Untersuchungen zur Ableitung von Windböen aus Doppler-Lidar-Messungen

<p>Mit Hilfe von Doppler-Lidar-Systemen, lassen sich die Profile von Windgeschwindigkeit und -richtung in der Atmosphärischen Grenzschicht (AGS) auf der Basis klassischer Messstrategien wie einem VAD-24 Scan (Velocity Azimuth Display mit 24 Strahlrichtungen) zuverlässig bestimmen (Päschke et al., 2015). Für praktische Anwendungen von großem Interesse sind jedoch neben dem mittleren Windprofil auch kurzzeitige Fluktuationen des Windes, wie sie zum Beispiel in Verbindung mit Windböen auftreten. Untersuchungen zu Windböen waren ein wesentlicher Aspekt der Messkampagne FESSTVaL (Field Experiment on Sub-Mesoscale Spatio-Temporal Variability in Lindenberg, www.fesstval.de).</p><p>Eine Studie von Suomi et al. (2017) hat gezeigt, dass eine Ableitung von Windböen aus Doppler Lidar Messungen prinzipiell möglich ist. Allerdings wird mit üblichen Messstrategien die hierfür erforderliche hohe zeitliche Auflösung in der Ermittlung des Windvektors nicht erreicht, so dass mit Skalierungsansätzen unter Verwendung von in-situ Windmessungen eine Korrektur der aus den Lidar-Daten abgeleiteten Böenwerte erfolgen muss.</p><p>Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde eine alternative Messstrategie für Doppler-Lidar-Systeme vom Typ „Streamline“ (Halo Photonics) entwickelt und über mehrere Monate in den Jahren 2020/21 auf dem Grenzschichtmessfeld Falkenberg des DWD erprobt. Die Böenableitung basiert auf einem sog. Continous Scan Mode (CSM); dabei werden die während einer vollständigen Rotation des Lidar-Scan-Kopfes kontinuierlich durchgeführten Messungen 10-11 Strahlrichtungen zugeordnet und die Radialwindgeschwindigkeiten wiederum mit dem VAD-Verfahren ermittelt. Die Dauer eines Scans beträgt etwa 3.4s, damit kann eine Zeitauflösung erreicht werden, die der heute weit verbreiteten Definition einer Windbö entspricht (3s gleitendes Mittel; WMO (2018)).</p><p>Diese neue Konfiguration bringt Herausforderungen an die Datenverarbeitung mit sich. Im CSM muss mit vergleichsweise wenigen Lidar-Pulsen pro Messstrahl gearbeitet werden, so dass klassische Ansätze der Datenfilterung (Signal-to-Noise Schwellwert, Consensus Filterung) nicht verwendet werden können. Es wird ein alternatives Verfahren für die Prozessierung der Lidar-Rohdaten vorgeschlagen. Die Ergebnisse der Ableitung sowohl des mittleren Windvektors als auch der jeweiligen maximalen Windbö in einem 10-Minuten-Mittelungsintervall werden mit Sonic-Messungen in 90m Höhe verglichen. </p><p>Im Rahmen des FESSTVaL Experimentes wurde diese neue Messkonfiguration an drei Standorten, die ein annähernd gleichseitiges Dreieck mit einer Kantenlänge von etwa 5 km bildeten, genutzt. Es werden Fallbeispiele aus der FESSTVaL Kampagne für die Variabilität im Auftreten von Windböen gezeigt.</p><p><strong>Referenzen</strong></p><p>Päschke, E., Leinweber, R., and Lehmann, V. (2015): An assessment of the performance of a 1.5 μm Doppler lidar for operational vertical wind profiling based on a 1-year trial, Atmos. Meas. Tech., 8, 2251–2266, https://doi.org/10.5194/amt-8-2251-2015</p><p>Suomi, I., Gryning, S.‐E., O'Connor, E.J. and Vihma, T. (2017): Methodology for obtaining wind gusts using Doppler lidar. Q.J.R. Meteorol. Soc., 143: 2061-2072. https://doi.org/10.1002/qj.3059</p><p>World Meteorological Organization (WMO) (2018): Measurement of surface wind. In Guide to Meteorological Instruments and Methods of Observation, Volume I -Measurement of Meteorological Variables, No.8: 196–213, URL: https://library.wmo.int/doc_num.php?explnum_id=10616 (accessed November 2021)</p>

Mathematical simulation of seamless pipes extrusion and rational calibration of die

Technology of seamless pipes production by extrusion enables to deform pipe workpieces made of low-plastic materials. However, low durability of the working instrument restricts the area of the technology application. The purpose of the work was to specify optimal parameters of technological processes of pipes extrusion. Minimization of energy and force parameters of the deformation zone and an increase of once-only metal deformation were accepted as criteria. They will enable to increase the presses productivity, increase durability of working instrument and accuracy of pipes geometric dimensions. A mathematical model of deformation zone and stressed state of pipe workpiece were elaborated. Influence of the die generatrix calibration and deformation zone parameters on the character of energy and force parameters change revealed. Dependence of energy and force parameters on the die calibration and geometric parameters of deformation zone for the press 50 MH was established. The results of mathematical simulation of pipes extrusion showed that along the whole deformation zone length, increase of metal flow speed results in an increase of tangential and normal stresses on the forming mandrel and calibrated die. The task of parametric optimization of die profile (calibration) was accomplished in interpretation of base variation Euler’s task for a determined functional of pipes extrusion. It was established that while the extrusion speed is increasing, the energy and force parameters of the deformation zone are getting pronounced dynamic character. At that, by optimization of die calibration, an increase of the extrusion press 50MH working instruments durability was reached, as follows: dies – by two times, mandrels – by 4 times, container bushes – by 40% and press-washers – by 2 times.

Heterogene digitale Kompetenzselbsteinschätzungen bei Lehramtsstudierenden

ZusammenfassungDer vorliegende Beitrag fokussiert die digitalen Kompetenzselbsteinschätzungen Studierender in der Lehrkräftebildung. Hier wird der Frage nachgegangen, inwiefern es möglich ist, Lehramtsstudierende im Hinblick auf selbst eingeschätzte digitale Kompetenzen in Gruppen einzuteilen. Eine weitere Forschungsfrage ist, welche individuellen Merkmale sowie spezifischen Einstellungen und Nutzungsverhaltensweisen bezüglich digitaler Medien Studierende aufweisen. Daran anschließend werden Handlungsbedarfe für Strategien einer individuelle Lernvoraussetzungen aufgreifenden Lehrkräftebildung aus den Ergebnissen abgeleitet. Für die Analysen wurden Fragebogendaten von N = 297 Studierenden (61,3 % weiblich) deutscher Universitäten genutzt. Drei unterschiedliche Typen (Profile) Lehramtsstudierender können in Bezug auf digitale Kompetenzselbsteinschätzungen zum Umgang mit digitalen Medien und der Erschaffung digitaler Inhalte identifiziert werden. Die Profile unterscheiden sich signifikant in Bezug auf ihren Studienabschluss, ihre Einstellungen zur Nutzung digitaler Medien und ihr Nutzungsverhalten.

Optimization of Polymer Extrusion Die Based on Response Surface Method

A coupled surface response optimization method with a three-dimensional finite volume method is adopted in this study to identify five independent geometric variables of the die interior that provides a design with the lowest velocity variance at the exit of the coat-hanger extrusion die. Two of these five geometric variables represent the manifold dimension while the other three variables represent the die profile. In this method, B-spline fitting with four points was used to represent the die profile. A comparison of the optimized die obtained in our study and the die with a geometry derived by a previous theoretical work shows a 20.07% improvement in the velocity distribution at the exit of the die.

Zielorientierungen und Leistungsmotivation angehender Lehrkräfte zu Studienbeginn – eine Profilanalyse

Zusammenfassung Im Vergleich zu den vielfach untersuchten Leistungsmotiven und Zielorientierungen von Schülerinnen und Schülern sind diese bei Lehramtsstudierenden bisher eher selten zum Gegenstand empirischer Forschung gemacht worden, obwohl sie für die Kompetenzentwicklung und das Leistungsstreben angehender Lehrpersonen im Studium eine wichtige Rolle spielen. Vor diesem Hintergrund untersucht der vorliegende Beitrag Zielorientierungen und die Leistungsmotive Hoffnung auf Erfolg und Angst vor Misserfolg von 1365 Studierenden der Lehrämter für die Sekundarstufen I und II in ihrem ersten Fachsemester mittels einer latenten Profilanalyse. Die Profile werden anhand weiterer motivationaler Merkmale und dem pädagogischen Wissen der Studierenden validiert sowie auf ihre Zusammensetzung hinsichtlich verschiedener Fächerkombinationen analysiert. Die Ergebnisse legen eine Dreiklassenlösung nahe, wobei sich die Profile nicht nach Fächerdomänen unterscheiden. Die Hälfte der Studierenden lässt sich einem sowohl lern- als auch leistungszielorientierten Profil zuordnen. Am zweithäufigsten ist ein stark lernzielorientiertes Profil vertreten. Die kleinste Profilgruppe umfasst Studierende mit einer ausgeprägt arbeitsvermeidenden Haltung.

Assessment of Self-Piercing Riveted Joints Using the Analytic Hierarchy Process

Self-piercing riveting (SPR) as a solid-state joining technology has recently found extensive applications in the automotive industry, mostly in the joining of car body aluminium sheets. To achieve an acceptable joint, key operation and tooling parameters, including set force, die profile, and rivet shape and hardness, should be selected appropriately. To evaluate joint performance, the interlocking parameters and joint strength have to be determined. In the current laboratory and industrial practices, joint quality is assessed according to requirements of individual applications, lacking a systematic assessment method. The goal of the present study is to develop a method to determine the SPR conditions that produce a joint of the best quality, based on an analytic hierarchy process (AHP), which is a methodology for relative measurement. A general AHP model was proposed for analysing SPR and joint performance in different conditions and with an unlimited number of criteria and alternatives. Joints of two layers of 2.5 mm thick AA6082 aluminium sheets in T6 condition were produced using various dies, rivets, and SPR processing conditions. A selection of seven joints, which achieved minimum requirements in terms of interlocking parameters and strength, was nominated for AHP assessment. With the application of six criteria, including head height, bottom thickness, minimum bottom thickness, deformed rivet diameter, shear strength, and peel strength, the AHP assessment was able to define the best conditions for the SPR joining of the aluminium alloy sheets.

Research on Springback Compensation Method of Cylindrical Parts in Multi-Point Forming

Springback is an inevitable phenomenon in multi-point forming, it affects the forming accuracy seriously. The precision of formed parts can be improved by modifying the die profile. The method of springback compensation for multi-point dies which formed cylindrical parts was studied utilizing theoretical analysis, numerical simulations and experiments. In order to accurately form cylindrical parts with specified parameters, the springback compensation formula of multi-point dies was studied. The upper and lower dies were adjusted according to the formula. Comparing the formed parts obtained from numerical simulation and experiment with the target part, the results show that this method can control the forming error within 1 mm guiding the forming process of cylindrical parts in practice, the problem of shape error caused by springback was solved effectively.