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Existing ultrasonic stress evaluation methods utilize the acoustoelastic effect for bulk waves propagating in volume, which is unsuitable for a surface treated material, possessing a significant variation in material properties with depth. With knowledge of nonlinear elastic parameters – third-order elastic constants (TOEC) close to the surface of the sample, the acoustoelastic effect might be used with surface acoustic waves. This work is focused on the development of an independent method of TOEC measurement using the effect of nonlinear surface acoustic waves scattering – i.e. the effect of elastic waves interaction in a nonlinear medium.
In this paper, the possible three wave interactions of surface guided waves and bulk waves are described and formulae for the efficiency of harmonic generation and mode mixing are derived. A comparison of the efficiency of surface waves scattering in an isotropic medium for different interaction types is carried out with the help of nonlinear perturbation theory. First results for surface and bulk wave mixing with known second- and third-order elastic constants are shown.
Implementation of interdisciplinary student teams in design education for additive manufacturing
(2018)
Additive manufacturing (AM) technologies are becoming increasingly popular in all areas of product development. Therefore, it is imperative that students be taught Design for AM. However, due to the rapid development of new methods and materials for AM, it does not make sense to only teach particular design guidelines, as these can quickly become obsolete. Rather, students should acquire the competence to develop guidelines themselves, that take into account the current state of the art. Thus, they will be able to react to changing processes and new materials
in the future. In order to convey the independent development of design guidelines for additive manufacturing by students, a new concept was developed, which is presented in this contribution. In this process, the learning goal is worked out by a group of students on the basis of a practical
task. The group consists of an interdisciplinary team in order to combine different competencies and to provide different perspectives on the task. A case study will show the design and manufacture of a miniature aircraft using Fused Layer Modelling. The aim of the development is above all the design for additive manufacturing. In addition, a low use of resources in combination with lightweight construction should be achieved. In the implementation of the task, the students are confronted with challenging aerodynamic design of wings as well as with the economic evaluation of the development process. An examination of the level of knowledge before and after the case study examines the learning success.
Die Erstellung und der Einsatz digitaler Medien basieren häufig auf der Annahme eines idealtypischen Lernprozesses, welcher die effektive Erarbeitung von Inhalten unter Berücksichtigung individueller Vorkenntnisse und Lebensumstände ermöglicht. Erfahrungen Lehrender legen jedoch die Vermutung nahe, dass Studierende selten ein idealtypisches Lernverhalten an den Tag legen. Für den Beitrag „Nutzungsmuster bei digitalen Medien“ wurden Forschungsarbeiten zu digitalen instruktionalen Medien gezielt ausgewertet, um die tatsächlichen Verhaltensweisen beim Lernen und die hiermit verbundenen Wirkungen aufzuzeigen. Aufbauend auf den Erkenntnissen soll eine Diskussion um mögliche Folgerungen für die Lehre angeregt werden.
Conversion-Killer in Onlineshops - Identifikation von Kundenorientierung anhand von Mimikindikatoren
(2018)
Zerstörungsfreie Verfahren zur Messung von Eigenspannungen
erfordern, abhängig vom gewählten Verfahren, die Kenntnis gewisser
Kopplungskonstanten. Im Falle von Ultraschallmessverfahren sind das neben den
elastischen Konstanten zweiter Ordnung (SOEC) vor allem die Konstanten dritter
Ordnung (TOEC). Elastische Konstanten fester, metallischer Bauteile werden in der
Regel in Zugversuchen bestimmt. Zur Ermittlung der TOEC werden diese mit
Ultraschallmessmethoden kombiniert. Durch äußere Einflüsse, wie etwa mechanische
Nachbehandlungen der zu untersuchenden Bauteile können sich diese Konstanten
jedoch ändern und müssen folglich direkt am veränderten Material bestimmt werden.
Mithilfe von Simulationen wird die Ausbreitung der zweiten Harmonischen und
der nichtlinear erzeugten Oberflächenwellen in Wellenmischexperimenten analysiert
und der akustische Nichtlinearitätsparameter (ANP) bzw. der Kopplungsparameter
aus der Amplitudenentwicklung berechnet. Insbesondere wird untersucht, welchen
Einfluss ein gegebenes Tiefenprofil der TOEC auf den ANP hat (Vorwärtsproblem)
und inwiefern sich aus den Messungen des ANP auf ein vorliegendes Tiefenprofil der
TOEC schließen lässt (inverses Problem). Außerdem wird diskutiert, welchen
Einfluss lokale Änderungen der SOEC auf den ANP haben können und wie groß diese
Änderungen sein dürfen, um die TOEC dennoch bestimmen zu können. Die
Untersuchungen hierzu wurden auf der Basis eines 3D-FEM Modells mit zufällig
orientierten Mikrorissen durchgeführt. Die numerischen Rechnungen zeigen dabei
auch eine gute Übereinstimmung mit einem aus der Literatur bekannten und für dieses
Problem erweiterten, analytischen Modell. Neben der rissinduzierten Nichtlinearität
kann bei diesem auch die Gitternichtlinearität berücksichtigt werden.
Elastic constants of components are usually determined by tensile tests in combination with ultrasonic
experiments. However, these properties may change due to e.g. mechanical treatments or service conditions during
their lifetime. Knowledge of the actual material parameters is key to the determination of quantities like residual
stresses present in the medium. In this work the acoustic nonlinearity parameter (ANP) for surface acoustic waves is
examined through the derivation of an evolution equation for the amplitude of the second harmonic. Given a certain
depth profile of the third-order elastic constants, the dependence of the ANP with respect to the input frequency is
determined and on the basis of these results, an appropriate inversion method is developed. This method is intended
for the extraction of the depth dependence of the third-order elastic constants of the material from second-harmonic
generation and guided wave mixing experiments, assuming that the change in the linear Rayleigh wave velocity is
small. The latter assumption is supported by a 3D-FEM model study of a medium with randomly distributed microcracks as well as theoretical works on this topic in the literature.
Implementation of lightweight design in the product development process of unmanned aerial vehicles
(2017)
Time-of-Flight Cameras enabling Collaborative Robots for Improved Safety in medical applications
(2017)
Sichere Detektion von Menschen in der Mensch-Roboter-Kollaboration mit Time-of-Flight Kameras
(2017)
The paper recommends an approach to estimate effectively the probability of buffer overflow in high-speed communication networks, capable of carrying diverse traffic, including self-similar teletraffic, and supporting diverse levels of quality of service. Simulations with stochastic, long-range dependent self-similar traffic source models are conducted. A new efficient algorithm, based on a variant of the RESTART/LRE method, is developed and applied to accelerate the buffer overflow simulation in a finite buffer single server model under long-range dependent self-similar traffic load with different buffer sizes. Numerical examples and simulation results are shown
In a recent paper it has been shown that the effective nonlinear constant which is used in a P-Matrix approach to describe third-order intermodulation (IMD3) in surface acoustic wave (SAW) devices can be obtained from finite element (FEM) calculations of a periodic cell using nonlinear tensor data [1]. In this paper we extend this FEM calculation and show that the IMD3 of an infinite periodic array of electrodes on a piezoelectric substrate can be directly simulated in the sagittal plane. This direct approach opens the way for a FEM based simulation of nonlinearities for finite and generalized structures avoiding the simplifications of phenomenological approaches.
Prodeeding
(2016)
Einsatz von Additive Manufacturing zur Darstellung von Simulationsergebnissen in der Blechumformung
(2016)
Virtuelle Modell "begreifbar" Machen - Darstellung von Simulationsergebnissen mittels 3D-Farbdruck
(2016)
Additive Manufacturing of High-Strength components using impregnated polymer plaster composites
(2015)
Die Veränderungen in der Energieversorgung führen zu einer neuen Systemarchitektur der Stromversorgung, die nur durch einen massiven Einsatz von Informations- und Kommunikationstechnologien (IKT) bewältigt werden kann und meist als „Smart Grid“ bezeichnet wird. Während es bereits umfangreiche Forschungsarbeiten und Demonstrationsprojekte zu einzelnen technologischen Komponenten gibt, existieren noch wenige Überlegungen, in welchen technologischen Schritten eine Migration hin zu Smart Grids durchgeführt werden sollte, die sowohl betriebstechnisch zukunftssicher ist, als auch marktgetriebene Innovationen begünstigt. Der Beitrag veranschaulicht die Herleitung solcher Migrationspfade im Rahmen eines schrittweisen Vorgehens. Zunächst werden Zukunftsszenarien für das Jahr 2030 konstruiert, um die maßgeblichen, oft auch nichttechnischen Einflussfaktoren auf das Smart Grid zu identifizieren. Darauf aufbauend werden die wesentlichen IKT-bezogenen Technologiefelder und ihre Zuordnung zu den Domänen der Energiewirtschaft beschrieben. Für jedes Technologiefeld werden die in den nächsten zwei Jahrzehnten denkbaren Entwicklungsstufen ermittelt und deren Abhängigkeit untereinander analysiert. Die gemeinsame Betrachtung von Szenarien, der Entwicklungsstufen der Technologiefelder und deren Interdependenzen führen schließlich zu einer Roadmap, welche die Migrationspfade in das Smart Grid beschreiben. Es lassen sich drei Entwicklungsphasen erkennen: Die Konzeptionsphase, die Integrationsphase und die Fusionsphase. Die präsentierten Ergebnisse entstammen dem Projekt „Future Energy Grid – Migrationspfade ins Internet“, welches vom Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie im Rahmen des E-Energy-Programms (Förderkennzeichen 01ME10012A und 01ME10013) gefördert wurde.