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Dieser Beitrag beschreibt die herkömmlichen Maßnahmen wie die Kapazitätsbemessung der Tragwerksstruktur, die Isolation des Bauwerks mittels Basisisolatoren, die Dämpfungserhöhung der Struktur mittels Inter-Story-Dämpfern und die Schwingungsreduktion mittels Schwingungstilgern gegen Einwirkungen durch Erdbeben, Wind, Verkehr und Personen auf die Bauwerke. Ergänzend wird die erdbebengerechte Auslegung und Isolation von nichttragenden Bauteilen behandelt. Für die betrachteten Systeme werden die Bewegungsdifferenzialgleichungen unter Berücksichtigung der wesentlichen Nichtlinearitäten angegeben. Die vorgestellten Weiterentwicklungen in den Bereichen der Basisisolatoren, Dämpfern und Schwingungstilgern zeigen, dass das modellbasierte Design mittels Simulation ein sehr effektives, ökonomisches und dank der heutigen Computerleistung auch zeiteffizientes Werkzeug darstellt.
Aeroux
(2022)
Aeroux ist eine Formstudie über die Gestalt einer Luftschiffgondel. Luftschiffe bzw. Zeppeline werden oft mit dem Unglück der Hindenburg in Lakehurst in Verbindung gebracht. Aeroux versucht diese Assoziation zu überwinden und Luftschiffe in der Gegenwart zu verankern.
Durch die gezielte, psychologisch inspirierte Gestaltung soll Sicherheit und Ruhe vermittelt werden, sollen spezifische Assoziationen geweckt werden, die weg führen von Bildern vergangener Tage eines brennenden Luftschiffs, um so Zeppeline als klimafreundlichere Alternative zum Flugzeug wieder ins Spiel zu bringen.
Aeroux ist ein hybrides Verkehrsmittel, dass in der Lage ist, sowohl Güter als auch Personen in verschiedenen Szenarien zu transportieren. Zeppeline bauchen keine befestigten Landebahnen oder Pisten. Regionen, die über Straßen schwer zugänglich sind, können so in den Warenhandel integriert werden. Gleichermaßen können aber auch Meschen in Regionen befördert werden, die durch Straßen oder Landebahnen nicht oder unzureichend erschlossen sind. Darüber hinaus kann Aeroux ein Ansatz sein die Unverträglichkeit von Fliegen und Klimaschutz aufzulösen.
Nicht zuletzt liegt in der gemächlichen Art der Bewegung ein besonderer Zauber. Reisen könnten einen neuen Charakter erhalten: durch die großen Fensterfronten und die geringe Flughöhe können Landschaften auf der Reise neu wahrgenommen werden, der Weg wird wieder Teil des Reisens.
Die Arbeit ist in erster Linie eine Auseinandersetzung mit der Form. Wie wirkt Form, wie lassen sich Assoziationen wecken, lenken, leiten. Wie kann technischer Anspruch, gesellschaftliche Bedingung, ökologisches Bewusstsein und nicht zuletzt Genuss in einem Objekt resultieren.
Digitale und analoge Fertigung spielen im Zuge der Arbeit ineinander. So entstand das Design der Gondel, nach ersten händischen Skizzen, digital. Das Model der Gondel wurde aus diesen Daten 3D gedruckt und die Darstellung der Traghülle ebenfalls auf Grundlage dieser Daten gelasert.
Aeroux möchte Lust auf alternatives Sehen, Denken und Handeln machen. Es gilt viel zu bewegen.
Kindertagesstätten bieten Kleinkindern den Zugang zu unbeschwertem und spielerischem Lernen. Was also, wenn schon der Eingangsbereich die Reizüberflutung bereit hält, der Stauraum der Entfaltung der Kinder nicht gerecht wird und ihre Eigenständigkeit ungefördert bleibt? Es kommt zu unzufriedenen Kindern und Frustration aller Beteilligten. "KIWA" ist das Garderobensystem für Kinder zur Stärkung der heranwachsenden Selbstständigkeit. Mithilfe von persönlichen Wiedererkennungsmerkmalen wird Eigenverantwortung geschult. Leicht und sicher zu erreichender Stauraum sorgt für Ordnung. Spielerisches lernen trotz Ordnung.
Die Graphic Novel „Traumspiel“ erzählt eine kindgerechte Fantasiegeschichte zum Thema Traum. Ansatz des Projektes war die Frage, wie wohl eine Welt aussähe, in der Träume eine greifbare Entität darstellen. Ziel war es, diese Welt und eine dort spielende Geschichte zu erschaffen und beides visuell in einer Graphic Novel zum Leben zu erwecken.
In „Traumspiel“ werden Menschen unwissentlich nachts in ein Traumland entführt, wo ihnen die Träume als Marionettentheater vorgespielt werden. Erzählt wird die Geschichte eines Kindes, das auf diese Weise je einen Traum und Albtraum erlebt.
Die Illustrationen sind mit Tusche gemalt. Durch die Beschränkung auf drei Farben werden verschiedene Aspekte der Geschichte visuell unterschieden.
Entstanden ist eine Graphic Novel, in der alle konzeptionellen und gestalterischen Entscheidungen aufeinander aufbauen, um eine spannende Geschichte zu erzählen.
Landslides, rock falls or related subaerial and subaqueous mass slides can generate devastating impulse waves in adjacent waterbodies. Such waves can occur in lakes and fjords, or due to glacier calving in bays or at steep ocean coastlines. Infrastructure and residential houses along coastlines of those waterbodies are often situated on low elevation terrain, and are potentially at risk from inundation. Impulse waves, running up a uniform slope and generating an overland flow over an initially dry adjacent horizontal plane, represent a frequently found scenario, which needs to be better understood for disaster planning and mitigation. This study presents a novel set of large-scale flume test focusing on solitary waves propagating over a 1:14.5 slope and breaking onto a horizontal section. Examining the characteristics of overland flow, this study gives, for the first time, insight into the fundamental process of overland flow of a broken solitary wave: its shape and celerity, as well as its momentum when wave breaking has taken place beforehand.
Durch die zunehmende Globalisierung und Immigration steigt auch weltweit die Anzahl der Kinder, die mit mehr als einer Sprache aufwachsen. Dies kann für sie in vielerlei Hinsicht wichtig und förderlich sein. In der Graphic Novel „MIR“ wird in zehn Geschichten gezeigt, welche unterschiedlichen Formen von Bilingualismus es gibt, welche Vor- und Nachteile es hat, bilingual aufzuwachsen und wie es sich auf das Alltagsleben der Kinder und der ganzen Familie auswirkt. Die Geschichten sind realen Erlebnissen nachempfunden, die durch Interviews gesammelt wurden und illustrativ dargestellt sind. Mehrsprachigkeit ist weder ein Privileg noch ein Problem. Sprache ist zuallererst Kommunikation, und es ist wichtig, dass sie überhaupt stattfindet.
Alte, geschichtsrelevante und thematisch angeordnete Objekte, welche man in den Vitrinen der Museen betrachten kann, das kennt sicher jeder. Doch wie kommen diese Artefakte eigentlich in die Vitrinen? Welche Menschen sind dafür verantwortlich, dass wir diese Kulturgüter bestaunen können? In diesem temporären Ausstellungskonzept für das Römisch-Germanische Museum Köln geht es darum, die sonst verborgene Arbeit der Restauratoren des Museums für die Besucher:innen sichtbar zu machen, ihnen genauere Einblicke in die Arbeit mit ihren Anforderungen zu geben und Restaurierungsprozesse auf zu zeigen. Diese Arbeit demonstriert, wie es abseits der Öffentlichkeit aussieht und wer dafür verantwortlich ist, dass wir einen Einblick in die vergangenen Zeit erhalten können. Das Projekt zeigt eine mögliche Bespielung des Museums, wie das Berufsbild der Restauratoren in die Dauerausstellung integriert werden könnte.
Emotionen durchlebt jeder Mensch. Von unserer Geburt bis zu unserem Tod.
Der Psychologe Paul Eckman hat sechs grundlegende Emotionen
identifiziert. Glück, Traurigkeit, Ekel, Angst, Überraschung und Wut.
Emotionen können in positive und negative, aber auch in die weniger
beachtete neutrale Emotion unterteilt werden. Emotionen werden ständig
und wechselnd erlebt und sind deshalb vorstellbar als "Spektrum" oder
als "Unendlichkeitschleife". Wie Menschen Emotionen erfahren, ist
unterschiedlich. Sie sind abstrakt.
Das Fotobuch "In Between" will das Emotionsspektrum und das Abstrakte
mithilfe einer Kurzgeschichte sichtbar machen. Das Editorial und die
fotografische Gestaltung greifen das Konzept der endlosen Schleife
unserer Gefühlswelt auf und machen sie erlebbar.
Having well-defined control strategies for fuel cells, that can efficiently detect errors and take corrective action is critically important for safety in all applications, and especially so in aviation. The algorithms not only ensure operator safety by monitoring the fuel cell and connected components, but also contribute to extending the health of the fuel cell, its durability and safe operation over its lifetime. While sensors are used to provide peripheral data surrounding the fuel cell, the internal states of the fuel cell cannot be directly measured. To overcome this restriction, Kalman Filter has been implemented as an internal state observer.
Other safety conditions are evaluated using real-time data from every connected sensor and corrective actions automatically take place to ensure safety. The algorithms discussed in this paper have been validated thorough Model-in-the-Loop (MiL) tests as well as practical validation at a dedicated test bench.
Unsere Emotionen beeinflussen die Art und Weise, wie wir mit uns selbst und der Welt um uns herum umgehen. Sie wirken sich auf unsere geistige und körperliche Gesundheit aus. Da einige unserer Emotionen als „schlecht“ oder „negativ“ wahrgenommen werden, erlauben wir uns oft nicht, sie zu fühlen, und wir unterdrücken sie. Ziel dieses Projekts ist es, mithilfe von Fotografie und Grafik zu zeigen, wie man mit unangenehmen und so genannten „negativen“ Emotionen umgehen kann. Der Schwerpunkt liegt gleichermaßen auf dem konzeptionellen und kreativen Teil. Dabei wurden ein Modell und wechselnde Farblichter verwendet, um die emotionalen Zustände einer Person darzustellen, die diese Transformation durchläuft. Ein weiteres Ziel ist es, die Bedeutung eines bewussteren Umgangs mit unseren Emotionen zu betonen. Das Endmedium ist ein Fotobuch inkl. Piktogramme, die die fünf Stadien repräsentieren: Leiden, Bewusstsein, Konfrontation, Ausdruck und Akzeptanz. (Suffering, Awareness, Confrontation, Expression and Acceptance).
The emerging environmental issues due to the use of fossil resources are encouraging the exploration of new renewable resources. Biomasses are attracting more interest due to the low environmental impacts, low costs, and high availability on earth. In this scenario, green biorefineries are a promising platform in which green biomasses are used as feedstock. Grasses are mainly composed of cellulose and hemicellulose, and lignin is available in a small amount. In this work, a perennial ryegrass was used as feedstock to develop a green bio-refinery platform. Firstly, the grass was mechanically pretreated, thus obtaining a press juice and a press cake fraction. The press juice has high nutritional values and can be employed as part of fermentation media. The press cake can be employed as a substrate either in enzymatic hydrolysis or in solid-state fermentation. The overall aim of this work was to demonstrate different applications of both the liquid and the solid fractions. For this purpose, the filamentous fungus A. niger and the yeast Y. lipolythica were selected for their ability to produce citric acid. Finally, the possibility was assessed to use the press juice as part of fermentation media to cultivate S. cerevisiae and lactic acid bacteria for ethanol and lactic acid fermentation.
Unsteady shallow meandering flows in rectangular reservoirs: a modal analysis of URANS modelling
(2022)
Shallow flows are common in natural and human-made environments. Even for simple rectangular shallow reservoirs, recent laboratory experiments show that the developing flow fields are particularly complex, involving large-scale turbulent structures. For specific combinations of reservoir size and hydraulic conditions, a meandering jet can be observed. While some aspects of this pseudo-2D flow pattern can be reproduced using a 2D numerical model, new 3D simulations, based on the unsteady Reynolds-Averaged Navier-Stokes equations, show consistent advantages as presented herein. A Proper Orthogonal Decomposition was used to characterize the four most energetic modes of the meandering jet at the free surface level, allowing comparison against experimental data and 2D (depth-averaged) numerical results. Three different isotropic eddy viscosity models (RNG k-ε, k-ε, k-ω) were tested. The 3D models accurately predicted the frequency of the modes, whereas the amplitudes of the modes and associated energy were damped for the friction-dominant cases and augmented for non-frictional ones. The performance of the three turbulence models remained essentially similar, with slightly better predictions by RNG k-ε model in the case with the highest Reynolds number. Finally, the Q-criterion was used to identify vortices and study their dynamics, assisting on the identification of the differences between: i) the three-dimensional phenomenon (here reproduced), ii) its two-dimensional footprint in the free surface (experimental observations) and iii) the depth-averaged case (represented by 2D models).
In this study, an online multi-sensing platform was engineered to simultaneously evaluate various process parameters of food package sterilization using gaseous hydrogen peroxide (H₂O₂). The platform enabled the validation of critical aseptic parameters. In parallel, one series of microbiological count reduction tests was performed using highly resistant spores of B. atrophaeus DSM 675 to act as the reference method for sterility validation. By means of the multi-sensing platform together with microbiological tests, we examined sterilization process parameters to define the most effective conditions with regards to the highest spore kill rate necessary for aseptic packaging. As these parameters are mutually associated, a correlation between different factors was elaborated. The resulting correlation indicated the need for specific conditions regarding the applied H₂O₂ gas temperature, the gas flow and concentration, the relative humidity and the exposure time. Finally, the novel multi-sensing platform together with the mobile electronic readout setup allowed for the online and on-site monitoring of the sterilization process, selecting the best conditions for sterility and, at the same time, reducing the use of the time-consuming and costly microbiological tests that are currently used in the food package industry.
This work introduces a novel method for the detection of H₂O₂ vapor/aerosol of low concentrations, which is mainly applied in the sterilization of equipment in medical industry. Interdigitated electrode (IDE) structures have been fabricated by means of microfabrication techniques. A differential setup of IDEs was prepared, containing an active sensor element (active IDE) and a passive sensor element (passive IDE), where the former was immobilized with an enzymatic membrane of horseradish peroxidase that is selective towards H₂O₂. Changes in the IDEs’ capacitance values (active sensor element versus passive sensor element) under H₂O₂ vapor/aerosol atmosphere proved the detection in the concentration range up to 630 ppm with a fast response time (<60 s). The influence of relative humidity was also tested with regard to the sensor signal, showing no cross-sensitivity. The repeatability assessment of the IDE biosensors confirmed their stable capacitive signal in eight subsequent cycles of exposure to H₂O₂ vapor/aerosol. Room-temperature detection of H₂O₂ vapor/aerosol with such miniaturized biosensors will allow a future three-dimensional, flexible mapping of aseptic chambers and help to evaluate sterilization assurance in medical industry.
Advances in polymer science have significantly increased polymer applications in life sciences. We report the use of free-standing, ultra-thin polydimethylsiloxane (PDMS) membranes, called CellDrum, as cell culture substrates for an in vitro wound model. Dermal fibroblast monolayers from 28- and 88-year-old donors were cultured on CellDrums. By using stainless steel balls, circular cell-free areas were created in the cell layer (wounding). Sinusoidal strain of 1 Hz, 5% strain, was applied to membranes for 30 min in 4 sessions. The gap circumference and closure rate of un-stretched samples (controls) and stretched samples were monitored over 4 days to investigate the effects of donor age and mechanical strain on wound closure. A significant decrease in gap circumference and an increase in gap closure rate were observed in trained samples from younger donors and control samples from older donors. In contrast, a significant decrease in gap closure rate and an increase in wound circumference were observed in the trained samples from older donors. Through these results, we propose the model of a cell monolayer on stretchable CellDrums as a practical tool for wound healing research. The combination of biomechanical cell loading in conjunction with analyses such as gene/protein expression seems promising beyond the scope published here.
Biocompatibility, flexibility and durability make polydimethylsiloxane (PDMS) membranes top candidates in biomedical applications. CellDrum technology uses large area, <10 µm thin membranes as mechanical stress sensors of thin cell layers. For this to be successful, the properties (thickness, temperature, dust, wrinkles, etc.) must be precisely controlled. The following parameters of membrane fabrication by means of the Floating-on-Water (FoW) method were investigated: (1) PDMS volume, (2) ambient temperature, (3) membrane deflection and (4) membrane mechanical compliance. Significant differences were found between all PDMS volumes and thicknesses tested (p < 0.01). They also differed from the calculated values. At room temperatures between 22 and 26 °C, significant differences in average thickness values were found, as well as a continuous decrease in thicknesses within a 4 °C temperature elevation. No correlation was found between the membrane thickness groups (between 3–4 µm) in terms of deflection and compliance. We successfully present a fabrication method for thin bio-functionalized membranes in conjunction with a four-step quality management system. The results highlight the importance of tight regulation of production parameters through quality control. The use of membranes described here could also become the basis for material testing on thin, viscous layers such as polymers, dyes and adhesives, which goes far beyond biological applications.
Digital twins are seen as one of the key technologies of Industry 4.0. Although many research groups focus on digital twins and create meaningful outputs, the technology has not yet reached a broad application in the industry. The main reasons for this imbalance are the complexity of the topic, the lack of specialists, and the unawareness of the twin opportunities. The project "Digital Twin Academy" aims to overcome these barriers by focusing on three actions: Building a digital twin community for discussion and exchange, offering multi-stage training for various knowledge levels, and implementing realworld use cases for deeper insights and guidance. In this work, we focus on creating a flexible learning platform that allows the user to select a training path adjusted to personal knowledge and needs. Therefore, a mix of basic and advanced modules is created and expanded by individual feedback options. The usage of personas supports the selection of the appropriate modules.
Virtual Reality (VR) offers novel possibilities for remote training regardless of the availability of the actual equipment, the presence of specialists, and the training locations. Research shows that training environments that adapt to users' preferences and performance can promote more effective learning. However, the observed results can hardly be traced back to specific adaptive measures but the whole new training approach. This study analyzes the effects of a combined point and leveling VR-based gamification system on assembly training targeting specific training outcomes and users' motivations. The Gamified-VR-Group with 26 subjects received the gamified training, and the Non-Gamified-VR-Group with 27 subjects received the alternative without gamified elements. Both groups conducted their VR training at least three times before assembling the actual structure. The study found that a level system that gradually increases the difficulty and error probability in VR can significantly lower real-world error rates, self-corrections, and support usages. According to our study, a high error occurrence at the highest training level reduced the Gamified-VR-Group's feeling of competence compared to the Non-Gamified-VR-Group, but at the same time also led to lower error probabilities in real-life. It is concluded that a level system with a variable task difficulty should be combined with carefully balanced positive and negative feedback messages. This way, better learning results, and an improved self-evaluation can be achieved while not causing significant impacts on the participants' feeling of competence.
Gamification applications are on the rise in the manufacturing sector to customize working scenarios, offer user-specific feedback, and provide personalized learning offerings. Commonly, different sensors are integrated into work environments to track workers’ actions. Game elements are selected according to the work task and users’ preferences. However, implementing gamified workplaces remains challenging as different data sources must be established, evaluated, and connected. Developers often require information from several areas of the companies to offer meaningful gamification strategies for their employees. Moreover, work environments and the associated support systems are usually not flexible enough to adapt to personal needs. Digital twins are one primary possibility to create a uniform data approach that can provide semantic information to gamification applications. Frequently, several digital twins have to interact with each other to provide information about the workplace, the manufacturing process, and the knowledge of the employees. This research aims to create an overview of existing digital twin approaches for digital support systems and presents a concept to use digital twins for gamified support and training systems. The concept is based upon the Reference Architecture Industry 4.0 (RAMI 4.0) and includes information about the whole life cycle of the assets. It is applied to an existing gamified training system and evaluated in the Industry 4.0 model factory by an example of a handle mounting.