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Zum Tragverhalten von Stahlbetonsandwichelementen mit stiftförmigen Verbundmitteln (2018)

Torsten Weiler

Sandwichelemente aus Stahlbeton genügen zahlreichen Ansprüchen hinsichtlich energetischer, wirtschaftlicher, architektonischer und gestalterischer Gesichtspunkte sowie tragfähiger Konstruktionen. Neben Sandwichwänden können Sandwichelemente auch als biegebeanspruchte Bauteile wie Sandwichdecken oder Sandwichdächer eingesetzt werden. Das große Potential solcher Elemente kann jedoch aufgrund fehlender Kenntnisse bezüglich des Last-Verformungs-Verhaltens bisher nicht ausgeschöpft werden. Das Tragverhalten von Stahlbetonsandwichelementen wird maßgeblich durch die Rissbildung in den Betonschichten beeinflusst. Während die Berücksichtigung der Rissbildung beispielsweise bei der Verformungsberechnung von biegebeanspruchten Stahlbetonbauteilen schon intensiv erforscht wurde und realitätsnah beschrieben werden kann, steht die Entwicklung einer abschnittsweisen Berücksichtigung der reduzierten Dehn- und Biegesteifigkeiten infolge der Rissbildung für biegebeanspruchte Sandwichelemente aufgrund der höheren Komplexität noch am Anfang. Bisher existieren nur Modelle, die die Rissbildung im Beton von Sandwichelementen für die Berechnung der Teilschnittgrößen und der Verformung näherungsweise berücksichtigen. Die Anwendung dieser Rissmodelle ist aber aufgrund verschiedener Annahmen und Vereinfachungen, die diesen Modellen zugrunde liegen, für die in dieser Arbeit untersuchten Sandwichelemente mit Stahlbetontragschichten nicht geeignet. Mithilfe eines realitätsnahen Ansatzes zur Bestimmung des Schubmoduls eines Dämmstoffes, der Auswahl eines geeigneten Verfahrens zur Berechnung des Last- Verformungs-Verhaltens eines Stahlbetonbauteils einschließlich der Berücksichtigung der Rissbildung sowie eines Modellvorschlags zur Nachrechnung der Schubversuche an Sandwichelementen wird ein eigenes Ingenieurmodell zur Nachrechnung des Last- Verformungs-Verhaltens von biegebeanspruchten Sandwichelementen entwickelt. Aufbauend auf diesem Ingenieurmodell erfolgt die Erstellung eines Berechnungswerkzeuges. Anhand der Nachrechnung zahlreicher Versuchsergebnisse kann gezeigt werden, dass mit diesem Berechnungswerkzeug eine sehr gute Übereinstimmung der rechnerisch ermittelten mit den im Versuch bestimmten Last-Verformungs-Kurven erzielt werden kann. Das neue Ingenieurmodell berücksichtigt sowohl die reduzierten Dehn- und Biegesteifigkeiten infolge der Rissbildung als auch abschnittsweise unterschiedlich große Schubsteifigkeiten der Kernschicht, die sich aus der Anordnung von stiftförmigen Verbundmitteln ergeben. Basierend auf dem Ingenieurmodell sowie den umfangreichen experimentellen Untersuchungen zum Last-Verformungs-Verhalten von Sandwichelementen wird ein Berechnungswerkzeug sowie ein Bemessungskonzept für Stahlbetonsandwichelemente mit stiftförmigen Verbundmitteln vorgestellt. Damit konnte ein Fortschritt erzielt und die Grundlage für den Einsatz von Sandwichelementen mit Stahlbetontragschichten sowie einer Kernschicht aus Dämmstoffplatten und stiftförmigen Verbundmitteln gelegt werden.

On the Characters of the Syolw \(2\)-Subgroup of \(F_4(2^n)\) and Decomposition Numbers (2018)

Ulrike Faltings

In this thesis, we deal with the finite group of Lie type \(F_4(2^n)\). The aim is to find information on the \(l\)-decomposition numbers of \(F_4(2^n)\) on unipotent blocks for \(l\neq2\) and \(n\in \mathbb{N}\) arbitrary and on the irreducible characters of the Sylow \(2\)-subgroup of \(F_4(2^n)\). S. M. Goodwin, T. Le, K. Magaard and A. Paolini have found a parametrization of the irreducible characters of the unipotent subgroup \(U\) of \(F_4(q)\), a Sylow \(2\)-subgroup of \(F_4(q)\), of \(F_4(p^n)\), \(p\) a prime, for the case \(p\neq2\). We managed to adapt their methods for the parametrization of the irreducible characters of the Sylow \(2\)-subgroup for the case \(p=2\) for the group \(F_4(q)\), \(q=p^n\). This gives a nearly complete parametrization of the irreducible characters of the unipotent subgroup \(U\) of \(F_4(q)\), namely of all irreducible characters of \(U\) arising from so-called abelian cores. The general strategy we have applied to obtain information about the \(l\)-decomposition numbers on unipotent blocks is to induce characters of the unipotent subgroup \(U\) of \(F_4(q)\) and Harish-Chandra induce projective characters of proper Levi subgroups of \(F_4(q)\) to obtain projective characters of \(F_4(q)\). Via Brauer reciprocity, the multiplicities of the ordinary irreducible unipotent characters in these projective characters give us information on the \(l\)-decomposition numbers of the unipotent characters of \(F_4(q)\). Sadly, the projective characters of \(F_4(q)\) we obtained were not sufficient to give the shape of the entire decomposition matrix.

Einfluss von Sauerstoff auf die Polymerisation von Rotweinpigmenten (2018)

Patrick Nickolaus

Wird Rotwein im Holzfass gelagert, kommt es meist zu einer Intensivierung und Stabilisierung der Weinfarbe. Ursache ist der durch die Fassdauben diffundierende Sauerstoff, der Ethanol zu Acetaldehyd oxidiert. Dieses bildet Ethylidenbrücken zwischen Anthocyanen und Flavanolen, wodurch intensiv violett gefärbte Pigmente entstehen. Bisher wurden nur die dimeren ethyliden-verbrückten Anthocyan-Flavanol Addukte umfassend erforscht, die jedoch im Wein nicht stabil sind und zu Folgeprodukten reagieren. Deren Struktur ist bisher wenig erforscht. Ein Ziel dieser Arbeit bestand daher darin, die Reaktionsprodukte der ethyliden-verbrückten Anthocyan-Flavanol Dimere im Rotwein zu untersuchen. Dabei wurden erstmals Polyphenoladdukte mit bis zu drei Ethylidenbrücken massenspektrometrisch nachgewiesen. Dies zeigt, dass Weinpigmente durch die Bildung mehrerer Ethylidenbrücken polymerisieren können. Es wurden außerdem mehrere Pigmente gefunden, bei denen ein Anthocyan über zwei Ethylidenbrücken mit anderen Polyphenolen verbunden war. Dies widerlegt die bisherige Annahme, dass sich Anthocyane nur in terminalen Positionen eines polymeren Pigments befinden können. Durch die Quantifizierung ethyliden-verbrückter Di- und Trimere mittels Massenspektrometer wurde deutlich, dass diese Pigmente in höheren Konzentrationen im Rotwein vorliegen als bisher publiziert. Es zeigte sich außerdem, dass bis zu 50 % der durch den Sauerstoff bewirkten Abnahme von Anthocyanen und Flavanolen auf die Bildung ethyliden-verbrückter Di- und Trimere, sowie Vitisin B zurückführen lassen. Heute werden in der Weinbereitung häufig Edelstahltanks eingesetzt, bei denen es, anders als in Holzfässern, kaum zu Sauerstoffeinträgen kommt. Eine Farbstabilisierung kann somit nicht stattfinden. Dem Rotwein können stattdessen durch das Verfahren der Mikrooxygenierung geringe Mengen Sauerstoff kontrolliert zugesetzt werden. Bei manchen Weinen führt dies jedoch zu einer verringerten Farbintensität statt zu einer Farbvertiefung. Anhand der insgesamt 21 im Rahmen dieser Arbeit untersuchten Weine zeigte sich, dass Sauerstoff nur dann zu einer intensiveren Weinfarbe führt, wenn das Verhältnis von Tanninen zu Anthocyanen (TAV) unter einem Wert von 3 lag. Die Zunahme der Farbintensität war außerdem negativ mit den spektralphotometrisch zu bestimmenden kleinen (SPP) und großen polymeren Pigmenten (LPP) korreliert, sodass Sauerstoff nur bei geringen Konzentrationen dieser Pigmente zu höheren Farbintensitäten führte. Zudem wurde während der Mikrooxygenierung keine weitere Intensivierung der Weinfarbe erzielt, wenn der Gehalt der LPP den der SPP überstieg. Da LPP aufgrund ihrer Molekülgröße auch eine geringere Löslichkeit aufweisen, sollte ihre übermäßige Bildung vermieden werden. Die Bestimmung von TAV, SPP und LPP erlaubt es somit, die Wirkung von Sauerstoff auf die Weinfarbe vor der Anwendung der Mikrooxygenierung einschätzen und den Sauerstoffzusatz zu beenden, wenn aufgrund der analytischen Daten eine weitere Steigerung der Farbintensität nicht zu erwarten ist. In einem weiteren Teil der Arbeit wurde untersucht, wie sich die Mikrooxygenierung auf die Lagerfähigkeit der Rotweine auswirkt, da Sauerstoff zu einer beschleunigten Reifung führen kann. Dabei zeigte sich, dass die Farbe des mikrooxygenierten Weines auch nach einer 12-monatigen Flaschenlagerung noch stabiler war als in der entsprechenden Kontrollvariante und der Effekt damit nachhaltig. In Geruch und Geschmack unterschied sich der mikrooxygenierte Wein hingegen nicht von der Kontrolle. Mikrooxygenierte Weine sind damit ebenso lagerfähig, wie ohne Sauerstoffzugabe erzeugte Weine.

The Influence of the Trans-European Transport Networks and European Territorial Cooperation on Cross-Border Transport (2018)

Beate Dorothea Caesar

European economic, social and territorial cohesion is one of the fundamental aims of the European Union (EU). It seeks to both reduce the effects of internal borders and enhance European integration. In order to facilitate territorial cohesion, the linkage of member states by means of efficient cross-border transport infrastructures and services is an important factor. Many cross-border transport challenges have historically existed in everyday life. They have hampered smooth passenger and freight flows within the EU. Two EU policies, namely European Territorial Cooperation (ETC) and the Trans-European Transport Networks (TEN-T), promote enhancing cross-border transport through cooperation in soft spaces. This dissertation seeks to explore the influence of these two EU policies on cross-border transport and further European integration. Based on an analysis of European, national and cross-border policy and planning documents, surveys with TEN-T Corridor Coordinators and INTERREG Secretariats and a high number of elite interviews, the dissertation will investigate how the objectives of the two EU policies were formally implemented in both soft spaces and the EU member states as well as which practical implementations have taken place. Thereby, the initiated Europeanisation and European integration processes will be evaluated. The analysis is conducted in nine preliminary case studies and two in-depth case studies. The cases comprise cross-border regions funded by the ETC policy that are crossed by a TEN-T corridor. The in-depth analysis explores the Greater Region Saar-Lor-Lux+ and the Brandenburg-Lubuskie region. The cases are characterised by different initial situations. The research determined that the two EU policies support cross-border transport on different levels and, further, that they need to be better intertwined in order to make effective use of their complementarities. Moreover, it became clear that the EU policies have a distinct influence on domestic policy and planning documents of different administrative levels and countries as well as on the practical implementation. The final implementation of the EU objectives and the cross-border transport initiatives was strongly influenced by the member states’ initial situations – particularly, the regional and local transport needs. This dissertation concludes that the two EU policies cannot remove the entirety of the cross-border transport-related challenges. However, in addition to their financial investments in concrete projects, they promote the importance of cross-border transport and facilitate cooperation, learning and exchange processes. These are all of high relevance to cross-border transport development, driven by member states, as well as to further European integration. The dissertation recommends that the transport planning competences of the EU in addition to the TEN-T network should not be enlarged in the future, but rather further transnational transport development tasks should be decentralised to transnational transport planning committees that are aware of regional needs and can coordinate a joint transport development strategy. The latter should be implemented with the support of additional EU funds for secondary and tertiary cross-border connections. Moreover, the potential complementarities of the transnational regions and transport corridors as well as the two EU policy fields should be made better use of by improving communication. This means that soft spaces, the TEN-T and ETC Policy as well as the domestic transport ministries and the domestic administrations that are responsible for the two EU policies need to intensify their cooperation. Furthermore, a focus of future ETC projects on topics that are of added value for the whole cross-border region or else that can be applied in different territorial contexts is recommended rather than investing in small-scale scattered expensive infrastructures and services that are only of benefit for a small part of the region. Additionally, the dissemination of project results should be enhanced so that the developed tools can be accessed by potential users and benefits become more visible to a wider society, despite the fact that they might not be measurable in numbers. In addition, the research points at another success factor for more concrete outputs: the frequent involvement of transport and spatial planners in transnational projects could increase the relation to planning practice. Besides that, advanced training regarding planning culture could reduce cooperation barriers.

Untersuchungen zur Acrylamid- und Acrolein-Exposition mittels Lebensmittel- und Humanbiomonitoring (2018)

Meike Rünz

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit den hitzeinduzierten Lebensmittelkontaminanten Acrylamid und Acrolein. Acrylamid entsteht vorwiegend im Rahmen der Maillard-Reaktion beim Erhitzen von Lebensmitteln aus reduzierenden Zuckern und Aminosäuren (Mottram et al., 2002), wohingegen eine thermisch induzierte Acrolein-Bildung bisher vor allem in Fetten und Ölen beschrieben wurde (Ewert et al., 2014). Sowohl für Acrylamid als auch für Acrolein sind toxische Wirkungen nachgewiesen, sodass eine Expositionsabschätzung nötig ist, um eine Risikobewertung vornehmen zu können. Zur Abschätzung der Acrylamid-Exposition empfahl die European Food Safety Authority (EFSA) die Durchführung von Duplikatstudien, bei denen eine Bestimmung der Acrylamid-Gehalte in den verzehrfertigen Mahlzeiten (Duplikaten) erfolgen sollte, um genauere Informationen zu den Acrylamid-Gehalten von im Haushalt zubereiteten Lebensmitteln zu erhalten. Eine Analyse von Acrylamid-Metaboliten im Urin der Probanden der Duplikatstudien sollte zur Validierung der Biomarker erfolgen (EFSA, 2015). Eine entsprechend konzipierte neuntägige Humanstudie (I) wurde mit 14 Probanden unter Vorgabe eines Ernährungsplans in einer kontrollierten Umgebung durchgeführt. Die Auswertung dieser Studie erfolgte im Rahmen dieser Arbeit und ermöglichte es die Acrylamid-assoziierten Mercaptursäuren N-Acetyl-S-(2-carbamoylethyl)-L-cystein (AAMA) und N-Acetyl-S-(2-carbamoyl-2-hydroxyethyl)-L-cystein (GAMA) als Biomarker der alimentären Acrylamid-Exposition zu validieren. Zusätzlich gab die Humanstudie Hinweise auf das Vorliegen eines Basislevels der AAMA- und GAMA-Ausscheidung, welches möglicherweise auf einer endogenen Acrylamid-Bildung beruhte. Ein weiterer Schwerpunkt dieser Arbeit stellte die Bestimmung der Acrolein-assoziierten Mercaptursäuren N-Acetyl-S-(3-hydroxypropyl)-L-cystein (HPMA) und N-Acetyl-S-(2-carboxyethyl)-L-cystein (CEMA) im Urin der Probanden der Humanstudie I sowie im Urin der Probanden einer weiteren Humanstudie (II) dar. Die Ausscheidung dieser Biomarker der Acrolein-Exposition wurde im Zusammenhang mit der Aufnahme von hocherhitzten Lebensmitteln betrachtet. Bei Humanstudie II handelte es sich um eine Studie, die mit Gemischtköstlern (n = 10) und Veganern (n = 10) über einen Zeitraum von zehn Tagen durchgeführt wurde. Anders als in Humanstudie I behielten die Probanden während des Studienzeitraums ihre Lebens- und Ernährungsgewohnheiten bei. Es zeigte sich bei Humanstudie I sowie Humanstudie II kein Zusammenhang zwischen der Ausscheidung der Acrolein-assoziierten Mercaptursäuren HPMA und CEMA und der Aufnahme von hocherhitzten Lebensmitteln. Unter kontrollierten Bedingungen (Humanstudie I) wurde eine konstante HPMA- und CEMA-Ausscheidung (Basislevel) beobachtet, wohingegen unter free living Bedingungen (Humanstudie II) zum Teil eine deutlich höhere HPMA- und CEMA-Ausscheidung nachgewiesen wurde. Dies legte den Einfluss einer nicht-alimentären exogenen Acrolein-Exposition auf die HPMA- und CEMA-Ausscheidung nahe.

Readout Concepts for Label-Free Biomolecule Detection with Advanced ISFET and Silicon Nanowire Biosensors (2018)

Thanh Chien Nguyen

Field-effect transistor (FET) sensors and in particular their nanoscale variant of silicon nanowire transistors are very promising technology platforms for label-free biosensor applications. These devices directly detect the intrinsic electrical charge of biomolecules at the sensor’s liquid-solid interface. The maturity of micro fabrication techniques enables very large FET sensor arrays for massive multiplex detection. However, the direct detection of charged molecules in liquids faces a significant limitation due to a charge screening effect in physiological solutions, which inhibits the realization of point-of-care applications. As an alternative, impedance spectroscopy with FET devices has the potential to enable measurements in physiological samples. Even though promising studies were published in the field, impedimetric detection with silicon FET devices is not well understood. The first goal of this thesis was to understand the device performances and to relate the effects seen in biosensing experiments to device and biomolecule types. A model approach should help to understand the capability and limitations of the impedimetric measurement method with FET biosensors. In addition, to obtain experimental results, a high precision readout device was needed. Consequently, the second goal was to build up multi-channel, highly accurate amplifier systems that would also enable future multi-parameter handheld devices. A PSPICE FET model for potentiometric and impedimetric detection was adapted to the experiments and further expanded to investigate the sensing mechanism, the working principle, and effects of side parameters for the biosensor experiments. For potentiometric experiments, the pH sensitivity of the sensors was also included in this modelling approach. For impedimetric experiments, solutions of different conductivity were used to validate the suggested theories and assumptions. The impedance spectra showed two pronounced frequency domains: a low-pass characteristic at lower frequencies and a resonance effect at higher frequencies. The former can be interpreted as a contribution of the source and double layer capacitances. The latter can be interpreted as a combined effect of the drain capacitance with the operational amplifier in the transimpedance circuit. Two readout systems, one as a laboratory system and one as a point-of-care demonstrator, were developed and used for several chemical and biosensing experiments. The PSPICE model applied to the sensors and circuits were utilized to optimize the systems and to explain the sensor responses. The systems as well as the developed modelling approach were a significant step towards portable instruments with combined transducer principles in future healthcare applications.

Experimentelle Charakterisierung und rechnerische Vorhersage der mechanischen Eigenschaftten strukturell vernähter Multiaxialgelege-Laminate (2013)

Henrik Schmidt

Durch das Vernähen trockener Faservorformlinge vor der Harzinjektion werden vielfältige Möglichkeiten eröffnet, um Faser-Kunststoff-Verbund-Strukturen gewichtsoptimiert und gleichzeitig kostengünstig herzustellen. Durch die im Vergleich zur Prepreg-Technik innovativere Prozesskette sind auch komplexe Geometrien, wie sie beispielsweise in Lasteinleitungsbereichen vorliegen, automatisiert fertigbar. Die Einbringung von strukturellen Vernähungen in Laminatdickenrichtung kann insbesondere in Strukturbereichen mit dreidimensionalen Spannungszuständen die Delaminationsgefahr durch eine Steigerung der interlaminaren Eigenschaften abmindern und die Schadenstoleranz steigern. Allerdings erfordert eine vermehrte Anwendung der Nähtechnik in der industriellen Praxis auch die Bereitstellung dreidimensionaler mechanischer Werkstoffkennwerte, die im Konstruktions- und Auslegungsprozess benötigt werden. Im Rahmen dieser Arbeit wurden kohlenstofffaserverstärkte Multiaxialgelege-Laminate, die im Flugzeugbau angewandt werden, strukturell vernäht und die durch den Nähprozess entstehenden Reinharzgebiete sowie die Veränderung des relativen Faservolumengehaltes erfasst. Bei der Bestimmung von intralaminaren Zug- und Druckkennwerten wurden die Auswirkungen der Vernähung auch auf die Kerbdruckeigenschaften untersucht. Zur Bestimmung von Elastizitäts- und Festigkeitskenngrößen bei einer Zugbelastung senkrecht zur Laminatebene wurde ein Versuchskonzept erarbeitet und die Potentiale der eingebrachten strukturellen Vernähung ermittelt. Darüber hinaus wurden die Auswirkungen der strukturellen Vernähung auf die interlaminaren Schubfestigkeiten charakterisiert. Auch der Einfluss des Nähprozesses auf die mechanischen Eigenschaften der verwendeten E-Glas-Garne wurde experimentell erfasst. Die Versuchsergebnisse zeigten Reduktionen der intralaminaren Kennwerte um bis zu 12 %, bei den Kerbdruckversuchen wurden teilweise Steigerungen des Kerbfaktors festgestellt, die bis zu 9 % betrugen. Der Zug-Elastizitätsmodul senkrecht zur Laminatebene wurde generell gesteigert, im Maximum um 8 %. Für die Zugfestigkeit wurden leichte Steigerungen um 4 %, aber auch Abnahmen um bis zu 12 % beobachtet. Bei der interlaminaren Schubfestigkeit waren durchgehend Steigerungen festzustellen, die maximal 11 % betrugen. Der Elastizitätsmodul und die Festigkeit des Nähgarns wurden infolge des Nähprozess um bis 22 % bzw. 42 % verringert. Der praxisgerechte Einsatz der strukturellen Nähtechnik erfordert neben fundierten Werkstoffkennwerten auch Simulationswerkzeuge, die die Auswirkungen der 3DVerstärkung abschätzen können. Somit könnte durch eine Vorauswahl geeigneter Nähmuster der Aufwand für eine kosten- und zeitintensive Materialcharakterisierung reduziert werden. Hierzu wurde auf ein parametrisch gesteuertes Finite-Elemente- Einheitszellenmodell zur Vorhersage von intralaminaren Elastizitäts- und –Festigkeitskenngrößen zurückgegriffen und dieses um die Vorhersage von Elastizitäts- und Zugfestigkeitskenngrößen senkrecht zur Laminatebene erweitert. Im Rahmen der Modellvalidierung und -kalibrierung wurden intensive Untersuchungen hinsichtlich geeigneter Randbedingungen und mikromechanischer Ansätze zur Beschreibung der unidirektionalen Einzelschicht des Laminats durchgeführt. Die mit dem weiterentwickelten Einheitszellenmodell abgeschätzten mechanischen Kennwerte zeigten gute Übereinstimmungen mit experimentellen Ergebnissen.

Teilsignalisierung von Knotenpunkten - Untersuchungen zu Verkehrsablauf und Einsatzmöglichkeiten - (2018)

Johannes Roos

Die vorliegende Dissertation beschäftigt sich mit Verkehrsablauf und Einsatzmöglichkeiten teilsignalisierter Knotenpunkte. An diesen sind nicht sämtliche, sondern nur bestimmte Verkehrsströme signaltechnisch geregelt. Erste Ansätze, sich dieses Verfahren zu Nutze zu machen, existieren seit den 1950er Jahren. Sie wurden ständig weiterentwickelt und schließlich nach Abschluss eines Forschungsprojektes der Bundesanstalt für Straßenwesen zu Nutzen, Kosten und Sicherheit Bestandteil der Richtlinien für Lichtsignalanlagen der FGSV (Neuauflage 2010). Der Stand in Wissenschaft und Umsetzung im In- und Ausland weist dennoch bis heute Lücken auf. Für eine flächendeckende, praktische Realisierung fehlt es weiterhin an gesicherten Kenntnissen. Hier setzt diese Arbeit mit ihrem mehrstufigen Ansatz aus Literaturrecherche, Empirie, Mikrosimulation und konkreten Umsetzungsempfehlungen an. Auf Basis der Literatur über signalisierte und unsignalisierte Knoten wurden Überlegungen zum Verkehrsablauf an teilsignalisierten Lösungen angestellt. Die Vermutung, dass sich dieser aus Elementen beider Grundverfahren zusammensetzt, die jedoch anderen Randbedingungen unterliegen, konnte verifiziert werden. In einem ersten Schritt wurden teilsignalisierte Knotenpunkte hinsichtlich der Anzahl und Lage der Signalgeber bzw. der signaltechnisch gesicherten Verkehrsbeziehungen typisiert. Es konnten an Einmündungen und Kreuzungen drei empfehlenswerte Fälle der Teilsignalisierung identifiziert werden: - Teilsignalisierung ohne Fußgängerfurten - Teilsignalisierung mit Fußgängerfurt in der linken Zufahrt - Teilsignalisierung mit Fußgängerfurt in der rechten Zufahrt Diese bilden mit zuvor definierten Ausbaustandards, die Fahrstreifenaufteilungen – insbesondere das Vorhandensein von Linksabbiegestreifen in den Zufahrten – am Knotenpunkt berücksichtigen, die Grundlage für die Erstellung von Modellknoten, die in der weiteren Arbeit relevant sind. Da keine empirischen Untersuchungen über den Verkehrsablauf derartiger Knoten vorlagen, wurden in zwei Feldversuchen hierzu wichtige Kenngrößen an Einmündungen ermittelt. Es zeigte sich dabei, dass lange Wartezeiten vor allem für Linkseinbieger reduziert werden konnten. In der Gesamtbilanz wiegen diese Zeit- und Sicherheitsgewinne die leicht gestiegenen Wartezeiten in der Hauptrichtung auf. Der Fahrzeugabfluss in der Nebenrichtung konnte signifikant gesteigert werden, auch wenn die Zeitbedarfswerte einer Vollsignalisierung nicht erreicht wurden. Dies lag an einem Zögern der Verkehrsteilnehmer an der Haltlinie. Die Zeitlückenverteilung im Hauptstrom entspricht nicht mehr der sonst angenommenen negativen Exponentialverteilung, da durch die Signalisierung eine starke Pulkbildung entsteht. Es kommt zu so genannten Überzufälligkeiten mit vermehrt kleineren Lücken. Während der Mikrosimulation wurde nach dem „ceteris paribus“ Prinzip pro Ablauf immer nur eine Variable verändert. Somit konnten detailliert die Effekte der gewählten Einflussgrößen abgebildet werden. Es erfolgte eine Untersuchung der definierten Modellknotenpunkte mit der Software VISSIM bezüglich der Einflussfaktoren: - Ausbaustandard (Linksabbiegestreifen) - Fälle der Teilsignalisierung - Signalprogramme - Verkehrsstärken Es wurden Diagramme zur Bestimmung der mittleren Verlustzeiten in Abhängigkeit der Verkehrsstärken in Haupt- und Nebenrichtung sowie Matrizen zur Bestimmung der Einsatzgrenzen entwickelt. Für Kreuzungen konnten im Gegensatz zu Einmündungen nur geringe positive Effekte ermittelt werden. Die Einsatzmöglichkeiten sind maßgeblich abhängig vom Ausbaustandard, Teilsignalisierungsfall und Signalprogramm. Die Teilsignalisierung deckt wie vermutet den Übergangsbereich zwischen konventioneller Vorfahrtregelung und Vollsignalisierung ab. Hierfür wurde der wissenschaftliche Beweis erbracht. Ergänzt werden die Betrachtungen durch die Möglichkeiten zur Integration des Fußverkehrs. In der Hauptrichtung ist eine gesicherte Fußgängerführung in Abhängigkeit vom gewählten Teilsignalisierungsfall nur in jeweils einem Ast realisierbar. Die Nebenrichtung lässt allerdings keine gesicherte Querung zu. Diese Problematik verstärkt sich an Kreuzungen durch das Vorhandensein von zwei Nebenrichtungen, so dass in diesen Fällen eine Teilsignalisierung aus Sicherheitsüberlegungen ebenfalls nicht empfohlen werden kann. Es wurden prinzipielle Führungsmöglichkeiten aufgezeigt und mittels eines Entscheidungsbaumes visualisiert, der die Auswahl geeigneter Teilsignalisierungsformen am Knotenpunkt unterstützt. An Kreisverkehren kann eine Teilsignalisierung unter bestimmten Konstellationen sinnvoll sein, um einerseits die Kapazität einzelner Zufahrten zu erhöhen oder andererseits eine gesicherte Fußgängerführung zu realisieren. Als problematisch haben sich nahezu ungehinderte Zuflüsse erwiesen. Diese treten auf, wenn der Zustrom nur selten durch andere Fahrzeuge auf der Kreisfahrbahn unterbrochen wird. Sie führen zu starker Kolonnenbildung. Die Installation einer LSA kann hier die mangelnden Unterbrechungen künstlich schaffen. Abgerundet wird die Arbeit durch weitere Einsatzmöglichkeiten von Teilsignalisierungen zur Priorisierung von Einzelfahrzeugen oder bestimmter Fahrzeuggruppen im ÖV und Rettungswesen oder zur Räumung von Bahnübergängen.

The Formulation of a Spatial Planning Support System used for the Sustainability Attainment Assessment of the Land Use Planning Process in the Egyptian Cities (2018)

Niveen Ghattas

The research problem is that the land-use (re-)planning process in the existing Egyptian cities does not attain sustainability. This is because of the unfulfillment of essential principles within their land-use structures, lack of harmony between the added and old parts in the cities, and other reasons. This leads to the need for developing an assessment system, which is a computational spatial planning support system-SPSS. This SPSS is used for identifying the degree of sustainability attainment in land-uses plans, predicting probable problems, and suggesting modifications in the evaluated plans. The main goal is to design the SPSS for supporting sustainability in the Egyptian cities. The secondary goals are: studying the Egyptian planning and administrative systems for designing the technical and administrative frameworks for the SPSS, the development of an assessment model from the SPSS for assessing sustainability in land-use structures of urban areas, as well as the identification of the improvements required in the model and the recommendations for developing the SPSS. The theoretical part aims to design each of the administrative and technical frameworks of the SPSS. This requires studying each of the main planning approaches, the sustainability in urban land-use planning, and the significance of using efficient assessment tools for evaluating the sustainability in this process. The added value of the planning support systems-PSSs for planning and their role in supporting sustainability attainment in urban land-use planning are discussed. Then, a group of previous examples in the sustainability assessment from various countries (developed and developing countries) are selected, which have used various assessment tools. This is to extract some learned lessons to be guides for the SPSS. And so, the comprehensive technical framework for the SPSS is designed, which includes the suggested methods and techniques that perform various stages of the assessment process. The Egyptian context is studied regarding the planning and administration systems within the Egyptian cities, as well as the spatial and administrative problems facing the sustainable development. And so, the administrative framework for the SPSS is identified, which includes the entities that should be involved in the assessment process. The empirical part focuses on the design of a selected assessment model from the comprehensive technical framework of the SPSS to be established as a minimized version from it. This model is programmed in the form of a new toolbox within the ArcGIS™ software through geoscripting using Python programming language to be applied for assessing the sustainability attainment in the land-use structure of urban areas. The required assessing criteria for the model specialized for the Egyptian and German cities are identified, for applying it on German and Egyptian study areas. The conclusions regarding each of PSSs, the Egyptian local administration and planning systems, sustainability attainment in the land-use planning process in Egyptian Cities, as well as the proposed SPSS and the developed toolbox are drawn. The recommendations are regarding each of challenges facing the development and application of PSSs, the Egyptian local administration and planning systems, the spatial problems in Egyptian cities, the establishment of the SPSS, and the application of the toolbox. The future agenda is in the fields of sustainable urban land-use planning, planning support science, and the development process in the Egyptian cities.

Experimentelle Untersuchung, Simulation und Materialmodellierung von edelstahlverstärkten Langfaserthermoplasten (2010)

Nikolai Voll

In Zeiten rasant ansteigender Energiepreise wird die Energieeinsparung durch Gewichtsreduzierung bewegter Massen, z. B. im Automobilbau, zunehmend wichtiger. In immer mehr Bereichen des Automobilbaues werden Faser-Kunststoff- Verbunde (FKV) aufgrund ihrer geringen Dichte eingesetzt. Positive Aspekte einer Faserverstärkung von Kunststoffen sind Verbesserungen der Steifigkeit und der Festigkeit. Negativ wirkt sich die Faserverstärkung hingegen auf die Bruchdehnung aus. Je nach eingesetztem FKV kann durch die geringe Bruchdehnung bei einem Crash nur wenig Energie absorbiert werden und es kommt zum strukturellen Versagen. Wegen der günstigen Material- und Verarbeitungskosten werden im Auto- mobilbau häufig langglasfaserverstärkte Thermoplaste (LFT) verwendet. Diese können allerdings aufgrund ihrer suboptimalen Crasheigenschaften in vielen Bereichen des Fahrzeugbaues nicht eingesetzt werden. Die vorliegende Arbeit befasst sich daher mit der Verbesserung der Crasheigenschaften von LFT durch eine Verstärkung mit Metalltextilien. Ziel ist es, den Anwendungsbereich von LFT im Auto- mobilbau zu erweitern. Aufgrund der Erfahrungen in vorangegangenen Arbeiten liegt der Fokus der vorliegenden Arbeit auf den Eigenschaften eines mit Edelstahl- schweißgitter (ESG) verstärkten LFT. Das Material wurde mit einer Vielzahl an Versuchen einer eingehenden mechanischen Charakterisierung unterzogen. Vor der Probenentnahme wurde die herstellungsbedingte Faserorientierung in Plattenebene untersucht. Dies geschah durch die Auswertung von Röntgen- und Durchlicht- aufnahmen. Es wurde eine hochgradige Faserausrichtung in Fließrichtung fest- gestellt. Mit Hilfe der Computertomographie war eine qualitative Untersuchung der lokalen Faserorientierung möglich. Weiterhin konnte die Beeinflussung der Faser- orientierung durch die Metalltextilverstärkung beobachtet werden. Aufgrund der Be- deutung der Interfaceeigenschaften zwischen Stahl und LFT für den ESG-LFT- Verbund wurden die Scher- und Normalfestigkeit mit Hilfe von Drahtauszug- und Stirnabzugversuchen bestimmt. Die Interfaceeigenschaften wurden für verschiedene Vorbehandlungsmethoden der metallischen Oberfläche untersucht. Eine Vorbehand- lung durch Druckluftstrahlen der Oberfläche führte zu den besten Haftungs- eigenschaften. Als Strahlmittel wurden Korundpartikel eingesetzt. Neben metall- textilverstärkten LFT-Proben wurden auch unverstärkte LFT-Proben als Referenzuntersucht. Es wurden quasistatische Versuche unter Zug- und Schubbelastung durchgeführt. Wegen der Crashanwendung wurden die Zugversuche auch unter kurzzeitdynamischer Belastung durchgeführt. Zusätzlich wurden Durchstoßversuche durchgeführt, um den Einfluss auf die Energieabsorption beobachten zu können. Um die Verbesserung der strukturellen Integrität zu demonstrieren, wurden einfache Demonstratorbauteile unter Zugbelastung getestet. Dabei konnte neben einer Bestimmung wichtiger Materialparameter eine erhöhte Energieaufnahme und eine verbesserte strukturelle Integrität nachgewiesen werden. Zur Erweiterung der experimentellen Erkenntnisse wurde ein parametrisiertes Simulationsmodell auf Mikroebene entwickelt. Anhand des Mikromodells gelang es, einen detaillierten Einblick in den Spannungszustand und das Versagensverhalten von ESG-LFT zu erhalten. Des Weiteren war es damit möglich, den Einfluss verschiedener Geometrieund Haftungsparameter auf die Verbundeigenschaften zu untersuchen. Die vorliegenden Erkenntnisse wurden zur Programmierung eines makromechanischen Simulationsmodells genutzt. Dieses zeigte, trotz der vorgenommenen Vereinfachungen, bereits gute Übereinstimmungen von Simulation und Experiment und konnte Hinweise für weiterführende Arbeiten liefern. Das entwickelte makromechanische Modell kann damit als Basis für die Weiterentwicklung dieses Materialmodells genutzt werden.

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