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Das Smart Grid, „intelligentes Stromnetz“, ist eines der Themen, welche von der Politik und natürlich auch der Stromwirtschaft immer wieder in den Vordergrund gestellt werden. Das Potential der erneuerbaren Energien reicht aus, um Deutschland und Europa zuverlässig mit Strom zu versorgen. Der Umbau der Stromnetze ist dabei von zentraler Bedeutung und bedarf einer Anstrengung der gesamten Gesellschaft. Leider kommt dabei der Stromkunde zu kurz — die Bedürfnisse von Stromkunden werden weitgehend ignoriert und der Datenschutz wird oft ausser acht gelassen. Aber auch kleinere Stadtwerke haben mit dieser Entwicklung Probleme: Aufgrund politischer Vorgaben müssen sie zum Beispiel Smart Meter einführen, obwohl ihnen dadurch Kosten entstehen, die sie nicht direkt auf den Kunden umlegen können. Die Bereitschaft der Kunden, für ein Smart Grid mehr Geld zu bezahlen, ist wohl kaum vorhanden. Gleichzeitig ist es aber notwendig, die bestehenden Stromnetze zu flexibilisieren und auf einen weiter steigenden Anteil von erneuerbaren Energiequellen vorzubereiten
Optimal control methods for the calculation of invariant excitation signals for multibody systems
(2010)
Input signals are needed for the numerical simulation of vehicle multibody systems. With these input data, the equations of motion can be integrated numerically and some output quantities can be calculated from the simulation results. In this work we consider the corresponding inverse problem: We assume that some reference output signals are available, typically gained by measurement and focus on the task to derive the input signals that produce the desired reference output in a suitable sense. If the input data is invariant, i.e., independent of the specific system, it can be transferred and used to excite other system variants. This problem can be formulated as optimal control problem. We discuss solution approaches from optimal control theory, their applicability to this special problem class and give some simulation results.
Bei der Erprobung sicherheitsrelevanter Bauteile von Nutzfahrzeugen steht man vor der Aufgabe, die sehr vielfältige Belastung durch die Kunden abschätzen zu müssen und daraus ein Prüfprogramm für die Bauteile abzuleiten, das mehreren gegenläufigen Anforderungen gerecht werden muss: Das Programm muss scharf genug sein, damit bei erfolgreicher Prüfung ein Ausfall im Feld im Rahmen eines bestimmungsgemäßen Gebrauchs ausgeschlossen werden kann, es soll aber nicht zu einer Überdimensionierung der Bauteile führen, und es soll mit relativ wenigen Bauteilversuchen eine ausreichende Aussagesicherheit erreicht werden. Wegen der hohen Anforderungen bzgl. Sicherheit müssen bei der klassischen statistischen Vorgehensweise – Schätzen der Verteilung der Kundenbeanspruchung aus Messdaten, Schätzen der Verteilung der Bauteilfestigkeit aus Versuchsergebnissen und Ableiten einer Ausfallwahrscheinlichkeit – die Verteilungen in den extremen Rändern bekannt sein. Dazu reicht aber das Datenmaterial in der Regel bei weitem nicht aus. Bei der klassischen „empirischen“ Vorgehensweise werden Kennwerte der Beanspruchung und der Festigkeit verglichen und ein ausreichender Sicherheitsabstand gefordert. Das hier vorgeschlagene Verfahren kombiniert beide Methoden, setzt dabei die Möglichkeiten der statistischen Modellierung soweit aufgrund der Datenlage vertretbar ein und ergänzt die Ergebnisse durch empirisch begründete Sicherheitsfaktoren. Dabei werden bei der Lastfestlegung die im Versuch vorhandenen Möglichkeiten berücksichtigt. Hauptvorteile dieses Verfahrens sind a) die Transparenz bzgl. der mit statistischen Mitteln erreichbaren Aussagen und des Zusammenspiels zwischen Lastermittlung und Versuch und b) die Möglichkeit durch entsprechenden Aufwand bei Messungen und Erprobung die empirischen zugunsten der statistischen Anteile zu reduzieren.
This paper discusses the possibility to use and apply the ideas of theWave BasedMethod, which has been developed especially for the steady–state acoustic areas, i.e. to solve the Helmholtz type boundary value problems in a bounded domain, in non–acoustics areas such as steady–state temperature propagation, calculation of the velocity potential function of a liquid flux, calculation of the light irradience in a liver tissue/tumor, etc.
In this paper we investigate the use of the sharp function known from functional analysis in image processing. The sharp function gives a measure of the variations of a function and can be used as an edge detector. We extend the classical notion of the sharp function for measuring anisotropic behaviour and give a fast anisotropic edge detection variant inspired by the sharp function. We show that these edge detection results are useful to steer isotropic and anisotropic nonlinear diffusion filters for image enhancement.
This contribution presents a model reduction method for nonlinear problems in structural mechanics. Emanating from a Finite Element model of the structure, a subspace and a lookup table are generated which do not require a linearisation of the equations. The method is applied to a model created with commercial FEM software. In this case, the terms describing geometrical and material nonlinearities are not explicitly known.
Forderungen nach kürzeren Entwicklungszyklen bei gleichzeitig höherer Produktqualität führen in allen Bereichen der Nutzfahrzeugtechnik und insbesondere auch bei Baumaschinen zum verstärkten Einsatz von Simulationssoftware. Um in diesem Sinne Lebensdauerberechnungen durchführen zu können, sind jedoch genaue Kenntnisse über die im Kundeneinsatz auftretenden Betriebslasten und Beanspruchungen erforderlich. Für deren Ermittlung hat der Baumaschinenhersteller VOLVO Construction Equipment einen Mobilbagger umfassend mit Messtechnik ausgestattet, die neben den mechanischen Belastungen an der Arbeitsausrüstung auch wesentliche Kenndaten des Hydrauliksystems und des Fahrantriebs erfasst. Dieser Messbagger wurde bereits bei unterschiedlichen Kunden in Europa eingesetzt. Der Artikel beschreibt die methodische Vorgehensweise zur Verarbeitung der erfassten Daten und zur Generierung von repräsentativen Nutzungsprofilen am Beispiel der mechanischen Belastungen an der Arbeitseinrichtung, die im Wesentlichen vom Fraunhofer Institut für Techno- und Wirtschaftsmathematik (ITWM) erarbeitet wurde.
Von sicherheitsrelevanten Bauteilen im Automobilbau verlangt man, dass beim Kunden bis zur Zeit/Strecke q0 höchstens ein Anteil p0 ausgefallen ist. Die Verifikation dieses Quantils geschieht in einer Reihe von Versuchen, bei denen die Bauteile mit einer typischen Kraft zyklisch belastet werden, bis ein gewisses, im Vorfeld festgelegtes, Schadensbild auftritt und die Anzahl Ti der Zyklen („Schwingspiele“) als Lebensdauer notiert wird. Typischerweise ist der Stichprobenumfang N dabei sehr gering (N < 10), während gleichzeitig ein extremes Quantil 0 p0 0, 1 verifiziert werden soll. Verwendet man als Lebensdauerverteilung eine Weibulloder Lognormalverteilung, so tritt in den Quantilschätzern ein deutlicher Bias auf, der beseitigt werden soll. Da es sich hierbei in der Regel um einen positiven Bias handelt, würde man Bauteile als serientauglich einstufen, obwohl sie möglicherweise deutlich unter den Vorgaben liegen. Die Berechnung von Konfidenzintervallen für Quantile geschieht über Delta-Methoden, die ebenfalls schlechte Resultate liefern (in Form einer zu geringen empirischen Signifikanz linksseiter Intervalle). Im Folgenden werden Verallgemeinerungen der Bootstrap- und Jackknife- Biaskorrektur vorgestellt, welche nicht nur versuchen den Bias zu beseitigen, sondern direkt den mittleren quadratischen Fehler des Schätzers weitestgehend zu reduzieren. Simulationsstudien zeigen, dass dies für geringe Stichprobenumfänge gelingt. Außerdem wird untersucht, inwiefern die Methode in Kombination mit der Bootstrap-Quantil-Methode einen verbesserten Intervallschätzer für Quantile liefert. Dabei werden simulierte Daten betrachtet, deren Parameter repräsentativ für Lebensdauerverteilungen von sicherheitsrelevanten Bauteilen sind.
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.
Reliable methods for the analysis of tolerance-affected analog circuits are of great importance in nowadays microelectronics. It is impossible to produce circuits with exactly those parameter specifications proposed in the design process. Such component tolerances will always lead to small variations of a circuit’s properties, which may result in unexpected behaviour. If lower and upper bounds to parameter variations can be read off the manufacturing process, interval arithmetic naturally enters the circuit analysis area. This paper focuses on the frequency-response analysis of linear analog circuits, typically consisting of current and voltage sources as well as resistors, capacitances, inductances, and several variants of controlled sources. These kind of circuits are still widely used in analog circuit design as equivalent circuit diagrams for representing in certain application tasks Interval methods have been applied to analog circuits before. But yet this was restricted to circuit equations only, with no interdependencies between the matrix elements. But there also exist formulations of analog circuit equations containing dependent terms. Hence, for an efficient application of interval methods, it is crucial to regard possible dependencies in circuit equations. Part and parcel of this strategy is the handling of fill-in patterns for those parameters related to uncertain components. These patterns are used in linear circuit analysis for efficient equation setup. Such systems can efficiently be solved by successive application of the Sherman-Morrison formula. The approach can also be extended to complex-valued systems from frequency domain analysis of more general linear circuits. Complex values result here from a Laplace transform of frequency-dependent components like capacitances and inductances. In order to apply interval techniques, a real representation of the linear system of equations can be used for separate treatment of real and imaginary part of the variables. In this representation each parameter corresponds to the superposition of two fill-in patterns. Crude bounds – obtained by treating both patterns independently – can be improved by consideration of the correlations to tighter enclosures of the solution. The techniques described above have been implemented as an extension to the toolbox Analog Insydes, an add-on package to the computer algebra system Mathematica for modeling, analysis, and design of analog circuits.
The paper at hand presents a slender body theory for the dynamics of a curved inertial viscous Newtonian ber. Neglecting surface tension and temperature dependence, the ber ow is modeled as a three-dimensional free boundary value problem via instationary incompressible Navier-Stokes equations. From regular asymptotic expansions in powers of the slenderness parameter leading-order balance laws for mass (cross-section) and momentum are derived that combine the unrestricted motion of the ber center-line with the inner viscous transport. The physically reasonable form of the one-dimensional ber model results thereby from the introduction of the intrinsic velocity that characterizes the convective terms.
We give an analytical and geometrical treatment of what it means to sepa rate a Gaussian kernel along arbitrary axes in Rn, and we present a separation scheme that allows to efficiently implement anisotropic Gaussian convolution filters in arbitrary dimension. Based on our previous analysis we show that this scheme is optimal with regard to the number of memory accesses and nterpolation operations needed. Our method relies on non-orthogonal convolution axes and works com- pletely in image space. Thus, it avoids the need for an FFT-subroutine. Depending on the accuracy and speed requirements, different interpolation schemes and methods to implement the one-dimensional Gaussian (FIR, IIR) can be integrated. The algorithm is also feasible for hardware that does not contain a floating-point unit. Special emphasis is laid on analyzing the performance and accuracy of our method. In particular, we show that withot any special optimization of the source code, our method can perform anisotropic Gaussian filtering faster than methods relyin on the Fast Fourier Transform.
Im vorliegenden Bericht werden die Erfahrungen und Ergebnisse aus dem Projekt OptCast zusammengestellt. Das Ziel dieses Projekts bestand (a) in der Anpassung der Methodik der automatischen Strukturoptimierung für Gussteile und (b) in der Entwicklung und Bereitstellung von gießereispezifischen Optimierungstools für Gießereien und Ingenieurbüros. Gießtechnische Restriktionen lassen sich nicht vollständig auf geometrische Restriktionen reduzieren, da die lokalen Eigenschaften nicht nur von der geometrischen Form des Gussteils, sondern auch vom verwendeten Material abhängen. Sie sind jedoch über eine Gießsimulation (Erstarrungssimulation und Eigenspannungsanalyse) adäquat erfassbar. Wegen dieser Erkenntnis wurde ein neuartiges Topologieoptimierungsverfahren unter Verwendung der Level-Set-Technik entwickelt, bei dem keine variable Dichte des Materials eingeführt wird. In jeder Iteration wird ein scharfer Rand des Bauteils berechnet. Somit ist die Gießsimulation in den iterativen Optimierungsprozess integrierbar.
Die Erprobung neuer Fahrzeugachsen oder Achsvarianten auf Basis von Lastdaten aus dem Fahrbetrieb erfolgt meist mit Hilfe komplexer mehrkanaliger Prüfstände. Bei solchen Erprobungen sollen im Allgemeinen die im Fahrbetrieb gemessenen Radnabenkräfte und Momente vom Prüfstand reproduziert werden. Aufgrund der komplexen Wechselwirkungen zwischen Prüfling und Prüfmaschine stellt sich bei jedem neuen Konzept die Frage, ob der gewünschte Test mit einem vorgegebenen Prüfsystemaufbau durchführbar ist, bzw. welche Konfiguration des Prüfsystems für den geplanten Test geeignet erscheint. In dieser Arbeit wird die Modellierung eines neuartigen Achsprüfsystemkonzeptes beschrieben, das auf zwei Hexapoden basiert. Die Modellierung umfasst neben der geometrischen Anordnung des Prüfsystems auch die Hydraulik sowie den internen Controller. Das Prüfsystemmodell wurde als so genanntes Template innerhalb des Fahrzeugsimulationsprogramms ADAMS/Car entwickelt und kann mit verschiedenen Achsmodellen zu einem Gesamtsystem gekoppelt werden. An diesem Gesamtmodell können alle am realen Prüfsystem auftretenden Arbeitsschritte wie Controllereinstellung, Drive-File-Iteration und Simulation durchgeführt werden. Geometrische oder hydraulische Parameter können auf einfache Weise geändert werden, um eine optimale Anpassung des Prüfsystems an den Prüfling und die vorgegebenen Lastdaten zu ermöglichen. Das im Rahmen des Projektes entwickelte Modell unterstützt und begleitet einerseits die Einführung des neuen Achsprüfsystemkonzeptes und kann andererseits zur virtuellen Vorbereitung von Testläufen eingesetzt werden. Am Beispiel einer Vorder- und einer Hinterachse wird die allgemeine Vorgehensweise erläutert und die neuen Möglichkeiten aufgezeigt, die sich durch die Prüfsystemsimulation ergeben.
Im diesem Dokument werden Aspekte der formalen zeitlichen Planung bzw. des Scheduling für Bauprojekte anhand ausgewählter Literatur diskutiert. Auf allgemeine Aspekte des Scheduling soll dabei nicht eingegangen werden. Hierzu seien als Standard-Referenzen nur Brucker (2004) und Pinedo (1995) genannt. Zu allgemeinen Fragen des Projekt-Managements sei auf Kerzner (2003) verwiesen. Im Abschnitt 1 werden einige Anforderungen und Besonderheiten der Planung von Baustellen diskutiert. Diese treten allerdings auch in zahlreichen anderen Bereichen der Produktionsplanung und des Projektmanagements auf. In Abschnitt 2 werden dann Aspekte zur Formalisierung von Scheduling-Problemen in der Bauwirtschaft diskutiert, insbesondere Ziele und zu berücksichtigende Restriktionen. Auf eine mathematische Formalisierung wird dabei allerdings verzichtet. Abschnitt 3 bietet eine Übersicht über Verfahren und grundlegende Techniken für die Berechnung von Schedules. In Abschnitt 4 wird ein Überblick über vorhandene Software, zum einen verbreitete Internationale Software, zum anderen deutschsprachige Branchenlösungen, gegeben. Anschließend werden Schlussfolgerungen gezogen und es erfolgt eine Auflistung der Literaturquellen.
Elementare Finanzmathematik
(2002)
Im Rahmen dieser Arbeit soll eine elementar gehaltene Einführung in die Aufgabenstellungen und Prinzipien der modernen Finanzmathematik gegeben werden. Insbesondere werden die Grundlagen der Modellierung von Aktienkursen, der Bewertung von Optionen und der Portfolio-Optimierung vorgestellt. Natürlich können die verwendeten Methoden und die entwickelte Theorie nicht in voller Allgemeinheit für den Schuluntericht verwendet werden, doch sollen einzelne Prinzipien so heraus gearbeitet werden, dass sie auch an einfachen Beispielen verstanden werden können.
»Denn nichts ist für den Menschen als Menschen etwas wert, was er nicht mit Leidenschaft tun kann«
(2001)
Vortrag anlässlich der Verleihung des Akademiepreises des Landes Rheinland-Pfalz am 21.11.2001 Was macht einen guten Hochschullehrer aus? Auf diese Frage gibt es sicher viele verschiedene, fachbezogene Antworten, aber auch ein paar allgemeine Gesichtspunkte: es bedarf der »Leidenschaft« für die Forschung (Max Weber), aus der dann auch die Begeisterung für die Lehre erwächst. Forschung und Lehre gehören zusammen, um die Wissenschaft als lebendiges Tun vermitteln zu können. Der Vortrag gibt Beispiele dafür, wie in angewandter Mathematik Forschungsaufgaben aus praktischen Alltagsproblemstellungen erwachsen, die in die Lehre auf verschiedenen Stufen (Gymnasium bis Graduiertenkolleg) einfließen; er leitet damit auch zu einem aktuellen Forschungsgebiet, der Mehrskalenanalyse mit ihren vielfältigen Anwendungen in Bildverarbeitung, Materialentwicklung und Strömungsmechanik über, was aber nur kurz gestreift wird. Mathematik erscheint hier als eine moderne Schlüsseltechnologie, die aber auch enge Beziehungen zu den Geistes- und Sozialwissenschaften hat.
To simulate the influence of process parameters to the melt spinning process a fiber model is used and coupled with CFD calculations of the quench air flow. In the fiber model energy, momentum and mass balance are solved for the polymer mass flow. To calculate the quench air the Lattice Boltzmann method is used. Simulations and experiments for different process parameters and hole configurations are compared and show a good agreement. Keywords: Melt spinning, fiber model, Lattice Boltzmann, CFD.