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n fused layer modeling (FLM) manufacturing technology, there is an increased demand for semi-crystalline materials due to their favorable mechanical properties, such as high strength and toughness. The reasons for their limited use are process-related residual stresses and reduced interlayer bonding, resulting in component distortion, warping and poor strength. Addressing these problems, this paper presents the development and implementation of a rotary print head that enables local laser pre-deposition heating and forced air cooling in the 2.5-dimensional FLM process. Samples of polypropylene are fabricated to investigate the effects of the modified process on residual stresses and interlayer bonding. The investigations show that local laser pre-deposition heating can positively influence the interlayer bonding. In combination with a reduction of the extrusion temperature and additional cooling, it is possible to considerably reduce the residual stresses. The results of this research show that pre-deposition heating and forced air cooling significantly improve the processability of semi-crystalline thermoplastics in the FLM process., Journal of manufacturing and materials processing;Vol. 5. 2021, 3, art. 82

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Entwicklung eines neuartigen, autarken, folienbasierten Sensorsystems für die Belastungsdetektion an Leichtbaumaterialien. Das integrierte Sensorsystem ist in der Lage mechanische Belastungen über die Photolumineszenz von Quantum Dots visuell darzustellen, wodurch strukturelle Defekte in Leichtbaumaterialien frühzeitig erkannt und ein Totalausfall einer gesamten Leichtbaukonstruktion verhindert werden kann. Dies führt neben einer erhöhten Sicherheit einzelner Komponenten und kompletter Konstruktionen auch zu Gewichts-, Kosten- und Rohstoffersparnissen. Die gezielte Beeinflussung der Photolumineszenz von Quantum Dots durch Ladungsträgerinjektion als Hauptmechanismus des Sensorsystems erfordert spezielle Lagenaufbauten von Dünnschichtsystemen. Durch die Kombination dieser Dünnschichtsysteme mit piezoelektrischen Materialien entsteht ein autarkes Sensorsystem, wodurch eine Auswertung, Visualisierung und Speicherung der Information über eine stattgefundene mechanische Belastung an Leichtbaumaterialien auf kleinsten Raum erreicht wird.:Inhaltsverzeichnis Formelverzeichnis Abkürzungsverzeichnis Vorwort 1 Einleitung 1.1 Motivation 1.2 Zielstellung 2 Autarker Sensor für mechanische Beanspruchungen 2.1 Sensorkonzept, -aufbau und Funktionsweise 2.2 Anforderungen an die Funktionalität 2.3 Stand der Technik 3 Theoretische Grundlagen 3.1 Quantum Dots 3.1.1 Größenquantisierungseffekt 3.1.2 Photolumineszenz 3.1.3 Aufbau und Materialien 3.1.4 Kommerziell erhältliche Quantum Dots 3.2 Mechanismen zur Beeinflussung der Photolumineszenz 3.2.1 Ladungsträgerinjektion in den QD Kern 3.2.2 Feldinduzierte Ionisation des Exzitons 3.2.3 Weitere Mechanismen 3.3 Ladungsträgertransportschichten 3.3.1 Poly(N-vinylkarbazol) 3.3.2 N,N,N´,N´-Tetrakis(3-methylphenyl)-3,3´-dimethylbenzidin 3.3.3 Poly(3,4-ethylendioxythiophen)-poly(styrolsulfonat) 3.4 Lithiumfluorid als elektrischer Isolator 3.5 Modellsysteme 3.5.1 Einbettung der QDs in organische Lochtransportschichten 3.5.2 QDs zwischen Elektrode und organischer Lochtransportschicht 3.5.3 QDs zwischen Elektrode und Nichtleiter 4 Experimentelle Vorgehensweise 4.1 Layout und Kontaktierung von Teststrukturen 4.2 Verfahren zur Herstellung dünner Schichten 4.2.1 Physikalische Gasphasenabscheidung 4.2.2 Rotationsbeschichtung 4.2.3 Weitere Verfahren 4.3 Charakterisierung der Schichten und der Gesamtfunktionalität 4.3.1 Mikrospektroskopieaufbau 4.3.2 Weitere Messverfahren 4.4 Integration der Schichtstapel in Faserkunststoffverbund 5 Experimentelle Untersuchungen 5.1 Einordnung der einzelnen Schichten der Modellsysteme 5.1.1 Elektroden 5.1.2 Matrixmaterial und Quantum Dots 5.2 Einordnung des elektrischen Verhaltens der Modellsysteme 5.2.1 Modellsystem I 5.2.2 Modellsystem II 5.2.3 Modellsystem III 5.3 Einfluss externer Beleuchtung am Modellsystem II und III 5.3.1 Modellsystem II 5.3.2 Modellsystem III 5.4 Wiederholbarkeit der elektrischen Beanspruchung am Modellsystem III 5.4.1 Photolumineszenzintensität 5.4.2 Stromdichte 5.4.3 Gesamtwiderstand im Schichtstapel 5.5 Einfluss des elektrischen Feldes am Modellsystem III 5.5.1 Photolumineszenzintensität 5.5.2 Stromdichte 5.5.3 Widerstand 5.6 Einfluss der Integration auf das Verhalten von Modellsystem III 5.6.1 Optisches Verhalten der Laminiertasche und des Harzsystems 5.6.2 Funktionalität des Schichtstapels nach der Integration 5.7 Temperaturwechseltest am integrierten Schichtstapel 5.8 Speicherzeit elektrischer Ladungsträger am Modellsystem III 5.8.1 Stabilität des Lasers und der PL Intensität 5.8.2 Reproduzierbarkeit 5.8.3 Langzeitmessung 5.9 Kopplung des Schichtsystems mit piezoelektrischem Element 6 Zusammenfassung und Ausblick 6.1 Zusammenfassung 6.2 Ausblick Anhang A : Layouts für untere Elektrode E1 und obere Elektrode E2 Anhang B : Halter für die Kontaktierung der Teststrukturen Anhang C : Frontpanel zur Aufnahme der Photolumineszenz Anhang D : Messdaten Profilometer Veeco Dektak 150 Literaturverzeichnis Abbildungsverzeichnis Tabellenverzeichnis Lebenslauf This work focuses on the development of a novel, self-sufficient, film-based sensor system for load detection on lightweight materials. The integrated sensor system is capable to visualize mechanical loads on lightweight structures by quenching the photoluminescence of quantum dots. Structural defects in lightweight materials can thus be detected at an early stage and total failure of an entire lightweight structure can be prevented. In addition to increased safety of individual components and complete structures, this also leads to weight, cost and raw material savings. The quenching of the photoluminescence of quantum dots by charge carrier injection as the main mechanism of the sensor system requires special thin-film layer stacks. By combining these thin-film layer stacks with piezoelectric materials, a self-sufficient sensor system is created. An evaluation, visualization and storage of the information about a mechanical load that has taken place on lightweight materials is thus achieved in a very small space.:Inhaltsverzeichnis Formelverzeichnis Abkürzungsverzeichnis Vorwort 1 Einleitung 1.1 Motivation 1.2 Zielstellung 2 Autarker Sensor für mechanische Beanspruchungen 2.1 Sensorkonzept, -aufbau und Funktionsweise 2.2 Anforderungen an die Funktionalität 2.3 Stand der Technik 3 Theoretische Grundlagen 3.1 Quantum Dots 3.1.1 Größenquantisierungseffekt 3.1.2 Photolumineszenz 3.1.3 Aufbau und Materialien 3.1.4 Kommerziell erhältliche Quantum Dots 3.2 Mechanismen zur Beeinflussung der Photolumineszenz 3.2.1 Ladungsträgerinjektion in den QD Kern 3.2.2 Feldinduzierte Ionisation des Exzitons 3.2.3 Weitere Mechanismen 3.3 Ladungsträgertransportschichten 3.3.1 Poly(N-vinylkarbazol) 3.3.2 N,N,N´,N´-Tetrakis(3-methylphenyl)-3,3´-dimethylbenzidin 3.3.3 Poly(3,4-ethylendioxythiophen)-poly(styrolsulfonat) 3.4 Lithiumfluorid als elektrischer Isolator 3.5 Modellsysteme 3.5.1 Einbettung der QDs in organische Lochtransportschichten 3.5.2 QDs zwischen Elektrode und organischer Lochtransportschicht 3.5.3 QDs zwischen Elektrode und Nichtleiter 4 Experimentelle Vorgehensweise 4.1 Layout und Kontaktierung von Teststrukturen 4.2 Verfahren zur Herstellung dünner Schichten 4.2.1 Physikalische Gasphasenabscheidung 4.2.2 Rotationsbeschichtung 4.2.3 Weitere Verfahren 4.3 Charakterisierung der Schichten und der Gesamtfunktionalität 4.3.1 Mikrospektroskopieaufbau 4.3.2 Weitere Messverfahren 4.4 Integration der Schichtstapel in Faserkunststoffverbund 5 Experimentelle Untersuchungen 5.1 Einordnung der einzelnen Schichten der Modellsysteme 5.1.1 Elektroden 5.1.2 Matrixmaterial und Quantum Dots 5.2 Einordnung des elektrischen Verhaltens der Modellsysteme 5.2.1 Modellsystem I 5.2.2 Modellsystem II 5.2.3 Modellsystem III 5.3 Einfluss externer Beleuchtung am Modellsystem II und III 5.3.1 Modellsystem II 5.3.2 Modellsystem III 5.4 Wiederholbarkeit der elektrischen Beanspruchung am Modellsystem III 5.4.1 Photolumineszenzintensität 5.4.2 Stromdichte 5.4.3 Gesamtwiderstand im Schichtstapel 5.5 Einfluss des elektrischen Feldes am Modellsystem III 5.5.1 Photolumineszenzintensität 5.5.2 Stromdichte 5.5.3 Widerstand 5.6 Einfluss der Integration auf das Verhalten von Modellsystem III 5.6.1 Optisches Verhalten der Laminiertasche und des Harzsystems 5.6.2 Funktionalität des Schichtstapels nach der Integration 5.7 Temperaturwechseltest am integrierten Schichtstapel 5.8 Speicherzeit elektrischer Ladungsträger am Modellsystem III 5.8.1 Stabilität des Lasers und der PL Intensität 5.8.2 Reproduzierbarkeit 5.8.3 Langzeitmessung 5.9 Kopplung des Schichtsystems mit piezoelektrischem Element 6 Zusammenfassung und Ausblick 6.1 Zusammenfassung 6.2 Ausblick Anhang A : Layouts für untere Elektrode E1 und obere Elektrode E2 Anhang B : Halter für die Kontaktierung der Teststrukturen Anhang C : Frontpanel zur Aufnahme der Photolumineszenz Anhang D : Messdaten Profilometer Veeco Dektak 150 Literaturverzeichnis Abbildungsverzeichnis Tabellenverzeichnis Lebenslauf

Fragestellung: Allen Geweben des muskuloskeletalen Systems gemein ist die Notwendigkeit mechanischer Beanspruchung, welche im Rahmen degenerativer Erkrankungen gestört ist. Die Beanspruchung der Sehne wird aus physiologischer Sicht als anabol wirkender Faktor angesehen. Der mechanische Stimulus[zum vollständigen Text gelangen Sie über die oben angegebene URL], Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie (DKOU 2015)

In dieser Arbeit wurde der Einfluss zyklischer, uniaxialer Dehnung auf die Expression der im Knochenstoffwechsel wichtigen Proteine c-FBJ murine osteosarcoma viral oncogene homolog (c-FOS), Pleiotrophin (PTN) und Midkine (MDK) in Abhängigkeit von Kollagen Typ 1, Poly-L-Lactid (PLLA) bzw. Fibronektin untersucht. Auch die Rolle der beta1-Integrin-abhängigen Interaktion in diesem Prozess wurde näher analysiert. Für die Versuche wurden humane, mesenchymale Stammzellen sowie eine mesenchymale Stammzelllinie mit Telomerase reverser Transkriptase 4 (hMSC-TERT4) verwendet.

In Elektro- und Hybridfahrzeugen wird das konventionelle 12 V-Bordnetz um ein Hochvoltbordnetz zur Realisierung des elektrischen Traktionssystems erweitert. Durch die Integration wird die Komplexität der Fahrzeugelektronik deutlich gesteigert und eine wesentlich höhere Spannungsebene (bis 1000 V) eingeführt. Aufgrund von funktionell bedingten, schnellen Schaltvorgängen erzeugen die neuen elektronischen Hochvoltkomponenten wie beispielsweise der leistungselektronische Umrichter oder der DC-DC-Wandler Störungen, die bisher im Kraftfahrzeug nicht auftraten. Damit diese Störsignale die fehlerfreie Funktion anderer Elektroniksysteme im Fahrzeug nicht beeinflussen, wird das gesamte Hochvoltsystem u. a. als vollständig geschirmtes System in das Fahrzeug integriert. Andernfalls bietet sich zwischen beiden koexistierenden Bordnetzen ein besonders hohes Verkopplungspotential. Im Mittelpunkt des Beitrags steht die Analyse des Störpotentials von elektrischen Antriebssystemen in elektrisch betriebenen Kraftfahrzeugen. Als Ergebnis zeigt sich, dass eine hochqualitative Schirmung des HV-Systems unabdingbar ist. Diese Schirmung kann dann durch Verlegungsoptionen beeinflusst werden. Daher soll im Beitrag u. a. gezeigt werden, wodurch die Schirmdämpfung real verlegter Leitungen abhängig ist. Es werden Erfahrungen mit verschiedenen Messverfahren vorgestellt, die mit Simulationen zu "worst case" Betrachtungen gegenübergestellt werden. Die EMV-Eigenschaften des Hochvoltsystems werden entscheidend durch die Leitungen und der dazugehörigen Kontaktierungen beeinflusst. Im Beitrag werden daher des Weiteren Ergebnisse und Erfahrungen zur messtechnischen Umsetzung der Untersuchungen, u. a. zur nominellen und realen Bestimmung der Transferimpedanz von Hochvoltleitungen vorgestellt. In den Vergleich werden dabei Einflüsse mechanischer Beanspruchung (Biegeradien), aufbau-bedingter Eigenschaften (Querschnitt, Schirmaufbau) sowie Steckverbindern einbezogen. Auf Basis der Leitungsuntersuchungen und Ergebnissen von Komponenten- sowie Fahrzeugtests steht im Fazit des Beitrages die Zusammenführung des Störpotentials zur Wirkung der Schirmung von Hochvoltleitungen bzw. kompletten Hochvoltsystemen in Elektro- und Hybridfahrzeugen.

Roman Novak Zsfassung in engl. Sprache Wien, Univ. für Bodenkultur, Masterarb., 2014

The increasing need for regional development has led engineers to find safe ways to construct the infrastructure of transportation on soft soils. Soft soil is not able to sustain external loads without having large deformations. The geotechnical properties of soft soil which is known for its low bearing capacity, high water content, high compressibility and long term settlement as well. In pavement engineering, either highway or runway as an infrastructure, a pavement encompasses three important parts namely traffic load, pavement and subgrade. Traffic load generated from tire pressure of vehicle and/or airplane wheels are usually around 550 kPa even more on the surface of the pavement. Pavement generally comprises granular materials with unbounded or bounded materials located between traffic load and subgrade, distributing the load to surface of subgrade. One of the promising soil improvement techniques is a piled embankment. When geosynthetics layer is unrolled over piles, it is known as geosynthetics supported piled embankment. Particularly in deep soft soil, when piles do not reach a hard stratum due to large thickness of the soft soil, the construction is an embankment on floating piles. Furthermore, because of different stiffness between piles and subsoil, soil arching effect would be developed there. By using Finite Element analysis, some findings resulted from experimental works and several field tests around the world as field case studies are verified. Some important findings are as follows: the stress concentration ratio is not a single value, but it would be changed depending on the height of embankment, consolidation process of subsoil, surcharge of traffic load, and tensile modulus of geosynthetics as well. Ratio height of embankment to clear piles spacing (h/s) around 1.4 can be used as a critical value to distinguish between low embankment and high embankment. When geosynthetics is applied to reinforce a pavement/embankment, the vertical distance of geosynthetics layers and number of geosynthetics layers depend on the quality of pavement material. The lower layer of geosynthetics withstands a tensile stress higher than upper layer. Primary reinforcements for geosynthetics in piled embankments are located at span between piles with maximum strains at zones of adjacent piles. Traffic load that passes through on the surface of the pavement can reduce the soil arching, but it can be restored during the off peak hours. Settlements of embankments on floating piles can accurately be modelled using the consolidation calculation type, whereas the end-bearing piles may be used the plastic calculation type. Longer piles can be effectively applied to reduce a creep. By applying length of floating piles more than 20% of soft soil depth, it would have a significant impact to reduce a creep on a deep soft soil.

Die Arbeit befasst sich mit der effizienten Simulation des funktionellen Verhaltens von Piezoverbundmodulen als Aktor oder Sensor zur Schwingungsbeeinflussung mechanischer Strukturen. Ausgehend von einem FE-Modell werden über den Ansatz energetischer Äquivalenz die effektiven elektro-mechanischen Materialparameter ermittelt. Zur Berücksichtigung im Inneren der Einheitszelle liegender Elektroden werden die elektrischen Randbedingungen der Homogenisierungslastfälle angepasst. Die Homogenisierungslastfälle werden auch genutzt, um Phasenkonzentrationen für die Beanspruchungen der Verbundkomponenten zu ermitteln. Diese Phasenkonzentrationen werden eingesetzt, um aus dem effektiven Gesamtmodell die Beanspruchungen der Komponenten zu extrahieren. Zur dynamischen Modellbildung wird die Zustandsraumbeschreibung verwendet. Die Überführung einer piezo-mechanischen FE-Diskretisierung in ein Zustandsraummodell gelingt mit der Betrachtung der mechanischen Freiheitsgrade als Zustandsvariablen. Zur Abbildung der elektrischen Impedanz im Zustandsraum muss die elektrische Kapazitätsmatrix als Durchgangsmatrix einbezogen werden. Die Reduktion des Zustandsraums basiert auf der modalen Superposition. Die modale Transformationsbasis wird um Moden ergänzt, die die Verformung bei statischer elektrischer Erregung charakterisieren. Die Zustandsraumbeschreibung wird sowohl für eine Potential- als auch für eine Ladungserregung ausgeführt. Das Zustandsraummodell wird unter Verwendung von Filtermatrizen um Ausgangssignale für die mechanischen und elektrischen Beanspruchungsgrößen erweitert. Dies gestattet eine Kopplung der Zustandsraummodelle mit den Beanspruchungsanalysen. Die Anwendung der Berechnungsmethode wird am Beispiel der im SFB/TRR PT-PIESA entwickelten Piezo-Metall-Module demonstriert, die durch direkte Integration von piezokeramischen Basiselementen in Blechstrukturen gekennzeichnet sind.:1 Einleitung 2 Grundlagen 3 Stand der Forschung 4 Beanspruchungsermittlung für piezo-mechanische Verbunde 5 Zustandsraumbeschreibung piezo-mechanischer Systeme 6 Gesamtmodell 7 Zusammenfassung This thesis deals with the efficient simulation of the functional behaviour of piezo composite modules for applications as actuators or sensors to influence vibrations of machine structures. Based on a FE-discretisation the effective electro-mechanical material parameters of the piezo composite modules are determined with an ansatz of energetic equivalence. To consider electrodes which are located inside the representative volume element the electrical boundary conditions of the load cases for homogenisation are adapted. The load cases for homogenisation are also used to determine the phase concentrations (or fluctuation fields) of stress/strain and electric field/electric displacement field in the composite constituents. These phase concentrations are required to extract stress and strain of the composite components based on the overall model with effective material parameters. For dynamical modelling a state space representation is used. The transformation of a FE-discretisation of the piezo-mechanical system into a state space model is possible by choosing the mechanical degree of freedom as state variables. For consideration of the electrical impedance in the state space model the electrical stiffness respectively capacitance matrix has to incorporate as feedthrough matrix. The dynamical model reduction of the state space model is based on modal superposition. For the correct reproduction of the electrical impedance the modal transformation basis has to be amended by deformation modes which represent the deformation behaviour due to static electrical excitation at the electrodes. The state space representation is built for potential and charge excitation. The state space model is enhanced by filter matrices to incorporate output signals for stress/strain and also for electric field/electric displacement field. This allows the coupling of the state space models with the stress analyses. The application of the simulation method is demonstrated using the example of the piezo-metal-modules developed in the CRC/TR PT-PIESA (German: SFB/TRR PT-PIESA). These piezo-metal-modules are characterised by direct integration of piezoceramic base elements in sheet metal structures.:1 Einleitung 2 Grundlagen 3 Stand der Forschung 4 Beanspruchungsermittlung für piezo-mechanische Verbunde 5 Zustandsraumbeschreibung piezo-mechanischer Systeme 6 Gesamtmodell 7 Zusammenfassung

Tribocorrosion behaviour of heat-treated NiP and NiP-SiC composite coatings was investigated in a 0.6 M NaCl solution. The tribocorrosion tests were performed in a linear sliding tribometer with an electrochemical cell interface. It was analyzed the influence of SiC particles dispersion in the NiP matrix on current density developed, on coefficient of friction and on wear volume loss. The results showed that NiP-SiC composite coatings had a lower wear volume loss compared to NiP coatings. However, the incorporation of SiC particles into the metallic matrix affects the current density developed by the system during the tribocorrosion test. It was verified that not only the volume of co-deposited particles (SiC vol.%) but also the number of SiC particles per coating area unit (and consequently the SiC particles size) have made influence on the tribocorrosion behaviour of NiP-SiC composite coatings.

Liquids and gases are usually conducted via pipelines. Buried pipelines are used in sanitary environmental engineering, agriculture or estate drainage. The pipe dimension and pipe geometry depend on static and hydraulic demands. Flexible plastics pipes are regarded as cost-efficient in laying and service due to the low self-weight and high chemical resistance of the material. Deformation, stability and watertightness are under consideration. While many authors are concerned with the investigation of deformation, only a few are discussing the reasons of deformation comprehensibly. Moreover, the pressure load of a buried pipeline is unexplained. Even though a complete and traceable description of the force-deflection behaviour is still missing, buried pipelines are determined statically. The calculations are usually made as suggested in guideline ATV-DVWK-A 127 by the German Association for Water, Wastewater and Waste. The object of this dissertation is the experimental identification of the pressure loading and deformation of flexible pipes under different boundary conditions and the numerical treatment. Two large-scale simulation tests are described, investigating the entire load history. The realized experiments are able to explain the time-dependent force-deflection behaviour of flexible pipes. It turns out that pressure loading and deformation of a pipeline are strongly affected by the compaction of the soil. The numerical treatment uses the Finite-Element-Method. The time-temperature-dependent behaviour of the unplasticized PVC is represented by the theory of linear viscoelasticity. The matter constants are derived from creep tests at different temperatures. The mechanical properties of loose and dense granular materials are represented by a hypoplastic constitutive law. The matter constants are derived from triaxial tests. Good results are obtained in simulating the installation and compaction of each soil layer in the trench. Finally, the guideline ATV-DVWK-A 127 is reviewed. The assumptions made in this guideline do not bear comparison with the test results presented in this thesis, essentially because the compaction is not considered as a loadcase.

Intervertebral disc (IVD) degeneration is characterized by alterations of the matrix structure and its biochemical composition, which may cause back pain. Reduction of nutrient supply (glucose), extracellular osmolarity and pH as well as variations of oxygen concentration are the principal alterations occurring in the microenvironment of IVD-cells during degeneration. In the present study, the effects of environmental alterations on gene expression of IVD-tissue proteins and matrix-degrading enzymes were analysed. Moreover, the influence of a varied microenvironment on IVD-cell responsivity to mechanical loading was investigated. IVD-cells were separately isolated from the annulus fibrosus (AF) and nucleus pulposus (NP) of bovine and human IVD-tissue. After cell expansion, NP-cells were seeded into alginate beads, while AF-cells were either cultured in monolayer or collagen-type-I-gels. In each experiment, a single environmental factor (osmolarity, glucose, oxygen, pH) was varied, whereas one condition reflected the average physiological value. All other factors remained normal. After 24 hours of incubation, IVD-cells were mechanically stimulated by their predominant physiological load (AF: cyclic strain, NP: cyclic hydrostatic pressure), while mechanically unloaded cell cultures of each respective condition served as controls. Directly after stimulation, gene expression was determined by quantitative RT-PCR, normalized to GAPDH and to the respective standard condition. Reduced pH and glucose supply significantly down-regulated gene expression of aggrecan, collagen-type-I and collagen-type-II by bovine NP-cells. Osmotic alterations influenced mainly aggrecan expression, whereas oxygen variations had minor effects. Mechanically induced effects on gene expression were modest. Under low glucose supply, mechanical loading tended to increase Sox-9, collagen-type-I and type-II, while matrix metalloproteinases were slightly down-regulated by exemplary human NP-cells. Under acidic pH, mechanical loading tended to reduce the down-regulation of matrix components in bovine NP-cells. These results suggest that degenerative alterations of the IVD-microenvironment may influence the degradation of the IVD-tissue by an imbalanced matrix turnover. Dynamic loading might have beneficial effects on IVD-matrix maintenance in individual donors.

An dem presgegossenen Kolbenwerkstoff GP-AlSi 12 CuMgNi, mit und ohne Faserverstarkung aus Al2O3, wurden Untersuchungen durchgefuhrt, die thermisches und mechanisches Verhalten zwischen Raumtemperatur und 400°C beschreiben. Neben Thermoschockversuchen wurden Zug- und Druckversuche durchgefuhrt, und nach der Incremental-Step-Methode zugige und zyklische Spannungs-Dehnungs-Kurven aufgenommen. Weiterhin wurden Schwingfestigkeitsversuche im Bereich zwischen 5 · 104 und 2.5 · 107 Schwingspielen mit ungekerbten Proben unter verschiedenen Spannungsverhaltnissen durchgefuhrt und die entsprechenden Wohlerlinien abgeleitet. Haigh-Diagramme beschreiben das Verhalten der Werkstoffe unter uberlagerten Mittelspannungen. Es konnte gezeigt werden. Das die faserverstarkte Werkstoffvariante der nicht faserverstarkten uberlegen ist. Die erheblichen Verbesserungen des Werkstoffverhaltens durch die Faserverstarkung eroffnet hiermit neue Einsatzmoglichkeiten fur neuentwickelte Kolben bei erhohter thermischer Belastung.

In der Praxis unterliegen Werkstoffoberflächen häufig nicht nur einer mechanischen Verschleißbelastung, sondern gleichzeitig findet auch ein chemischer bzw. elektrochemischer Angriff statt. Mit den bisher üblichen Verschleißapparaturen lässt sich diese Belastungskombination nicht simulieren. Zu diesem Zweck wurde eine spezielle Vorrichtung entwickelt, die Kombinationen aus mechanischer und elektrochemischer Belastung mit unterschiedlicher Gewichtung zugänglich machen. An Beispielen werden die verschiedenen Angriffsarten erläutert.

Ill., graph. Darst.

Ill., graph. Darst.

In dieser Arbeit wurde mit dem ZETOS System, einem neuen ex-vivo Kutursystem für trabekulären Knochen gearbeitet. Hauptziel der Arbeit war die Bestimmung der Flussrate in dem ZETOS System, bei der eine optimale physiologische Umgebung für das Wachstum explantierter Knochen gegeben ist. Bei den Untersuchungen stellte sich überraschenderweise heraus, dass die Knochen im experimentellen Ansatz nicht perfundiert werden, sondern der Stofftransport über Diffusion gesteuert wird. Dieser Befund wurde durch Einsatz eines axialen Flusssystems bei gleichem hydrostatischen Druck und durch Diffusionsversuche bestätigt. Das ZETOS System wirkt folglich eher als ein Zirkumfusionssystem als ein Perfusionssystem. Bei der Austestung der beiden Kulturmedien DMEM und BGJb zeigte sich über 26 Kulturtage hinweg, dass BGJb eine Aktivierung von Osteoblasten unabhängig von der angelegten mechanischen Belastung der Knochen induziert. Dies wird in einem Anstieg der relativen Osteoidfläche mit und ohne Belastung sichtbar. In DMEM tritt dagegen keine Veränderung in der relativen Osteoidfläche im Vergleich zum unkultivierten Knochen auf. Bei belasteten und unbelasteten Knochen sind in dem experimentellen Ansatz keine Steifigkeitsveränderungen messbar. Die Analyse der Schnittoberflächen legt den Verdacht nahe, dass eine optimale Kraftübertragung auf den Knochen zu dessen Stimulation nicht gewährleistet war und verbessert werden muss. An Hand der histologischen Beurteilung der Schnitte zeigten sich nach 26- tägiger Kulturdauer keine Anhaltspunkte für einen Vitalitätsverlust der Zellen in dem Kultursystem. Dennoch führten Doppelmarkierungen mit Fluorochromen nur in einer geringen Anzahl der Versuchsansätze zu einer erfolgreichen Messung derWachstumsgeschwindigkeit,die sich in diesen Fällen allerdings im Rahmen der physiologischen Grundwachstumsgeschwindigkeit bewegt. Um die Vitalität der Knochen eindeutig belegen zu können, wird der Einsatz von Verfahren zur Messung der Protein- und DNS-Synthese für zukünftige Optimierungsansätze empfohlen. Letztlich gelang es, zwei Makros zur pixelbasierten Bildanalyse zu erstellen, welche die histologische Auswertung der Schnitte zur Bestimmung der Mineral Aposition Rate (MAR) sowie der relativen Osteoidfläche (Os.Ar/B.Ar) automatisiert ermöglichen., The ZETOS system is a novel ex-vivo culturing and loading system for trabecular bone cores. The major goal of this thesis was to find the optimal flow rate for this system to yield a physiological environment for the growth of explanted bone cores. Surprisingly, the experiments showed that the bones had not been perfused instead media transport was controlled by diffusion. This result was verified by using an axial flowing system applying the same hydrostatic pressure as in the culture chamber. Therefore, the ZETOS-system should be referred to a circumfusion system rather than a perfusion system. Comparing the two culture mediums DMEM and BGJb only the bones cultured in BGJb showed an activation of osteoblasts after 26 days of culturing independent of the mechanical treatment. The relative osteoid area (Os.Ar/B.Ar) was significantly increased in loaded and not- loaded bone cores cultured in BGJb media. In DMEM there was no difference between loaded and unloaded bone cores. Since loading did not induce osteoid formation significantly, the bone surface was analyzed extensively by scanning microscopy. The uneven texture of the section surface suggests that an optimal transfer of force to the bones necessary for stimulation cannot be guaranteed using the given preparation method. Histological examination of the bone showed in all groups no sign of necrosis after 26 days of culturing. Fluorochrome double labeling as a measure of bone growth was only observed in some sections. In these samples, however, it was possible to measure a physiological mineral aposition rate (MAR) as a parameter for bone growth. The MAR was comparable to published minimal bone growth rates. To prove vitality of the bones simultaneous analyses of protein and DNA synthesis are recommended for future experiments. Finally it was possible to develop two computer programs (macros) for pixel based picture analysis, that simplify the automatic histological examination of the thin sections by measuring the mineral apposition rate (MAR) and the relative osteoid surface (Os.Ar. / B.Ar.).

Ill., graph. Darst.

The achievement of high efficiency in large-based stationary gas turbines for electric power generation requires increased gas temperatures. Gas temperatures higher than 1300°C can only be handled using air cooled structures to keep the metal temperatures below 1000°C. Only single crystal superalloys have the required creep strength and thermo-mechanical fatigue resistance. Single crystal blades exhibit a highly anisotropic deformation behaviour and are subjected to triaxial stress fields induced by complex cooling systems. Consequently the prediction of their deformation behaviour requires constitutive equations based on multiaxial formulations. The microstructural evolution of Gamma/Gamma' superalloys during the service time modifies the material properties and has therefore to be taken into account in the constitutive equations. For the modelling of the anisotropic, viscoplastic behaviour of single crystal blades where the evolution of the microstructure has also to be considered. The microstructural dependant constitutive equations are discussed for a structural analysis of a big single crystal model blade. The orthotropic Hills potential, whose anisotropy coefficients are connected to the edge length of the Gamma’-particles, is applied. If the shape of Gamma’-particles remain cubic, for example, in creep testing at low temperatures (up to about 850°C), the microstructure-dependent potential leads to the cubic version of the Hills potential. For the multiaxiale confirmation of the model, experiment with internally single crystal model blades were carried out. The prediction is in good agreement with creep results for -orientated specimens. If the Gamma’-particles coalesce to form rafts, the viscoplastic response of the superalloy is continuously modified. For the mathematical analysis the constitutive equations were implemented into the Finite-Elemente-Code ABAQUS. A two dimensional mesh was used. The implementation of the model in Finte-Element-Codes requires a numerical treatment of the constitutive equations with respect to the given interface of the used code.

In the present work, the shakedown behaviour of composite materials with periodic microstructure is investigated. For this, a general static shakedown theorem is given and proven taking into account the effects of limited linear kinematical hardening and plastic ductile damage. A general procedure is proposed to determine the admissible domains of macroscopic stresses. The methodology is based on the finite element method and a nonlinear mathematical programme to determine the safety factor against failure for large scale nonlinear problems. For this, an idealised class of composite material with a periodic microstructure is considered, allowing the determination of the macroscopic behaviour from microscopic information by means of the homogenisation theory. To this end, the concept of a representative volume element is introduced, which may be viewed as a heterogeneous structure under prescribed boundary conditions, corresponding to the uniform local continuum fields. To predict the life-time of such materials, several illustrative examples are given to show the applicability of the presented method with regards to the special case of metal-matrix composites with continuous fibers.

Einleitung und Zielsetzung: Obwohl Glas einer der chemisch resistentesten Werkstoffe ist, treten beim Kontakt mit unterschiedlichen Medien chemische Wechselwirkungen auf. Wie Untersuchungen von Wiederhorn gezeigt haben, wird die Spannungsrißkorrosion und damit die statische Ermüdung von Glas durch das Zusammenwirken von mechanischer Belastung und Wasser aus der Umgebung begünstigt. Aus dem Stand der Technik ist bekannt, daß bei der Herstellung von Glasfasern organische Polymerbeschichtungen eingesetzt werden, um die Diffusion von Wasser und Wasserdampf an die Glasoberfläche zu vermeiden. Daneben sind viele Arbeiten aus der Sol-Gel-Chemie bekannt, die sich mit dem Einfluß von organischen Beschichtungen auf die Spannungsrißkorrosion beschäftigen. Die durchgeführten Untersuchungen verfolgten das Ziel, die Mikrorisse in Glasoberflächen durch naßchemische Behandlung vor einem korrosiven Angriff durch Wasser zu schützen. Die Beeinflussung der Lebensdauer sollte anhand von Zeitstandversuchen an geschädigten Gläsern nachgewiesen werden, sowie durch Bestimmung der Bruchfestigkeit als Funktion der Lastauftragsrate.

Erwiderungsvortrag anläßlich der Verleihung der Ehrendoktorwürde an Prof. Dr.-Ing. Otto Buxbaum (Laudatio auf S.143-144).