 40% geringeren Gehalten an gebundenem TDN in Mosten mit hohem Stickstoffgehalt hervor, während drei weitere Hefen besser für den Einsatz in nährstoffarmen Most geeignet waren. Bei der Lagerung der Weine spielte die Lagertemperatur eine entscheidende Rolle in Bezug auf den Gehalt an freiem TDN, gefolgt vom Material des Flaschenverschlusses und der Flaschenorientierung.
Mittels geeigneter Filtermaterialien, die in Kapitel 7 beschrieben sind, wurde der Gehalt an freiem Wein um bis zu 80% reduziert, ohne die meisten der anderen Aromastoffe signifikant zu beeinflussen.
Somit wurde durch diese Arbeit ein vielfältiger Maßnahmenkatalog für die Weinwirtschaft entwickelt, der geeignet ist, den Anforderungen des fortschreitenden Klimawandels entgegenzutreten und die herausragende Position des Rieslings in Deutschland zu sichern.
Die Arbeit stellt die wissenschaftliche Aufbereitung von 6 Jahren Beratungsarbeit im Rahmen des von der Gesellschaft für technische Zusammenarbeit (GTZ) durchgeführten Projektes „Landmanagement Georgien“ zum Aufbau eines marktwirtschaftlichen Städtebau- und Raumordnungssystems in Georgien dar. Dabei geht es um die grundsätzliche Durchdringung eines komplexen Themenfeldes und den grundlegenden Aufbau einer bislang von westlicher Seite fehlenden Wissenschaftsbasis. In Georgien begannen die Privatisierungen im Jahr 1992: Wohnungen wurden verschenkt, Betriebe (bislang rund 20 Tausend) und sonstige Grundstücke werden verkauft bzw. versteigert. 1994 begann modellhaft für die Hauptstadt Tbilisi die Erstellung von Grundbuch/Kataster, d.h. der Aufbau eines öffentlichen Eigentumssicherungssystems für privaten Grundbesitz. Daher gilt es insbesondere für die bauliche und sonstige Nutzung von privaten Grundstücken verbindliche Spielregeln zu finden. Die Ausführungen konzentrieren sich vom Zielansatz folglich auf das in Georgien unbedingt erforderliche Spektrum von rechtsverbindlichen Mindestvereinbarungen in Form von Gesetzen, Verfahren sowie weichen und harten Instrumenten zur Steuerung der baulichen und gestaltungsrelevanten Bodennutzung im Sinne eines geordneten Städtebaus. Innerhalb dieser Schwerpunktsetzung, d.h. der Auseinandersetzung mit vorhandenen und zu schaffenden städtebaulichen (Rechts)Grundlagen, werden die Schnittstellen und Wechselwirkungen zur Raumordnung sowie zu politischen und administrativen Strukturen aufgezeigt, aber nicht vertieft. Eine Betrachtung des sowjetischen Planungssystems, bei dem es letztendlich auf allen Ebenen nur um die Verwirklichung staatlicher Großprojekte zur Steigerung der volkswirtschaftlichen Bilanz ging, sollen einerseits das schwierige psychische und physiognomische Erbe im Städtebau offen legen und andererseits die Dimension notwendiger Veränderungen bei den Transformationsprozessen verdeutlichen. Anhand einer zielorientierten Beschäftigung mit örtlichen Planungssystemen/-instrumenten in den Ländern Deutschland, Frankreich, Schweiz und Tschechien wird der Frage nachgegangen, welche zentralen Regelungen in der Marktwirtschaft für einen geordneten Städtebau unerlässlich sind. Damit werden generelle Maßstäbe und Leitlinien definiert, die bei der Transformation auf das georgische System kritisch hinterfragt und angepasst werden. Der räumliche Schwerpunkt bildet die Hauptstadt Tbilisi als dominantes Zentrum baulicher Aktivitäten. Darüber hinaus werden die Städte Kutaisi, Gori und Signaghi, jeweils stellvertretend für bestimmte Siedlungstypen/-größen betrachtet. Die Ergebnisse zeigen, dass sich der Städtebau in Georgien am Scheideweg befindet. Gesetze sind trotz formaler und inhaltlicher Schwächen vorhanden und leistungsfähig. Jetzt geht es um die Anwendung, eine bedarfsorientierte Instrumentalisierung und vor allem die Beachtung. Eine weitere, enorm wichtige Aufgabe stellt in diesem Zusammenhang die Festigung von Strukturen bei der Wahrnehmung von Planungsabläufen dar. Denn im Sozialismus gab es nur eindimensionale Entscheidungsstrukturen. Heute bestehen vielschichtige Strukturen und Möglichkeiten bei der Abwicklung von Planungsaufgaben. Aber trotz des vielfältigen Handlungsbedarfs konnte im Vergleich zu den benachbarten Kaukasusrepubliken Armenien und Aserbaidschan in Georgien viel erreicht werden. Die Arbeit kann dazu beitragen, die städtebaulichen Prozesse in Georgien scharfkantiger und zielgenauer zu führen. Anderen postsowjetischen Ländern kann sie als Leitfaden bei der Transformation der räumlichen Planungssysteme dienen. Darin liegt ein bedeutender Mehrwert.
Abstract: We calculate exact analytical expressions for O(alpha s) 3-jet and O (alpha^2 s ) 4-jet cross sections in polarized deep inelastic lepton nucleon scattering. Introducing an invariant jet definition scheme, we present differential distributions of 3- and 4-jet cross sections in the basic kinematical variables x and W^2 as well as total jet cross sections and show their dependence on the chosen spin-dependent (polarized) parton distributions. Noticebly differences in the predictions are found for the two extreme choices, i.e. a large negative sea-quark density or a large positive gluon density. Therefore, it may be possible to discriminate between different parametrizations of polarized parton densities, and hence between the different physical pictures of the proton spin underlying these parametrizations.
CAFM-Systeme werden zunehmend zur Unterstützung der Arbeitsabläufe im Bereich des Immobilien und Facility Managements eingesetzt. Die Einführung eines CAFM-Systems ist ein umfangreiches Vorhaben, das mit einem hohen Aufwand an Zeit, Kosten und Personal verbunden ist. Häufig ist allerdings der Mangel an personellen Kapazitäten ein großes Hindernis bei der Einführung und auch beim späteren Betrieb von CAFM-Systemen. Das Ziel dieser Bachelorarbeit ist es, Kennzahlen für die Personalbemessung bei Digitalisierungsprojekten im Immobilien und Facility Management zu entwickeln, ausgehend vom Personalbedarf vergangener Projekte zur Einführung von CAFM-Systemen, um eine Orientierung bei der Bemessung der Personalressourcen zu liefern. Die Kennzahlen für den Personalbedarf in Bezug auf CAFM-Systeme wurden abgeleitet von den Ergebnissen einer Umfrage, bei der Personen zu ihrem CAFM-System und den damit verbundenen Kosten und dem Personalaufwand befragt wurden. Im Anschluss daran wurden diese Kennzahlen durch Experteninterviews überprüft und es wurden weitere qualitative Einflussfaktoren und die Übertragbarkeit der Kennzahlen auf andere Digitalisierungsprojekte untersucht. Das Ergebnis der Auswertungen und Untersuchungen ist eine Spanne des Personalbedarfs von 1,5 bis 4,0 Personenjahren für die Einführung eines CAFM-Systems und 0,67 bis 2,0 Vollzeitäquivalente für den Betrieb. Diese Kennzahlen sind nur für das Bildungswesen und die öffentliche Hand repräsentativ und können nicht einfach auf andere Digitalisierungsprojekte übertragen werden. Für eine realistische Ermittlung des Personalbedarfs ist zudem eine intensive Projektplanung und -vorbereitung entscheidend, was sowohl für CAFM als auch für andere Digitalisierungsprojekte gilt.
A series of (oligo)phenthiazines, thiazolium salts and sulfonic acid functionalized organic/inorganic hybrid materials were synthesized. The organic groups were covalently bound on the inorganic surface through reactions of organosilane precursors with TEOS or with the silanol groups of material surface. These synthetic methods are called the co-condensation process and the post grafting. The structures and the textural parameters of the generated hybrid materials were characterized by XRD, N2 adsorption-desorption measurements, SEM and TEM. The incorporations of the organic groups were verified by elemental analysis, thermogravimetric analysis, FT-IR, UV-Vis, EPR, CV, as well as by 13C CP-MAS NMR and 29Si CP-MAS NMR spectroscopy. Introduction of various organic groups endow different phsysical, chemical properties to these hybrid materials. The (oligo)phenothiazines provide a group of novel redox acitive hybrid materials with special electronic and optic properties. The thiazolium salts modified materials were applied as heterogenized organo catalysts for the benzoin condensation and the cross-coupling of aldehydes with acylimines to yield a-amido ketones. The sulfonic acid containing materials can not only be used as Broensted acid catalysts, but also can serve as ion exchangable supports for further modifications and applications.
Nanoparticle-Filled Thermoplastics and Thermoplastic Elastomer: Structure-Property Relationships
(2012)
The present work focuses on the structure-property relationships of
particulate-filled thermoplastics and thermoplastic elastomer (TPE). In this work
two thermoplastics and one TPE were used as polymer matrices, i.e. amorphous
bisphenol-A polycarbonate (PC), semi-crystalline isotactic polypropylene (iPP),
and a block copolymer poly(butylene terephthalate)-block-poly(tetramethylene
glycol) TPE(PBT-PTMG). For PC, a selected type of various Aerosil® nano-SiO2
types was used as filler to improve the thermal and mechanical properties by
maintaining the transparency of PC matrix. Different types of SiO2 and TiO2
nanoparticles with different surface polarity were used for iPP. The goal was to
examine the influence of surface polarity and chemical nature of nanoparticles on
the thermal, mechanical and morphological properties of iPP composites. For
TPE(PBT-PTMG), three TiO2 particles were used, i.e. one grade with hydroxyl
groups on the particle surface and the other two grades are surface-modified with
metal and metal oxides, respectively. The influence of primary size and dispersion
quality of TiO2 particles on the properties of TPE(PBT-PTMG)/TiO2 composites
were determined and discussed.
All polymer composites were produced by direct melt blending in a twin-screw
extruder via masterbatch technique. The dispersion of particles was examined by
using scanning electron microscopy (SEM) and micro-computerized tomography
(μCT). The thermal and crystalline properties of polymer composites were characterized by using thermogravimetric analysis (TGA) and differential
scanning calorimetry (DSC). The mechanical and thermomechanical properties
were determined by using mechanical tensile testing, compact tension and
Charpy impact as well as dynamic-mechanical thermal analysis (DMTA).
The SEM results show that the unpolar-surface modified nanoparticles are better
dispersed in polymer matrices as iPP than polar-surface nanoparticles, especially
in case of using Aeroxide® TiO2 nanoparticles. The Aeroxide® TiO2 nanoparticles
with a polar surface due to Ti-OH groups result in a very high degree of
agglomeration in both iPP and TPE matrices because of strong van der Waals
interactions among particles (hydrogen bonding). Compared to unmodified
Aeroxide® TiO2 nanoparticles, the other grades of surface modified TiO2 particles
are very homogenously dispersed in used iPP and TPE(PBT-PTMG). The
incorporation of SiO2 nanoparticles into bisphenol-A PC significantly increases
the mechanical properties of PC/SiO2 nanocomposites, particularly the resistance
against environmental stress crazing (ESC). However, the transparency of
PC/SiO2 nanocomposites decreases with increasing nanoparticle content and
size due to a mismatch of infractive indices of PC and SiO2 particles. The different
surface polarity of nanoparticles in iPP shows evident influence on properties of
iPP composites. Among iPP/SiO2 nanocomposites, the nanocomposite
containing SiO2 nanoparticles with a higher degree of hydrophobicity shows
improved fracture and impact toughness compared to the other iPP/SiO2
composites. The TPE(PBT-PTMG)/TiO2 composites show much better thermal and mechanical properties than neat TPE(PBT-PTMG) due to strong chemical
interactions between polymer matrix and TiO2 particles. In addition, better
dispersion quality of TiO2 particles in used TPE(PBT-PTMG) leads to dramatically
improved mechanical properties of TPE(PBT-PTMG)/TiO2 composites.
Planar force or pressure is a fundamental physical aspect during any people-vs-people and people-vs-environment activities and interactions. It is as significant as the more established linear and angular acceleration (usually acquired by inertial measurement units). There have been several studies involving planar pressure in the discipline of activity recognition, as reviewed in the first chapter. These studies have shown that planar pressure is a promising sensing modality for activity recognition. However, they still take a niche part in the entire discipline, using ad hoc systems and data analysis methods. Mostly these studies were not followed by further elaborative works. The situation calls for a general framework that can help push planar pressure sensing into the mainstream.
This dissertation systematically investigates using planar pressure distribution sensing technology for ubiquitous and wearable activity recognition purposes. We propose a generic Textile Pressure Mapping (TPM) Framework, which encapsulates (1) design knowledge and guidelines, (2) a multi-layered tool including hardware, software and algorithms, and (3) an ensemble of empirical study examples. Through validation with various empirical studies, the unified TPM framework covers the full scope of application recognition, including the ambient, object, and wearable subspaces.
The hardware part constructs a general architecture and implementations in the large-scale and mobile directions separately. The software toolkit consists of four heterogeneous tiers: driver, data processing, machine learning, visualization/feedback. The algorithm chapter describes generic data processing techniques and a unified TPM feature set. The TPM framework offers a universal solution for other researchers and developers to evaluate TPM sensing modality in their application scenarios.
The significant findings from the empirical studies have shown that TPM is a versatile sensing modality. Specifically, in the ambient subspace, a sports mat or carpet with TPM sensors embedded underneath can distinguish different sports activities or different people's gait based on the dynamic change of body-print; a pressure sensitive tablecloth can detect various dining actions by the force propagated from the cutlery through the plates to the tabletop. In the object subspace, swirl office chairs with TPM sensors under the cover can be used to detect the seater's real-time posture; TPM can be used to detect emotion-related touch interactions for smart objects, toys or robots. In the wearable subspace, TPM sensors can be used to perform pressure-based mechanomyography to detect muscle and body movement; it can also be tailored to cover the surface of a soccer shoe to distinguish different kicking angles and intensities.
All the empirical evaluations have resulted in accuracies well-above the chance level of the corresponding number of classes, e.g., the `swirl chair' study has classification accuracy of 79.5% out of 10 posture classes and in the `soccer shoe' study the accuracy is 98.8% among 17 combinations of angle and intensity.
We propose and study a strongly coupled PDE-ODE system with tissue-dependent degenerate diffusion and haptotaxis that can serve as a model prototype for cancer cell invasion through the
extracellular matrix. We prove the global existence of weak solutions and illustrate the model behaviour by numerical simulations for a two-dimensional setting.
We propose and study a strongly coupled PDE-ODE-ODE system modeling cancer cell invasion through a tissue network
under the go-or-grow hypothesis asserting that cancer cells can either move or proliferate. Hence our setting features
two interacting cell populations with their mutual transitions and involves tissue-dependent degenerate diffusion and
haptotaxis for the moving subpopulation. The proliferating cells and the tissue evolution are characterized by way of ODEs
for the respective densities. We prove the global existence of weak solutions and illustrate the model behaviour by
numerical simulations in a two-dimensional setting.
Whole-body vibrations (WBV) have adverse effects on ride comfort and human health. Suspension seats have an important influence on the WBV severity. In this study, WBV were measured on a medium-sized compact wheel loader (CWL) in its typical operations. The effect of short-term exposure to the WBV on the ride comfort was evaluated according to ISO 2631-1:1985 and ISO 2631-1:1997. ISO 2631-1:1997 and ISO 2631-5:2004 were adopted to evaluate the effect of long-term exposure to the WBV on the human health. Reasons for the different evaluation results obtained according to ISO 2631-1:1997 and ISO 2631-5:2004 were explained in this study. The WBV measurements were carried out in cases where the driver wore a lap belt or a four-point seat harness and in the case where the driver did not wear any safety belt. The seat effective amplitude transmissibility (SEAT) and the seat transmissibility in the frequency domain in these three cases were analyzed to investigate the effect of a safety belt on the seat transmissibility. Seat tests were performed on a multi-axis shaking table in laboratory to study the dynamic behavior of a suspension seat under the vibration excitations measured on the CWL. The WBV intensity was reduced by optimizing the vertical and the longitudinal seat suspension systems with the help of computational simulations. For the optimization multi-body models of the seat-dummy system in the laboratory seat tests and the seat-driver system in the field vibration measurements were built and validated.
A new method is used to investigate the tunneling between two weakly-linked Bose-Einstein con- densates confined in double-well potential traps. The nonlinear interaction between the atoms in each well contributes to a finite chemical potential, which, with consideration of periodic instantons, leads to a remarkably high tunneling frequency. This result can be used to interpret the newly found Macroscopic Quantum Self Trapping (MQST) effect. Also a new kind of first-order crossover between different regions is predicted.
The main purpose of the study was to improve the physical properties of the modelling of compressed materials, especially fibrous materials. Fibrous materials are finding increasing application in the industries. And most of the materials are compressed for different applications. For such situation, we are interested in how the fibre arranged, e.g. with which distribution. For given materials it is possible to obtain a three-dimensional image via micro computed tomography. Since some physical parameters, e.g. the fibre lengths or the directions for points in the fibre, can be checked under some other methods from image, it is beneficial to improve the physical properties by changing the parameters in the image.
In this thesis, we present a new maximum-likelihood approach for the estimation of parameters of a parametric distribution on the unit sphere, which is various as some well known distributions, e.g. the von-Mises Fisher distribution or the Watson distribution, and for some models better fit. The consistency and asymptotic normality of the maximum-likelihood estimator are proven. As the second main part of this thesis, a general model of mixtures of these distributions on a hypersphere is discussed. We derive numerical approximations of the parameters in an Expectation Maximization setting. Furthermore we introduce a non-parametric estimation of the EM algorithm for the mixture model. Finally, we present some applications to the statistical analysis of fibre composites.
In recent years, nanofiller-reinforced polymer composites have attracted considerable
interest from numerous researchers, since they can offer unique mechanical,
electrical, optical and thermal properties compared to the conventional polymer
composites filled with micron-sized particles or short fibers. With this background, the
main objective of the present work was to investigate the various mechanical
properties of polymer matrices filled with different inorganic rigid nanofillers, including
SiOB2B, TiOB2B, AlB2BOB3B and multi-walled carbon nanotubes (MWNT). Further, special
attention was paid to the fracture behaviours of the polymer nanocomposites. The
polymer matrices used in this work contained two types of epoxy resin (cycloaliphatic
and bisphenol-F) and two types of thermoplastic polymer (polyamide 66 and isotactic
polypropylene).
The epoxy-based nanocomposites (filled with nano-SiOB2B) were formed in situ by a
special sol-gel technique supplied by nanoresins AG. Excellent nanoparticle
dispersion was achieved even at rather high particle loading. The almost
homogeneously distributed nanoparticles can improve the elastic modulus and
fracture toughness (characterized by KBICB and GBICB) simultaneously. According to
dynamic mechanical and thermal analysis (DMTA), the nanosilica particles in epoxy
resins possessed considerable "effective volume fraction" in comparison with their
actual volume fraction, due to the presence of the interphase. Moreover, AFM and
high-resolution SEM observations also suggested that the nanosilica particles were
coated with a polymer layer and therefore a core-shell structure of particle-matrix was
expected. Furthermore, based on SEM fractography, several toughening
mechanisms were considered to be responsible for the improvement in toughness,
which included crack deflection, crack pinning/bowing and plastic deformation of
matrix induced by nanoparticles.
The PA66 or iPP-based nanocomposites were fabricated by a conventional meltextrusion
technique. Here, the nanofiller content was set constant as 1 vol.%. Relatively good particle dispersion was found, though some small aggregates still
existed. The elastic modulus of both PA66 and iPP was moderately improved after
incorporation of the nanofillers. The fracture behaviours of these materials were
characterized by an essential work fracture (EWF) approach. In the case of PA66
system, the EWF experiments were carried out over a broad temperature range
(23~120 °C). It was found that the EWF parameters exhibited high temperature
dependence. At most testing temperatures, a small amount of nanoparticles could
produce obvious toughening effects at the cost of reduction in plastic deformation of
the matrix. In light of SEM fractographs and crack opening tip (COD) analysis, the
crack blunting induced by nanoparticles might be the major source of this toughening.
The fracture behaviours of PP filled with MWNTs were investigated over a broad
temperature range (-196~80 °C) in terms of notched impact resistance. It was found
that MWNTs could enhance the notched impact resistance of PP matrix significantly
once the testing temperature was higher than the glass transition temperature (TBgB) of
neat PP. At the relevant temperature range, the longer the MWNTs, the better was
the impact resistance. SEM observation revealed three failure modes of nanotubes:
nanotube bridging, debonding/pullout and fracture. All of them would contribute to
impact toughness to a degree. Moreover, the nanotube fracture was considered as
the major failure mode. In addition, the smaller spherulites induced by the nanotubes
would also benefit toughness.
Nowadays, accounting, charging and billing users' network resource consumption are commonly used for the purpose of facilitating reasonable network usage, controlling congestion, allocating cost, gaining revenue, etc. In traditional IP traffic accounting systems, IP addresses are used to identify the corresponding consumers of the network resources. However, there are some situations in which IP addresses cannot be used to identify users uniquely, for example, in multi-user systems. In these cases, network resource consumption can only be ascribed to the owners of these hosts instead of corresponding real users who have consumed the network resources. Therefore, accurate accountability in these systems is practically impossible. This is a flaw of the traditional IP address based IP traffic accounting technique. This dissertation proposes a user based IP traffic accounting model which can facilitate collecting network resource usage information on the basis of users. With user based IP traffic accounting, IP traffic can be distinguished not only by IP addresses but also by users. In this dissertation, three different schemes, which can achieve the user based IP traffic accounting mechanism, are discussed in detail. The inband scheme utilizes the IP header to convey the user information of the corresponding IP packet. The Accounting Agent residing in the measured host intercepts IP packets passing through it. Then it identifies the users of these IP packets and inserts user information into the IP packets. With this mechanism, a meter located in a key position of the network can intercept the IP packets tagged with user information, extract not only statistic information, but also IP addresses and user information from the IP packets to generate accounting records with user information. The out-of-band scheme is a contrast scheme to the in-band scheme. It also uses an Accounting Agent to intercept IP packets and identify the users of IP traffic. However, the user information is transferred through a separated channel, which is different from the corresponding IP packets' transmission. The Multi-IP scheme provides a different solution for identifying users of IP traffic. It assigns each user in a measured host a unique IP address. Through that, an IP address can be used to identify a user uniquely without ambiguity. This way, traditional IP address based accounting techniques can be applied to achieve the goal of user based IP traffic accounting. In this dissertation, a user based IP traffic accounting prototype system developed according to the out-of-band scheme is also introduced. The application of user based IP traffic accounting model in the distributed computing environment is also discussed.
Conditional Compilation (CC) is frequently used as a variation mechanism in software product lines (SPLs). However, as a SPL evolves the variable code realized by CC erodes in the sense that it becomes overly complex and difficult to understand and maintain. As a result, the SPL productivity goes down and puts expected advantages more and more at risk. To investigate the variability erosion and keep the productivity above a sufficiently good level, in this paper we 1) investigate several erosion symptoms in an industrial SPL; 2) present a variability improvement process that includes two major improvement strategies. While one strategy is to optimize variable code within the scope of CC, the other strategy is to transition CC to a new variation mechanism called Parameterized Inclusion. Both of these two improvement strategies can be conducted automatically, and the result of CC optimization is provided. Related issues such as applicability and cost of the improvement are also discussed.
As a Software Product Line (SPL) evolves with increasing number of features and feature values, the feature correlations become extremely intricate, and the specifications of these correlations tend to be either incomplete or inconsistent with their realizations, causing misconfigurations in practice. In order to guide product configuration processes, we present a solution framework to recover complex feature correlations from existing product configurations. These correlations are further pruned automatically and validated by domain experts. During implementation, we use association mining techniques to automatically extract strong association rules as potential feature correlations. This approach is evaluated using a large-scale industrial SPL in the embedded system domain, and finally we identify a large number of complex feature correlations.
This thesis is devoted to deal with the stochastic optimization problems in various situations with the aid of the Martingale method. Chapter 2 discusses the Martingale method and its applications to the basic optimization problems, which are well addressed in the literature (for example, [15], [23] and [24]). In Chapter 3, we study the problem of maximizing expected utility of real terminal wealth in the presence of an index bond. Chapter 4, which is a modification of the original research paper joint with Korn and Ewald [39], investigates an optimization problem faced by a DC pension fund manager under inflationary risk. Although the problem is addressed in the context of a pension fund, it presents a way of how to deal with the optimization problem, in the case there is a (positive) endowment. In Chapter 5, we turn to a situation where the additional income, other than the income from returns on investment, is gained by supplying labor. Chapter 6 concerns a situation where the market considered is incomplete. A trick of completing an incomplete market is presented there. The general theory which supports the discussion followed is summarized in the first chapter.
In this work, we analyze two important and simple models of short rates, namely Vasicek and CIR models. The models are described and then the sensitivity of the models with respect to changes in the parameters are studied. Finally, we give the results for the estimation of the model parameters by using two different ways.
Automata theory has given rise to a variety of automata models that consist
of a finite-state control and an infinite-state storage mechanism. The aim
of this work is to provide insights into how the structure of the storage
mechanism influences the expressiveness and the analyzability of the
resulting model. To this end, it presents generalizations of results about
individual storage mechanisms to larger classes. These generalizations
characterize those storage mechanisms for which the given result remains
true and for which it fails.
In order to speak of classes of storage mechanisms, we need an overarching
framework that accommodates each of the concrete storage mechanisms we wish
to address. Such a framework is provided by the model of valence automata,
in which the storage mechanism is represented by a monoid. Since the monoid
serves as a parameter to specifying the storage mechanism, our aim
translates into the question: For which monoids does the given
(automata-theoretic) result hold?
As a first result, we present an algebraic characterization of those monoids
over which valence automata accept only regular languages. In addition, it
turns out that for each monoid, this is the case if and only if valence
grammars, an analogous grammar model, can generate only context-free
languages.
Furthermore, we are concerned with closure properties: We study which
monoids result in a Boolean closed language class. For every language class
that is closed under rational transductions (in particular, those induced by
valence automata), we show: If the class is Boolean closed and contains any
non-regular language, then it already includes the whole arithmetical
hierarchy.
This work also introduces the class of graph monoids, which are defined by
finite graphs. By choosing appropriate graphs, one can realize a number of
prominent storage mechanisms, but also combinations and variants thereof.
Examples are pushdowns, counters, and Turing tapes. We can therefore relate
the structure of the graphs to computational properties of the resulting
storage mechanisms.
In the case of graph monoids, we study (i) the decidability of the emptiness
problem, (ii) which storage mechanisms guarantee semilinear Parikh images,
(iii) when silent transitions (i.e. those that read no input) can be
avoided, and (iv) which storage mechanisms permit the computation of
downward closures.
Weinbaukläranlagen werden während der Weinlese und -bereitung mit hohen organischen BSB5-Frachten zusätzlich zu den kommunalen Schmutzfrachten belastet. Die saisonal stark schwankende Belastung und unterschiedliche Abwasserzusammensetzung führte in der Vergangenheit zu Unsicherheiten bei der Bemessung, die entweder in zu großen Sicherheitsreserven mündeten oder sich durch ungenügende Reinigungsleistung und Betriebsstabilität offenbarten. Während für Weinbaukläranlagen mit dem Reinigungsziel "Kohlenstoffelimination" umfangreiche Untersuchungen vorliegen, besteht für Anlagen mit gezielter Stickstoffelimination ein erhebliches Wissensdefizit. Diese unbefriedigende Situation gab Anlaß zu eigenen Versuchen mit der Zielsetzung, Aufschluss über die Auswirkungen der saisonal hohen BSB5- Belastung auf die Stabilität der Nitrifikation und somit auf die Bemessung der Belebungsbecken zu erhalten. Eine Umfrage bei Betreibern von Weinbaukläranlagen bestätigte, dass für eine wirklichkeitsnahe Bemessung und wirtschaftliche Betriebsführung große Wissenslücken bestehen. Zudem erfordern die Belastungsschwankungen sehr flexible Betriebsführungs- und Regelstrategien, die oft bei der Planung nicht ausreichend bedacht wurden. Die allgemein anerkannten stationären Bemessungsansätze wie das ATV-Arbeitsblatt A 131 können für den Nachweis einer stabilen Nitrifikation nicht herangezogen werden, da aufgrund der erforderlichen Anpassungen der Biozönose an die veränderte Belastungsverhältnisse kein stationärer Zustand herrscht, der die Voraussetzung für die Gültigkeit der Ansätze ist. Während der Kampagne wird deutlich mehr Überschussschlamm produziert und abgezogen, was zur Folge hat, dass mehr Nitrifikanten aus der Belebung entfernt werden als nachwachsen können. Zur Optimierung der Bemessung bietet sich daher die dynamische Simulation an, welche die Nachbildung jeglicher instationärer Belastungsverhältnisse erlaubt. Es konnte gezeigt werden, dass das Activated Sludge Model No. 1 bei der Simulation von zwei Weinbaukläranlagen eine hinreichend gute Übereinstimmung zwischen den Simulationsergebnissen und den realen Messwerten liefert. Die Kalibrierung der Modelle muss in mehreren Stufen erfolgen. Eine dynamische Kalibrierung anhand der Stickstoffablaufkonzentrationen ist bei hoher CSB-Belastung nicht sinnvoll, da die Dynamik der Stickstoffkonzentrationsschwankungen im Ablauf im Wesentlichen durch den CSB-Abbau bestimmt werden. Im Rahmen dieser Arbeit wurde eine Vorgehensweise entwickelt, die es ermöglicht auch in der Planungsphase die Modelle so zu kalibrieren, dass aussagekräftige Ergebnisse für die Bemessung und Betriebsführung erhalten werden. Anhand eines Beispiels wurde gezeigt, wie die stationären Bemessungsansätze zu einer fehlerhaften Auslegung des Belebungsbeckens führen können. Mit Hilfe der dynamischen Simulation konnten das Bemessungsergebnis kontrolliert und Optimierungsmaßnahmen hinsichtlich ihres Nutzens bewertet sowie verschiedene Betriebsführungs- und Regelstrategien optimiert werden. Speziell angepasste Bemessungsempfehlungen lassen sich aus diesen Untersuchungen jedoch nicht ableiten, da die Auswirkungen der Kampagnebelastung auf die Prozessstabilität der Nitrifikation erheblich von der kommunalen Belastung und vom Verfahrenskonzept abhängig sind. So zeigen Anlagen, die für höhere Schlammalter bemessen sind wie z.B. simultane aerobe Stabilisierungsanlagen, eine deutlich höhere Prozessstabilität als Anlagen mit niedrigeren Schlammaltern. Die dynamische Simulation ist ein sehr hilfreiches Werkzeug, Kläranlagen wirtschaftlich zu bemessen. Es ist zu wünschen, dass die dynamische Simulation in naher Zukunft als "Standardwerkzeug" vom planenden Ingenieur eingesetzt wird.
These lecture notes give a completely self-contained introduction to the control theory of linear time-invariant systems. No prior knowledge is requried apart from linear algebra and some basic familiarity with ordinary differential equations. Thus, the course is suited for students of mathematics in their second or third year, and for theoretically inclined engineering students. Because of its appealing simplicity and elegance, the behavioral approch has been adopted to a large extend. A short list of recommended text books on the subject has been added, as a suggestion for further reading.
Algebraic Systems Theory
(2004)
Control systems are usually described by differential equations, but their properties of interest are most naturally expressed in terms of the system trajectories, i.e., the set of all solutions to the equations. This is the central idea behind the so-called "behavioral approach" to systems and control theory. On the other hand, the manipulation of linear systems of differential equations can be formalized using algebra, more precisely, module theory and homological methods ("algebraic analysis"). The relationship between modules and systems is very rich, in fact, it is a categorical duality in many cases of practical interest. This leads to algebraic characterizations of structural systems properties such as autonomy, controllability, and observability. The aim of these lecture notes is to investigate this module-system correspondence. Particular emphasis is put on the application areas of one-dimensional rational systems (linear ODE with rational coefficients), and multi-dimensional constant systems (linear PDE with constant coefficients).
Die Theorie der mehrdimensionalen Systeme ist ein relativ junges Forschungsgebiet innerhalb der Systemtheorie, erste Arbeiten stammen aus den 70er Jahren. Hauptmotiv für das Studium multidimensionaler Systeme war die Notwendigkeit einer Erweiterung der Theorie der digitalen Filter, die in der klassischen, eindimensionalen Signalverarbeitung (zeitabhängige Signale) Anwendung finden, auf den Bereich der Bildverarbeitung, also auf zweidimensionale Signale.; Die Vorlesung beschäftigt sich daher in ihrem ersten Teil mit skalaren zweidimensionalen Systemen und beschränkt sich im wesentlichen auf den linearen Fall. Untersucht werden zweidimensionale Filter, ihre wichtigsten Eigenschaften, Kausalität und Stabilität, sowie ihre Zustandsraum- realisierungen, etwa die Modelle von Roesser und Fornasini-Marchesini. Parallelen und Unterschiede zur eindimensionalen Systemtheorie werden betont.; Im zweiten Teil der Vorlesung werden allgemeine höherdimensionale und multivariable Systeme behandelt. Für diese Systeme erweist sich der von Jan Willems begründete Zugang zur Systemtheorie, der sogenannte behavioral approach, als zweckmäßig. Grundlegende Ideen dieses Ansatzes sowie eine der wichtigsten Methoden zum Rechnen mit Polynomen in mehreren Variablen, die Theorie der Gröbnerbasen, werden vorgestellt.
Die Entwicklung von beta-Laktam-Resistenz in dem Pathogen Streptococcus pneumoniae (S. pneu-moniae) stellt einen komplexen Prozess dar, welcher auf einer Modifikation der Penicillin-Bindeproteine (PBP), der Targetstrukturen von beta-Laktam-Antibiotika beruht. PBP sind Membran-gebundene Enzyme, welche essentielle Reaktionen bei der bakteriellen Zellwand-Synthese katalysieren. Diese Proteine werden im Zuge der Resistenzentstehung so verändert, dass beta-Laktame nicht mehr oder nur noch mit geringer Affinität gebunden werden, das physiologische Substrat aber noch erkannt werden muß. Die vorliegende Arbeit befasst sich mit dem PBP2x von S. pneumoniae, das als essentielles PBP und wichtigste primäre Resistenzdeterminante einen hohen Stellenwert bei der Entstehung von beta-Laktam-Resistenz in diesem Organismus einnimmt. Obwohl dieses PBP zu den am besten untersuchten PBP gehört, bleiben die Resistenzrelevanz einzelner Punktmutationen und die mit der Veränderung des Proteins einhergehenden physiologischen Folgen für die Zelle weitgehend unklar. Zentraler Inhalt dieser Arbeit war die Untersuchung des Effekts von PBP2x-Mutationen auf die Resistenz, Funktionalität von PBP2x und Zellphysiologie im Kontext mit der sekundären Resistenzdeterminante PBP1a und den beiden Zwei-Komponenten-Systemen CiaRH, welches in die Cefotaxim-Resistenz, genetische Kompetenz und Virulenz involviert ist und ComDE, das die genetische Kompetenz reguliert. Besonderes Interesse galt dabei der Position Thr338, welche sich unmittelbar benachbart zum aktiven Serin befindet und in den meisten resistenten klinischen Isolaten zu Alanin, Prolin oder Glycin mutiert ist. Durch eine gerichtete Mutagenese dieser Position im Wildtyp R6 konnte zum ersten Mal gezeigt werden, dass eine Thr338-Punktmutation einen selektionierbaren Resistenz-Phänotyp in vivo vermittelt, wobei abhängig von dem jeweiligen Austausch unterschiedliche Resistenzniveaus und Kreuzresistenzspektren zu beobachten waren. Abgesehen von einem nur moderaten Beitrag zur Resistenz, betraf eine solche Substitution offenbar auch die Funktionalität von PBP2x, was sich auf dramatische Art und Weise in Abwesenheit eines intakten CiaRH-Regulationssystems äußerte: Es kam zu Wachstumsdefekten, insbesondere einer verfrühten und verstärkten Autolyse, morphologischen Aberrationen und einer verminderten Lebensfähigkeit. Entgegen aller Erwartungen führte die Präsens eines Mosaik-PBP1a in dem genetischen Hintergrund der Thr338-Mutation nicht zu einem weiteren Anstieg der Resistenz, sondern bewirkte sogar einen leichten Abfall. Dennoch komplementierte das Mosaik-PBP1a die durch das Fehlen eines funktionsfähigen CiaRH-Systems hervorgerufenen Wachstumsdefizienzen. Der Vergleich zwischen dem PBP2x mit Thr338-Punktmutation und einem Mosaik-PBP2x deckte gravierende Unterschiede im Hinblick auf das Resistenzpotential und die physiologischen Auswirkungen auf. Anders als bei der PBP2x-Punktmutation waren bei dem Mosaik-PBP2x fast keine Wachstumseinbußen zu verzeichnen, wenn es mit einem inaktiven Zwei-Komponenten-System CiaRH kombiniert wurde, und die Anwesenheit eines Mosaik-PBP1a brachte eine starke Erhöhung der Cefotaxim-Resistenz mit sich. Beiden pbp2x-Allelen war jedoch gemeinsam, dass die Abwesenheit eines PBP1a massive Defekte im Wachstum zur Folge hatte. Alle diese Beobachtungen deuteten auf eine mögliche Interaktion zwischen PBP2x und PBP1a hin. Die Analyse der Zellwand einer Mutante mit zwei PBP2x-Aminosäureaustauschen, von denen einer in resistenten klinischen Stämmen anzutreffen ist, ergab eine biochemisch modifizierte Zellwand, in der bei einem fast gleichbleibenden Anteil an verzweigten Dimeren, Monomere erhöht, und lineare Dimere und Trimere reduziert waren. Diese Befunde ließen auf eine enzymatische Beeinträchtigung dieses PBP2x schließen. Ein von CiaRH ausgehender Effekt konnte nicht festgestellt werden. Eine Inaktivierung des für den Export des Kompetenz-stimulierenden Peptids CSP verantwortlichen ABC-Transporters ComAB in Kombination mit einem nicht-funktionellen CiaRH-System bewirkte im Wildtyp eine vollständige, in PBP2x-Punktmutanten eine nur teilweise Aufhebung der vorzeitigen stationären Phase-Autolyse. Darüber hinaus machte sich bei einem der PBP2x-Derivate, welches zusätzlich über eine Cefotaxim-Resistenz-vermittelnde Aminosäuresubstitution in CiaH verfügte, bei ciaR-Inaktivierung sowohl ein Verlust der CiaH- als auch eine partielle Einbuße der PBP2x-Resistenz bemerkbar, bei comAB-Inaktivierung hingegen aber ausschließlich ersteres. Hieraus konnte zum einen auf einen direkten Bezug des Lyse-Phänotyps zu der Kompetenz und der CiaRH-Resistenz zu ComAB geschlossen werden, zum anderen auf einen CiaRH-unabhängigen Einfluss von PBP2x auf die Kompetenz und Autolyse. Tatsächlich bestätigte eine Bestimmung der Transformationseffizienz von Mutanten mit verschiedenen Konstellationen aus niederaffinen und unmodifizierten PBP, dass das Kompetenzmuster bzw. -ausmaß von der jeweiligen PBP-Ausstattung moduliert wird. Auch eine Microarray-basierte globale Transkriptomanalyse dieser Mutanten sowie spontan resistenter Labormutanten mit PBP2x- und CiaH-Mutationen suggerierte eine von CiaRH-entkoppelte Einflussnahme der PBP auf die Kompetenz. Zudem zeugten die Transkriptionsmuster von einem vielschichtigen Regulationsnetzwerk der Resistenzentwicklung unter Beteiligung von Kompetenz, Bakteriocinproduktion, Virulenz, Metabolismus, Transportprozessen und Energiestatus, was möglicherweise eine indirekte Folge einer gestörten Zellwand- und Membranintegrität darstellt. Durch die Extraktion von intergenen Bereichen, sowie potentiellen neuen Resistenzdeterminanten bzw. Resistenz-unterstützenden Genen, wie den Gen-Clustern spr1545-spr1549 und spr0096-spr0110 oder den Genen des Purinstoffwechsels wurde die Basis für weiterführende Untersuchungen geschaffen. Die hier vorgestellten Daten demonstrieren, dass der Erwerb von beta-Laktam-Resistenz nicht nur von Vorteil ist, sondern auch physiologische Konsequenzen für die Zelle hat, die sie kompensiert, um ein möglichst stabiles Wachstum zu gewährleisten. Über die Zellwand-Zusammensetzung und Kompetenz konnte erstmalig eine Verbindung von PBP2x zu CiaRH hergestellt werden. Eine konkrete kompensatorische Wirkung dieses Regulons hinsichtlich PBP2x-Mutationen wurde mit der Repression der Kompetenzlyse ausfindig gemacht. Im letzten Teil dieser Arbeit wurde basierend auf einer früheren Veröffentlichung, in der eine Inaktivierung des Gens für das PBP2b von S. pneumoniae erfolglos blieb, erneut versucht, eine solche Mutante herzustellen. Obwohl lebensfähige Transformanten generiert werden konnten, war es nicht möglich eine pbp2b-Inaktivierungs- bzw. Deletionsmutante zu isolieren, sodass PBP2b in diesem Organismus weiterhin als essentielles Protein angesehen werden kann.
Organophosph(on)ate sind die Ester der Phosphor- und Phosphonsäure und sind z.B. als Bausteine der DNA und Zellmembranen aufzufinden. Für einige künstlich hergestellte Organophosph(on)ate sind jedoch sehr hohe Toxizitäten beschrieben. Diese in der Klasse der neurotoxischen Organophosph(on)ate (NOP) zusammengefassten Verbindungen beinhalten Insektizide und chemische Kampfstoffe. Obwohl NOPs inzwischen in den meisten Ländern verboten sind, kommt es jedes Jahr zu zahlreichen Todesfällen. Die Toxizität, die auf die irreversible Inhibierung der Acetylcholinesterase (AChE) zurückzuführen ist, wird in der aktuellen Therapie durch die Gabe von Reaktivatoren aufgehoben. Mit dieser Therapie sind jedoch einige Nachteile verbunden.
Meine Dissertation hatte das Ziel, neue, auf Cyclodextrinen basierte Scavenger zu entwickeln, die in der Lage sind, ein NOP zu entgiften, bevor es mit der AChE reagieren kann. In diesem Rahmen wurde ein breit angelegtes Screening durchgeführt und 69 potentielle Scavenger synthetisiert und bezüglich ihrer Wirkung auf den NOP-Abbau untersucht. Während die untersuchten N- und O-Nucleophile keine Aktivität auf den Abbau von drei repräsentativen NOPs, Cyclosarin (GF), Tabun (GA) und VX, zeigten, wurden für α-Effekt-Nucleophile z.T. hohe Aktivitäten beobachtet.
β-Cyclodextrin, das mit Pyridiniumoximatgruppen modifiziert ist, war besonders effizient gegenüber GF. In weitergehenden quantitativen Untersuchungen konnte zudem festgestellt werden, dass der Abbau von GF in Gegenwart dieser Verbindung enantioselektiv verläuft. Dies ist ein klarer Hinweis darauf, dass das Cyclodextrin, vermutlich durch Einlagerung des Cyclohexylrests von GF für die Wirkungsweise des Scavengers von Bedeutung ist. Solche Pyridiniumoximate beschleunigten auch den Abbau von GA. Eine chirale Induktion des Cyclodextrinrings konnte in diesem Fall aber nicht festgestellt werden, was sehr wahrscheinlich auf die fehlende Wechselwirkung des GA mit dem Cyclodextrinring zurückzuführen ist.
Cyclodextrine, die Hydroxamsäuregruppen entlang der Kavität enthalten, sind ebenfalls in der Lage, GA abzubauen. Bei diesen Untersuchungen zeigte sich, dass die Aktivität des Scavengers mit der Anzahl an reaktiven Einheiten entlang der Cyclodextrinkavität steigt. Mit Hydroxamsäure modifizierte Cyclodextrine zeigten erstmals auch Aktivität im Abbau von VX. Mit Halbwertszeiten von fast drei Stunden ist der Abbau noch zu langsam für einen in vivo Einsatz, jedoch stellen diese Verbindungen sehr vielversprechende Leitstrukturen für weitere Arbeiten in diesem Gebiet dar.
In this paper mathematical models for liquid films generated by impinging jets are discussed. Attention is stressed to the interaction of the liquid film with some obstacle. S. G. Taylor [Proc. R. Soc. London Ser. A 253, 313 (1959)] found that the liquid film generated by impinging jets is very sensitive to properties of the wire which was used as an obstacle. The aim of this presentation is to propose a modification of the Taylor's model, which allows to simulate the film shape in cases, when the angle between jets is different from 180°. Numerical results obtained by discussed models give two different shapes of the liquid film similar as in Taylors experiments. These two shapes depend on the regime: either droplets are produced close to the obstacle or not. The difference between two regimes becomes larger if the angle between jets decreases. Existence of such two regimes can be very essential for some applications of impinging jets, if the generated liquid film can have a contact with obstacles.
Continuum Mechanical Modeling of Dry Granular Systems: From Dilute Flow to Solid-Like Behavior
(2014)
In this thesis, we develop a granular hydrodynamic model which covers the three principal regimes observed in granular systems, i.e. the dilute flow, the dense flow and the solid-like regime. We start from a kinetic model valid at low density and extend its validity to the granular solid-like behavior. Analytical and numerical results show that this model reproduces a lot of complex phenomena like for instance slow viscoplastic motion, critical states and the pressure dip in sand piles. Finally we formulate a 1D version of the full model and develop a numerical method to solve it. We present two numerical examples, a filling simulation and the flow on an inclined plane where the three regimes are included.
Granular systems in solid-like state exhibit properties like stiffness
dependence on stress, dilatancy, yield or incremental non-linearity
that can be described within the continuum mechanical framework.
Different constitutive models have been proposed in the literature either based on relations between some components of the stress tensor or on a quasi-elastic description. After a brief description of these
models, the hyperelastic law recently proposed by Jiang and Liu [1]
will be investigated. In this framework, the stress-strain relation is
derived from an elastic strain energy density where the stable proper-
ties are linked to a Drucker-Prager yield criteria. Further, a numerical method based on the finite element discretization and Newton-
Raphson iterations is presented to solve the force balance equation.
The 2D numerical examples presented in this work show that the stress
distributions can be computed not only for triangular domains, as previoulsy done in the literature, but also for more complex geometries.
If the slope of the heap is greater than a critical value, numerical instabilities appear and no elastic solution can be found, as predicted by
the theory. As main result, the dependence of the material parameter
Xi on the maximum angle of repose is established.
Today, information systems are often distributed to achieve high availability and low latency.
These systems can be realized by building on a highly available database to manage the distribution of data.
However, it is well known that high availability and low latency are not compatible with strong consistency guarantees.
For application developers, the lack of strong consistency on the database layer can make it difficult to reason about their programs and ensure that applications work as intended.
We address this problem from the perspective of formal verification.
We present a specification technique, which allows specifying functional properties of the application.
In addition to data invariants, we support history properties.
These let us express relations between events, including invocations of the application API and operations on the database.
To address the verification problem, we have developed a proof technique that handles concurrency using invariants and thereby reduces the problem to sequential verification.
The underlying system semantics, technique and its soundness proof are all formalized in the interactive theorem prover Isabelle/HOL.
Additionally, we have developed a tool named Repliss which uses the proof technique to enable partially automated verification and testing of applications.
For verification, Repliss generates verification conditions via symbolic execution and then uses an SMT solver to discharge them.
Die Branche der Abwasser-, Abfall- und Entsorgungswirtschaft steht vor diversen neuen Herausforderungen, die insbesondere im Zuge der Digitalisierung und strengerer Anforderungen an die Recyclingquoten zu erwarten sind. Diese Erkenntnisse gehen aus der Analyse diverser Branchenreporte und Expertengespräche hervor. Um diese Entwicklungen näher zu beleuchten und daraus einen potenziellen Weiterbildungsbedarf zu erschließen, hat das Teilprojektteam der Hochschule Kaiserslautern zusätzlich eine Online-Branchenbefragung durchgeführt. Diese fokussiert neben dem aktuellen und prospektiven Personalbedarf auch die Notwendigkeit der Weiterbildung in spezifischen Sektoren sowie (zukünftige) Herausforderungen. Der vorliegende Arbeits- und Forschungsbericht umfasst die methodische Vorgehensweise der qualitativen und quantitativen Analysen sowie die Darstellung der jeweiligen Ergebnisse. Um den akuten Bedarfen nachzukommen und Herausforderungen entgegenzuwirken, wird eine Handlungsempfehlung für ein wissenschaftliches Weiterbildungsangebot an der Hochschule Kaiserslautern formuliert.
Um die Chancengleichheit und Bildungspartizipation in der Region Westpfalz zu erhöhen, ist eine nachhaltige Verankerung des Konzepts der aufsuchenden Bildungsberatung in die Strukturen der Hochschule Kaiserslautern durch das E-hoch-B-Teilprojektteam vorgesehen. Ziel des Vorhabens ist es, Personen, die bisher keine (Weiter-)Bildungsberatung in Anspruch nahmen, über das hochschulische Angebotsportfolio und die neuen Zugänge zur wissenschaftlichen Weiterbildung transparent zu informieren. Durch das Aufsuchen potenzieller Studieninteressierter in ihrem alltäglichen Umfeld sollen die Themen Bildung und Beratung unter positiven Sentiments in die Bevölkerung transferiert werden.
Die vorliegende Arbeit befasst sich mit dem Thema der Fortentwicklung von Visualisierungs- und Simulationsmethoden in der städtebaulichen Gestaltungs-planung. Für einen Einstieg in die Materie ist eine tief gehende Auseinandersetzung mit dem Begriff der Planung und deren Prozesse im Allgemeinen und der Versuch der Abgrenzung von städtebaulicher Struktur – und Gestaltungsplanung im Besonderen unerlässlich, auch um das bisher zu Verfügung stehende Methodenrepertoire einer kritischen Untersuchung zu kommen zu lassen. Es wird deutlich, dass die Methoden in der städtebauliche Gestaltungsplanung in den letzten fünf Jahren einem radikalen Wechsel unterzogen worden: Neben der schnelleren Erstellung von virtuellen Umgebungsmodellen sind vor allem die Einflüsse aus der sogenannten Web 2.0 Bewegung und dem veränderten Nutzungsverhalten im Internet die treibenden Motoren, die die Arbeit und die damit verbundenen Methoden in der Gestaltungsplanung verändert haben. Für den Planer hat dies den Vorteil, dass zum Einen Planungsinhalte frühzeitig schneller und transparenter für eine erfolgreiche Plankommunikation aufbereitet werden können, und zum Anderen, dass der Planer diese ehemals sehr anspruchsvollen Arbeit bis zu einem gewissen Umfang auch selbstständig erledigen kann und nicht mehr auf die Hilfe von Spezialisten angewiesen ist. Die dafür benötigten Methoden sind in allen ihren Facetten in dieser Arbeit beleuchtet und zugleich in einem in sich konsistenten Workflow untereinander vernetzt, so dass alle vorgestellten Arbeitsweisen keine eindimensionale Lösungen darstellen, sondern immer wieder untereinander, ähnlich dem Mashup-Gedanken der Web2.0 Community, neu kombinierbar sind. Der Einsatz der Arbeitstechniken inklusiver des Workflows ist dann die Methode der Echtzeitplanung urban vis & sim, die auf die städtebauliche Gestaltungsplanung abgestimmt ist. Zur besseren Verständlichkeit wird die Methode im Laufe der Arbeit nur „Echtzeitplanung“ genannt. Anhand von verschiedenen Einsatzbereichen ist die Methode der Echtzeitplanung in der Praxis auf ihre Umsetzung hin überprüft worden, wobei Bereiche unterschieden werden, die entweder mit einer kurzen Einarbeitungszeit auch von „Visualisierungsneulingen“ bewältigt werden können oder in weiterführende Arbeitstechniken, die das hohe Maß der Flexibilität der Methode durch die Kombination von verschiedenen Techniken auslotet. Die Methode der Echtzeitplanung eignet sich beim Einsatz in der Planung für eine allseits transparente Kommunikation, sofern die in der Arbeit erläuterten Rahmenparameter eingehalten werden. Echtzeitplanungsmethoden sollten frühzeitig und in Abstimmung aller am Prozess beteiligten Akteure dazu verwendet werden, um die Kommunikation und das Verständnis zu stärken. Sie sollten nicht durch ihre beeindruckenden Grafikpräsentation dazu verwendet werden - bewusst oder unbewusst - bestimmte Elemente einer Planung zu überhöhen oder andere dadurch zu negieren.
Die Untersuchung der Induktion der Ethoxyresorufin-O-deethylase (EROD) Aktivität durch die "dioxinartigen" PCBs 77, 81, 105, 114, 118, 123, 126, 156, 157, 167, 169 und 189 in der Hepatoblastom-Zellinie HepG2 und, zur Vervollständigung bereits veröffentlichter Daten, in primären Rattenhepatozyten und in der Rattenhepatom-Zellinie H4IIE wurde im ersten Teil der Arbeit durchgeführt. Die Ergebnisse zeigten, daß die ausgewählten PCBs in HepG2 weniger potent sind als in H4IIE-Zellen bzw. primären Rattenhepatozyten. In HepG2-Zellen konnte lediglich für die PCBs 77, 81, 114 und 126 eine Induktion der EROD-Aktivität detektiert werden. Für PCB 169, eines der potentesten Kongenere in H4IIE-Zellen und primären Rattenhepatozyten, wurde keine EROD-Induktion in HepG2-Zellen gemessen. Diese und weitere Speziesunterschiede verdeutlichen, daß eine Extrapolation der Daten aus Experimenten mit Nager-Zellen zur Risikoabschätzung auf den Menschen nur bedingt möglich ist. PCB 81 zeigte in den vorliegenden Messungen einen REP-Wert von 0,02 und 0,05 in HepG2-Zellen bzw. primären Rattenhepatozyten. Die Beeinflussung der basalen und induzierten Apoptose durch die PCBs 81, 126 und 169 wurde im zweiten Teil der Arbeit untersucht. Es zeigte sich, daß die PCBs 81 und 126 in primären Rattenhepatozyten die basale Apoptose induzieren können. Für das PCB 169 wurde dagegen keine Veränderung der Apoptoseinzidenz im Rahmen der verwendeten Konzentrationen festgestellt. Wurde die Apoptose durch UV-Strahlung induziert, so hemmten die PCBs konzentrationsabhängig die Apoptoserate auf durchschnittlich 62% gegenüber der Kontrolle. Bei höheren Konzentrationen wurde die Inhibierung durch einen induzierenden Effekt aufgehoben.
Wireless LANs operating within unlicensed frequency bands require random access schemes such as CSMA/ CA, so that wireless networks from different administrative domains (for example wireless community networks) may co-exist without central coordination, even when they happen to operate on the same radio channel. Yet, it is evident that this Jack of coordination leads to an inevitable loss in efficiency due to contention on the MAC layer. The interesting question is, which efficiency may be gained by adding coordination to existing, unrelated wireless networks, for example by self-organization. In this paper, we present a methodology based on a mathematical programming formulation to determine the
parameters (assignment of stations to access points, signal strengths and channel assignment of both access points and stations) for a scenario of co-existing CSMA/ CA-based wireless networks, such that the contention between these networks is minimized. We demonstrate how it is possible to solve this discrete, non-linear optimization problem exactly for small
problems. For larger scenarios, we present a genetic algorithm specifically tuned for finding near-optimal solutions, and compare its results to theoretical lower bounds. Overall, we provide a benchmark on the minimum contention problem for coordination mechanisms in CSMA/CA-based wireless networks.
Fucoidans are multifunctional marine macromolecules that are subjected to numerous and various downstream processes during their production. These processes were considered the most important abiotic factors affecting fucoidan chemical skeletons, quality, physicochemical properties, biological properties and industrial applications. Since a universal protocol for fucoidans production has not been established yet, all the currently used processes were presented and justified. The current article complements our previous articles in the fucoidans field, provides an updated overview regarding the different downstream processes, including pre-treatment, extraction, purification and enzymatic modification processes, and shows the recent non-traditional applications of fucoidans in relation to their characters.
Fucoidan is a class of biopolymers mainly found in brown seaweeds. Due to its diverse medical importance, homogenous supply as well as a GMP-compliant product is of a special interest. Therefore, in addition to optimization of its extraction and purification from classical resources, other techniques were tried (e.g., marine tissue culture and heterologous expression of enzymes involved in its biosynthesis). Results showed that 17.5% (w/w) crude fucoidan after pre-treatment and extraction was obtained from the brown macroalgae F. vesiculosus. Purification by affinity chromatography improved purity relative to the commercial purified product. Furthermore, biological investigations revealed improved anti-coagulant and anti-viral activities compared with crude fucoidan. Furthermore, callus-like and protoplast cultures as well as bioreactor cultivation were developed from F. vesiculosus representing a new horizon to produce fucoidan biotechnologically. Moreover, heterologous expression of several enzymes involved in its biosynthesis by E. coli (e.g., FucTs and STs) demonstrated the possibility to obtain active enzymes that could be utilized in enzymatic in vitro synthesis of fucoidan. All these competitive techniques could provide the global demands from fucoidan.
Background: The positive effect of carbohydrates from commercial beverages on soccer-specific exercise has been clearly demonstrated. However, no study is available that uses a home-mixed beverage in a test where technical skills were required. Methods: Nine subjects participated vol-untarily in this double-blind, randomized, placebo-controlled crossover study. On three testing days, the subjects performed six Hoff tests with a 3-min active break as a preload and then the Yo-Yo Intermittent Running Test Level 1 (Yo-Yo IR1) until exhaustion. On test days 2 and 3, the subjects received either a 69 g carbohydrate-containing drink (syrup–water mixture) or a carbo-hydrate-free drink (aromatic water). Beverages were given in several doses of 250 mL each: 30 min before and immediately before the exercise and after 18 and 39 min of exercise. The primary target parameters were the running performance in the Hoff test and Yo-Yo IR1, body mass and heart rate. Statistical differences between the variables of both conditions were analyzed using paired samples t-tests. Results: The maximum heart rate in Yo-Yo IR1 showed significant differ-ences (syrup: 191.1 ± 6.2 bpm; placebo: 188.0 ± 6.89 bpm; t(6) = −2.556; p = 0.043; dz = 0.97). The running performance in Yo-Yo IR1 under the condition syrup significantly increased by 93.33 ± 84.85 m (0–240 m) on average (p = 0.011). Conclusions: The intake of a syrup–water mixture with a total of 69 g carbohydrates leads to an increase in high-intensive running performance after soccer specific loads. Therefore, the intake of carbohydrate solutions is recommended for intermit-tent loads and should be increasingly considered by coaches and players.
Anhand der Forschungserkenntnisse wird ein Untersuchungsdesign mit vier unterschiedlichen Bedingungen entwickelt, in dem die Probanden spielgerecht Strafstöße ausführen. Das Ziel der Untersuchung ist unter Einbezug der Strafstoßstrategien von Schützen mittels eines holistischen Verfahrens eine Mustererkennung über verlaufsorientierte komplexe Bewegungsmuster in der Strafstoßsituation auszuführen, um Individuen bezogene, richtungsspezifische und bedingungsabhängige Bewegungsmuster zu identifizieren. Die erste Aufgabenstellung erfasst die Strafstöße ungestört ohne Gegnereinwirkung (Baseline). In der zweiten und dritten Aufgabenstellung werden die Strafstöße jeweils gegen einen Torhüter unter Verwendung der Strategien Keeper-independent und Keeper-dependent ausgeführt. Die vierte Aufgabenstellung simuliert während der Ausführung des Schusses die Torwarthandlung am Point of no return. Die Ergebnisse zeigen, dass bezogen auf die Ziele Separierungen möglich sind. Zudem wird deutlich, dass die Ausführungsbedingungen (Strategiewahl, Torhüter) Einfluss auf die Bewegungsausführung haben und eine Veränderung in den Erkennungsraten von Bewegungsmustern festzustellen ist.
The fifth generation mobile networks (5G) will incorporate novel technologies such as network programmability and virtualization enabled by Software-Defined Networking (SDN) and Network Function Virtualization (NFV) paradigms, which have recently attracted major
interest from both academic and industrial stakeholders.
Building on these concepts, Network Slicing raised as the main driver of a novel business model where mobile operators may open, i.e., “slice”, their infrastructure to new business players and offer independent, isolated and self-contained sets of network functions
and physical/virtual resources tailored to specific services requirements. While Network Slicing has the potential to increase the revenue sources of service providers, it involves a number of technical challenges that must be carefully addressed.
End-to-end (E2E) network slices encompass time and spectrum resources in the radio access network (RAN), transport resources on the fronthauling/backhauling links, and computing and storage resources at core and edge data centers. Additionally, the vertical service requirements’ heterogeneity (e.g., high throughput, low latency, high reliability) exacerbates the need for novel orchestration solutions able to manage end-to-end network slice resources across different domains, while satisfying stringent service level agreements and specific traffic requirements. An end-to-end network slicing orchestration solution shall i) admit network slice requests
such that the overall system revenues are maximized, ii) provide the required resources across different network domains to fulfill the Service Level Agreements (SLAs) iii) dynamically adapt the resource allocation based on the real-time traffic load, endusers’ mobility and instantaneous wireless channel statistics. Certainly, a mobile network represents a fast-changing scenario characterized by complex
spatio-temporal relationship connecting end-users’ traffic demand with social activities and economy. Legacy models that aim at providing dynamic resource allocation based on traditional traffic demand forecasting techniques fail to capture these important aspects.
To close this gap, machine learning-aided solutions are quickly arising as promising technologies to sustain, in a scalable manner, the set of operations required by the network slicing context. How to implement such resource allocation schemes among slices, while
trying to make the most efficient use of the networking resources composing the mobile infrastructure, are key problems underlying the network slicing paradigm, which will be addressed in this thesis.
Eine grundlegende Voraussetzung für die Entwicklung von teilautonomer hydraulischen Maschinen ist die automatisierte Bewegung der notwendigen Strukturen. Die Anforderungen an diese Bewegungen sind hoch und aus diesem Grund sind einfache Reglerstrukturen ohne konkrete Streckenkenntnis nicht ausreichend. Die Beschreibung des Streckenkennmodells ist bei hydraulischen Maschinen sehr komplex und zeitaufwendig. Die Modellierung mit theoretischen auf physikalischen Ansätzen beruhenden Methoden ist daher unwirtschaftlich. Aufgrund dessen müssen für die Entwicklung von teilautonomen Maschinen alternative Strategien zur Beschreibung der Dynamik entwickelt werden. Im Rahmen der Diplomarbeit wurde die Machbarkeit von Neuronalen Netzen zur modellbasierten Geschwindigkeitsregelung von hydraulischen Zylindern an einem Bagger untersucht. Dabei wurden unterschiedliche Anregungssignale überprüft und das Regelverhalten des Neuronalen-Reglers auf einem realen Versuchsträger verifiziert. Es hat sich gezeigt, dass sich die datenbasierten Methoden zur Regelung von elektrohydraulischen Baggern eignen. Im Vergleich zu theoretischen Ansätzen konnte eine Steigerung der Regelgüte, bei gleichzeitiger Reduzierung des Arbeitsaufwandes von mehreren Monaten hinzu wenigen Tagen, erreicht werden.
On the Extended Finite Element Method for the Elasto-Plastic Deformation of Heterogeneous Materials
(2015)
This thesis is concerned with the extended finite element method (XFEM) for deformation analysis of three-dimensional heterogeneous materials. Using the "enhanced abs enrichment" the XFEM is able to reproduce kinks in the displacements and therewith jumps in the strains within elements of the underlying tetrahedral finite element mesh. A complex model for the micro structure reconstruction of aluminum matrix composite AMC225xe and the modeling of its macroscopic thermo-mechanical plastic deformation behavior is presented, using the XFEM. Additionally, a novel stabilization algorithm is introduced for the XFEM. This algorithm requires preprocessing only.
Spätestens seit der in 1999 beschlossenen Bologna-Reform hat die bereits zuvor in Schulen vorangeschrittene Integration überfachlicher Kompetenzen in die Curricula auch die Studiengänge der Hochschulen und Universitäten erreicht (Scholz 2009). In diesem Beitrag wird die Konzeption einer Lehrveranstaltung im Rahmen des Kooperationsprojekts „Selbstlernen im Fachbereichskontext!“ (SELF!PHYSIK) vorgestellt, die die För-derung überfachlicher Kompetenz im Studiengang Physik zum Ziel hat. Als Werkzeug zum Erfahren und Reflektieren überfachlicher Kompetenzen werden Freihandexperimente in Lern- und Lehrsituationen einge-setzt, die kooperatives Problemlösen und fachliches Erklären erfordern.
Forschungsrelevanter Hintergrund: Mitunter die häufigsten Verletzungen im Sport
sind am Kniegelenk zu lokalisieren. Neben der hohen Prävalenzrate sind vor allem
ligamentäre Schädigungen wie eine Ruptur des vorderen Kreuzbandes besonders
schwerwiegend. Es sind lange Ausfallzeiten von durchschnittlich 7,5 Monaten zu verzeichnen,
wobei eine vollständige Rückkehr zum ursprünglichen Leistungsniveau
ungewiss ist. Auch die Wahrscheinlichkeit einer Reruptur ist deutlich erhöht und häufig
bedeutet eine schwere Knieverletzung das frühzeitige sportliche Karriereende.
Auch müssen betroffene Sportler oftmals mit schweren Folgeerscheinungen wie einer
Gelenksarthrose rechnen. Als Risikosportarten für diese Art von Verletzungen
gelten Ballsportspiele wie Fußball, Handball oder Basketball. Charakteristisch für das
Auftreten einer Knieverletzung in diesen von hoher Dynamik und Schnelligkeit geprägten
Mannschaftsspielen ist die Tatsache, dass sich diese mehrheitlich ohne direkten
Gegnerkontakt als „non-contact“ Trauma ereignen. In der Regel findet eine
Verletzung bei sportspieltypischen Manövern wie Landungen nach Sprüngen, spontanen
Richtungsänderungen oder plötzlichen Drehbewegungen statt. Als Verletzungsmechanismus
bei diesen Bewegungsformen ist in den meisten Fällen der sog.
„Dynamische Knievalgus“ verantwortlich. Dieser ist gekennzeichnet durch ein Abknicken
des Kniegelenks nach innen (Knieabduktion/Valgisierung) in Verbindung mit
einer Rotation der Tibia bei geringem Flexionsgrad des Kniegelenks. Die maximale
Kraftleistungsfähigkeit sowie das neuromuskuläre Aktivierungsverhalten der knieumschließenden
Muskelgruppen und der Hüftmuskulatur können den Verletzungsmechanismus
beeinflussen. Insbesondere die Hüftmuskulatur kann durch ihre Eigenschaften
korrigierend auf die Beinachse und damit auf die Kontrolle des Kniegelenks
einwirken. Die Forschungslage über die Zusammenhänge der Hüfte und deren muskulärer
Strukturen hinsichtlich ihrer protektiven Wirkungsweise bildet sich jedoch defizitär
und teilweise unspezifisch ab. Daher ist die Zielsetzung der vorliegenden Arbeit,
Kontrollmechanismen ausgehend vom Hüftgelenk in Bezug auf eine verbesserte
dynamische Kniegelenksstabilität mittels eines ganzheitlichen Ansatzes zu
evaluieren. Des Weiteren wird in der vorliegenden Arbeit die Wirkungsweise eines
apparativen Krafttrainings gegenüber eines koordinativen Sprungtrainings mit jeweiliger
Fokussierung des Hüftgelenks analysiert.
Methodik: Anhand relevanter Belastungsformen (uni- und bilaterale Drop Jumps,
einbeinige Landemanöver und reaktive laterale Sprungbewegungen) unter Belastungsstufen
wurden bei Ballspielsportlern Situationen simuliert, in denen der beschriebene
Verletzungsmechanismus auftreten kann. Dabei wurden im Sinne eines
ganzheitlichen, multimodularen Screening-Verfahrens die Knie- und Hüftgelenksbewegungen
mittels 3-D Kinematik erfasst. Die kinetische Analyse umfasst die Berechnung
der Gelenksmomente, Bodenreaktionskräfte und die Ermittlung der maximalen
Kraftfähigkeit der relevanten Hüftmuskulatur sowie der Oberschenkelstreckerkette.
Der Einfluss des neuromuskulären Aktivierungsverhaltens auf die dynamische Kniegelenkskontrolle
wurde über elektromyographische Verfahren abgebildet. Der Studienteil
1 untersuchte in einem Querschnittdesign die Auswirkungen der unterschiedlichen
Belastungsformen hinsichtlich der Determinanten der dynamischen Kniegelenksstabilität,
der Studienteil 2 diesbezügliche Zusammenhänge mit Hüftgelenksexkursionen
und deren (neuro-) muskulären Strukturen. Im Rahmen des Studienteils 3
wurden in einem Längsschnittdesign zwei Interventionsgruppen (apparatives Krafttraining
vs. koordinatives Sprungtraining) im Pre- zu-Posttest-Vergleich auf Unterschiede
der kniestabilisierenden Parameter sowie Indikatoren für eine Verletzungsexposition
hin untersucht.
Zentrale Ergebnisse: In der vorliegenden Studie kann gezeigt werden, dass laterale
Sprungmanöver im Vergleich zu vertikalen Sprung- oder Landemanövern größere
Knie- und Hüftgelenksexkursionen aufweisen und damit eine erhöhte Belastung für
diese spieltypischen Situationen einhergeht. Im Vergleich der Belastungsformen
scheinen Belastungssteigerungen innerhalb einer Belastungsform einen untergeordneten
Einfluss auf eine Verletzungsexposition zu haben. Vielmehr entscheidend ist
die verhältnismäßige Risikoeinordnung der Belastungsformen zueinander. Für alle
Bewegungen wird ein starker Zusammenhang der Hüftstellung in der Rotation mit
der dynamischen Kniegelenkskontrolle festgestellt. Um die Komplexität der Kniegelenkskontrolle
über die gesamte Belastungsphase abbilden zu können, wurde als
neue Messmethodik die „medio-laterale Knieschlackerbewegung“ erarbeitet und mit
den maximalen kinematischen Knieparametern als Indikator für die (In-)Stabilität des
Kniegelenks eingesetzt. Die (neuro-) muskulären Eigenschaften der Hüftmuskulatur
können insbesondere durch ihre außenrotatorische und abduzierende Wirkung Einfluss
auf die Ausrichtung der Gelenkachse und damit auf die Kniegelenkskontrolle
nehmen. Dabei scheinen Elemente eines koordinativen Sprungtrainings effektiver
als ein apparatives Krafttraining zu sein.
Fazit: Die Arbeit liefert einen Beitrag, um die komplexen Zusammenhänge der dynamischen
Kniegelenkskontrolle im Kontext verletzungsrelevanter Szenarien im Sport
zu evaluieren. Durch eine ganzheitliche Analyse der Knie- und Hüftgelenksbewegungen
sowie der dazugehörigen kinetischen sowie (neuro-)muskulären Parameter können
die gewonnenen Erkenntnisse helfen, Verletzungsmechanismen des Kniegelenks
besser zu kontrollieren. Diagnostische Verfahren und Trainingsprogramme
können auf dieser Basis weiterentwickelt werden, woraus durch ein tieferes Verständnis
die Möglichkeiten der Verletzungsprävention zukünftig optimiert gestaltet
werden können.
This paper aims to improve the traditional calibration method for reconfigurable self-X (self-calibration, self-healing, self-optimize, etc.) sensor interface readout circuit for industry 4.0. A cost-effective test stimulus is applied to the device under test, and the transient response of the system is analyzed to correlate the circuit's characteristics parameters. Due to complexity in the search and objective space of the smart sensory electronics, a novel experience replay particle swarm optimization (ERPSO) algorithm is being proposed and proved a better-searching capability than some currently well-known PSO algorithms. The newly proposed ERPSO expanded the selection producer of the classical PSO by introducing an experience replay buffer (ERB) intending to reduce the probability of trapping into the local minima. The ERB reflects the archive of previously visited global best particles, while its selection is based upon an adaptive epsilon greedy method in the velocity updating model. The performance of the proposed ERPSO algorithm is verified by using eight different popular benchmarking functions. Furthermore, an extrinsic evaluation of the ERPSO algorithm is also examined on a reconfigurable wide swing indirect current-feedback instrumentation amplifier (CFIA). For the later test, we proposed an efficient optimization procedure by using total harmonic distortion analyses of CFIA output to reduce the total number of measurements and save considerable optimization time and cost. The proposed optimization methodology is roughly 3 times faster than the classical optimization process. The circuit is implemented by using Cadence design tools and CMOS 0.35 µm technology from Austria Microsystems (AMS). The efficiency and robustness are the key features of the proposed methodology toward implementing reliable sensory electronic systems for industry 4.0 applications.
This article proposes a new clock-dependent gain-scheduled dynamic output feedback controller for delayed linear parameter varying systems with piecewise constant parameters. The proposed controller guarantees ℒ2-performance. By employing a clock-dependent Lyapunov–Krasovskii functional, a sufficient condition for the existence of the controller is provided in terms of clock- and parameter-dependent linear matrix inequalities. A case study on output feedback control of delayed switched systems is also provided. To illustrate the efficacy of the result, it is applied to a practical VTOL helicopter model.
Diese Dissertation widmet sich der fertigungsintegrierten spektroskopischen Prozessanalytik
zur technischen Qualitätssicherung struktureller Glasklebungen. Glas als Werkstoff mit
seiner einzigartigen Eigenschaft der Transparenz ist in vielen Bereichen unverzichtbar. Wichtig
zur Verbesserung der Festigkeit und Langzeitbeständigkeit von Glasklebungen ist eine
Vorbehandlung der Oberfläche. Aufgrund des chemischen Aufbaus und der Reaktivität der
Glasoberfläche muss diese in einen für die Klebung geeigneten Zustand versetzt werden.
Die Applikation von Haftvermittlern und die Einhaltung der Prozessparameter sind für die
Qualität der Klebung entscheidend. Bislang fehlen Methoden zur zerstörungsfreien Qualitätssicherung
von Klebungen. Das Konzept zur prozessintegrierten Qualitätssicherung von
Glasklebungen soll Analyseverfahren zur Beurteilung der Reinigungswirkung (Kontaminationsfreiheit)
und zur Wirksamkeit der klebtechnischen Funktionalisierung bereitstellen. Die
Hypothese unterstellt, dass sich die Qualität der Oberflächenvorbehandlung und somit die
Qualität der Glasklebung hinsichtlich Zuverlässigkeit und Beständigkeit mit spektroskopischer
Analysetechnik überwachen lässt. Als spektroskopische zerstörungsfreie Analysemethoden
werden die UV-Fluoreszenzanalyse, die Infrarotspektroskopie und die Röntgenfluoreszenzanalyse
eingesetzt. Die Forschungsergebnisse bieten die Möglichkeit Klebprozesse mit
Glaswerkstoffen robust und qualitätssicher auszulegen.
Das Ziel der vorliegender Arbeit war es, nähere Informationen über den Zusammenhang zwischen den Konformationsänderungen des Chaperonin-GroEL/ES-Systems und den einzelnen Schritten im Faltungsprozess zu erhalten. Dabei wurde die ESR-Spektroskopie als kon-formationssensitive Methode eingesetzt. Im Rahmen dieser Arbeit wurde der Doppelmutant GroEL C138S/C519S, der nur noch in Position 458 jeder Untereinheit ein einzelnes Cystein enthält, mit drei verschiedenen thiol-spezifischen Spin-Labeln, nämlich 4-(3-Iodo-acetamido)-2,2,6,6- tetramethyl-piperidin-1-oxyl (IAAT), 4-Maleimido-2,2,6,6-tetramethyl-1-piperidinoxyl (MAL) und 4-(3?Iodo-2? oxopropyliden-1)?2,2,3,5,5? pentamethyl-[d15]? imidazolidin-1-oxyl (IOPI) modifiziert und untersucht. Um genaue Aussagen für die nun modifizierten Mutanten dmEL-IAAT, dmEL-MAL und dmEL-IOPI zu machen, wurden diese biochemisch charakterisiert und mit dem nicht spin-gelabeltem Doppelmutant GroEL (dmEL) und dem Wildtyp GroEL (wtEL) verglichen. Die biochemische Charakterisierung des nicht spingelabeltem dmEL und der modifizierten Mutanten erfolgte durch die Bestimmung von ATPase-Aktivität und Rückfaltungsaktivität. Zusätzlich wurde die Umgebung der kovalent eingebrachten Spin-Labeln (IAAT, MAL, IOPI) in Gegenwart und Abwesenheit von GroES und Substratproteins untersucht. Die verschiedenen Untersuchungen am dmEL und die entsprechenden experimentell erhalte-nen Ergebnisse deuten darauf hin, dass die ATPase-Aktivität des nicht spingelabelten dmEL leicht höher als die des wtEL ist, allerdings hat die Vorinkubation des dmEL mit ES in Anwesenheit von Nukleotiden keine Inhibierung der ATP-Hydrolyse im Falle des dmEL verursacht. Im Gegensatz dazu wurde im Falle des wtEL eine Inhibierung von etwa 25 % der ATP-Hydrolyse in Anwesenheit von ES im Vergleich zum wtEL-Wert in Abwesenheit von ES und Nukleotiden (wie auch in der Literatur [Viitanen et al., 1990; Langer et al., 1992; Chandrasekhar et al., 1986; Gray & Fersht, 1991; Jackson et al., 1993] beschrieben) bemerkt. Bei der Untersuchung der durch Chaperonin-GroEL unterstützten Rückfaltung von denaturierter LDH wurde eine deutliche Erhöhung der Ausbeute an zurückgefalteter LDH im vergleich zu der ?spontanen? nicht Chaperonin-abhängigen Rückfaltung von LDH bemerkt. Die ?spontane? nicht Chaperonin-abhängige Rückfaltung von LDH bei 25 °C zeigt eine Ausbeute an aktiven LDH von 23 %. In Gegenwart von dmEL und ATP wurden etwa 20 % der denaturierten LDH rückgefaltet. Die Zugabe von ES an dmEL in Anwesenheit von ATP hat die Ausbeute an Teil rückgefalteter LDH auf 42 % erhöht. Dies deutet auf eine direkte Interaktion zwischen GroES und GroEL hin. Die Experimente am wtEL unter gleichen Bedingungen wie beim dmEL haben eine deutliche Erhöhung der Ausbeute an rückgefalteter LDH in Anwesenheit von wtEL und ATP auf 52 % gezeigt (wie auch schon bei [Guhr, 2000] beschrieben). Die Anwesenheit von ES hat die Ausbeute auf 65 % erhöht. Betrachtet man sich in diesem Zusammenhang den Unterschied zwischen den Ausbeuten an rückgefalteter LDH durch dmEL und wtEL, so ist anzunehmen, dass die gerin-gere Rückfaltungsaktivität des dmEL an der eingeführten Doppelmutation C138S/C519S liegt. Es liegt nahe, dass eine für die Rückfaltung eines Substratproteins benötigte Konformationsübertragung von der Doppelmutation beeinflusst wird. Das GroEL:GroES-Verhältnis war bei allen verschiedenen Untersuchungen 1:2. In unserem Arbeitskreis wurde schon bereits von P. Guhr (2000) gezeigt, dass unterschiedliche GroEL:GroES-Verhältnisse von entweder 1:1 oder 1:2 weder bei LDH noch bei MDH-Rückfaltung einen Einfluss auf die Ausbeute rückgefalteten Substratprotein hat. Diese Beobachtungen lassen den Schluss zu, dass unter den verwendeten Reaktionsbedingungen nur die asymmetrischen GroEL/GroES-Komplexe ?bullet? als aktive Komponenten auftraten. Die Bestimmung von zugänglichen Nukleotidbindungsstellen am GroEL wurde mit Hilfe der ESR-Spektroskopie und C8-SL-ATP durchgeführt. Sowohl bei dmEL als auch bei wtEL konnten alle Nukleotidbindungsstellen besetzt werden. Im Gegensatz zum wtEL zeigt der dmEL eine sigmoidale Bindungskurve. Die Bestimmung von Nukleotidbindungstellen in Anwesenheit von ES zeigte kein sigmoidales Verhalten. Die Bildung des GroEL/ES-Komplexes in Gegenwart von C8-SL-ATP konnte von P. Guhr (2000) nicht erfolgreich nachgewiesen werden, da Versuche zum Nachweis des Komplexes mit Hilfe der nativen Gelelektrophorese scheiterten. Die chemische Modifizierung des dmEL mit IAAT-SL und die durchgeführten Untersuchun-gen zur biochemischen Charakterisierung des dmEL-IAAT-SL und deren Vergleich mit dem nicht spingelabelten dmEL haben die folgenden Schlüsse gelassen: Der IAAT-SL beeinflusst die ATPase-Aktivität des dmEL relativ wenig im Vergleich zum dmEL-Wert. Ebenso wurde die Nukleotidbindung an dmEL-IAAT-SL relativ wenig beeinflusst, allerdings zeigt die Nukleotidbindungskurve des dmEL-IAAT-SL kein sigmoidales Verhalten im Gegensatz zum dmEL. Auch bei der Bestimmung der Nukleotidbindungsstellen in Anwesenheit von ES wurden alle Nukleotidbindungsstellen besetzt. Die experimentell beobachtete Rückfaltungsaktivität des dmEL nach Modifizierung mit IAAT-SL wurde stark beeinflusst. Während etwa 20 % der denaturierter LDH durch dmEL in Anwesenheit von ATP rückgefaltet wurden, wurden nur etwa 5 % der denaturierten LDH durch dmEL-IAAT in Anwesenheit von ATP rückgefaltet. Allerdings hat die Anwesenheit von ES die Ausbeute an Teil rückgefalteter LDH im Falle des dmEL-IAAT-SL in Anwesenheit von ATP auf 8 % erhöht. Die beobachtete normale ATPase-Aktivität und die niedrige Rückfaltungsaktivität des dmEL-IAAT-SL deuten darauf hin, dass diese von einander abgekoppelt erfolgen. Die ESR-Untersuchungen am dmEL-IAAT-SL haben in Anwesenheit von verschiedenen Nukleotiden, GroES, und Substratprotein keine Konformationsänderungen in der Umgebung des modifizierten mit IAAT-SL C458 nachgewiesen. Es wurde nur in einem Fall in Abwesenheit von Substratprotein aber in Gegenwart von ATP und ES ein Effekt der ES-Bindung auf die ESR-Spektren gezeigt. Dies deutet darauf hin, dass die Bindung von ES die Übertragung von strukturellen Änderung im Bereich des C458 beeinflusst hat. Im Gegensatz zum IAAT-SL hat der MAL-SL die ATPase-Aktivität des dmEL relativ stark beeinflusst, so dass die ATPase-Aktivität des dmEL-MAL nur 50 % der des dmEL-Wertes erreicht hat. Es besteht die Möglichkeit, dass durch eine Störung der Struktur der Nukleotid-bindungsstellen eine gestörte Konformationsübertragung verursacht wurde, so dass die ATPase-Aktivität zu tief abgefallen ist. Die Rückfaltungs-Untersuchungen am dmEL-MAL haben gezeigt, dass etwa 15 % der denaturierten LDH in Anwesenheit von dmEL-MAL und ATP seiner Ausgangs-Aktivität zurückgewinnt. Dieser Anteil an rückgefalteter LDH steigt auf etwa 25 % in Anwesenheit von dmEL-MAL, ATP und ES. Diese Erhöhung der Ausbeute deutet auf eine direkte Interaktion zwischen GroES und GroEL hin. Die ESR-Untersuchungen an dmEL-MAL haben keine strukturellen Veränderungen im Bereich des mit MAL-SL modifizierten C458 des Proteins nachgewiesen. Der IOPI-SL hat bei der ATPase-Aktivität-Unteruschungen ein unterschiedliches Verhältnis im Vergleich zu IAAT-SL bzw. MAL-SL gezeigt. Bei Bestimmung der ATPase-Aktivität des dmEL-IOPI bei 30 °C wurde eine ATPase-Aktivität im selben Bereich wie beim dmEL gefunden. Bei 37 °C hat der dmEL-IOPI eine außergewöhnliche hohe ATPase-Aktivität mit fast 100 %iger Steigerung der des dmEL-Wertes gezeigt. Auch die ATPase-Aktivität des dmEL-IOPI nach Vorinkubation mit ATP oder ADP und in Anwesenheit von ES ist um etwa 166 % der des dmEL-Wertes gesteigert, anstatt abzufallen. Es konnten jedoch nur 4,8 % denaturierter LDH durch dmEL-IOPI in Anwesenheit von ATP rückfalten. Die Zugabe von ES hat diesen Anteil auf 21 % erhöht, jedoch liegt der Wert unterhalb der spontanen Rückfaltung (22 %). Wie in allen Fällen, wurde auch im Falle des dmEL-IOPI gezeigt, dass eine direkte Interaktion zwischen GroES und GroEL besteht. Auch die ATPase läuft zu schnell ab und kann den Faltungsprozess von Substratprotein nicht unter-stützen. Wenn man das Verhalten der drei modifizierten Mutanten in Bezug auf die ATPase-Aktivität und Rückfaltung betrachtet, deuten die Ergebnisse darauf, dass die ATPase-Aktivität und die Rückfaltungsaktivität von einander abgekoppelt erfolgen. Auch im Falle des dmEL-IOPI haben die ESR-Spektren keine strukturellen Änderungen im Bereich des C458 nachgewiesen. Ein weiterer Ansatzpunkt zur Untersuchung des Chaperonins GroEL wären die folgenden Doppelmutationen einzuführen: C138S/C458S bzw. C458S/C519S und die gleichen Unter-suchungen der vorliegender Arbeit durchzuführen. Anderer Vorschlag wäre die chemische Modifizierung des Substratproteins oder auch des Co-Chaperonin-GroES innerhalb des ?mobile loop? nach einer entsprechenden Cysteinmutation und mit Hilfe der ESR-Spektroskopie könnten noch genauen Aussagen über den Funktions-mechanismus gemacht werden. Einführung von Cysteinmutation innerhalb der apikalen Domäne des GroEL und mit Hilfe der ESR-Spektroskopie könnte auch ermöglichen, nähere Informationen über die GroES- bzw. Substratproteinbindung zu gewinnen.
In recent years, the concept of a centralized drainage system that connect an entire city to one single treatment plant is increasingly being questioned in terms of the costs, reliability, and environmental impacts. This study introduces an optimization approach based on decentralization in order to develop a cost-effective and sustainable sewage collection system. For this purpose, a new algorithm based on the growing spanning tree algorithm is developed for decentralized layout generation and treatment plant allocation. The trade-off between construction and operation costs, resilience, and the degree of centralization is a multiobjective problem that consists of two subproblems: the layout of the networks and the hydraulic design. The innovative characteristics of the proposed framework are that layout and hydraulic designs are solved simultaneously, three objectives are optimized together, and the entire problem solving process is self-adaptive. The model is then applied to a real case study. The results show that finding an optimum degree of centralization could reduce not only the network’s costs by 17.3%, but could also increase its structural resilience significantly compared to fully centralized networks.
With the technological advancement in the field of robotics, it is now quite practical to acknowledge the actuality of social robots being a part of human's daily life in the next decades. Concerning HRI, the basic expectations from a social robot are to perceive words, emotions, and behaviours, in order to draw several conclusions and adapt its behaviour to realize natural HRI. Henceforth, assessment of human personality traits is essential to bring a sense of appeal and acceptance towards the robot during interaction.
Knowledge of human personality is highly relevant as far as natural and efficient HRI is concerned. The idea is taken from human behaviourism, with humans behaving differently based on the personality trait of the communicating partners. This thesis contributes to the development of personality trait assessment system for intelligent human-robot interaction.
The personality trait assessment system is organized in three separate levels. The first level, known as perceptual level, is responsible for enabling the robot to perceive, recognize and understand human actions in the surrounding environment in order to make sense of the situation. Using psychological concepts and theories, several percepts have been extracted. A study has been conducted to validate the significance of these percepts towards personality traits.
The second level, known as affective level, helps the robot to connect the knowledge acquired in the first level to make higher order evaluations such as assessment of human personality traits. The affective system of the robot is responsible for analysing human personality traits. To the best of our knowledge, this thesis is the first work in the field of human-robot interaction that presents an automatic assessment of human personality traits in real-time using visual information. Using psychology and cognitive studies, many theories has been studied. Two theories have been been used to build the personality trait assessment system: Big Five personality traits assessment and temperament framework for personality traits assessment.
By using the information from the perceptual and affective level, the last level, known as behavioural level, enables the robot to synthesize an appropriate behaviour adapted to human personality traits. Multiple experiments have been conducted with different scenarios. It has been shown that the robot, ROBIN, assesses personality traits correctly during interaction and uses the similarity-attraction principle to behave with similar personality type. For example, if the person is found out to be extrovert, the robot also behaves like an extrovert. However, it also uses the complementary attraction theory to adapt its behaviour and complement the personality of the interaction partner. For example, if the person is found out to be self-centred, the robot behaves like an agreeable in order to flourish human-robot interaction.
Die vorliegende Arbeit beschreibt die Synthese neuartiger, substituierter N,N,N-tridentater Liganden auf der Basis der Stammverbindungen 2,6-Di(pyrazol-3-yl)pyridin und 2,6-Di(pyrimidin-4-yl)pyridin. Die katalytische Aktivität von Dichloroeisen- und Dichlorocobaltkomplexen dieser Liganden in der Olefinpolymerisation wurde getestet. Einen weiteren Schwerpunkt stellte die Synthese von Rutheniumkomplexen auf der Basis dieser neuartigen Liganden und deren Anwendbarkeit in homogen katalysierten Oxidations- und Epoxidationsreaktionen sowie der Hydrovinylierungsreaktion dar. Die Möglichkeit den Liganden 2,6-Di(pyrazol-3-yl)pyridin leicht chemisch modifizieren zu können, wurde genutzt, um Eigenschaften (z. B. die Löslichkeit in organischen Lösungsmitteln) des Liganden und der sich ableitenden Komplexe zu beeinflussen. Zur regioselektiven N-Funktionalisierung der Pyrazolringe wurden nucleophile Substitutionsreaktionen genutzt. Dieser einfache Zugangsweg zu substituierten 2,6-Di(pyrazol-3-yl)pyridinen wurde ebenso dazu verwendet, um funktionelle Gruppen, die eine Substraterkennung über Wasserstoffbrückenbindungen und eine Komplexierung von Lewis-Säuren ermöglichen sollte, in die Peripherie dieser Liganden anzubinden.
Die vorliegende Arbeit hat zum Ziel, Methoden zur Beschreibung der Quellung von (nichtionischen und ionischen) Hydrogelen in wässrigen Lösungen zu entwickeln und zu erproben. Die Modelle setzen sich aus einem Beitrag, der die Gibbssche Energie von Flüssigkeiten beschreibt und aus einem Beitrag für die Helmholtz-Energie des Netzwerks zusammen. Die Beschreibung der elastischen Eigenschaften des Netzwerks beruht auf der Phantom-Netzwerk-Theorie. Die Gibbssche Exzessenergie der Flüssigkeiten wurde mit verschiedenen Modellen, abhängig vom Typ der untersuchten Systeme (wässrig/salzhaltige Lösung oder wässrig/organische Lösung), beschrieben. Bei der Modellierung wurden der Einfluss der Zusammensetzung des Netzwerks (z.B. Konzentration von Vernetzer und/bzw. von ionischem Komonomeren) und der Einfluss der Zugabe von weiteren Komponenten in der das Gel umgebenden wässrigen Lösung auf den Quellungsgrad behandelt. Als weitere Komponenten wurden einerseits anorganische Salze (Natriumchlorid,Dinatriumhydrogenphosphat) und andererseits organische Lösungsmittel (Ethanol, Aceton, Essigsäure, 1-Butanol,Methylisobutylketon) behandelt. Zur Modellierung des Quellverhaltens von nichtionischen IPAAm-Gelen in NaCl bzw. Na2HPO4-haltigen Lösungen wurde das VERS-Modell in Kombination mit der Phanom-Netzwerk-Theorie verwendet. Bei der Erweiterung dieser Modelle auf ionische Gele wurde eine gute Beschreibung nur dann erzielt, wenn sowohl das Dissoziationsgleichgewicht des ionischen Komonomeren Natriummethacrylat als auch eine Korrektur im Phantom-Netzwerk-Modell berücksichtigt wurden. Wenn beide Korrekturen allein aus wenigen experimentellen Daten für die Quellung ionischer Gele in wässrigen Lösungen von NaCl bestimmt wurden, gelingen nicht nur eine gute Korrelation für den Quellungsgrad, sondern auch zuverlässige Vorhersagen (sowohl Erweiterung auf andere (IPAAm/NaMA)Gele als auch bei Verwendung von Na2HPO4 anstelle von NaCl). Die Modellierung der Einflüsse der untersuchten Salze (NaCl bzw. Na2HPO4) auf das Quellverhalten sowohl nichtionischer VP-Gele als auch ionischer (VP/NaMA)Gele erfolgt auch in Kombination des VERS-Modells mit der Phanom-Netzwerk-Theorie. Die vorgeschlagene Methode liefert sowohl für nichtionische VP-Gele als auch für ionische (VP/NaMA)Gele in wässrigen salzhaltigen Lösungen eine gute Übereinstimmung zwischen Experiment und Rechnung. Die Quellungsgleichgewichte nichtionischer IPAAm-Gele in Mischungen aus Wasser und einem organischen Lösungsmittel (Ethanol, Aceton, Essigsäure, Butanol, Methylisobutylketon) lassen sich mit Hilfe der Kombination aus dem UNIQUAC-Modell und einem Free-Volume-Beitrag mit der Phantom-Netwerk-Theorie beschreiben. Bei der Erweiterung des Modells auf ionische (IPAAm/NaMA)Gele wurde der Einfluss der Konzentration des organischen Lösungsmittels auf die Dissoziationskonstante von Natriummethacrylat berücksichtigt. Ähnlich zur Modellierung der Quellung im System (IPAAm/NaMA)Gel-Wasser-Salz wurden die Abweichungen von der Phantom-Netzwerk-Theorie mit Hilfe eines empirischen Faktors betrachtet. Mit diesen Modellvorstellungen gelingt sowohl eine gute Korrelation als auch zuverlässige Vorhersage des Quellungsgrades von ionischen Gelen in wässrig/organischen Lösungen. Bei den theoretischen Studien zur Quellung von Gelen auf Basis von Vinylpyrrolidon in wässrig/organischen Lösungsmittelgemischen erwies sich, dass eine Kombination aus dem UNIQUAC-Modell (jedoch ohne kombinatorischen Beitrag) und der Phantom-Netzwerk-Theorie die besten Ergebnisse bei der Beschreibung des Quellverhaltens der nichtionischen VP-Gele liefert. Bei der Erweiterung des Modells auf ionische (VP/NaMA)Gele wurde eine Abhängigkeit des Dissoziationsgrades von Natriummethacrylat von der Ethanol-, bzw. der Acetonkonzentration berücksichtigt.
The paper focuses on the problem of trajectory planning of flexible redundant robot manipulators (FRM) in joint space. Compared to irredundant flexible manipulators, FRMs present additional possibilities in trajectory planning due to their kinematics redundancy. A trajectory planning method to minimize vibration of FRMs is presented based on Genetic Algorithms (GAs). Kinematics redundancy is integrated into the presented method as a planning variable. Quadrinomial and quintic polynomials are used to describe the segments which connect the initial, intermediate, and final points in joint space. The trajectory planning of FRMs is formulated as a problem of optimization with constraints. A planar FRM with three flexible links is used in simulation. A case study shows that the method is applicable.
Point-to-Point Trajectory Planning of Flexible Redundant Robot Manipulators Using Genetic Algorithms
(2001)
The paper focuses on the problem of point-to-point trajectory planning for flexible redundant robot manipulators (FRM) in joint space. Compared with irredundant flexible manipulators, a FRM possesses additional possibilities during point-to-point trajectory planning due to its kinematics redundancy. A trajectory planning method to minimize vibration and/or executing time of a point-to-point motion is presented for FRM based on Genetic Algorithms (GAs). Kinematics redundancy is integrated into the presented method as planning variables. Quadrinomial and quintic polynomial are used to describe the segments that connect the initial, intermediate, and final points in joint space. The trajectory planning of FRM is formulated as a problem of optimization with constraints. A planar FRM with three flexible links is used in simulation. Case studies show that the method is applicable.
The vibration induced in a deformable object upon automatic handling by robot manipulators can often be bothersome. This paper presents a force/torque sensor-based method for handling deformable linear objects (DLOs) in a manner suitable to eliminate acute vibration. An adjustment-motion that can be attached to the end of an arbitrary end-effector's trajectory is employed to eliminate vibration of deformable objects. Differently from model-based methods, the presented sensor-based method does not employ any information from previous motions. The adjustment-motion is generated automatically by analyzing data from a force/torque sensor mounted on the robot wrist. Template matching technique is used to find out the matching point between the vibrational signal of the DLO and a template. Experiments are conducted to test the new method under various conditions. Results demonstrate the effectiveness of the sensor-based adjustment-motion.
Manipulating Deformable Linear Objects: Attachable Adjustment-Motions for Vibration Reduction
(2001)
This paper addresses the problem of handling deformable linear objects (DLOs) in a suitable way to avoid acute vibration. Different types of adjustment-motions that eliminate vibration of deformable objects and can be attached to the end of an arbitrary end-effector trajectory are presented. For describing the dynamics of deformable linear objects, the finite element method is used to derive the dynamic differential equations. Genetic algorithm is used to find the optimal adjustment motion for each simulation example. Experiments are conducted to verify the presented manipulating method.
Manipulating Deformable Linear Objects: Model-Based Adjustment-Motion for Vibration Reduction
(2001)
This paper addresses the problem of handling deformable linear objects (DLOs) in a suitable way to avoid acute vibration. An adjustment-motion that eliminates vibration of DLOs and can be attached to the end of any arbitrary end-effector's trajectory is presented, based on the concept of open-loop control. The presented adjustment-motion is a kind of agile end-effector motion with limited scope. To describe the dynamics of deformable linear objects, the finite element method is used to derive the dynamic differential equations. Genetic algorithm is used to find the optimal adjustment-motion for each simulation example. In contrast to previous approaches, the presented method can be treated as one of the manipulation skills and can be applied to different cases without major changes to the method.
It is difficult for robots to handle a vibrating deformable object. Even for human beings it is a high-risk operation to, for example, insert a vibrating linear object into a small hole. However, fast manipulation using a robot arm is not just a dream; it may be achieved if some important features of the vibration are detected online. In this paper, we present an approach for fast manipulation using a force/torque sensor mounted on the robot's wrist. Template matching method is employed to recognize the vibrational phase of the deformable objects. Therefore, a fast manipulation can be performed with a high success rate, even if there is acute vibration. Experiments inserting a deformable object into a hole are conducted to test the presented method. Results demonstrate that the presented sensor-based online fast manipulation is feasible.
This thesis focuses on novel methods to establish the utility of wearable devices along with machine learning and pattern recognition methods for formal education and address the open research questions posed by existing methods. Firstly, state-of-the-art methods are proposed to analyse the cognitive activities in the learning process, i.e., reading, writing, and their correlation. Furthermore, this thesis presents real-time applications in wearable space as an experimental tool in Physics education, and an air-writing system.
There are two critical components in analysing the reading behaviour, i.e., WHERE a person looks at (gaze analysis) and WHAT a person looks at (content analysis). This thesis proposes novel methods to classify the reading content to address the WHAT AT component. The proposed methods are based on a hybrid approach, which fuses the traditional computer vision methods with deep neural networks. These methods, when evaluated on publicly available datasets, yield state-of-the-art results to define the structure of the document images. Moreover, extensive efforts were made to refine and correct ICDAR2017-POD dataset along with a completely new FFD dataset.
Traditionally, handwriting research focuses on character and number recognition without looking into the type of writing, i.e. text, math, and drawing. This thesis reports multiple contributions for on-line handwriting classification. First, it presents a public dataset for on-line handwriting classification OnTabWriter, collected using iPen and an iPad. In addition, a new feature set is introduced for on-line handwriting classification to establish the benchmark on the proposed dataset to classify handwriting as plain text, mathematical expression, and plot/graph. An ablation study is made to evaluate the performance of the proposed feature set in comparison to existing feature sets. Lastly, this thesis evaluates the importance of context for on-line handwriting classification.
Analysing reading and writing activities individually is not enough to provide insights to identify the student's expertise unless their correlations are analysed. This thesis presents a study where reading data from wearable eye-trackers and writing data from sensor pen are analysed together in correlation to correlate the expertise of the users in Physics education with their actual knowledge. Initial results show a strong correlation between individual's expertise and understanding of the subject.
Augmented reality & virtual applications can play a vital role in making classroom environments more interactive and engaging both for teachers and learners. To validate the hypothesis, different applications are developed and evaluated. First, smart glasses are used as an experimental tool in Physics education to help the learners perform experiments by providing assistance and feedback on head mounted display in understanding acoustics concepts. Second, a real-time application of air-writing with the finger on an imaginary canvas using a single IMU as the FAirWrite system is also presented. FAirWrite system is further equipped with DL methods to classify the air-written characters.
This master thesis presents a collection of architectural design patterns for safety-critical systems deployed on public cloud infrastructure. The research aims to enhance system reliability, mitigate risks, and improve overall performance in safety-critical applications. The study follows a systematic approach, considering multiple safety-critical use cases and prioritizing factors such as timing constraints and system resilience. The railway signaling system, particularly the moving block computation, is selected as the most suitable use case due to its ability to tolerate response delays and re-request computations. The thesis addresses four research questions concerning the deployment of safety-critical systems to the public cloud, existing fault-tolerance methods in the cloud, identification of relevant design patterns, and the applicability of design patterns in various safety-critical systems.
The study identifies and review's fault tolerance methods and cloud failure modes, which serve as a basis for identifying design patterns. The Structured What-If Technique (SWIFT) is utilized to analyze prospective hazards and recommend actions, which are then mapped onto design patterns for wide applicability across different projects. Each design pattern presents a problem statement, guidelines for implementation, and associated benefits and drawbacks.
The contribution of this thesis lies in the development of a valuable resource for architects and engineers working on safety-critical systems in the cloud. The design patterns offer practical solutions and a framework for the design and implementation of robust and secure systems. Detailed documentation, including context, benefits, drawbacks, and practical examples, facilitates understanding and adoption.
In conclusion, this thesis contributes to the advancement of safety and reliability in cloud-based safety-critical systems by providing architectural design patterns. Future research should focus on integrating security aspects, gathering diverse use cases, and validating the patterns in practical settings. Continued exploration and refinement of the design patterns will lead to more robust solutions for meeting the needs and challenges of safety-critical applications in various contexts.
As a consequence of the real estate market crash after 2008, large investors invested a significant amount of wealth into single-family houses to construct a portfolio of rental dwellings, whose income is securitized in the capital. In some local housing markets, these investors own remarkable numbers of single-family houses. Furthermore, their trading activities have resulted in a new investment strategy, which exacerbates property wealth concentration and polarization. This new investment strategy and its portfolio optimization inspire curiosity about its influence on housing markets. This paper first aims to find an optimal portfolio strategy by employing an expected utility optimization from the terminal wealth, which adopts a stochastic model that includes a variety of economic states to estimate house prices. Second, it aims to analyze the effect of large investors on the housing market. The results show the investment strategies of large investors depend on the balance among economic state, maintenance cost, rental income, interest rate and investment willingness of large investors to housing and their effect depends on the state of the economy.
Load modeling is one of the crucial tasks for improving smart grids’ energy efficiency. Among many alternatives, machine learning-based load models have become popular in applications and have shown outstanding performance in recent years. The performance of these models highly relies on data quality and quantity available for training. However, gathering a sufficient amount of high-quality data is time-consuming and extremely expensive. In the last decade, Generative Adversarial Networks (GANs) have demonstrated their potential to solve the data shortage problem by generating synthetic data by learning from recorded/empirical data. Educated synthetic datasets can reduce prediction error of electricity consumption when combined with empirical data. Further, they can be used to enhance risk management calculations. Therefore, we propose RCGAN, TimeGAN, CWGAN, and RCWGAN which take individual electricity consumption data as input to provide synthetic data in this study. Our work focuses on one dimensional times series, and numerical experiments on an empirical dataset show that GANs are indeed able to generate synthetic data with realistic appearance.
Recent studies on the environmental performance of additive manufacturing (AM) have shown that AM exhibits both complex potentials and challenges at different life stages compared to conventional manufacturing. To assess and ensure the environmental benefits of AM during the design phase, an eco-design approach is required. Existing eco-design for AM approaches described in the literature mainly focus on the use of lifecycle assessment (LCA) to analyze the environmental impacts of AM-specific design solutions. However, since LCA requires a full-process chain model and detailed inventory data, it can only be performed after the design process or in a subsequent design stage. To integrate evaluation activities into the middle stage of the design process, energy performance assessment can be used as an alternative evaluation tool in eco-design for AM. However, the literature still lacks an eco-design for AM method based on energy performance quantification and assessment. By addressing this research problem, this dissertation contributes to the development of a holistic framework to implement eco-design for AM using energy performance assessment. This framework consists of the following three parts: a simulation tool for energy prediction in the design phase; an energy performance assessment model for AM; and a method for carrying out activities in eco-design for AM. To demonstrate the feasibility of the proposed method, three use cases are performed. Based on these use cases, it is concluded that with the use of the proposed method, AM designers will be able to select and develop optimal design solutions based on the energy performance of AM in the middle design stage.
Distributed Optimization of Constraint-Coupled Systems via Approximations of the Dual Function
(2024)
This thesis deals with the distributed optimization of constraint-coupled systems. This problem class is often encountered in systems consisting of multiple individual subsystems, which are coupled through shared limited resources. The goal is to optimize each subsystem in a distributed manner while still ensuring that system-wide constraints are satisfied. By introducing dual variables for the system-wide constraints the system-wide problem can be decomposed into individual subproblems. These resulting subproblems can then be coordinated by iteratively adapting the dual variables. This thesis presents two new algorithms that exploit the properties of the dual optimization problem. Both algorithms compute a quadratic surrogate function of the dual function in each iteration, which is optimized to adapt the dual variables. The Quadratically Approximated Dual Ascent (QADA) algorithm computes the surrogate function by solving a regression problem, while the Quasi-Newton Dual Ascent (QNDA) algorithm updates the surrogate function iteratively via a quasi-Newton scheme. Both algorithms employ cutting planes to take the nonsmoothness of the dual function into account. The proposed algorithms are compared to algorithms from the literature on a large number of different benchmark problems, showing superior performance in most cases. In addition to general convex and mixed-integer optimization problems, dual decomposition-based distributed optimization is applied to distributed model predictive control and distributed K-means clustering problems.