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The Virtual Clean Room - a new tool in teaching MST process technologies University education in high-technology fields like MST is not complete without intensive laboratory sessions. Students cannot fully grasp the complexity and the special problems related to the manufacturing of microsystems without a thorough hands-on experience in a MST clean room.
Im Studiengang Mikrosystemtechnik des Fachhochschulstandortes Zweibrücken werden zwei neue moderne Anlagen für die Herstellung von mikrotechnischen Komponenten in Betrieb genommen: Ein Oxidationsofen für Herstellung dünner Oxidschichten auf Silizium-Einkristallen und eine Belichtungsapparatur für die Fotolithografie - das Besondere an diesen Anlagen: Sie existieren nur virtuell, d.h. als Animationen in einer Computerwelt.
Das Technologiepraktikum „Virtuelle Sensor-Fertigung“ ist ein Beispiel für die medientechnische Aufbereitung von Lern- und Lehrmaterial unter didaktischen Gesichtspunkten. Studierende lernen einen Fertigungsprozess mit Hilfe von virtuellen Maschinen kennen, bevor sie die reale Prozesskette im Laborpraktikum im Reinraum durchführen.
Eine neue Generation von Praktika an Hochschulen wächst heran. Moderne Wege beim Verstehen und Erlernen naturwissenschaftlicher Zusammenhänge sowie industrieller Fertigungsprozesse sind gefordert. Das Technologiepraktikum „Virtuelle Sensor- Fertigung“, entwickelt im Verbundprojekt INGMEDIA an den Fachhochschulen Aachen und Zweibrücken, trägt als neuartiges Lern- und Lehrmodul dieser Forderung Rechnung. Die Studierenden lernen einen vollständigen Fertigungsprozess mit Hilfe von virtuellen, in LabVIEW programmierten Maschinen kennen, bevor sie die reale Prozesskette im Reinraum durchführen.
Close interrelations between sound and image are not a mere phenomenon of today’s multimedia technology. The idea of the synthesis of different media lies at the core of the concept of the Gesamtkunstwerk in the second half of the 19th century and it can also be traced back to the synaesthesia debate at the beginning of the 20th century [...].
Kunstwerke sowie ihre Präsentation und Vermittlung werden zunehmend von digitalen Technologien unterstützt. Virtuelle Ausstellungen, Internet-Projekte und komplexe Datenarchive stellen das Kunstwerk in einen medialen Kontext, der weit über das Moment einer technischen Reproduzierbarkeit hinausgeht. Das allgegenwärtige Konzept der Vernetzung dynamisiert Kunst, ihre Rezipienten und Ausstellungsorte. Die Beziehungen zwischen diesen Feldern werden mit Hilfe physiologischer Metaphern definiert und visualisiert. Frühere Speicher und Archive geraten in einen prozessualen Sog, in dem alles fluktuiert, sich kurzweilig verknüpft, auflöst und in permanente Dialoge mit seiner Umgebung tritt - das virtuelle Museum gerät in aktuellen Standortbestimmungen in die definitorische Nähe des Künstlichen Lebens.
The load-carrying capacity or the safety against plastic limit states are the central questions in the design of structures and passive components in the apparatus engineering. A precise answer is most simply given by limit and shakedown analysis. These methods can be based on static and kinematic theorems for lower and upper bound analysis. Both may be formulated as optimization problems for finite element discretizations of structures. The problems of large-scale analysis and the extension towards realistic material modelling will be solved in a European research project. Limit and shakedown analyses are briefly demonstrated with illustrative examples.
This paper presents the direct route to Design by Analysis (DBA) of the new European pressure vessel standard in the language of limit and shakedown analysis (LISA). This approach leads to an optimization problem. Its solution with Finite Element Analysis is demonstrated for some examples from the DBA-Manual. One observation from the examples is, that the optimisation approach gives reliable and close lower bound solutions leading to simple and optimised design decision.
Limit and shakedown analysis are effective methods for assessing the load carrying capacity of a given structure. The elasto–plastic behavior of the structure subjected to loads varying in a given load domain is characterized by the shakedown load factor, defined as the maximum factor which satisfies the sufficient conditions stated in the corresponding static shakedown theorem. The finite element dicretization of the problem may lead to very large convex optimization. For the effective solution a basis reduction method has been developed that makes use of the special problem structure for perfectly plastic material. The paper proposes a modified basis reduction method for direct application to the two-surface plasticity model of bounded kinematic hardening material. The considered numerical examples show an enlargement of the load carrying capacity due to bounded hardening.
Structural design analyses are conducted with the aim of verifying the exclusion of ratchetting. To this end it is important to make a clear distinction between the shakedown range and the ratchetting range. The performed experiment comprised a hollow tension specimen which was subjected to alternating axial forces, superimposed with constant moments. First, a series of uniaxial tests has been carried out in order to calibrate a bounded kinematic hardening rule. The load parameters have been selected on the basis of previous shakedown analyses with the PERMAS code using a kinematic hardening material model. It is shown that this shakedown analysis gives reasonable agreement between the experimental and the numerical results. A linear and a nonlinear kinematic hardening model of two-surface plasticity are compared in material shakedown analysis.
In the new European standard for unfired pressure vessels, EN 13445-3, there are two approaches for carrying out a Design-by-Analysis that cover both the stress categorization method (Annex C) and the direct route method (Annex B) for a check against global plastic deformation and against progressive plastic deformation. This paper presents the direct route in the language of limit and shakedown analysis. This approach leads to an optimization problem. Its solution with Finite Element Analysis is demonstrated for mechanical and thermal actions. One observation from the examples is that the so-called 3f (3Sm) criterion fails to be a reliable check against progressive plastic deformation. Precise conditions are given, which greatly restrict the applicability of the 3f criterion.
Limit loads can be calculated with the finite element method (FEM) for any component, defect geometry, and loading. FEM suggests that published long crack limit formulae for axial defects under-estimate the burst pressure for internal surface defects in thick pipes while limit loads are not conservative for deep cracks and for pressure loaded crack-faces. Very deep cracks have a residual strength, which is modelled by a global collapse load. These observations are combined to derive new analytical local and global collapse loads. The global collapse loads are close to FEM limit analyses for all crack dimensions.
Fatigue analyses are conducted with the aim of verifying that thermal ratcheting is limited. To this end it is important to make a clear distintion between the shakedown range and the ratcheting range (continuing deformation). As part of an EU-supported research project, experiments were carried out using a 4-bar model. The experiment comprised a water-cooled internal tube, and three insulated heatable outer test bars. The system was subjected to alternating axial forces, superimposed with alternating temperatures at the outer bars. The test parameters were partly selected on the basis of previous shakedown analyses. During the test, temperatures and strains were measured as a function of time. The loads and the resulting stresses were confirmed on an ongoing basis during performance of the test, and after it. Different material models were applied for this incremental elasto-plastic analysis using the ANSYS program. The results of the simulation are used to verify the FEM-based shakedown analysis.
Improved collapse loads of thick-walled, crack containing pipes and vessels are suggested. Very deep cracks have a residual strength which is better modelled by a global limit load. In all burst tests, the ductility of pressure vessel steels was sufficiently high whereby the burst pressure could be predicted by limit analysis with no need to apply fracture mechanics. The relative prognosis error increases however, for long and deep defects due to uncertainties of geometry and strength data.
AP 1 : Verknüpfung der organisatorischen Bildung von Modulen mit der Umstellung auf ein Leistungspunktesystem ; Abschlussbericht. Einleitung, Auswahl eines Leistungspunktesystems, Bedingungen bei der Einführung von ECTS, Verknüpfung der Kriterien Learning Outcomes und Workload, Konzeption eines Studiengangs, Erfassung der Arbeitsbelastung Studierender, Ergebnisse der Umfrage zu allgemeinen Kompetenzen, Diploma Supplement, Öffentlichkeitsarbeit
Zur Bedeutung der Workload
(2005)
Bei der Einführung von Bachelor- und Masterstudiengängen sind die entsprechenden gesetzlichen Anforderungen zu beachten sowie die Anforderungen von Akkreditierungsrat und Akkreditierungsagentur. Bachelor- und Masterstudiengänge müssen modularisiert sein und in ein Leistungspunktesystem integriert. Die Leistungspunkte müssen auf der tatsächlichen Arbeitsbelastung der Studierenden basieren. Bei der Konzeption von Bachelor- und Masterstudiengängen soll zunächst eine Bedarfsermittlung erfolgen. Besteht ein Bedarf, soll ein Abschlussprofil basierend auf den Kompetenzen (besondere Beachtung verdienen die Schlüsselqualifikationen), über die der Absolvent verfügen soll, erstellt werden. Aus diesem wird ein Curriculum mit Modulen abgeleitet. Die Module werden mit Leistungspunkten versehen und auf einem Modulbogen zwecks Transparenz beschrieben. Dabei ist der Paradigmenwechsel vom Lehrenden zum Lernenden zu beachten – Lernergebnisse statt Lernziele. Die Lernergebnisse werden mittels Kompetenzen ausgedrückt. Der Studiengang wird des weiteren im Diploma Supplement, welches der Studierende bei Abschluss zusätzlich zum Zeugnis erhält, dokumentiert. ECTS ist aber auch mit weiteren Auflagen verbunden. Noch herrührend von ECTS als reinem Transfersystem müssen beim Austausch von Studierenden die Formulare ECTS Application, Learning Agreement und Transcript of Records vom Fachbereich in Abstimmung mit der jeweiligen Partnerhochschule ausgefüllt werden, (siehe Anlagen 4 und 5). Zur Information aller Studierenden sollen die folgenden Dokumente bereitstehen: Ein Ratgeber für Gaststudierende, eine Beschreibung der Hochschule und der Fachbereiche (nach bestimmten Kriterien) sowie Beschreibungen aller Module (siehe Anlage). Die Fachhochschule hat diese Informationen schon zum größten Teil auf ihrer Website dargestellt. Wichtig ist die Pflege der Daten, die von den einzelnen Fachbereichen bzw. den Lehrenden übernommen werden muss, da nur sie die Richtigkeit und Aktualität der Daten gewährleisten können.
Safety and reliability of structures may be assessed indirectly by stress distributions. Limit and shakedown theorems are simplified but exact methods of plasticity that provide safety factors directly in the loading space. These theorems may be used for a direct definition of the limit state function for failure by plastic collapse or by inadaptation. In a FEM formulation the limit state function is obtained from a nonlinear optimization problem. This direct approach reduces considerably the necessary knowledge of uncertain technological input data, the computing time, and the numerical error. Moreover, the direct way leads to highly effective and precise reliability analyses. The theorems are implemented into a general purpose FEM program in a way capable of large-scale analysis.