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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.
In this paper we consider a multivariate switching model, with constant states means
and covariances. In this model, the switching mechanism between the basic states of
the observed time series is controlled by a hidden Markov chain. As illustration, under
Gaussian assumption on the innovations and some rather simple conditions, we prove
the consistency and asymptotic normality of the maximum likelihood estimates of the model parameters.
Grinding is one of the effective manufacturing processes with which to produce highly accurate parts with an ultra-fine surface finish. The tool used to remove materials in grinding is called the grinding wheel. Abrasive grains made of extremely hard materials (alumina, silica, cubic boron nitride, and diamond) having a definite grit size but a random shape are bonded on the circumferential surface of the grinding wheel. The fabrication process is controlled so that the wheel exhibits a prescribed structure (in the scale of soft to hard). At the same time, the distribution of grains must follow a prescribed grade (in the scale of dense to open). After the fabrication, the wheel is dressed to make sure of its material removal effectiveness, which itself depends on the surface topography. The topography is quantified by the distribution and density of active abrasive grains located on the circumferential surface, the grains’ protrusion heights, and their pore volume ratio. The prediction of the surface topography mentioned above requires a model that considers the entire manufacturing process and the influences on the grinding wheel properties. This study fills this gap in modelling the grinding wheel by presenting a surface topography model and simulation framework for the effect of the grinding wheel fabrication process on the surface topography. The simulation results have been verified by conducting experiments. This study will thus help grinding wheel manufacturers in developing more effective grinding wheels.
Dieser Beitrag beschreibt eine Lernumgebung für Schülerinnen und Schüler der Unter- und Mittelstufe mit einem Schwerpunkt im Fach Mathematik. Das Thema dieser Lernumgebung ist die Simulation von Entfluchtungsprozessen im Rahmen von Gebäudeevakuierungen. Dabei wird das Konzept eines zellulären Automaten vermittelt, ohne dabei Programmierkenntnisse vorauszusetzen oder anzuwenden. Anhand dieses speziellen Simulationswerkzeugs des zellulären Automaten werden Eigenschaften, Kenngrößen sowie Vor- und Nachteile von Simulationen im Allgemeinen thematisiert. Dazu gehören unter anderem die experimentelle Datengewinnung, die Festlegung von Modellparametern, die Diskretisierung des zeitlichen und räumlichen Betrachtungshorizonts sowie die zwangsläufig auftretenden (Diskretisierungs-)Fehler, die algorithmischen Abläufe einer Simulation in Form elementarer Handlungsanweisungen, die Speicherung und Visualisierung von Daten aus einer Simulation sowie die Interpretation und kritische Diskussion von Simulationsergebnissen. Die vorgestellte Lernumgebung ermöglicht etliche Variationen zu weiteren Aspekten des Themas „Evakuierungssimulation“ und bietet dadurch auch vielfältige Differenzierungsmöglichkeiten.
Der vorliegende Artikel befasst sich mit der Realisierung eines einfachen Motion Capturing Verfahrens in MATLAB als Vorschlag für eine Umsetzung in der Schule. Die zugrunde liegende Mathematik kann ab der Mittelstufe leicht vermittelt werden. Je nach technischer Ausstattung können mit einfachen Mitteln farbige Marker in Videos oder Webcam-Streams verfolgt werden. Notwendige Konzepte und Algorithmen werden im Artikel beleuchtet.
Die MINT-EC-Girls-Camp: Math-Talent-School ist eine vom Fraunhofer Institut für Techno- und Wirtschaftsmathematik (ITWM) initiierte Veranstaltung, die regelmäßig als Kooperation zwischen dem Felix-Klein-Zentrum für Mathematik und dem Verein mathematisch-naturwissenschaftlicher Excellence-Center an Schulen e.V. (Verein MINT-EC) durchgeführt wird. Die methodisch-didaktische Konzeption der Math-Talent-Schools erfolgt durch das Kompetenzzentrum für Mathematische Modellierung in MINT-Projekten in der Schule (KOMMS), einer wissenschaftlichen Einrichtung des Fachbereichs Mathematik der Technischen Universität Kaiserslautern. Die inhaltlich-organisatorische Ausführung übernimmt das Fraunhofer-Institut für Techno- und Wirtschaftsmathematik ITWM in enger Abstimmung und Kooperation von Wissenschaftlern der Technischen Universität und des Fraunhofer ITWM. Die MINT-EC-Girls-Camp: Math-Talent-School hat zum Ziel, Mathematik-interessierten Schülerinnen einen Einblick in die Arbeitswelt von Mathematikerinnen und Mathematikern zu geben. In diesem Artikel stellen wir die Math-Talent-School vor. Hierfür werden die fachlichen und fachdidaktischen Hintergründe der Projekte beleuchtet, der Ablauf der Veranstaltung erläutert und ein Fazit gezogen.
Das Ziel dieser Arbeit besteht darin, aufzuzeigen, wie eine mathematische Modellierung, verbunden mit Simulations- und Ansteuerungsaspekten eines Segways im Mathematikunterricht der gymnasialen Oberstufe als interdisziplinäres Projekt umgesetzt werden kann. Dabei werden sowohl Chancen, im Sinne von erreichbaren mathematischen Kompetenzen, als auch Schwierigkeiten eines solchen Projektes mit einer interdisziplinären Umsetzung geschildert.
In the face of the Covid‐19 crisis, the city model of the new Leipzig Charter of the EU was re‐evaluated. The existing urban
development model of a mixed and compact city is to be mainly maintained because the urban density or building typology
does not influence the spread of Covid‐19. But the pandemic has made it clear how important green space and recreation
areas are for inner city residential areas. This green space also becomes more important regarding climate adaptation
measures to provide cooler air and ventilation. In the framework of the Leipzig Charter of the EU, the German ministry
for building adopted the memorandum on Urban Resilience in May 2021. Resilience in this context means that we should
not only repair the damage of disasters but also adapt to future crises and make our cities more resilient and sustainable.
For this, we need to strengthen preventive strategies in urban development planning connected with urban renewal
approaches and ask for extended city models. Planning shapes the future, including counteracting undesirable scenarios
with preventive planning. In this sense, future planning and disaster control have common objectives—they take an interdisciplinary
approach to prepare for future change, they want to anticipate and prevent danger, protect and expand the
infrastructure, and serve the common good. In this article, I will point out how integrated urban development concepts
should be extended with aspects of urban resilience, and which city models are important for the future.
Die Planung von Bushaltestellen in Innenstädten ist ein authentisches Thema, welches sich für den Einsatz in einem realitätsbezogenen Unterricht in unterschiedlichen Klassenstufen eignet. Verschiedene Interessen und Gegebenheiten müssen in einem Modell und in einer Lösungsstrategie vereint werden. Durch eine sehr offen gewählte Fragestellung sind verschiedene Ansätze und Modelle möglich. Somit wird mathematisches Modellieren trainiert und das Durchlaufen eines Modellierungsprozesses in einem interessanten Projekt ermöglicht. Die mathematischen Hintergründe sowie das vielseitige Lösungsspektrum von Schülerinnen und Schülern unterschiedlicher Jahrgangsstufen zu derselben Fragestellung werden im Folgenden vorgestellt.
An efficient mathematical model to virtually generate woven metal wire meshes is
presented. The accuracy of this model is verified by the comparison of virtual structures with three-dimensional
images of real meshes, which are produced via computer tomography. Virtual structures
are generated for three types of metal wire meshes using only easy to measure parameters. For these
geometries the velocity-dependent pressure drop is simulated and compared with measurements
performed by the GKD - Gebr. Kufferath AG. The simulation results lie within the tolerances of
the measurements. The generation of the structures and the numerical simulations were done at
GKD using the Fraunhofer GeoDict software.