ALBERT

Notizen: Abstract Material properties data, particularly those of advanced composite materials such as fiber-reinforced plastics, provides a very complex domain which is difficult to computerize. As a foundational activity supporting the development of material property databases, we have examined and modeled the data contained within this large, diverse, and intricate domain. Our primary objective was to gain a better understanding of the data involved in this system and their transformation and use. We examined the life cycle of a fiber-reinforced composite material, from a raw material to a manufactured product, focusing on the various applications which require and/or supply materials data and the types of materials data which must be included. A high-level information model was created to illustrate the overall picture of composite materials data which emerged from this analysis. This model provides a global view of the data encompassed in the domain of composite materials, and forms the basis of a formal conceptual model from which databases may be developed.

Notizen: Abstract This paper presents a data management model to support collaborative design. More specifically, it addresses the storing and managing of changes among designers in a multidisciplinary design project. We propose a three-layered model ofversions, assemblies, andconfigurations. Versions maintain evolving descriptions of primitive entities within a single discipline.Assemblies integrate component instances to describe more complex entities, as well as designs within individual disciplines.Configurations provide a framework to represent an overall project design which is composed of designs from the participating disciplines. We apply a concept ofequivalent operations for developing operators that store, detect and manage changes among versions of a primitive design entity. The close coupling of the version, assembly, and configuration layers enables computed version changes to be recursively combined to characterize changes at the assembly and configuration levels. This applies for both project coordination throughasynchronous communication of changes among designers, and project monitoring through systematic tracking of evolving project descriptions. This paper also presents an implementation of the data management model in a CAD paradigm. We use a simple multidisciplinary facility design example to demonstrate the change management capabilities of the proposed model. This example has been tested on a prototype implementation in an AUTOCAD environment.

Notizen: Abstract Engineering software is becoming ever more complex. Finite element programs have sophisticated graphical input and output facilities, and are increasingly required to be linked to other software such as CAD or databases. The paper shows how an object oriented approach to finite element programming can be used to handle this complexity. This requires an approach that is very different from that adopted in more traditional programming. A foundation finite element class system is developed. This represents the essential data structure of the main finite element classes. It is then shown how this system can be used in a graphical model of two dimensional structures. The finite element system imposed no constraints on the development of the graphical model, yet could still be used easily. An important feature is that the nodes and elements are distributed around the graphical model, rather than being held centrally. For instance nodes may belong to points or lines of the graphical model. This means that the data structure used in the program more closely matches the way that the user of the program is likely to think.

Notizen: Abstract Issues related to the automated identification and elimination of the adverse influence of small geometric model features on the quality of automatically generated meshes, using local mesh modification operators, are addressed. The definition of mesh validity with respect to the geometric model is extended to include multiple mesh entity classifications. Checks based on mesh topology are used to ensure no dimensional reductions in the locally modified mesh. Example geometric models of varied complexity containing small geometric features are used to demonstrate the ability of presented procedures to improve mesh quality in terms of aspect ratio and small angle metrics.

Notizen: Abstract Mesh refinement is an important tool for editing finite element meshes in order to increase the accuracy of the solution. Refinement is performed in an iterative procedure in which a solution is found, error estimates are calculated, and elements in regions of high error are refined. This process is repeated until the desired accuracy is obtained. Much research has been done on mesh refinement. Research has been focused on two-dimensional meshes and three-dimensional tetrahedral meshes ([1] Ning et al. (1993) Finite Elements in Analysis and Design, 13, 299–318; [2] Rivara, M. (1991) Journal of Computational and Applied Mathematics 36, 79–89; [3] Kallinderis; Vijayar (1993) AIAA Journal,31, 8, 1440–1447; [4] Finite Element Meshes in Analysis and Design,20, 47–70). Some research has been done on three-dimensional hexahedral meshes ([5] Schneiders; Debye (1995) Proceedings IMA Workshop on Modelling, Mesh Generation and Adaptive Numerical Methods for Partial Differential Equations). However, little if any research has been conducted on a refinement algorithm that is general enough to be used with a mesh composed of any three-dimensional element (hexahedra, wedges, pyramids, and/or retrahedra) or any combination of three-dimensional elements (for example, a mesh composed of part hexahedra and part wedges). This paper presents an algorithm for refinement of three-dimensional finite element meshes that is general enough to refine a mesh composed of any combination of the standard three-dimensional element types.

Notizen: Abstract We present an optimization model for the design of rectangular reinforced concrete beams subject to a specified set of constraints. Our model is more realistic than previously published models because it minimizes the cost of the beam on strength design procedures, while also considering the costs of concrete, steel and shuttering. Thus our method leads to very practical designs. As there is an infinite number of possible beam dimensions and reinforcement ratios that yield the same moment of resistance, an efficient search technique is preferred over the more traditional iterative methods. We employ a simple genetic algorithm as the search engine, and we compare our results with those obtained via geometric programming. Since the adjustment of parameters in a genetic algorithm (e.g., population size, crossover and mutation rates, and maximum number of generations) is a significant problem for any application, we present our own methodology to deal with this problem. A prototype of this system is currently being tested in México, in order to evaluate its potential as a reliable design tool for real world applications.

Notizen: Abstract The purpose of this paper is to illustrate the implementation of efficient methods in the analysis of general multibody systems. The main goal is a total general purpose program which is able to handle the analysis of open as well as closed loop systems. The development of a general purpose program necessitates considerations concerning storing of code and data access facilities of the analysis code. Many of the building blocks for the analysis are supposed to solve the same problems although this is obtained in different ways depending on the specific type of block. These considerations lead to the creation of an object oriented structure of the analysis code. The development of the analysis algorithms is based on the kinematics of the system. The implementation of these schemes is based on graph theory and is presented through an example by the end of the paper.

Notizen: Abstract Present day topology optimization techniques for continuum structures consider the design of single structural components, while most real life engineering design problems involve multiple components or structures. It is therefore necessary to have a methodology that can address the design of multi-component systems and generate designs for the optimal layouts of individual structures and locations for interconnections. The interconnections include supports provided by the ground, joints and rigid connections like rivets, bolts and welds between components. While topology optimization of structures has been extensively researched, relatively little work has been done on optimizing the locations of the interconnections. In this research, a method to model and define domains for the interconnections has been developed. The optimization process redistributes material in the component design domains and locates the connections optimally based on an energy criterion. Some practical design examples are used to illustrate the capability of this method.

Notizen: Abstract This paper shows that there are three main categories of factors that make the optimum mechanical design of micro-systems different from macro-systems: scale effects, a limited range of materials, and a limited range of production processes. The combined effect of these factors can make the optimum configuration of a micro-system potentially very different from that of the same system on a macro-scale. In particular, the use of flexible elements for hinges is much more feasible and desirable on a micro-scale.

Notizen: Abstract A diagnosability prediction metric is developed for system modeling of component failure rates and unjustified removals. The metric emphasizes ambiguity of system component indications as well as system structure. The metric is evaluated using historical data from the bleed air control system (BACS) on the Boeing737-300. Four design changes are suggested based on improving system diagnosability by changing component functions, modifying indications, and adding or changing sensors. The resulting designs are compared via Boeing's life cycle cost mechanism, DEPCOST model, based on cost improvements. It is shown that system improvements based on this prediction technique will increase the quality of a product since increased diagnosability decreases life cycle costs.

Notizen: Abstract Research in artificial intelligence and optimization (OR) has had significant impact on the formulation and solution of computational methods in engineering design. This paper presents a conceptual framework for understanding a more powerful technology that is evolving from a combination of these approaches. The paper first proposes generalized representations of engineering design models that involve quantitative and qualitative aspects. Second, it presents a general classification of AI and OR models in terms of model attributes, in order to establish mappings with generic solution techniques. Third, the requirements of solution methods are discussed, as well as several schemes for the integration of AI and optimization to identify future research directions. Several specific approaches are included to illustrate various ways in which AI and optimization can be combined for tackling computational design models.

Notizen: Abstract This paper focuses on the topic how students can learn to cooperate in design teams, to be prepared for industrial practice. Advantages and disadvantages of teamwork in design are observed in a project. In this project students designed and manufactured a device in teams. Most of the disadvantages which are discussed, occur because of problems of communication between the team members. An approach for the education in systematic design and the experiences in using this approach are presented. The paper concludes with suggestions for design education and for research.

Notizen: Abstract The purpose of this work is to develop automatic methods of semantic integrity maintenance, in support of concurrent engineering. Semantic integrity relations in any final engineering design are built up incrementally, through the use of different computer applications. Here, the structure of these integrity relations are formalised for representation within a database. When changes to a design have to be made, they can invalidate integrity relations in other parts of the design. Formal methods are defined for identifying what data and integrity relations are invalidated by any change. Methods for making changes that minimise re-design are described and formalised. Opportunities for using semantic integrity to assess progress on a design are reviewed.

Notizen: Abstract A class of graph grammar-based design algorithms for the generation of near-optimal machine designs is proposed. The GGREADA algorithm is implemented to design scale model carts from Meccano® Set components. A graph grammar for the carts is defined. GGREADA successfully designs minimum-weight carts that provide specified load-bed areas. GGREADA's exploration capability is also demonstrated by creating probability frequency plots of likely cart surface areas and weights from random samples taken from the space of all possible cart designs. The advantages that a designer may gain from grammar-based design tools are discussed along with the representational challenges that remain in exploiting grammars for this purpose.

Notizen: Abstract Formal decision support tools are little used in engineering design. This paper explores the reasons for this and presents a method which is tailored to problems characterized by teams of stakeholders with inconsistent views who generate multiple alternatives and criteria, and who work to reach consensus. This method is especially designed to support activity when much of the information is qualitative, immature, and there is a diversity of views. The methodology assists the team in determining which alternative attributes to invest time in refining in their effort to reach consensus. The underlying mathematical structure (a Bayesian model of multi-attribute team decision making) is presented. This model supports team member belief about an alternative's ability to meet a criteria on two dimensions, knowledge and confidence. The methodology forces recording the rationale used to reach the final decision. A running example is used to explain the details.

Notizen: Abstract The paper examines a singular perturbation model of tracking two targets, one slow and a fast one which is assumed periodic. The plant is linear and the cost is quadratic. A limit problem is displayed. It corresponds to the limit behavior of the perturbed system when the small parameter tends to zero. This limit is not of reduced order, as the fast target is periodic. Rather, an infinite-horizon optimal averaging is performed on the fast scale, and serves as an input to slow-scale optimization. This limit design is used to approximate the optimal solution of the singularly perturbed system. Bounds for the rates of the approximation are given. The optimal limit design is computed in a feedback form in the general case, and for illustrative concrete examples.

Notizen: Abstract Recently a smooth compactification of the space of linear systems withn states,m inputs, andp outputs has been discovered. In this paper we obtain a concrete interpretation of this compactification as a space of discrete-time behaviors. We use both homogeneous polynomial representations and generalized firstorder representations, and provide a realization theory to link these to each other.

Notizen: Abstract In this paper we study the high-gain feedback classification problem for generalized state space systems. We solve this problem for proportional and derivative feedback transformations of regularizable systems, i.e., we give necessary and sufficient conditions for a regularizable system to be a limit of a given system under high-gain proportional and derivative feedback. We also derive a new complete set of invariants for proportional feedback equivalence and specify a set of necessary conditions for a system to be the limit of another system under these feedback transformations. The necessary conditions are sufficient for arbitrary state space systems and for controllable singular systems.

Notizen: Abstract This paper considers the problem of finding matrix-valued rational functions that satisfy two-sided residue interpolation conditions subject to norm constraints on their components. It is shown that this problem can be reduced to a finite-dimensional convex optimization problem. As an application, we show that under suitable assumptions on the plant, multiple objective ℋ2 and ℋ∞ control problems admit finite-dimensional optimal solutions and that such solutions can be computed using finite-dimensional convex programs.

Notizen: Abstract We show that for infinite-dimensional discrete-time positive systems the complex and real stability radii coincide. Furthermore, we provide a simple formula for the complex stability radius of positive systems by the associated transfer function. We illustrate our results with an example dealing with a simple type of differential-difference equations.

Notizen: Abstract In the research project ‘Team-work in Engineering Design Practice’, engineers and psychologists investigate design processes in industry by detailed observation. The aim is to comprehend how the external conditions in conjunction with the individual designer's and the group's prerequisites influence the design process and the solution. Therefore, the design process has to be documented in a standardized form. The paper presents a method for standardized observation of design team-work in industrial practice. In an example of an observed and recorded group setting, some abilities of the protocol analysis methods are demonstrated. After discussing the non-participating observation of design processes with on-line recordings, the planned future work is introduced. Apart from further investigation methods, experiences from first investigations in industry are mentioned.

Notizen: Abstract Collaborative design is currently supported through the integration of graphical representations with relational databases and the distribution of data and applications across local and wide area networks. Recent developments in computer support for synchronous collaboration have led to the development of multi-user drawing boards and video conferencing software for remote meetings. The extension of CAD for use in a collaborative design session changes the focus of collaborative design from a distribution of data to a shared workspace. Combining CAD with the concept of multi-user software introduces issues of shared visualisation and shared decision making. A model for the integration of CAD and database management in a collaborative design session is presented within a client server architecture, and an implementation of this model using AutoCAD as the shared CAD system is described.

Notizen: Abstract Changing customer preferences, demand for quality, and new technologies have led to very short product life cycles. This requires firms to have short product development lead times while keeping product costs low and quality high in order to stay competitive. In this context, we focus on improved understanding of time-consuming design iterations. We are creating tools for modeling product development projects in order to predict the performance of product development organisations. In this paper, signal flow graphs are presented as a flexible tool for design process modeling, and illustrated using an industrial example. Analysis of the model allows computation of the probability distribution of lead time and identification of the key drivers of lead time.

Notizen: Abstract When designing mechanisms, making use of examples in past designs and handbooks should lead to cost reduction by promoting the sharing of parts and subassemblies among the products as well as reduction of time and effort. At present, however, the process of surveying design examples is left almost entirely to human designers and little computerised aid has been developed. We propose a computerised method of retrieving mechanism concepts from a library by specifying a required behaviour using qualitative configuration space as a retrieval index. First, mechanism concepts and their kinematics characteristics are described and stored in a computerised library using qualitative configuration spaces accompanined by additional information such as motion type and motion transmission direction. To retrieve mechanism concepts which realise specific kinematic behaviour, designers specify the required behaviour as timing charts of given input and intended output motions. Motion types, motion transmission direction, and motion speed dependence of the input and output motions can also be specified. Computer programs translate the required timing charts into required locus patterns in motion parameter space, and then available mechanism concepts to realise the behaviour are retrieved based on pattern matching between the qualitative configuration spaces and the locus patterns. The method is implemented as an experimental computer program written in Prolog and applied to simple mechanism design problems as examples to confirm the effectiveness of the approach.

Notizen: Abstract This paper proposes a conceptual design tool, based upon inferential design theory. It has been specifically developed for the design of production and operations systems, but its use can be extended to other engineering areas, such as mechanical and structural systems. Inferential design theory and its foundation in the inferential theory of learning are briefly outlined. Both theories are based on the idea of using specialised knowledge operators in learning and design, termed knowledge transmutations and design knowledge transmutations respectively. The 24 transmutations existing in the two theories are outlined, and a further 12 design-specific transmutations are proposed. These have been developed as a result of our research. A conceptual design process is proposed, in which design knowledge transmutations are used. A software tool for design, CREDO, is also described and an example of its use in the generation of design concepts for an after-sales service facility is presented. The conclusions discuss the initial methodological experience of using CREDO to generate design concepts. They are based on the introductory use of CREDO at Technion in Israel for teaching purposes. Directions for further research are also provided.

Notizen: Abstract A tolerance sensitivity study evaluates the influence of each component tolerance on the assembly tolerance. It is crucial to the improvement to tolerance design. This paper discusses a difficulty in evaluating the sensitive factors of some geometric tolerances (e.g. the position tolerance), due to their connections with a random orientation angle α. An average sensitive factor over α is proposed for the position tolerance. The usefulness of the average sensitive factor is demonstrated through a mechanical example.

Notizen: Abstract In ship structural design, many structural analyses by the finite element method are carried out on models at several different scale levels; for example, a whole ship, cargo hold parts, and detailed structures. However, one serious problem with this design and analysis process is that the generation of the finite element models for a complex configuration is very difficult and laborious. To overcome this problem, an object oriented, finite element modeling system, MODIFY, has been developed by the authors. In this paper, the concept of the finite element modeling system and the techniques for the construction of the system are explained. First, the object oriented data structure of the system, based on the Part-Object concept, is proposed. In this concept, not only the geometry of the domain but also the analytical conditions, such as boundary conditions and material properties, and the finite element model, are represented by the object oriented data structure. By using this data structure, effective finite element model generation can be expected. Second, a mesh generation algorithm based on the frontal method is described. The original frontal method by S.H. Lo was improved for application to three-dimensional curved surfaces. A new inner node placement technique to make quadrilateral elements around stress concentrated areas is also proposed. These techniques are suitable for ship structures, and more accurate results from the finite element analysis can be expected. Moreover, the parallel mesh generation is implemented in MODIFY by using the client-server concept to accelerate mesh generation. Third, a prototype system for the automatic finite element model generation for different analysis levels is proposed. The system is based on the concept of the PD part, which is the part in the design and production stage, and automatic computing of the intersection between PD parts. The validity of this system is demonstrated by some examples.

Notizen: Abstract For the theoretical consideration of a system for reducing skin friction, a mathematical model was derived to represent, in a two-phase field, the effect on skin friction of the injection of micro air bubbles into the turbulent boundary layer of a liquid stream. Based on the Lagrangian method, the equation of motion governing a single bubble was derived. The random motion of bubbles in a field initially devoid of bubbles was then traced in three dimensions to estimate void fraction distributions across sections of the flow channel, and to determine local bubble behavior. The liquid phase was modeled on the principle of mixing length. Assuming that the force exerted on the liquid phase was equal to the fluid drag generated by bubble slip, an equation was derived to express the reduction in turbulent shear stress. Corroborating experimental data were obtained from tests using a cavitation tunnel equipped with a slit in the ceiling from which bubbly water was injected. The measurement data provided qualitative substantiation of the trend shown by the calculated results with regard to the skin friction ratio between cases with and without bubble injection as function of the distance downstream from the point of bubble injection.

Notizen: Abstract Two-dimensional and three-dimensional Green-Naghdi (GN) models equipped with a numerical wave-absorbing beach have been developed to simulate nonlinear, regular, and irregular wave propagation. The numerical beach is introduced near the downstream boundary to absorb outgoing waves. An appropriate amount of numerical damping and an appropriate length of numerical beach are investigated using numerical experiments. The results show that the GN models with a numerical beach work very well in simulating wave propagation in water in a small computational domain.

Notizen: Abstract Hydrodynamic loads on a propeller blocked with simulated ice were studied using a cavitation tunnel. Comparative predictions were made using a panel method. The propeller was a model of the Canadian Coast Guard's R-class icebreake propeller, and the ice block was simulated using a solid blockage. Experimental results show the open water performance of the propeller, its performance behind a blockage, and the effects of cavitation in these conditions, as well as the loading on the simulated ice block. Panel method predictions were made of the time series propeller performance in the blocked flow. Cavitation during propellerice interaction resulted in a reduction of mean suction load on the ice block. Block load measurements indicated an increase in the oscillation about the mean value of the loads, with a variation in the phase of the loading with respect to blade position as compared with the non-cavitating results. Comparisons of panel method results with the measured block loads support the reliability of the dynamic measurements.

Notizen: Zusammenfassung In der Arbeit werden alle Systeme zur Ermittlung der Hilbert-Transformierten charakterisiert. Es wird ein Verfahren zur Klassifizierung dieser System angegeben. Ein Schwerpunkt der Arbeit wird auf die praktische Anwendbarkeit des Verfahrens gelegt. Auf die Vorteile der in der Arbeit dargestellten Herangehensweise gehen wir ebenfalls ein.

Notizen: Zusammenfassung Kavitationsschäden an Kreiselpumpen lassen sich quantitativ abschätzen, wenn die Blasenfeldlänge aus einer Messung oder Rechnung bekannt ist. Auch aus Flüssigkeits–oder Körperschallmessungen können die Erosionsrate, Implosionsdruck und Kavitationsschwellwert in konsistenter Weise- wenn auch mit großer Streuung – vorausberechnet werden. Beobachtet man in kritischen Anwendungsfällen die Blasenfeldlänge, mißt Flüssigkeits- oder Körperschall und untermauert den Befund mit Farberosionsversuchen, läßt sich das Schadensrisiko recht umfassend beurteilen. An die hundert Messungen in Anlagen aller Art, an den verschiedensten Pumpentypen verschiedener Hersteller, sichern die empirischen Korrelationen für die Schadensprognose in statistisch relevanter Weise ab. Anhand von drei Anlagemessungen und einem Prüfstandsversuch werden die Anwendung der entwickelten Methoden in der Praxis e rläutert und deren Grenzen aufgezeigt.

Notizen: Abstract Different abrasive processes such as grinding and lapping are necessary to produce semiconductor wafers. However grinding and lapping leads to deterioration of the surface integrity of monocrystalline wafers. Therefore polishing and planarization is of utmost importance to produce microelectronic components. In this lecture the basics of polishing technology as well as different process models are presented. Additionally the properties of different semiconductor substrate materials Si, GaAs are discussed.

Notizen: Zusammenfassung Das Konzept des Wärmeübergangskoeffizienten α wird auf dem Hintergrund der Theorie mathematisch/physikalischer Modellbildung auf seine eigentliche Aussage hin untersucht. An einer Reihe von Beispielen wird demonstriert, daß eine unkritische Übernahme des Konzeptes zu Fehlinterpretationen verleitet. Insgesamt werden die Grenzen des Konzeptes so präzise wie möglich aufgezeigt, gleichzeitig aber auch erläutert, wozu der Wärmeübergangskoeffizient eingesetzt werden kann, wenn der physikalische Hintergrund gebührend berücksichtigt wird.

Notizen: Zusammenfassung Bei der Bildung von kontinuierlichen parametrischen Modellen zur Beschreibung komplexer Systeme ergibt sich das Problem, einen Parametersatz zu erzeugen, der das Modell einerseits vollständig beschreibt und andererseits nicht überbestimmt ist. Bisher ist kein allgemein verwendbarer Ein-Schritt-Algorithmus zur Auswahl eines minimalen Parametersatzes beschrieben worden. In diesem Artikel wird ein Verfahren vorgestellt, welches – basierend auf einer Linearisierung des Modells – ohne Iteration eine gute Auswahl unabhängiger Parameter bestimmt.

Notizen: Zusammenfassung Autonome Serviceroboter im Einsatz als tagtägliche Helfer des Menschen sind ein derzeit beliebtes Diskussionsthema. Die Entwicklung intelligenter Algorithmen und Kontrollarchitekturen bis zur Serienreife wird nach dem Stand heutiger Technik jedoch sicher noch einige Jahre in Anspruch nehmen. Insbesondere in Gebieten, wo menschliche Intelligenz, Handlungsweisen und insbesondere Intuition gefordert sind, werden sich in absehbarer Zeit keine autonomen Lösungen finden lassen. Für diese Bereiche bietet sich eine bereits seit längerem angewandte Technik an, in der die menschliche Interaktion mit der Umgebung über fernbediente, mobile Handhabungselemente stattfindet. Besonderer Wert muß bei dieser Teleoperation auf die Übermittlung der Informationen in beiden Richtungen gelegt werden. Der Übertragung der visuellen Daten vom Ort des Geschehens kommt zur Entscheidungsfindung des Bedieners und damit zur Steuerung des mobilen Roboters eine wichtige Rolle zu. Der Einsatz innovativer Technologie läßt hier in naher Zukunft brauchbare Lösungen erwarten. Der folgende Artikel beschreibt eine Arbeit des Europäischen Centrums für Mechatronik in Aachen, in der eine Bedienstation für mobile Roboter in Gefahreneinsätzen implementiert wird.

Notizen: Zusammenfassung Festigkeit und Zähigkeit sind mit die wichtigsten Eigenschaften eines Werkstoffes. Ein Werkstoff bzw. ein aus ihm gefertigtes Konstruktionsteil muß eine ausreichende Festigkeit, die eine genügende Widerstandsfestigkeit gegenüber der Einwirkung äußerer Kräfte und Momente garantiert, besitzen. Andererseits ist meist ein genügend hohes plastisches Verformungsvermögen, z. B. bei der Verarbeitung durch spanlose Formung, erforderlich. Durch statische und dynamische Werkstoffprüfungen werden die Widerstandsfähigkeit der Werkstoffe gegen äußere Kräfte und die unter der Einwirkung dieser Beanspruchung auftretenden Verformungen, bestimmt. In diesem Beitrag sind die dazu erforderlichen Prüfverfahren kurz skizziert und hinsichtlich ihrer Aussagekraft, das Zähigkeits/Festigkeits-Verhalten zu charakterisieren, bewertet worden. Es wird gezeigt, daß die Werkstoffkenngröße ,,Zeta” (ζ) zur Charakterisierung des Zähigkeits/Festigkeits-Verhaltens für die verschiedensten und unterschiedlichsten Werkstoffe, wie z. B. Stahl, Stahlguß, Gußeisenwerkstoffe (GG, GGL, GGV, GTV, GTW, GTS, GGG), Kupfer-, Aluminium- und Magnesium-Legierungen sowie polymere Werkstoffe (Kunststoffe), geeignet ist.

Notizen: Zusammenfassung Die Simulation des Wickelvorgangs eines Druckbehälters aus Faserverbundwerkstoff kann durch die Vorspannung der Fäden deutlich erschwert werden. Das Phänomen läßt sich allerdings modellieren, indem man das Verfahren schichtweise betrachtet. Wichtig ist es darauf zu achten, daß eine Starrkörperbewegung durch den Zug der Wickelmaschine stattfindet. Aus der Gleichgewichtsbedingung können die Differentialgleichungen hergeleitet werden, welche verschiedene Lösungen für die zu wickelnde Schicht und die übrige Struktur liefern. Diese Lösungen enthalten Unbekannte, die unter Berücksichtigung der Randbedingungen mit dem Gauss-Algorithmus bestimmt werden können.

Notizen: Zusammenfassung Zur Optimierung der Auslegung von Turbomaschinen ist die exakte Kenntnis des in der Maschine vorliegenden Strömungsfeldes eine wesentliche Voraussetzung. Die sinnvolle Ergänzung von experimentellen Arbeiten durch numerische Untersuchungen kann das hierfür erforderliche Verständnis für die Strömungsverhältnisse liefern. Moderne Meßtechniken ermöglichen die Erfassung instationärer Strömungsvorgänge und liefern damit nicht nur einen detaillierten Einblick in die untersuchten Meßebenen, sondern erlauben zusätzlich die Kontrolle komplizierter Berechnungsverfahren. Die mit der Weiterentwicklung der Computer und der Berechnungsverfahren kontinuierlich wachsenden Möglichkeiten der numerischen Strömungssimulation erlauben nicht nur die Kontrolle von Meßergebnissen, sondern gewähren zusätzlich einen Einblick in Strömungsvorgänge die meßtechnisch unzugänglich sind. Im Rahmen dieser Veröffentlichung wird die erfolgreiche Zusammenarbeit meßtechnischer und numerischer Untersuchungen einer Turbomaschine am Beispiel der Strömungsuntersuchung in einem hydrodynamischen Wandler dokumentiert. Zwischen den beiden Laufrädern des Wandlers wurden die zeitlich veränderlichen Druckverläufe gemessen. Kern des hierzu eingesetzten Meßsystems bildet eine als Ersatz für die empfindlichen Heißfilmsonden entwickelte miniaturisierte, schnell ansprechende Drucksonde. Parallel dazu wurde ein Finite-Volumen-Verfahren entwickelt, mit dem die inkompressible, dreidimensionale, instationäre Strömung in relativ zueinander bewegten Komponenten einer Turbomaschine berechnet werden kann. Mit diesem Verfahren ist die Strömung im Bereich der Pumpe und der Turbine simuliert worden. Der Vergleich der berechneten Drehmomente mit den Werten einer gemessenen Kennlinie sowie die Gegenüberstellung der berechneten Meridian- und Umfangsgeschwindigkeiten mit den entsprechenden gemessenen Werten zeigen gute Übereinstimmungen. Rechnung und Messung in der Ebene zwischen Pumpe und Turbine beweisen, daß die experimentelle Analyse der Pumpenströmung durch die Computerberechnung ersetzt werden darf.

Notizen: Zusammenfassung In der vorliegenden Arbeit werden aus dem Vergleich experimenteller Daten für den Sauterdurchmesser d 32 und den Hold-up ϕ mit Gleichungen aus der Literatur für den verwendeten konischen Turbinenrührer für gas-flüssig Systeme Modellgleichungen für d 32 und ϕ angegeben. Die notwendigen Anpassungen der Proportionalitätskonstante in den Literaturgleichungen werden auf der Basis fluiddynamischer Phänomene erläutert. Sie lassen sich durch fluiddynamische Ergebnisse einer früheren Untersuchung mit Laser-Doppler-Anemometrie begründen. Koaleszenzphänomene werden im Modell berücksichtigt, wobei eine Analogie zu Blasensäulen zugrundegelegt wird und sich als tragfähig erwiesen hat. Argumente für die Notwendigkeit der Berücksichtigung der lokalen Fluiddynamik bei der Modellierung von Dispergiervorgängen werden vorgelegt.

Notizen: Zusammenfassung Untersuchungen von Marangoni-Konvektionen in einem erdgebundenen Laboratorium sind nur begrenzt möglich, da die Grenzflächenkräfte gegenüber den Volumenkräften von geringerer Größenordnung sind. Mit den relevanten Kennzahlen: Reynolds-, Marangoni- und dynamischer Bond-Zahl stehen Kennzahlen für eine physikalische Ähnlichkeit, mit der statischen Bond-Zahl eine Kennzahl für eine geometrische Ähnlichkeit verschiedener Experimentkonfigurationen zur Verfügung. Eine Dominanz von Grenzflächenkräften liegt dann vor, wenn die Bond-Zahlen sehr klein gegen eins sind. Experimentelle Untersuchungen von Grenzflächenphänomenen sind also möglich bei a) Mikrogravitationsexperimenten, b) kleinen charakteristischen Versuchs- abmessungen und c) Simulationsexperimenten mit Fluiden geringer Dichteunterschiede (Plateau-Simulation). Vermöge einer Plateauanordnung soll die thermokapillare Konvektio n in einem Fluidtropfen untersucht werden. Beobachtungen über photographisch dokumentierte Konvektionsformen werden mitgeteilt und diskutiert.

Notizen: Zusammenfassung In der Arbeit wird das Stabilitätsverhalten von BIBO-stabilen LTI-Systemen untersucht. Es wird eine einfache notwendige und hinreichende Bedingung für die BIBO-Stabilität dieser Systeme vorgeschlagen.

Notizen: Zusammenfassung Zur Optimierung regenerativer Gaskreisprozesse wie z.B. des Stirling-oder des Vuilleumier-Prozesses wird eine hierarchische Strategie vorgeschlagen, bei der zunächst auf oberster Ebene die fundamentalen, den Gesamtprozeß betreffenden Größen wie Druck oder Drehzahl gewählt werden. Als nächstes wird die Aufteilung des temperaturbezogenen Totvolumens auf die einzelnen Prozeßkomponenten optimiert, wobei sich schließlich auf unterster Ebene separate Suboptimierungsprobleme für die geometrischen Abmessungen dieser Komponenten bei jeweils vorgegebenem Totvolumen ergeben. In diesem ersten Teil des Beitrages wird die Optimierung von Rohrbündelwärmeaustauschern bei konstantem Volumen behandelt, wobei sich unter gewissen vereinfachenden Annahmen und je nach Nebenbedingung z.T. noch analytische Lösungen ergeben, die eine gute Übereinstimmung mit den Ergebnissen aufwendigerer numerischer Optimierungsrechnung en zeigen und insofern zur Startwertschätzungen für diese sowie für prinzipielle theoretische Untersuchungen gut geeignet sind.

Notizen: Zusammenfassung Es wird eine neue Methode zur Lösung der instationären Wärmeleitungsprobleme in zylindrischen druckführenden Bauteilen vorgestellt. Mit dieser Methode ist es möglich, die instationäre Temperatur- und Spannungsverteilung auf der Basis der im Körperinneren gemessenen Temperaturen zu bestimmen. Die Wärmespannungen an der inneren Bauteiloberfläche können nur mit einem an der Außenoberfläche angebrachten Thermoelement ermittelt werden. Die inverse Aufgabe der Wärmeleitung wurde nach der Methode der kleinsten Quadrate unter Verwendung folgender Stabilisierungsmaßnahmen gelöst: Glättung der Temperaturmeßwerte, Regularisation der Lösung und sogenannte Zukunftschritte. Um den Einfluß der Temperatur-Meßfehler und der Meßstellenanzahl auf die Rechengenauigkeit zu zeigen, werden zwei Berechnungsbeispiele durchgeführt. In einem weiteren Beispiel wurden die an de r Außenoberfläche gemessenen Wandtemperaturen zur Berechnung des Wärmeübergangskoeffizienten und der Wärmespannungen an der inneren Oberfläche des Hohlzylinders benutzt.

Notizen: Zusammenfassung  In Seitenkanalmaschinen mit den großen Druckzahlen treten hohe Dissipationsverluste im Seitenkanal und im Unterbrecher auf, die von der gleichen Größenordnung sein können wie die polytrope spezifische Nutzarbeit. Die Ursache für den großen spezifischen Dissipationsenergieanteil ist in der turbulenten Wirbelströmung im Seitenkanal zu suchen, die von den Laufradschaufeln hoher Zahl ausgelöst wird und den Wirkungsgrad der Maschinen auf Werte von η 0,46 ... 0,50 begrenzt. Diese erzwungene turbulente Wirbelströmung sorgt aber auch für die hohen Druckzahlen, die mit Seitenkanalmaschinen erreicht werden. Im Seitenkanal treten Druckschwankungen mit beachtlichen Druckamplituden hoher Frequenz bis 40 kHz auf. Diese dynamischen Druckschwankungen resultieren bei einem Laufradumlauf z.B. von t = 0,02 s und einem Schaufeldurchlauf von t = 0,35 ms aus einer turbulenten Wirbelströmung, die von den Laufschaufelkanten und der Laufradströmung im Seitenkanal ausgelöst werden. Die Analyse der dynamischen Druckschwankungen zeigt, daß sich die Amplitudenverteilung über einen großen Frequenzbereich bis 10 kHz und darüber erstreckt, wobei die Amplituden der Schaufeldrehfrequenz eine dominante Größe darstellen. Die erzwungene turbulente Wirbelströmung bedingt eine hohe turbulente Wirbelzähigkeit der Strömung und löst einen Impulsstromtransport im Seitenkanal aus, durch den sowohl die Arbeitsübertragung an das Förderfluid als auch die Erhöhung der spezifischen Dissipationsenergie im Seitenkanal erfolgt. Mit Hilfe des spezifischen Impulsstromtransports der turbulenten Wirbelströmung kann der Zusammenhang zur übertragenen spezifischen Gesamtenthalpie hergestellt werden.

Notizen: Zusammenfassung Zur Optimierung regenerativer Gaskreisprozesse wie z.B. des Stirling- oder des Vuilleumier-Prozesses wurde im ersten Teil dieses Beitrages eine hierarchische Strategie vorgeschlagen, bei der zunächst auf oberster Ebene die fundamentalen, den Gesamtprozeß betreffenden Größen wie Druck oder Drehzahl gewählt werden. Als nächstes wird die Aufteilung des temperaturbezogenen Totvolumens auf die einzelnen Prozeßkomponenten optimiert, wobei sich schließlich auf unterster Ebene separate Suboptimierungsprobleme für die geometrischen Abmessungen dieser Komponenten bei jeweils vorgegebenem Totvolumen ergeben. Dieses Teilproblem wurde für Rohrbündelwärmeaustauscher bereits gelöst und wird im folgenden für die Kolben und die Regeneratoren behandelt. Während sich im ersten Fall nach einigen Vereinfachungen wiederum eine analytische Lösung ergibt, die sich zudem noch von der nachfolgenden Regener atoroptimierung entkoppeln läßt, ist für letztere die Lösung des Gleichungssystems nur noch auf numerischem Wege möglich, wenn auch mit geringem Aufwand. Nach Lösung dieser Teilprobleme und der darauf aufbauenden Optimierung der Totvolumenverteilung ist schließlich für jede Wahl der o.g. fundamentalen Größen ,,die“ optimale geometrische Prozeßkonfiguration bestimmbar, so daß schließlich allgemeingültige Aussagen zur Wahl dieser Größen möglich sind.

Notizen: Zusammenfassung Um Aussagen über das stationäre und instationäre sowie das regelungstechnische␣Verhalten eines␣Wärmeversorgungssystems machen zu können, ist es notwendig, geeignete mathematische Ersatzsysteme für die einzelnen Subsysteme zu finden, die über genügend Aussagekraft für das Betriebsverhalten einer solchen Anlage verfügen. Die Betrachtung dynamischer Vorgänge spielt zunehmend bei der Untersuchung von Gebäudewärmeversorgungssystemen eine erhebliche Rolle, da deren Auswirkungen maßgeblich die Wirtschaftlichkeit eines Anlagensystems beeinflussen, sowie zur Findung und Beurteilung energieoptimaler Fahrweisen benötigt werden. An einer Anlage punktuell eine Veränderung durchzuführen ist wenig sinnvoll. Nur mit einer einheitlichen Betrachtung thermodynamischer, hydraulischer und regelungstechnischer Vorgänge in einer solchen Anlage wird eine qualitative Verbesserung möglich sein. Aus regelungstechnischer Sicht ist es daher notwendig, das Verhalten des Gesamtsystems zu kennen, um genügend genaue Angaben zum Verhalten einer Teilregelstrecke (z.B. Kessel, Wärmeübertrager, Gebäude etc.) machen zu können. Ein hierfür beliebtes Hilfsmittel stellt die numerische Simulation dar. Eine in der Heizungs-, Klima-, Luft- und Kältetechnik gerne genutzte Arbeitsweise zur Erstellung mathematischer Modelle ist die Netzmethode, die aus numerischer Sicht einer Unterteilung des betrachteten technischen Systems in mehrere Subsysteme gleichkommt. Unter einem mathematischen Modell wird eine Abbildung des Transportmodells der Erhaltungsgrößen im Form von Bilanzgleichungen, Koppelungsbedingungen, Hilfsgleichungen, sowie entsprechenden Anfangs- und Randbedingungen verstanden. Die physikalischen Gesetze dieses Arbeitsbereiches beruhen auf einigen wenigen Grundgesetzen und einer hierauf aufgebauten Vielzahl von abgeleiteten Gesetzmäßigkeiten, die wiederum spezielle Einzelheiten beschreiben. Während in der Ingenieurpraxis überwiegend von der Nutzung der abgeleiteten Gesetzmäßigkeiten Gebrauch gemacht wird, bestand z.B. im Projekt IFP10/2 /1/ der Anspruch, bei einer Modellierung der einzelnen Komponenten des Gesamtsystems von einer Anwendung der gültigen Naturgesetze, also Erhaltung der Energie, Erhaltung der Masse und Erhaltung der Bewegungsgröße (Impuls) auszugehen. Bei der Beschreibung der verschiedenen Subsysteme wurde vollständig die Methode der konzentrierten Parameter (lumped parameters) angewendet, d.h. ausgehend von Teilsystemen (bei jeweils frei, aber sinnvoll gewählten Bilanzräumen), die auf den genannten Erhaltungssätzen beruhen, mußte daher zwangsläufig eine Umwandlung vollzogen werden, weil hier häufig Systeme mit verteilten Parametern (distributed parameters, Stichworte: Zeit- und Ortsabhängigkeit) vorlagen. Diese Umwandlung wird automatisch durch eine entsprechende Diskretisierung der partiellen Terme in den Erhaltungsgleichungen herbeigeführt, so daß nach dieser Umwandlung zugleich, wie gefordert für eine Beschreibung der realen technischen Komponente mit konzentrierten Parametern, ein gekoppelter Satz von gewöhnlichen Differentialgleichungen (zur Beschreibung der Bestimmungsgrößen – auch Knoten oder `nodes' genannt) vorliegt, der einem geeigneten mathematischen Lösungsverfahren zugeführt werden kann. Anhand eines konkreten Beispiels (Wärmeübertrager im Gegenstrom) wird auf die speziellen Belange und Eigentümlichkeiten bei der Modellerstellung (verteilt/konzentriert) sowie die gängigsten Lösungsansätze␣eingegangen und deren Einfluß auf die ermittelten Ergebnisse dargestellt. Die auf der jeweiligen Verfahrensanwendung basierenden, zum Teil sehr starken Ergebnisunterschiede werden analysiert und mit geeigneten Darstellungen und Berechnungen einer stationären Lösung interpretiert und überprüft. Im Vergleich zu den Ergebnissen stationärer Lösungsansätze wird auch ein Hinweis auf eine erforderliche hohe `Nodisierung' bei der Umwandlung verteilter dynamischer Systeme hin zu konzentrierten dynamischen Systemen gegeben. Die Besonderheiten der beispielhaft angewendeten numerischen Lösungsverfahren (Art der Diskretisation, Zeit- und Ortsschrittweite) werden hierbei ausführlich betrachtet und besprochen. Der Aufsatz wird dabei in zwei Teile untergliedert. Der erste Teil beschäftigt sich mit der Funktionalität und dem Wirken der vorgestellten numerischen mathematischen Algorithmen, sowie mit den den Lösungsmethoden eigenen Diskretisierungsansätzen für die notwendige Umwandlung der partiellen Differentialquotienten in Differenzenquotienten zur Bildung der gewöhnlichen Differentialgleichungen. Der zweite Teil des Aufsatzes untersucht den Einfluß der beschriebenen numerischen Verfahren auf die Ergebnisse des ,,Systemverhaltens” der beispielhaft betrachteten technischen Komponente (Gegenstrom-Wärmeübertrager). Die hierbei voneinander abweichenden Ergebnisse werden miteinander verglichen, wobei darüberhinaus auch eine Untersuchung der Genauigkeit der örtlichen Diskretisation am Beispiel des asymptotischen Verhaltens der angesprochenen Verfahren erfolgt, die Aufschluß für die vorliegenden Tatbestände gibt.

Notizen: Zusammenfassung Die Finite-Prismen-Methode ist ein semianalytisches Lösungsverfahren, welches sich für Körper mit prismatischer Geometrie anbietet. Dabei werden die Grundgleichungen der Elastizitätstheorie einer Transformation unterzogen, die zur Trennung der Variablen führt. Für isotrope Werkstoffe liegen Aussagen zur Effektivität der Finite-Prismen-Methode vor. Eine Erweiterung auf anisotrope Werkstoffe ist möglich, wobei Restriktionen für das Werkstoffgesetz aus den Anwendungsgrenzen der Methode folgen. Beispielrechnungen demonstrieren die Einsatzmöglichkeiten der Theorie.

Notizen: Zusammenfassung Der Autor Stellt ein neues Verfahren zur Bestimmung von Wärmespannungen in dickwandigen Bauteilen von Dampferzeugern aus dem gemessenen zeitlichen Temperaturverlauf an der Außenoberfläche vor. Es eignet sich sowohl für ebene Wände als auch für zylindrische und kugelförmige Bauteile. Das Verfahren kann in online und offline arbeitenden Systemen Anwendung finden.

Notizen: Zusammenfassung Nachdem in Heft 3 die Funktionalität und das Wirken numerischer mathematischer Algorithmen am Beispiel des Polygonzug (Euler-Cauchy-), der Runge-Kutta-, sowie des Crank-Nicolson-Verfahrens ausgiebig behandelt und erörtert worden sind, sollen nun im zweiten Teil dieser Veröffentlichung die Resultate der unterschiedlichen Rechenverfahren vorgestellt und diskutiert werden. Aufgrund der teilweise recht erheblich voneinander abweichenden Rechenergebnisse während der transienten Vorgänge, vor allem aber auch bei den sich neu einstellenden stationären Zuständen, wird die Genauigkeit der den einzelnen Verfahren zugrundliegenden örtlichen Diskretisation am Beispiel des hieraus hervorgehenden asymptotischen Verhaltens untersucht und so Aufschlußüber die Zusammenhänge zwischen Verfahren und Simulationsergebnissen gegeben, wobei sowohl die Abhängigkeit der Vorgabe einer richtigen Anzahl von Segmenten, als auch die unterschiedlich schnelle Konvergenzeigenschaft der untersuchten Verfahren deutlich wird.

Notizen: Abstract The response of a dynamical system to Gaussian white-noise excitations may be represented by the Markov process whose probability density is governed by the well-known Fokker-Plank equation. In this paper a general procedure is developed to obtain the solution for Fokker-Plank equation in the state of statistical stationary. The dynamical systems considered are generally non-linear. This paper also demonstrates that the stationary joint probability density of the coordinates and velocity may possess the form of a separate product for the systems both non-linear damping and non-linear restoring forces.

Notizen: Zusammenfassung Der stabile Betrieb von mehrstufigen Axialverdichtern im Teillastbereich erfordert i.allg. variable Geometrien, beispielsweise verstellbare Leitschaufeln. Im Rahmen des Berichts wird gezeigt, daß die gezielte Verstellung der Leitschaufeln auch zur Verbesserung des instationären Betriebsverhaltens von Gasturbinen beitragen kann. Auf der Basis experimentell ermittelter Verdichterkennfelder wird mit Hilfe der Leistungsberechnung ein Verstellgesetz für die Leitschaufeln ermittelt, mit dem das Beschleunigungsverhalten eines Zweistrom-Turboluftstrahltriebwerkes verbessert wird. Dabei stellt sich heraus, daß die Dauer für die Beschleunigung des Triebwerkes von Teillast auf Vollast verringert oder alternativ, bei unveränderter Beschleunigungsdauer, der Abstand zur Stabilitätsgrenze im Hochdruckverdichter vergrößert und damit die Betriebssicherheit verbessert werden kann.

Notizen: Zusammenfassung Die Autoren nehmen eine vergleichende Betrachtung je eines numerischen Verfahrens zur Simulation von reibungsbehafteten Strömungsvorgängen auf Basis unstrukturierter und auf Basis blockstrukturierter Netze vor. Nach einer kurzen Gegenüberstellung der in den beiden Verfahren verwendeten Modelle werden die Ergebnisse der Nachrechnung einer Strömung durch ein Turbinenleitgitter mit verschiedenen Hinterkantenkonfigurationen im Hinblick auf Genauigkeit, Rechenzeitaufwand und lokales Auflösungsvermögen diskutiert.

Notizen: Abstract In this study the plastic buckling analysis of a circular cylinder under axial compression is carried out considering plastic compressibility. For the stability analysis, the linearized finite element equation is derived and the general elastic-plastic constitutive equation is formulated. The Drucker-Prager plastic potential is used to describe the plastic compressible yielding and the strength-differential effect. The influence of plastic compressibility on the buckling load is investigated for a circular cylinder.

Notizen: Zusammenfassung  Das thermische Schneiden an Rohren mit Industrierobotern erfordert eine geeignete Bereitstellung des Bauteils unter Berücksichtigung von Position, Orientierung und relativer Geschwindigkeit zum Robotereffektor. Da die Qualität der Bearbeitung stark von der Einhaltung der exakten Schnittgeschwindigkeit abhängt, ist eine optimale Abstimmung der Roboterbewegung und der Rohrdrehung erforderlich. Die Handhabung des Rohres erfolgt in der Regel durch Drehpositionierer, deren Bewegungen von der Robotersteuerung vorgegeben werden. Das hier beschriebene Verfahren dient zur Generierung von Bewegungsdaten zur synchronisierten Ansteuerung von Drehpositionieren. Das Ziel ist dabei eine optimale Schnittqualität, die zu optimierenden Parameter sind Position, Orientierung und Geschwindigkeit des Brenners sowie das Beschleunigungsverhalten des Drehpositionierers.

Notizen: Abstract Simulations concerning the thermomechanical behaviour of a SiC whisker-reinforced aluminium alloy are carried out with the finite-element method. A representative three-dimensional unit cell with an overlapping whisker arrangement is derived by geometrical idealisations. Special importance is placed on the material model which should be as true to life as possible because the mechanical behaviour of the composite is decisively influenced by the inelastic behaviour of the matrix. Investigations showed pronounced inhomogeneous residual stresses in the matrix of the composite as a result of the cooling process during manufacture. These stresses have a considerable influence on mechanical behaviour, especially under transverse loading. The composite is anisotropic with higher stiffness and strength in the longitudinal direction than in the transverse direction. The elastic modulus of the aluminium alloy clearly increases due to the whisker reinforcement. However, the yield strength is limited by sharp stress concentrations which result from the cylindrical shape of the whiskers and especially the sharp edge between the shell and the upper surface. Furthermore, high hydrostatic stresses develop in the matrix in the regions of the whisker ends at tensile loads which can lead to damage and eventually to failure of the composite at low fracture strains. At cyclic loads, ratchetting can be observed and, as residual stresses decrease in the course of the cycles, the strength increases significantly.

Notizen: Zusammenfassung  In der vorliegenden Arbeit wird ein Mixed-Signal-Verfahren für die Tiefpaßfilterung vorgeschlagen. Dieses Verfahren besitzt für eine große Klasse von Signalen das gleiche Verhalten wie der ideale Tiefpaß. Damit eignet sich das Verfahren zur Tiefpaßfilterung von Signalen mit endlicher Energie.

Notizen: Abstract The creeping flow between two discs and in a slotted disc-plate system where one of the discs rotating is considered. The equations of motion and continuity are simplified by an order of magnitude estimation and the assumption that the gap between the discs is small. For the disc-disc system the equations of motion are decoupled and can be integrated to give a zeroth order solution which is introduced into the equations. These are integrated again to give a first order solution which depends on the Reynolds number. It is shown that a disc rotating and axially movable in a narrow gap will centre itself. The integration of the equations of motion for the slotted disc-plate system leads to a Poisson equation with Neumann boundary conditions for the pressure. The boundary conditions are obtained with the assumption that the mass flows in radial direction are zero and the pressure gradients in circumferential direction are opposite equal. The differential equations are discretized and solved by a multigrid method. Velocities, pressure and torque are calculated. The superposed pressure distributions of the front and back side of a segment gives a resulting force exerted on the segment in axial direction.

Notizen: Abstract For a slowly rotating cylindrical container filled with an incompressible and viscous liquid the axisymmetric damped natural frequencies are obtained for a slipping and an anchored contact line of the equilibrium free liquid surface at the container wall. It was found that there exists in contrast to frictionless liquid a range where only aperiodic motion of the liquid is possible. The influence of an increase of the speed of spin was found to be an increase of the oscillation frequency at nearly constant decay magnitude.

Notizen: Zusammenfassung Das Verstehen der Funktionsweise biologischer Systeme und ihre Modellierung sind für die Erarbeitung neuer Wirkprinzipien nach biologischem Vorbild eine wesentliche Grundlage. Dafür leistet die vorliegende Arbeit einen Beitrag. Die Resultate zeigen, daß Modellierung und Simulation des Sprungvorgangs der Spinne auf der Basis eines Starrkörpermodells unter der Betrachtung des hydraulischen Antriebs möglich sind. Die Übertragung der Konstruktions- und Wirkungsprinzipien aus dem biologischem Bereich auf technische Systeme (auch Mikrosysteme) ist anschaulich am Beispiel eines Greifers und anderen Bewegungsmechanismen demonstriert worden.

Notizen: Zusammenfassung In der Arbeit wird das Stabilitätsverhalten von zeitvarianten, linearen, zeitdiskreten Systemen untersucht. Dabei werden zwei Varianten der BIBO-Stabilität miteinander verglichen. Der Autor zeigt, daß beide Varianten äquivalent sind. Mit den Ergebnissen wird eine Lücke in der Literatur geschlossen.

Notizen: Abstract  The axisymmetric natural damped frequencies (m=0) of a viscous liquid in a cylindrical container are obtained for slipping and anchored contact line at the container wall. The results may also be applied to viscous liquid in a micro gravity environment, if the contact angle of the contact line to the container wall is in the vicinity of π/2, indicating that the free liquid surface remains a plane surface in equilibrium. It was found that there exists, in contrast to frictionless liquid, a range where only aperiodic motion of the liquid is possible. This appears for small liquid height ratios h/a.

Notizen: Zusammenfassung Der Einsatz und Betrieb von Seitenkanal- und Peripheralpumpen gewinnt für kleine Volumenströme und hohe Drücke in vielen Industriebereichen (z.B. der chemischen und verfahrenstechnischen Industrie, der Vakuum- und Kältetechnik) zunehmende Bedeutung. Neuere Forschungsergebnisse zeigen, daß die Arbeitsübertragung im Seitenkanal hauptsächlich durch den spezifischen Impulsstromtransport erfolgt, der durch die erzwungene turbulente Wirbelströmung am Laufrad und im Seitenkanal ausgelöst wird und einen hohen Dissipationsanteil der übertragenen Arbeit, verursacht. Wesentlich für die inneren Vorgänge in Seitenkanal- und Peripheralpumpen sowie den Wirkungsgrad ist die Expansionsströmung des inneren Volumenstroms am Unterbrecher, der nicht nur die Abdichtfunktion übernimmt, sondern auch wesentlich den Expansionsverlauf und die Energieumsetzung bestimmt. Entscheidend für den Ansaugvorgang der Flüssigkeit ist der erreichbare Luftvolumenstrom der Seitenkanalpumpen in Abhängigkeit des Vakuums bzw. des Druckverhältnisses.

Notizen: Abstract The present study was focused on the turbulent velocity field of a central annular natural gas jet which penetrated a strongly swirling air flow. Due to the high swirl number S = 0.95 and the high momentum ratio, the fuel jet was almost immediately integrated into the air stream. High rates of shear resulted in an intensive turbulent mixing process between natural gas and air. The central hub of the fuel exit annulus stabilized the reverse flow zone at a fixed location. The present nozzle configuration resulted in a very stable and symmetric flame.

Notizen: Zusammenfassung Es wird eine allgemeine Methode zur Berechnung beliebiger Wärmeübertragerschaltungen vorgestellt. Wärmeübertragerschaltungen sind gekoppelte Wärmeübertrager, welche von mehreren Prozeßströmen in bestimmten Reihenfolgen nacheinander durchflutet werden. Für die Berechnung ist es günstig, auch einzelne Wärmeübertrager mit kompliziertem Strömungsbild als Schaltung mehrerer, ideal durchströmter Apparate aufzufassen. Die Vorteile dieser Dekomposition bestehen in der höheren Genauigkeit und im geringeren Rechenaufwand für Modelle idealer Apparate. Diesen Vorteilen steht meist der gravierende Nachteil einer iterativen Berechnung der Temperaturen zwischen den idealen Apparaten gegenüber. Die vorgestellte Methode gestattet erstmals eine iterationslose Berechnung von Wärmeübertragerschaltungen. Das Prinzip dieser Methode basiert auf gekoppelten Matrizengleichungen. Die Modelle sind für beliebige Aufgabenstellungen einfach parametrierbar. Damit ist diese Methode besonders für Variantenrechnungen geeignet. Die Anwendung dieser Methode erfordert keine spezielle Software. Die Lösung der Modellgleichungen wird mit mathematischer Standardsoftware, wie Mathcad oder Maple, sehr einfach und übersichtlich erhalten.

Notizen: Zusammenfassung Beim Biegen von Drahtseilen tritt wegen der Relativbewegung benachbarter Drähte eine ausgeprägte Hysterese auf. Man spricht von einem System mit Gedächtnis, weil in die Verformungsgesetze die Verformungsgeschichte eingeht. Ausgehend von Meßergebnissen stellen wir in dieser Arbeit für Spiralseile unter Biegung mit kleinen Längskräften ein Rechenmodell im Zeitbereich vor, welches das Systemgedächtnis mit Hilfe von inneren Variablen erfaßt. Nach dem Identifizieren der Modellparameter wird mit Simulationen und Kontrollmessungen das Modell validiert.

Notizen: Zusammenfassung Bisher werden Seitenkanalverdichter trotz ihrer großen Druckzahlen nur für geringe Druckverhältnisse im Auslegungsbereich von π=1,10 bis 1,30 gebaut und betrieben. Ihr wesentlicher Vorteil liegt in den geringen Bauabmessungen im Vergleich zu anderen Strömungsmaschinen, wobei sie vorwiegend mit geringen Umfangsgeschwindigkeiten betrieben werden. Durch Erhöhung der Umfangsgeschwindigkeit kann das erreichbare Stufendruckverhältnis beträchtlich gesteigert werden, wobei aber die Expansionsströmung im Unterbrecher zu berücksichtigen ist. Unter Beachtung der Expansionsströmung im Unterbrecher ergeben sich zwei Druckbereiche für die Expansionsströmung im Unterbrecher. Der unterkritische und der überkritische Bereich der Expansionsströmung im Unterbrecher sind bei der konstruktiven Gestaltung der Maschinen zu beachten. Mit einer mehrstufigen Ausführung von Seitenkanalverdichtern sind höhere Druckverhältnisse bis π 〉 2,0 erreichbar.

Notizen: Abstract.  We present a new, “elementary” quantifier elimination method for various special cases of the general quantifier elimination problem for the first-order theory of real numbers. These include the elimination of one existential quantifier ∃x in front of quantifier-free formulas restricted by a non-trivial quadratic equation in x (the case considered also in [7]), and more generally in front of arbitrary quantifier-free formulas involving only polynomials that are quadratic in x. The method generalizes the linear quantifier elimination method by virtual substitution of test terms in [9]. It yields a quantifier elimination method for an arbitrary number of quantifiers in certain formulas involving only linear and quadratic occurrences of the quantified variables. Moreover, for existential formulas ϕ of this kind it yields sample answers to the query represented by ϕ. The method is implemented in REDUCE as part of the REDLOG package (see [4, 5]). Experiments show that the method is applicable to a range of benchmark examples, where it runs in most cases significantly faster than the QEPCAD package of Collins and Hong. An extension of the method to higher degree polynomials using Thom’s lemma is sketched.

Notizen: Abstract.  Let k be a field and  f 1, . . . ,  f s be non constant polynomials in k[X 1, . . . , X n ] which generate the trivial ideal. In this paper we define an invariant associated to the sequence  f 1, . . . ,  f s : the geometric degree of the system. With this notion we can show the following effective Nullstellensatz: if δ denotes the geometric degree of the trivial system  f 1, . . . ,  f s and d :=max j  deg( f j ), then there exist polynomials p 1, . . . , p s ∈k[X 1, . . . , X n ] such that 1=∑ j  p j  f j and deg p j   f j ≦3n 2δd. Since the number δ is always bounded by (d+1) n-1 , one deduces a classical single exponential upper bound in terms of d and n, but in some cases our new bound improves the known ones.

Notizen: Abstract.  Fast Fourier transform algorithms rely upon the choice of certain bijective mappings between the indices of the data arrays. The two basic mappings used in the literature lead to Cooley–Tukey algorithms or to prime factor algorithms. But many other bijections also lead to FFT algorithms, and a complete classification of these mappings is provided. One particular choice leads to a new FFT algorithm that generalizes the prime factor algorithm. It has the advantage of reducing the floating point operation count by reducing the number of trigonometric function evaluations. A certain equivalence relation is defined on the set of bijections that lead to FFT algorithms, and its connection with isomorphism classes of group extensions is studied. Under this equivalence relation every equivalence class contains bijections leading to an FFT algorithm of the new type.

Notizen: Abstract.  We survey important developments in the theory of covering radius during the period 1985–1994. We present lower bounds, constructions and upper bounds, the linear and nonlinear cases, density and asymptotic results, normality, specific classes of codes, covering radius and dual distance, tables, and open problems.

Notizen: Abstract.  A class of groups that has received much attention is the class of context-free groups. This class of groups can be characterized algebraically as well as through some language-theoretical properties as well as through certain combinatorial properties of presentations. Here we use the fact that a finitely generated group is context-free if and only if it admits a finite complete presentation of a certain form that we call a virtually free presentation. It is known that the generalized word problem for context-free groups is decidable. Here we show how prefix-rewriting systems can be used to solve this problem. In fact, we show that the Knuth-Bendix completion procedure always terminates when applied to prefix-rewriting systems on virtually free presentations of context-free groups. In addition, we present a specialized completion algorithm for prefix-rewriting systems on virtually free presentations which has polynomial-time complexity. Thus, the uniform generalized word problem for virtually free presentations of context-free groups is decidable in polynomial-time. Since finitely generated subgroups of context-free groups are again context-free, they admit presentations of the same form. We present a polynomial-time algorithm that, given a virtually free presentation of a context-free group G and a finite subset U of G as input, computes a virtually free presentation for the subgroup of G that is generated by U.

Notizen: Abstract.  An (n, k)-universal sequence is a binary sequence with the property that each window of size k and span at most n is covered by the sequence, i.e., each sequence of length k occurs as the content of a shift of the window. We derive upper and lower bounds on the minimum length of universal sequences, both for the linear case and the circular case.

Notizen: Abstract.  We present a new interconnection topology called generalized Fibonacci topology, which unifies a wide range of connection topologies such as the Boolean cube (or hypercube), classical Fibonacci cube, etc. Some basic topological properties of generalized Fibonacci cubes are established. Finally, we developed new classes of the discrete orthogonal transforms, based on the generalized Fibonacci recursions. They can be implemented efficiently by butterfly-type networks (like the Fourier, or the Haar transforms). A generalized Fibonacci cube based processor architecture (generalizing the known SIMD architecture — hypercube processor) can be efficiently used for hardware implementation of the proposed discrete orthogonal transforms.

Notizen: Abstract.  The weight hierarchy of a linear [n, k; q] code C over GF(q) is the sequence (d 1, d 2, . . . , d k ) where d r is the smallest support of an r-dimensional subcode of C. An [n, k; q] code is external non-chain if for any r and s, where 1≦r〈s≦k, there are no subspaces D and E, such that D⊂E, dim D=r, dim E=s, w S (D)=d r , and w S (E)=d s . Bounds on the weight hierarchies of such codes of dimension 4 are studied.

Notizen: Abstract.  Considerations from category theory described in [1] have permitted to add new rewriting rules for optimal reductions of the λ-calculus [19, 14]. These rules produce an impressive improvement in the performance of the reduction system, and provide a first step towards the solution of the well known and crucial problem of accumulation of control operators. In this paper, after an introduction to optimal reductions, we exhibit the aforementioned problem and prove the correctness of the new rules.

Notizen: Abstract.  In this paper we revisit an algorithm presented by Chen, Reed, Helleseth, and Troung in [5] for decoding cyclic codes up to their true minimum distance using Gröbner basis techniques. We give a geometric characterization of the number of errors, and we analyze the corresponding algebraic characterization. We give a characterization for the error locator polynomial as well. We make these ideas effective using the theory of Gröbner bases. We then present an algorithm for computing the reduced Gröbner basis over ?2 for the syndrome ideal of cyclic codes, with respect to a lexicographic term ordering. This algorithm does not use Buchberger’s algorithm or the multivariable polynomial division algorithm, but instead uses the form of the generators of the syndrome ideal and an adaptation of the algorithm introduced in [11]. As an application of this algorithm, we present the reduced Gröbner basis for the syndrome ideal of the [23, 12, 7] Golay code, and a decoding algorithm.

Notizen: Abstract.  We present an upper bound for the product of the k largest roots of a monic polynomial of degree n with complex coefficients. For that, we use the theory of compound matrices and the localization of the eigenvalues of matrices.

Notizen: Abstract.  This note presents a lower and an upper bound for the cardinality of the set of special permutation-invariant orbits and a formula for the number of special terms.

Notizen: Abstract.  A notion of resultant in determinantal form of two ordinary algebraic differential equations is introduced and some properties are shown. This notion extends the analogous one given in the linear homogeneous case by Berkovich and Tsirulik in 1986 and it can be used for the elimination of variables and their derivatives.

Notizen: Abstract.  We consider the algorithmic problem of computing Levi decompositions in Lie algebras and Wedderburn–Malcev decompositions in associative algebras over the field of rational numbers. We propose deterministic polynomial time algorithms for both problems. The methods are based on the corresponding classical existence theorems. Computational experiences are discussed at the end of the paper.

Notizen: Abstract.  We recall the construction of the hermitian-forms codes and some results about hermitians forms and exponential sums. With the help of these results, we give the weight distribution of the hermitian-forms codes and give some examples for which experimental computations have been made.

Notizen: Abstract.  We determine the computational complexity of deciding whether m polynomials in n variables have relatively prime leading terms with respect to some term order. This problem in NP-complete in general, but solvable in polynomial time in two different situations, when m is fixed and when n−m is fixed. Our new algorithm for the second case determines a candidate set of leading terms by solving a maximum matching problem. This reduces the problem to linear programming.

Notizen: Abstract.  An F-partition is a partition of an abelian group with the property that the linear space generated by the indicator functions of the subsets in the partition is invariant under Fourier transformation. In the present paper we study the special case of F-partitions over cyclic groups. We introduce the concept of multiplicative partitions and we show that for cyclic groups of prime orders any F-partition is necessarily multiplicative.

Notizen: Abstract.  There are known constraints on the number of doubly-even and singly-even vectors in a linear even binary code C. These constraints give information about C∩C ⊥. We find new constraints on weights in a binary linear code C which also contains odd weight vectors. This leads to information about the dimension and weights of C∩C ⊥.

Notizen: Abstract.  In some applications of RSA, it is desirable to have a short secret exponent d. Wiener [6], describes a technique to use continued fractions (CF) in a cryptanalytic attack on an RSA cryptosystem having a ‘short’ secret exponent. Let n=p ⋅ q be the modulus of the system. In the typical case that G=gcd(p−1, q−1) is small. Wiener’s method will give the secret exponent d when d does not exceed (approximately) n 1/4. Here, we describe a general method to compute the CF-convergents of the continued fraction expansion of the same number as in Wiener (which has denominator d ⋅ G) up to the point where the denominator of the CF-convergent exceeds approximately n 1/4. When d〈n 1/4 this technique determines d, p, and q as does Wiener’s method. For larger values of d there is still information available on the secret key. An estimate is made of the remaining workload to determine d, p and q. Roughly speaking this workload corresponds to an exhaustive search for about 2r+8 bit, where r=ln2 d/n 1/4.

Notizen: Abstract.  We prove a theorem of H. A. Barker on the Fourier coefficients of the sequence obtained by applying a complex-valued function to a recurrent sequence over a finite field. It is shown to follow from a result on the modulus of certain character sums which are evaluated in terms of Gauss sums.

Notizen: Abstract.  We obtain some improved net parameters via use of the Gilbert-Varshamov coding theory bound.

Notizen: Abstract.  We investigate fast parallel algorithms to compute normal forms of matrices and the corresponding transformations. Given a matrix B in ℳ n,n (K), where K is an arbitrary commutative field, we establish that computing a similarity transformation P such that F=P -1 BP is in Frobenius normal form can be done in ?C 2 K . Using a reduction to this first problem, a similar fact is then proved for the Smith normal form S(x) of a polynomial matrix A(x) in ℳ n,m (K[x]); to compute unimodular matrices U(x) and V(x) such that S(x)=U(x)A(x)V(x) can be done in ?C 2 K . We get that over concrete fields such as the rationals, these problems are in ?C 2. Using our previous results we have thus established that the problems of computing transformations over a field extension for the Jordan normal form, and transformations over the input field for the Frobenius and the Smith normal form are all in ?C 2 K . As a corollary we establish a polynomial-time sequential algorithm to compute transformations for the Smith form over K[x].

Notizen: Abstract.  It is well-known that for the integral group ring of a polycyclic-by-finite group several decision problems including the membership problem for right ideals are decidable. In this paper we define an effective reduction for group rings over finitely generated nilpotent groups — a subclass of polycyclic-by-finite groups. Using this reduction we present a generalization of Buchberger’s Gröbner basis method by giving an appropriate definition of “Gröbner bases” in this setting and by characterizing them using the concepts of saturation and s-polynomials. Our approach allows to compute such Gröbner bases by completion based algorithms and to use these bases to solve the membership problem for right and two-sided ideals in finitely generated nilpotent group rings using Gröbner basis algorithms and reduction.

Notizen: Abstract.  We compute the irreducible complex characters of a Sylow p-subgroup of the Chevalley group G 2(q), q=p n , p≠2, 3 and show that the non linear irreducible characters are induced from linear characters of subgroups of order q 5 and q 4.

Notizen: Abstract.  A relation between the Hamming weight enumerator of a linear code and the Tutte polynomial of the corresponding matroid has been known since long ago. It provides a simple proof of the MacWilliams equation (see D. Welsh, Matroid Theory (1976)). In this paper we prove analogous results for the support weight distributions of a code.

Notizen: Abstract.  The toric ideal I A of a matrix A=(a 1, . . . ,  a n )∈ℤd × n is the kernel of the monoid algebra map π^ A  : k[x 1, . . . ,  x n ]→k[t ±1 1, . . . ,  t ±1 d ], defined as x j ?t aj . It was shown in [4] that the reduced Gröbner basis of I A , with respect to the weight vector c, can be used to solve all integer programs minimize {cx : Ax=b, x∈ℕ n }, denoted IP A,b,c,= , as b varies. In this paper we describe the construction of a truncated Gröbner basis of I A with respect to c, that solves IP A,b,c,= for a fixed b. This is achieved by establishing the homogeneity of I A with respect to a multivariate grading induced by A. Depending on b, the truncated Gröbner basis may be considerably smaller than the entire Gröbner basis of I A with respect to c. For programs of the form maximize{cx : Ax≦b, x≦u, x∈ℕ  n } in which all data are non-negative, this algebraic method gives rise to a combinatorial algorithm presented in [17].

Notizen: Abstract.  Integral bases of cyclotomic fields are constructed that allow to determine easily the smallest cyclotomic field in which a given sum of roots of unity lies. For subfields of cyclotomic fields integral bases are constructed that consist of orbit sums of Galois groups on roots of unity. These bases are closely related to the bases of the enveloping cyclotomic fields mentioned above. In both situations bases over the rationals and over cyclotomic fields are treated.

Notizen: Abstract.  This paper continues our study of applications of factorized Gröbner basis computations in [8] and [9]. We describe a way to interweave factorized Gröbner bases and the ideas in [5] that leads to a significant speed up in the computation of isolated primes for well splitting examples. Based on that observation we generalize the algorithm presented in [22] to the computation of primary decompositions for modules. It rests on an ideal separation argument. We also discuss the practically important question how to extract a minimal primary decomposition, neither addressed in [5] nor in [17]. For that purpose we outline a method to detect necessary embedded primes in the output collection of our algorithm, similar to [22, cor. 2.22]. The algorithms are partly implemented in version 2.2.1 of our REDUCE package CALI [7].

Notizen: Abstract.  Differentially uniform power mappings of the form f (x)=x d over GF(p n ) are considered. We construct an infinite family of 2-uniform mappings in the binary case. In the nonbinary case we give two large families of k-uniform mappings with low values of k. We also show how to construct families of sequences from differentially 1-uniform power mappings, which have parameters as good as the best presently known comparable families of sequences.

Notizen: Abstract.  The base-2 expansion of the trace sequence over Galois rings of characteristic 2 k and size 2 km gives rise to k binary coordinate sequences of increasing linear span. An expression for these sequences in terms of elementary symmetric functions is provided. As a byproduct, bounds on the linear span of the coordinate sequences are easily derived.