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In the presented work, we make use of the strong reciprocity between kinematics and geometry to build a geometrically nonlinear, shearable low order discrete shell model of Cosserat type defined on triangular meshes, from which we deduce a rotation–free Kirchhoff type model with the triangle vertex positions as degrees of freedom. Both models behave physically plausible already on very coarse meshes, and show good
convergence properties on regular meshes. Moreover, from the theoretical side, this deduction provides a
common geometric framework for several existing models.
In this article we present a method to generate random objects from a large variety of combinatorial classes according to a given distribution. Given a description of the combinatorial class and a set of sample data our method will provide an algorithm that generates objects of size n in worst-case runtime O(n^2) (O(n log(n)) can be achieved at the cost of a higher average-case runtime), with the generated objects following a distribution that closely matches the distribution of the sample data.
Die Simulation von Prüfständen und insbesondere von Baugruppen und Gesamtfahrzeugen auf Prüfständen durch Kopplung von Mehrkörpersimulation mit Modellen für Regelung und Aktuatorik leistet einen wesentlichen Beitrag zur Entwicklungszeitverkürzung. In diesem Beitrag wird ein Kooperationsprojekt vorgestellt, in dem ein Co- Simulationsmodell für die beweglichen Massen sowie die Regelung und Hydraulik eines Gesamtfahrzeugprüfstands erstellt wurde. Es wird sowohl auf die Validierung des Fahrzeugmodells durch Straßenmessungen als auch auf die Identifikation und Validierung des Prüfstandsmodells einschließlich Servohydraulik und Regelung eingegangen.
Ein maßgeschneidertes Kommunikationssystem für eine mobile Applikation mit Dienstgüteanforderungen
(2004)
In diesem Beitrag wird die Maßschneiderung eines Ad-Hoc-Kommunikationssystems zur Fernsteuerung eines Luftschiffs über WLAN vorgestellt. Dabei steht die Dienstunterstützung bei der Übertragung mehrerer Datenströme im Vordergrund. Es werden verschiedene Dienstgütemechanismen erklärt und deren Entwicklung und Integration in ein Kommunikationsprotokoll mit Hilfe eines komponentenbasierten Ansatzes genauer erläutert.
We present a methodology to augment system safety step-by-step and illustrate the approach by the definition of reusable solutions for the detection of fail-silent nodes - a watchdog and a heartbeat. These solutions can be added to real-time system designs, to protect against certain types of system failures. We use SDL as a system design language for the development of distributed systems, including real-time systems.
Interactive graphics has been limited to simple direct illumination that commonly results in an artificial appearance. A more realistic appearance by simulating global illumination effects has been too costly to compute at interactive rates. In this paper we describe a new Monte Carlo-based global illumination algorithm. It achieves performance of up to 10 frames per second while arbitrary changes to the scene may be applied interactively. The performance is obtained through the effective use of a fast, distributed ray-tracing engine as well as a new interleaved sampling technique for parallel Monte Carlo simulation. A new filtering step in combination with correlated sampling avoids the disturbing noise artifacts common to Monte Carlo methods.
Worldwide the installed capacity of renewable technologies for electricity production is
rising tremendously. The German market is particularly progressive and its regulatory
rules imply that production from renewables is decoupled from market prices and electricity
demand. Conventional generation technologies are to cover the residual demand
(defined as total demand minus production from renewables) but set the price at the
exchange. Existing electricity price models do not account for the new risks introduced
by the volatile production of renewables and their effects on the conventional demand
curve. A model for residual demand is proposed, which is used as an extension of
supply/demand electricity price models to account for renewable infeed in the market.
Infeed from wind and solar (photovoltaics) is modeled explicitly and withdrawn from
total demand. The methodology separates the impact of weather and capacity. Efficiency
is transformed on the real line using the logit-transformation and modeled as a stochastic process. Installed capacity is assumed a deterministic function of time. In a case study the residual demand model is applied to the German day-ahead market
using a supply/demand model with a deterministic supply-side representation. Price trajectories are simulated and the results are compared to market future and option
prices. The trajectories show typical features seen in market prices in recent years and the model is able to closely reproduce the structure and magnitude of market prices.
Using the simulated prices it is found that renewable infeed increases the volatility of forward prices in times of low demand, but can reduce volatility in peak hours. Prices
for different scenarios of installed wind and solar capacity are compared and the meritorder effect of increased wind and solar capacity is calculated. It is found that wind
has a stronger overall effect than solar, but both are even in peak hours.
Die Sichten von Projektmitgliedern auf Prozesse von Software-Entwicklungen sollen in der Prozeßmodellierungssprache MVP-L formuliert und anschließend in ein Umfassendes Prozeßmodell integriert werden. Dabei ist die Identifikation ähnlicher Informationen in verschiedenen Sichten von Bedeutung. In dieser Arbeit berichten
wir über die Adaption und Synthese verschiedener Ansätze zum Thema Ähnlichkeit aus unterschiedlichen Domänen (Schema-Integration beim Datenbank-Entwurf, Analoges und Fallbasiertes Schließen, Wiederverwendung und System-Spezifikation). Das Ergebnis, die Ähnlichkeitsfunktion vsim, wird anhand eines Referenzbeispiels illustriert. Dabei gehen wir insbesondere auf die Eigenschaft der Funktion vsim ein und berichten über Erfahrungen im Umgang mit dieser Funktion zur Berechnung der Ähnlichkeit zwischen Prozeßmodellen.
Continuously improving imaging technologies allow to capture the complex spatial
geometry of particles. Consequently, methods to characterize their three
dimensional shapes must become more sophisticated, too. Our contribution to
the geometric analysis of particles based on 3d image data is to unambiguously
generalize size and shape descriptors used in 2d particle analysis to the spatial
setting.
While being defined and meaningful for arbitrary particles, the characteristics
were actually selected motivated by the application to technical cleanliness. Residual
dirt particles can seriously harm mechanical components in vehicles, machines,
or medical instruments. 3d geometric characterization based on micro-computed
tomography allows to detect dangerous particles reliably and with
high throughput. It thus enables intervention within the production line. Analogously
to the commonly agreed standards for the two dimensional case, we
show how to classify 3d particles as granules, chips and fibers on the basis of
the chosen characteristics. The application to 3d image data of dirt particles is
demonstrated.
Das sind die Texte der Vorlesungen, die ich im Dezember 1988 - März 1989 an der Universität Kaiserslautern hielt. Die Sektionen 1-4 enthalten Materialien, die in Russisch im Buch [33] und in früheren Arbeiten [27,28] [30-33] publiziert sind.
Sektion 5 enthält neue Ergebnisse, die wir während meines Aufenthaltes in Kaiserslautern in Zusammenarbeit mit Herrn Robert Plato
(TU Berlin) ausarbeiteten (siehe [21,22]). Sektion 6 ist eine Erweiterung der Arbeit [31].
There is a well known relationship between alternating automata on finite words and symbolically represented nondeterministic automata on finite words. This relationship is of practical relevance because it allows to combine the advantages of alternating and symbolically represented nondeterministic automata on finite words. However, for infinite words the situation is unclear. Therefore, this work investigates the relationship between alternating omega-automata and symbolically represented nondeterministic omega-automata. Thereby, we identify classes of alternating omega-automata that are as expressive as safety, liveness and deterministic prefix automata, respectively. Moreover, some very simple symbolic nondeterminisation procedures are developed for the classes corresponding to safety and liveness properties.
Durch die Zielsetzung des Projekts, in einem ganzheitlichen Ansatz Bleibefaktoren für Zuwanderer in ländlichen
Räumen zu untersuchen und geeignete Lösungsansätze für deren Integration zu entwickeln, wird eine bisher in
dieser Form kaum betrachtete Forschungslücke adressiert. Diese Nische zeichnet sich dadurch aus, dass im
Vorhaben miteinander verbundene, jedoch bisher meist disziplinär bearbeitete Fragestellungen der
Integrationsforschung, der Stadtplanung und der zukunftsfähigen Kommunalentwicklung bzw. kommunalen
Nachhaltigkeit unter besonderer Berücksichtigung von demografischen Herausforderungen vereint werden.
Diese inhaltliche Verschränkung spiegelt sich zudem auch in der interdisziplinären Vorgehensweise im Projekt
wider. So werden die Fragestellungen des Vorhabens aus der Perspektive von und mit
methodischen Zugängen aus den Sozial-, Wirtschafts- und Planungswissenschaften bearbeitet.
Der von Beginn an starke und unmittelbare Einbezug der Kommunalpartner und weiterer praxisnaher Akteure
stellt sicher, dass von Anfang an unterschiedliche wissenschaftliche und nicht-wissenschaftliche Perspektiven
sowie Praxiswissen in den Forschungsprozess integriert werden, um ein gemeinsames Problemverständnis und
eine hohe Relevanz der Ergebnisse für die kommunale Praxis sicherzustellen.
Zuwanderung an sich ist kein neues Phänomen in der Geschichte der Bundesrepublik, was sich in einer Vielfalt
von Studien und Publikationen zu den Einflussfaktoren auf die Integration von verschiedenen Migrantengruppen
(z.B. von „Gastarbeitern“ und ihren Familien, Aussiedlern und Spätaussiedlern aus Osteuropa, humanitären
Migranten bzw. Flüchtlingen, Migranten in erster und zweiter Generation) widerspiegelt. Darüber hinaus
existieren Studien zu einzelnen Aspekten der Integration wie der Teilhabe am Arbeitsmarkt, dem Schulsystem,
der Integration in den Wohnungsmarkt oder auch standortbezogene Fallstudien. Diese Untersuchungen
betrachten jedoch die allgemeine Integration von Zuwanderern, ohne auf die Besonderheiten von kleinstädtisch
und ländlich geprägten Kommunen einzugehen. Diese Thematik wird in einer Studie der Schader Stiftung
aufgegriffen, in der neben den Herausforderungen und Rahmenbedingungen in den Kommunen einige Aspekte
bzw. Handlungsoptionen der Integration aufgezeigt werden.
Die besonderen Herausforderungen des demografischen Wandels für Kommunen sind ebenfalls Gegenstand
zahlreicher Publikationen. Kleinstädtische und ländlich geprägte Kommunen sind besonders stark von diesem
Megatrend betroffen, so dass in vielen Fällen auch deren Zukunftsfähigkeit bedroht sein kann. Durch die
Integration von Zuwanderern im ländlichen Raum können sich für die Kommunen Potenziale ergeben, die
negativen Auswirkungen des Trends zum Teil aufzufangen.
Aus einer stadtplanerischen Perspektive sind in Kommunen mit demografischen Herausforderungen im Sinne
einer (stark) schrumpfenden Bevölkerung signifikante Anlässe zur baulichen Wiedernutzung von Brachflächen,
zum Schließen von Baulücken oder zur Nachverdichtung im Bestand gegeben: Potentielle volkswirtschaftlichen
Folgen sind zu erwarten, wenn sozialräumlich homogene Wohnungsbestände durch den Attraktivitäts- und
Imageverlust von benachbarten Teilräumen mit hohen Wohnungsleerständen betroffen sind. Zudem gilt es, den
betriebswirtschaftlichen (Kostenfaktoren) und städtebaulichen Auswirkungen entgegenzusteuern, um den
potentiellen baulichen Verfall sowie stadtstrukturelle, funktionale und soziale Missstände zu verhindern.
Eine effiziente Nutzung innerörtlicher Flächenressourcen, sowohl durch die Wiedernutzung von Brachflächen
als auch durch die Reaktivierung von Wohnungsleerständen, ermöglicht es den Kommunen, die
Neuinanspruchnahme von Siedlungs- und Verkehrsflächen zu reduzieren. Hierdurch kann den im Rahmen der
Nationalen Nachhaltigkeitsstrategie formulierten Zielvorgaben der Reduzierung zusätzlicher
Flächeninanspruchnahme Rechnung getragen werden. Ein sparsamer Umgang mit Grund und Boden und die
Begrenzung der Bodenversiegelung ist als städtebauliche Aufgabe durch die Bodenschutzklausel gemäß §1a
Abs. 2 BauGB bestimmt. In Anpassung an die örtlichen und städtebaulichen Gegebenheiten sind anstelle der
Neuausweisung von Bauflächen Möglichkeiten der innerörtlichen Entwicklung zu nutzen. Bei der
Inanspruchnahme unbebauter Flächen ist darüber hinaus eine flächensparende Bauweise zu bevorzugen. Durch
entsprechende Darstellungen und Festsetzungen in den Bauleitplänen kann dies erreicht werden, indem
beispielsweise auf Darstellungen von (Neu-) Bauflächen in Flächennutzungsplänen verzichtet oder indem
Höchstmaße der baulichen Nutzung für Wohnbaugrundstücke in Bebauungsplänen festgesetzt werden (§ 9
Abs. 1 Nr. 3 BauGB).
Anstelle der Neuausweisung von Wohngebieten in siedlungsstrukturellen Randlagen stellt die Innenentwicklung
für den Erhalt lebendiger Zentren und zur Begrenzung der Flächenneuinanspruchnahme einen wichtigen Beitrag
zur nachhaltigen städtebaulichen Entwicklung im Sinne des §1 Abs. 5 BauGB dar. Als Voraussetzungen für die
erfolgreiche Wiedernutzung innerörtlicher Flächen und baulicher Potentiale sind Kenntnisse der vorhandenen
Innenentwicklungspotenziale und ihre Verfügbarkeit erforderlich.
In einem geografischen Informationssystem (GIS) lassen sich nach dem gegenwärtigen Stand von Wissenschaft
und Technik Brachflächen, Baulücken und Leerstände zentral erfassen. Zur Erhebung und Verwaltung von
Wohnungsleerständen in einem kommunalen Leerstandskataster lassen sich im Wesentlichen folgende
Methoden und Datenquellen nutzen: Die Analyse von Ver- und Entsorgerdaten (Strom/Wasser) stellen neben
der Erhebung durch Ortsbegehungen (Inaugenscheinnahme von außen durch geschultes Personal), den
Befragungen von Eigentümern, den statistischen Schätzverfahren (Wohnungsfortschreibung und Melderegister)
bzw. den Befragungen kommunaler Funktionsträger (Ortsvorsteher, Bürgermeister) methodische Zugänge dar.
Zur Verifizierung der Daten erfolgt eine Kombination der genannten Methoden. Dabei werden die ermittelten
Leerstände mittels der Stromzählermethode durch zusätzliche Befragung von
Wohnungsunternehmen/Eigentümern oder Ortsvorstehern ergänzt und plausibilisiert, quantitative Daten
(zählerbasierte Methoden) werden durch qualitative Erhebungen (Befragungen) ergänzt. Da der Zugang
zu diesen kommunalen Datenbeständen erschwert war, bediente sich die Forschungsgruppe der SeniorForschungsprofessur Stadtplanung an zugänglichen öffentlichen Daten (Zensus-Erhebungen zu den
Wohnungsleerständen aus dem Jahr 2011) sowie kommerziell erwerbbaren Daten aus der Marktforschung
(microm Geo-Milieus®), da diese empirisch abgesichert sind und im Kontext der Kommunalentwicklung vielfältig
eingesetzt werden (z.B. Beteiligungsverfahren, Wohnbaulandentwicklung).
We present the application of a meshfree method for simulations of interaction between fluids and flexible structures. As a flexible structure we consider a sheet of paper. In a two-dimensional framework this sheet can be modeled as curve by the dynamical Kirchhoff-Love theory. The external forces taken into account are gravitation and the pressure difference between upper and lower surface of the sheet. This pressure difference is computed using the Finite Pointset Method (FPM) for the incompressible Navier-Stokes equations. FPM is a meshfree, Lagrangian particle method. The dynamics of the sheet are computed by a finite difference method. We show the suitability of the meshfree method for simulations of fluid-structure interaction in several applications.
A Lattice Boltzmann Method for immiscible multiphase flow simulations using the Level Set Method
(2008)
We consider the lattice Boltzmann method for immiscible multiphase flow simulations. Classical lattice Boltzmann methods for this problem, e.g. the colour gradient method or the free energy approach, can only be applied when density and viscosity ratios are small. Moreover, they use additional fields defined on the whole domain to describe the different phases and model phase separation by special interactions at each node. In contrast, our approach simulates the flow using a single field and separates the fluid phases by a free moving interface. The scheme is based on the lattice Boltzmann method and uses the level set method to compute the evolution of the interface. To couple the fluid phases, we develop new boundary conditions which realise the macroscopic jump conditions at the interface and incorporate surface tension in the lattice Boltzmann framework. Various simulations are presented to validate the numerical scheme, e.g. two-phase channel flows, the Young-Laplace law for a bubble and viscous fingering in a Hele-Shaw cell. The results show that the method is feasible over a wide range of density and viscosity differences.
We prove a general monotonicity result about Nash flows in directed networks and use it for the design of truthful mechanisms in the setting where each edge of the network is controlled by a different selfish agent, who incurs costs when her edge is used. The costs for each edge are assumed to be linear in the load on the edge. To compensate for these costs, the agents impose tolls for the usage of edges. When nonatomic selfish network users choose their paths through the network independently and each user tries to minimize a weighted sum of her latency and the toll she has to pay to the edges, a Nash flow is obtained. Our monotonicity result implies that the load on an edge in this setting can not increase when the toll on the edge is increased, so the assignment of load to the edges by a Nash flow yields a monotone algorithm. By a well-known result, the monotonicity of the algorithm then allows us to design truthful mechanisms based on the load assignment by Nash flows. Moreover, we consider a mechanism design setting with two-parameter agents, which is a generalization of the case of one-parameter agents considered in a seminal paper of Archer and Tardos. While the private data of an agent in the one-parameter case consists of a single nonnegative real number specifying the agent's cost per unit of load assigned to her, the private data of a two-parameter agent consists of a pair of nonnegative real numbers, where the first one specifies the cost of the agent per unit load as in the one-parameter case, and the second one specifies a fixed cost, which the agent incurs independently of the load assignment. We give a complete characterization of the set of output functions that can be turned into truthful mechanisms for two-parameter agents. Namely, we prove that an output function for the two-parameter setting can be turned into a truthful mechanism if and only if the load assigned to every agent is nonincreasing in the agent's bid for her per unit cost and, for almost all fixed bids for the agent's per unit cost, the load assigned to her is independent of the agent's bid for her fixed cost. When the load assigned to an agent is continuous in the agent's bid for her per unit cost, it must be completely independent of the agent's bid for her fixed cost. These results motivate our choice of linear cost functions without fixed costs for the edges in the selfish routing setting, but the results also seem to be interesting in the context of algorithmic mechanism design themselves.