Verteilt-parametrische Modelle zur Beschreibung des nichtlinearen fraktionalen Verhaltens von Lithium-Ionen-Zellen

Zusammenfassung Es werden verteilt-parametrische Modelle hergeleitet, die das nichtlineare fraktionale Verhalten von Lithium-Ionen-Zellen beschreiben. Die vorgestellten Modelle interpolieren lineare verteilt-parametrische Kleinsignalmodelle, die sich als diffusive Realisierungen fraktionaler Übertragungsfunktionen in den Arbeitspunkten ergeben. Diese Übertragungsfunktionen werden mittels Impedanzspektroskopie parametriert. Zur endlich-dimensionalen Approximation der vorgestellten Modelle werden Krylov-Unterraum-Verfahren und Finite-Elemente-Ansätze genutzt. Diese nichtlinearen konzentriert-parametrischen Modelle werden in Simulationsstudien miteinander verglichen und anhand experimenteller Daten validiert.

Modifikation eines Modells von Verbindungsmitteln zur Prognose des Schalldämmmaßes von Leichtbaukonstruktionen mittels Finite Elemente-Methode im erweiterten Frequenzbereich

ZusammenfassungDie vorliegende Arbeit hat die primäre Zielsetzung, ein leistungsfähiges Berechnungsmodell für die Prognose des Schwingungsverhaltens und damit des Schalldämmmaßes von „leichten“ Baukonstruktionen zu entwickeln. Eine Anwendung der derzeit normativ abgedeckten Verfahren für diese Baukonstruktionen ist ausdrücklich in den betreffenden Regelwerken ausgeschlossen. Die derzeit auf wissenschaftlicher Basis stehenden Berechnungsverfahren bieten im betrachteten Frequenzbereich zwischen 50 Hz und 5000 Hz keine ausreichende Zuverlässigkeit der Prognosequalität in den schalltechnischen Kenngrößen zur Beschreibung des bauakustischen Verhaltens solcher Konstruktionen. Neben den zu erwarteten diffusen Berechnungsergebnissen im unteren Frequenzspektrum ist eine Abbildung der Verbindungsausbildung zwischen Plattenwerkstoff und Tragkonstruktion, die in dem betreffenden Frequenzbereich einen wesentlichen Einfluss aufweisen, nicht möglich. Ebenso ist es daher auch nicht möglich, mittels bestehender Verfahren die Auswirkungen von schwankender Verarbeitungsqualität, wie z. B. den Schraubenanzugsmoment, in die Prognose der Kenngrößen einfließen zu lassen. Das entwickelte Simulationsmodell in der Finite Elemente-Umgebung „COMSOL 5.6“ bietet die Möglichkeit der Berücksichtigung der Parameter Schraubendimensionen, Schraubenabstand, Anzugsmoment und Position der Schrauben auf der Tragkonstruktion. Durch die numerischen Ergebnisse des Prognosemodells können somit die Wechselwirkungen zwischen den unterschiedlichen Wandkomponenten und deren Verbindungselementen untersucht und optimiert werden.

Tragverhalten von Wellstegträgern mit kreisförmigen Öffnungskranz/Shear buckling of corrugated web beams with circular opening wall

Der Wellstegträger ist ein relativ neuartiges Bauteil mit einem breiten Anwendungsbereich im Stahlbau. Aufgrund des dünnen Stegs des Trägers ergibt sich eine signifikante Gewichtsreduzierung im Vergleich zu gewalzten oder geschweißten I-Profilen. Der Wellstegträger kann mit dünnerem Steg eine größere Steifigkeit aus der Ebene erzie- len, so dass das Beulen des Stegs durch die Wellung verhindert wird. Um eine Erhöhung der Gebäudehöhe zu vermeiden, können Öffnungen für Rohrleitungen in gewellten Stahlträgern eine kostengünstige Lösung darstellen. Dennoch reduzieren die Öffnungen im Wellsteg die Gesamtsteifigkeit und Tragfähigkeit des Trägers. Um das mechanische Verhalten von Wellstegträgern mit kreisförmigen Öffnungen und entsprechendem Öffnungskranz zu untersuchen, wurden drei Versuchskörper durch Bauteilversuche getestet. Die Finite-Elemente-Analyse wurde mit Abaqus durchgeführt. Die Simulationsergebnisse unter Berücksichtigung der geometrischen Imperfektion stimmen gut mit den Experimenten überein. Die Ergebnisse zeigen, dass der Öffnungskranz die Tragfähigkeit des Wellstegträgers mit Öffnungen wirksam verbessern kann. Anhand der Parameterstudie erhöht die Zunahme der Kranzdicke die Empfindlichkeit der geometrischen Imperfektion. Außerdem kann die Tragfähigkeit des Wellstegträgers mit kreisförmigen Öffnungskranz mit einem einfachen Rechenmodell für die Handrechnung auf der sicheren Seite liegend abgeschätzt werden.