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Der allgegenwärtige Einsatz von numerischen Strömungssimulationen, wie sie in der Industrie oder der Luft- und Raumfahrt vorkommen, führt zu einem deutlichen Anstieg der benötigten Möglichkeiten und erhöhten Ansprüche an die Programme. Dadurch können mittlerweile auch komplexe Szenarien zuverlässig simuliert werden, was durch die stetige Steigerung der Rechenleistung weiter an Bedeutung gewinnt. Da auch das Verhalten von nicht newtonschen Fluiden immer präziser über speziell erstellte rheologische Modelle vorhergesagt werden kann, gilt es nun zu prüfen, ob und wie gut diese Modelle in einer Simulation umgesetzt werden können.
Im Rahmen dieser Arbeit wird eine Simulation anhand eines konkreten Anwendungsfalles erstellt. Dabei wird das Viskositätsverhalten von drei scherverdünnenden Fluiden in einer Rohrleitung mit Querschnittreduzierung untersucht und dabei die Vorgehensweise geschildert. So wird unter anderem gezeigt, wie die Geometrie und deren Vernetzung durchzuführen ist und erklärt, welche Einstellungen für das gewünschte Strömungsverhalten erforderlich sind. Für die Beschreibung der Fluide werden dabei sowohl programmeigene Modelle als auch erweiterte Modelle verwendet, die in der Software implementiert werden müssen.
Bei dem Vergleich der Ergebnisse werden letztlich die Druckverluste, die in der Geometrie entstehen und verschiedene Schubspannungsverläufe mit den Messwerten aus der Literatur verglichen.
Mit der beim Fraunhofer IPM erforschten Digitalen Holographie können sekundenschnelle und sub-mikrometergenaue Höhenvermessungen von Oberflächen durchgeführt werden. Der am Institut verfügbare Sensor HoloTop NX ist dabei so kompakt und leicht, dass dieser über Koordinatenmessgeräte oder Werkzeugwechsler von Werkzeugmaschinen eingesetzt werden kann. Um auch Hinterschneidungen und große Innenzylinder vermessen zu können, wird im Rahmen dieser Arbeit eine selbstreferenzierende Umlenkeinheit zur Anpassung der Messrichtung des Sensors entwickelt und integriert. Die Umlenkeinheit setzt sich aus vielen funktionellen Bestandteilen zusammen, bei denen es sich um Spiegel, Schrittmotoren, Schleifringe, Zahnräder, Gleit- und Rillenkugellager handelt. Bei der Problembehandlung während der Montage werden Unstimmigkeiten analysiert und anschließend Lösungsoptionen ermittelt und umgesetzt. Über die zusammengestellte Steuereinheit und die Arduino-Plattform wird die Möglichkeit geschaffen, die integrierten Schrittmotoren gezielt anzusteuern. Referenzmarkierungen auf dem Spiegel ermöglichen mittels numerischem Fokussieren die Selbstreferenzierung der Umlenkeinheit – sie werden durch Sputtern erzeugt und bei Messungen erprobt. Abschließend wird bei der Charakterisierung des Systems der Einfluss von Schrittverlusten, Schrittfehlern und dem Spiel im Zahnrad und Kugellager auf die Positioniergenauigkeit der Umlenkeinheit untersucht.
Grey-box modelling combines physical and data-driven models to benefit from their respective advantages. Neural ordinary differential equations (NODEs) offer new possibilities for grey-box modelling, as differential equations given by physical laws and neural networks can be combined in a single modelling framework. This simplifies the simulation and optimization and allows to consider irregularly-sampled data during training and evaluation of the model. We demonstrate this approach using two levels of model complexity; first, a simple parallel resistor-capacitor circuit; and second, an equivalent circuit model of a lithium-ion battery cell, where the change of the voltage drop over the resistor-capacitor circuit including its dependence on current and State-of-Charge is implemented as NODE. After training, both models show good agreement with analytical solutions respectively with experimental data.
In dieser Arbeit wird das Verformungsverhalten und die Stabilität des Frontflügels des Formula Student Rennwagens der HS Offenburg untersucht. Die Analyse wird mittels der Finiten-Elemente-Methode durchgeführt (Programm: ANSYS Workbench). In der Simulation wird das Modell mit verschiedenen statischen Kräften belastet, unter anderem die Kräfte aus dem technischen Reglement und die auftretende Abtriebskraft. Neben der Verformung werden auch verschiedene Stabilisierungsmöglichkeiten analysiert. Zusätzlich zu den Simulationsergebnissen selbst werden in dieser Arbeit der Simulationsvorbereitungsprozess sowie die Konstruktion des Frontflügels und Grundlagen der FEM beschrieben. Eine Besonderheit bildet dabei die Verwendung des ANSYS Composite PrePost um die verwendeten Verbundwerkstoffe zu untersuchen.
Das Ziel dieser Arbeit besteht darin, Covert Channels zu identifizieren und zu analysieren. Dazu zählen unter anderem die Robustheit der Kanäle und inwieweit Informationen bei der Kommunikation verloren gehen können. Durch die Ergebnisse kann aufgezeigt werden, ob sich Videospiele als Plattform für verdeckte Kommunikation eignen.
Sonic Readiness Index
(2021)
Diese Arbeit soll sich an alle Unternehmen richten, die ihren Schwerpunkt immer noch ausschließlich auf eine visuelle Markenführung setzen und dabei dem akustischen Aufritt der Marke kaum oder gar keine Aufmerksamkeit schenken. Sogenanntes Sonic Branding macht es möglich, dass Unternehmen, Marken oder Produkte eine Klangidentität bekommen und Konsumenten dadurch nicht nur visuell, sondern auch akustisch eine Marke wiedererkennen und von anderen unterscheiden können. Obwohl Sonic Branding omnipräsent ist und alle Menschen täglich von diesem Phänomen umgeben sind, wird es von Unternehmen immer noch vernachlässigt und kaum, gar nicht oder nicht konsequent eingesetzt. Wie effektiv ein strategischer und kohärenter Einsatz von Sonic Branding ist, wird meist unterschätzt. Um zu sehen, wie gut eine Marke eine akustische Markenführung plant und einsetzt, muss das bestehende Sonic Branding Konzept analysiert und bewertet werden können.
In Zusammenarbeit mit der Werbeagentur TRO wurde ein Bewertungstool entwickelt, mit welchem es möglich ist, diesen akustischen Auftritt einer Marke zu bewerten.
Ziel ist es, das Sonic Branding mehrerer Unternehmen zu messen und zu bewerten, um da-raufhin eine Rangliste der beurteilten Marken zu erstellen. Diese Rangliste nennt sich Sonic Readiness Index. In dieser Arbeit wird das dafür erforderliche Bewertungstool entwickelt und dessen Funktionalität erprobt.
Musik und Emotionen
(2021)
Um das Auslösen von Emotionen durch Musik näher zu verstehen, umfasst diese Arbeit verschiedene Aspekte, welche die Thematik aus mehreren Perspektiven beleuchtet. Das Ziel ist demnach, der Ursache dieser Korrelation auf den Grund zu gehen und herauszufinden, welchem Auslöser die Entwicklung von Emotionen während dem Musizieren oder Musikhören zu Grunde liegt. Um dies zu erreichen, werden theoretische Ansätze und Ergebnisse von Experimenten bzw. Studien erläutert. So zeigt sich, dass einige Faktoren Einfluss auf diese Verbindung haben. Mit bestimmter Musik verknüpfte Erinnerungen und Erfahrungen sowie bestimmte Assoziationen stellen eine Ursache dar. Daneben spielen ebenfalls musikbezogene Komponenten, wie nicht erfüllte Erwartungen und gewisse Ausprägungen innerhalb des Stücks, eine Rolle beim Hervorrufen von Emotionen. Gleichzeitig sind bestimmte Aktivitäten im Gehirn beteiligt. Dies zeigt, dass eine Korrelation von Musik und Emotionen vorhanden ist und wissenschaftlich nachgewiesen werden kann. Es liegen jedoch mehrere Kriterien vor, die eine Entwicklung von Emotionen durch Musik begründen, sodass nicht ermittelt werden kann, welcher genaue Faktor in welchem Verhältnis dazu steht. Es stellte sich heraus, dass dieses Erlebnis rein subjektiv wahrgenommen wird und individuell variiert.
Im Weiteren beinhaltet diese Arbeit einen praktischen Teil, der die Produktion und Emotionalität dreier Musikstücke integriert. Hier wird die emotionale Komponente der Stücke aus Sicht des Produzenten beschrieben. Konkret wird der Aufbau der Stücke wiedergegeben sowie die vom Produzenten intendierten und beim Hörer ausgelösten Emotionen. Anhand dieses Teils kann die variierende subjektive Wahrnehmung gezeigt werden, da jeder Hörer diese Stücke auf eine eigene Art und Weise beurteilt.
Konzeption und Realisierung eines Ansatzes zur Systemintegration eines Fahrerlosen Transportsystems
(2021)
Bei dem flexiblen interaktiven Transportroboter zur mobilen Produktionsunterstützung (FLITZMO) handelt es sich um ein Transportsystem, welches zum autonomen Fahren vorbereitet werden soll. In dieser Bachelorarbeit wird die Integration von Systemkomponenten, welche das autonome Fahren ermöglichen, beschrieben.
Das Ergebnis dieser Bachelorarbeit umfasst einen Schaltplan welcher für zukünftige Teilprojekte genutzt sowie sukzessive erweitert werden kann. Zudem wird die Montage und Integration neuer Komponenten beschrieben. Durch das neue Kabelmanagement ist es möglich, die Sicherheitsrelais zu verdrahten und in Betrieb zu nehmen.
Datengetriebenes Targeting
(2020)
Disturbances of the cardiac conduction system causing reentry mechanisms above the atrioventricular (AV) node are induced by at least one accessory pathway with different conducting properties and refractory periods. This work aims to further develop the already existing and continuously expanding Offenburg heart rhythm model to visualise the most common supraventricular reentry tachycardias to provide a better understanding of the cause of the respective reentry mechanism.
Patients with focal ventricular tachycardia are at risk of hemodynamic failure and if no treatment is provided the mortality rate can exceed 30%. Therefore, medical professionals must be adequately trained in the management of these conditions. To achieve the best treatment, the origin of the abnormality should be known, as well as the course of the disease. This study provides an opportunity to visualize various focal ventricular tachycardias using the Offenburg cardiac rhythm model.
Campus 2021
(2021)
Technologie spielt im Sport schon immer eine große Rolle. Mit steigender Leistungsdichte im Spitzensport wird versucht mithilfe technischer Hilfsmittel dem Sportler die optimalen Umstände zu ermöglichen. Dazu gehört nicht nur Technik im Sportequiptment, sondern auch Sportuntersuchungen wie Leistungsdiagnostiken. Im Laufsport zählen dazu Ausdauer- und Krafttests. Bei Ausdauertests werden physiologische Parameter wie Laktat, Herzfrequenz oder Sauerstoffaufnahme gemessen. Zusätzlich wird die Lauftechnik für einen kurzen Zeitpunkt analysiert. Wie sich diese unter anhaltender Belastung verhält, wird nicht untersucht. Mit neuen Technologien im Bereich Bewegungsanalyse, können immer schneller größere Datensätze ausgewertet werden. Aus diesem Grund wird in dieser Studie die Lauftechnik über mehrere Zeitpunkte aufgezeichnet und nach Ermüdungserscheinungen untersucht.
Dazu wurde am Institut für angewandte Trainingswissenschaften (IAT) während einer komplexen Leistungsdiagnostik im März 2021 bei einem Laufbandstufentest (4x2000m oder 4x3000m) die Lauftechnik von 15 Elite- und Elitenachwuchsläufer:innen (m=8, w=7) mithilfe eines 3D-Bewegungsanalyse Systems nach Veränderungen in Winkelstellung und Bodenreaktionskraft untersucht. Als physiologische Vergleichsparameter wurde Herzfrequenz und Laktat aufgenommen.
Bei der Analyse der Daten wurden diese in der Gruppe betrachtet. Dabei haben sich schwach signifikante Veränderungen (p=0,047) der vertikalen Bodenreaktionskraft links am Ende der Stufe aufgezeigt. Weitere signifikante Unterschiede (p=0,020) sind im maximalen Kniehub links zu einem größerer Hüftwinkel am Ende sichtbar. Da sonst keine signifikanten Unterschiede zu sehen sind, lässt sich, bei dem hier durchgeführten Protokoll, nicht statistisch gesichert feststellen, ob auftretende Ermüdungserscheinungen die Lauftechnik beeinflussen und verändern. Um festzustellen, ob es geschlechts- oder protokollanhängige Effekte hinsichtlich einer ermüdungsbedingte Lauftechnikveränderung gibt, wurde auch dies statistisch untersucht.
Hier zeigten sich jeweils in einzelnen Parametern signifikante Unterschiede (Parameter TO\_knee\_left; p=0,026) in der Geschlechtsspezifik und in der protokollabhängigen Untersuchung (Parameter TSw\_hip\_left; p=0,04)
Für weitere Studien zur Untersuchung von Lauftechnikveränderung sollten umfangreichere physiologische Daten zur genaueren Betrachtung der Ermüdung verwendet werden. Grundsätzlich müsste das Protokoll auf eine maximale Ausbelastung (beispielsweise Dauerstufentest von 10-15km oder Ausbelastungs-/Abbruchtest) ausgelegt sein.
Grundlegend ist festzustellen, dass sich Simi-Shape als 3D-Bewegungsanalyse-Methode eignet, um spezifische Parameter in der Lauftechnik zu diagnostizieren, gerade hinsichtlich der Effizienz im Auswerteprozess.
Diese Arbeit stellt eine Übersicht an Messverfahren einer komplexen biomechani-schen Bewegungsanalyse, die für eine „Return to Sport“-Entscheidung nach der operativen Rekonstruktion des vorderen Kreuzbandes genutzt werden, dar. Zu Beginn wurde die Datenbank PubMed nach auswertbaren Studien durchsucht. Danach erfolgte an Hand zuvor festgelegter Ein- und Ausschlusskriterien die Identifizierung von 64 Studien, welche der Thematik dieser Arbeit entsprechen. Die Extraktion der Informationen erfolgte in drei Blöcken. Zum einen wurden die biografischen Daten der Probandengruppe verglichen, um einen Überblick der am häufigsten an einer Ruptur des vorderen Kreuzbandes betroffen Personengruppe und deren Eigenschaften zu erhalten. Zum anderen wurden die angewendeten Messysteme für die Durchführung der komplexen biomechanischen Bewegungsanalyse aufgelistet und beschrieben. Dabei wurde in die drei Untergruppen Kinematik, Kinetik und EMG differenziert. Abschließend wurde der Testzeitpunkt im Bezug zum Return to Sport aus den einzelnen Studien entnommen und dargestellt. Durch die Auswertung der extrahierten Daten waren die folgenden Tendenzen sichtbar. Über die Hälfte der Studien wiesen eine Probandengruppe, die sowohl aus Frauen, als auch aus Männern besteht, auf. Auffällig ist außerdem, dass das Alter der Teilnehmer in Studien mit einem sehr großen Probandenumfang zwischen 23 und 27 Jahren mit einem BMI von 23 bis 27 kg/m² lag, was auf den Trainingszustand und eine damit verbundene erhöhte Belastung des vorderen Kreuzbandes besonders in diesem Alter hinweisen könnte. Die Analyse der kinematischen Auffälligkeiten im Rahmen einer komplexen biomechanischen Bewegungsanalyse erfolgte in den meisten Fällen mittels eines Motion Captur Systems. Während die Analyse der kinetischen Veränderung überwiegend mittels Druckmessplatten durchgeführt wurde. In beiden Bereichen fiel die Verwendung von alternativen Messmethoden auf. Selten wurden dynamische EMG-Messungen zur Betrachtung der Muskelaktivitäten angewendet. In der Darstellung der Testzeitpunkte wurde die Terminologie-Problematik des Begriffs „Return to Sport“ deutlich. Überraschend war der geringe Anteil an Studien, die eine komplexe biomechanische Bewegungsanalyse zur Feststellung, ob der Sportler für den Return to Sport bereit ist, verwendeten. Dies könnte auf die schwere Realisierbarkeit für eine Anwendung in der Praxis hinweisen.
Mithilfe von Single Page Application Frameworks wie Angular oder React werden heutzutage intuitive und performante Webapplikationen entwickelt. Der Trend hin zu mehr Anzeigelogik im Client ermöglicht dem Endnutzer ein flüssigeres Erlebnis und damit eine bessere User-Experience. Zugleich stellt es den Softwareentwickler aber vor zusätzliche Herausforderungen in Bezug auf Performance. Neben der Reaktionszeit der angesteuerten Schnittstelle spielt zunehmend auch die Verarbeitung und Organisation im Webclient eine größere Rolle. Performance-Messung und -Optimierung im Web-Bereich ist ein breites Feld, in dem es bereits viele ausgereifte Tools und Kennzahlen gibt, die einem Web-Entwickler dabei helfen, eine klassische Website oder Webapplikation zu optimieren. Im Rahmen dieser Arbeit sollen für den Bereich der Single Page Applications am Beispiel von konkreten Kunden-Applikationen im betreuenden Unternehmen Tools und Methoden zur Messung sowie mögliche Optimierungen erörtert werden. Ziel ist es, einen allgemeinen Kompass bzw. Leitfaden an Performance-Maßnahmen zu erhalten, welche es einem Web-Entwickler ermöglichen, fortlaufend in Projekten die nötigen Kennzahlen und Methoden zur Hand zu haben, um so strukturiert Flaschenhälse frühzeitig erkennen und vermeiden zu können.
Active participation of industrial enterprises in electricity markets - a generic modeling approach
(2021)
Industrial enterprises represent a significant portion of electricity consumers with the potential of providing demand-side energy flexibility from their production processes and on-site energy assets. Methods are needed for the active and profitable participation of such enterprises in the electricity markets especially with variable prices, where the energy flexibility available in their manufacturing, utility and energy systems can be assessed and quantified. This paper presents a generic model library equipped with optimal control for energy flexibility purposes. The components in the model library represent the different technical units of an industrial enterprise on material, media, and energy flow levels with their process constraints. The paper also presents a case study simulation of a steel-powder manufacturing plant using the model library. Its energy flexibility was assessed when the plant procured its electrical energy at fixed and variable electricity prices. In the simulated case study, flexibility use at dynamic prices resulted in a 6% cost reduction compared to a fixed-price scenario, with battery storage and the manufacturing system making the largest contributions to flexibility.
Effective medium theories (EMT) are powerful tools to calculate sample averaged thermoelectric material properties of composite materials. However, averaging over the heterogeneous spatial distribution of the phases can lead to incorrect estimates of the thermoelectric transport properties and the figure of merit ZT in compositions close to the percolation threshold. This is particularly true when the phases’ electronic properties are rather distinct leading to pronounced percolation effects. The authors propose an alternative model to calculate the thermoelectric properties of multi‐phased materials that are based on an expanded nodal analysis of random resistor networks (RRN). This method conserves the information about the morphology of the individual phases, allowing the study of the current paths through the phases and the influence of heterogeneous charge transport and cluster formation on the effective material properties of the composite. The authors show that in composites with strongly differing phases close to the percolation threshold the thermoelectric properties and the ZT value are always dominated exclusively by one phase or the other and never by an average of both. For these compositions, the individual samples display properties vastly different from EMT predictions and can be exploited for an increased thermoelectric performance.