Intercalation of graphene: inelastic excitations, bilayer growth, and superstructures. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2019. - 1 Online-Ressource (IX, 101 Seiten)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2019
Die vorliegende Arbeit nutzt die Interkalation von Graphen mit verschiedenen Metallen zur Anpassung der elektronischen und strukturellen Eigenschaften von Graphen und für die Entwicklung einer neuartigen Präparationsmethode für Graphen-Bilagen. Mithilfe eines Rastertunnelmikroskops (STM) werden außerdem inelastische Anregungen im Graphen sowie die erzeugten Überstrukturen untersucht. Der erste Teil der Dissertation stellt eine Studie zum inelastischen Tunneln in Graphen auf Metalloberflächen vor. Die Interkalation von Graphen auf Ir(111) mit Cs und Li bewirkt deutliche Signaturen von Phononenanregungen in den Tunnelspektren. Im Gegensatz dazu werden nach Ni-Interkalation keine inelastischen Anregungen detektiert. Die Stärke der Phononensignale kann durch die Bedeckung der Alkalimetalle sowie durch die Veränderung des Spitze-Probe-Abstandes beeinflusst werden. Mithilfe von Transportrechnungen anhand eines innovativen Drei-Elektroden-Setups wird der Zusammenhang zwischen der Kopplung von Graphen zu den angrenzenden Elektroden und der spektralen Signaturen der Graphen-Phononen analysiert. Ähnliche Phononensignaturen auf Graphen-Mono- und Bilagen auf Ru(0001) zeigen eine räumliche Abhängigkeit der Intensität von der Messposition innerhalb der Moiréstruktur. Der zweite Teil der Arbeit beschreibt die Entwicklung einer Präparationsmethode für Graphen-Bilagen auf Basis einer sequenziellen chemischen Gasphasenabscheidung (CVD). Zunächst wird eine Monolage Graphen auf Pt(111) in einem CVD-Prozess aus Ethen erzeugt. Anschließend wird zusätzliches Pt auf die Probenoberfläche aufgedampft. Hierdurch wird diese für einen weiteren CVD-Schritt reaktiviert, in welchem die zweite Lage Graphen wächst. Die nachfolgende Interkalation der Pt-Schicht unter die vergrabene Graphenlage erzeugt schließlich die Graphen-Bilagen auf Pt(111). Eine Analyse der Moirémuster bestätigt die erfolgreiche Präparation von Graphen-Doppellagen. Den Abschluss dieser Dissertation bildet eine explorative Studie der Wirkung von Graphen auf die Überstrukturen der Interkalanten. Exemplarisch werden die Pt-Interkalation von Graphen auf Pt(111) sowie die Interkalation von Cs und Li unter Graphen auf Ru(0001) untersucht. Bei graphenbedecktem Pt(111) ruft das eingefügte Pt eine Rekonstruktion der Substratoberfläche hervor. Aufgrund des Einflusses von Graphen unterscheidet sich deren Struktur qualtitativ von der einer Klasse verwandter Rekonstruktionen. Darüber hinaus wird die erfolgreiche Kointerkalation von Graphen auf Ru(0001) mit Cs und Li präsentiert. Die Alkalimetalle bilden separate Phasen mit Übergittern, die sich jeweils am Graphengitter statt an dem des Ru-Substrates ausrichten.
https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2019000115
Entwicklung von metamorphen Mehrfachsolarzellen mit vier pn-Übergängen auf einem Germaniumsubstrat. - Ilmenau, 2019. - 143 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2019
Ziel dieser Arbeit war die Entwicklung einer metamorphen Vierfachsolarzelle auf einem Germaniumsubstrat mit einer Ga1-xInxAs Teilzelle. Der Fokus der Arbeit lag dabei auf der Materialcharakterisierung von metamorphem Ga1-xInxAs, das als Grundlage der 1.1 eV-Teilzelle dient. Mit den in dieser Arbeit etablierten Methoden können sowohl elektrische Eigenschaften als auch kristalline Eigenschaften an einer Vielzahl von III/V-Halbleitern bestimmt werden. Zur Materialcharakterisierung wurden verschiedenste Methoden eingesetzt, etabliert, weiterentwickelt und neu entwickelt. Das Besondere der Arbeit liegt in der umfassenden Materialanalyse, die durch die Vielfalt der eingesetzten Messmethoden und deren Verknüpfung ermöglicht wird. Die hier vorgestellte Kombination von leistungsabhängiger (PDR) und zeitaufgelöster (TR) Photolumineszenz (PL) ermöglicht es, die effektive Lebensdauer in ihre Bestandteile, die nur dotier-, design- und materialabhängige effektive strahlende Lebensdauer und die materialqualitätsabhängige Shockley-Read-Hall-Lebensdauer, aufzuteilen. Die Defektlebensdauer von Minoritätsladungsträgern wurde exemplarisch an Zn-dotierten GaAs und GaInAs-Doppelheterostrukturen bestimmt. Bei dem realisierten Konzept der GaInP/GaAs/GaInAs/Ge Vierfachzelle hat die GaInAs-Teilzelle eine größere Gitterkonstante als das Germanium-Substrat. Diese Differenz in der Gitterkonstante wurde innerhalb eines optisch inaktiven metamorphen GaInAs-Puffers überwunden. Die Defektdichte an der Oberfläche des Puffers wurde mittels plan-view Kathodolumineszenz bestimmt. Die Verbindung zwischen der GaInAs- und der AlGaAs-Teilzelle wurde durch einen direkten Wafer-Bond realisiert. Hierzu wurden unterschiedliche Materialkombinationen und Dotierkonzentrationen untersucht. In der GaInP/AlGaAs//GaInAs/Ge Vierfachsolarzelle wurden der metamorphe Puffer, die GaInAs-Teilzelle und der Waferbond zusammengeführt. Der Wirkungsgrad der Solarzelle unter einfachem Sonnenlicht beträgt 34.3% (AM1.5g). Die Vierfachzelle wurde zum Einsatz in Konzentratormodulen optimiert. Unter 403fach konzentriertem Sonnenlicht (AM1.5d) wurde ein Wirkungsgrad von 41.3% erzielt.
Integration von nanoskaligen III-V Halbleiterstrukturen auf Silizium für die solare Energiekonversion. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2019. - 1 Online-Ressource (xii, 169 Seiten)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2019
Tandem-Absorberstrukturen bestehend aus ternären III-V-Halbleiter-Nanodrähten (ND) als obere Teilzellen und Si als untere Teilzelle besitzen ein hohes Potential für kostengünstige, hocheffiziente Photovoltaik und solare Wasserspaltung. Ziel dieser Arbeit ist es den Weg zu einem solchem Tandem zu ebnen, wobei GaP als Pufferschicht zum Si(111)-Substrat und die metallorganische Gasphasenepitaxie (MOVPE) als Präparationsmethode dient. Dafür soll ein detailliertes Verständnis hierbei erforderlicher Prozessschritte auf möglichst atomarer Skala geschaffen werden, um somit die Kontrolle über jeden einzelnen dieser Präparationsschritte zu erlangen. Es zeigte sich, dass die Si(111)-Oberfläche sich in der H2-Atmosphäre des MOVPE-Reaktors wesentlich anders verhält als während der etablierten Präparation in Ultrahochvakuum: So ist diese nach thermischer Deoxidation (1×1)-rekonstruiert und Monohydrid-terminiert. Reflexionsanisotropie-Spektroskopie erweist sich als geeignet die thermische Deoxidation fehlorientierter Substrate in-situ zu beobachten. Senkrechtes, geradliniges Wachstum von ND erfordert B-polare GaP(111) Pufferschichten auf Si. Epitaxie von GaP auf H-terminiertem Si(111) resultierte jedoch in A-Typ Polarität. Mit Hilfe einer vorangehenden As-Terminierung der Si(111)-Oberfläche gelingt es, die Polarität zu GaP(111)B umzukehren. Die Verwendung geeigneter Si-Substrate und Nukleationsbedingungen erlaubte es die Dichte an Rotationszwillingengrenzen (RZGs) deutlich zu reduzieren und somit den Anteil senkrechter ND auf über 97% zu steigern. Denn wie sich zeigte, wirken sich RZGs nachteilig auf anschließendes ND-Wachstum aus, indem sie es entweder vollständig unterdrücken, diagonal zur Substratoberfläche oder horizontal entlang der RZG verlaufen lassen. Verlässt ein horizontaler ND die RZG, entscheidet die Gitterfehlanpassung über die weitere Wachstumsrichtung: homoepitaktische ND setzen ihre Wachstum in die Senkrechte fort, während heteroepitaktische ND horizontal bleiben. Zum Verständnis dieser Phänomenologie wird ein quantitatives, kinetisches Nukleationsmodell entwickelt. Unabhängig vom Auftreten von RZGs vermag dieses Modell, das horizontale ND-Wachstum in gitterfehlangepassten Systemen zu erklären. Außerdem gelingt es erstmals verdünnt-Stickstoff-haltige ND-Strukturen via MOVPE zu präparieren. Zwei Ansätze sind erfolgreich: N-Einbau während des vapor-liquid-solid-Wachstums; und N-Einbau in eine Hülle. Darüber hinaus wird die Dotierung von Nanodrähten mittels eines Vierspitzen-Rastertunnelmikroskops untersucht. Hiermit werden Widerstandsprofile freistehender ND bestimmt, was eine anschließende Anpassung der Wachstumsparameter an gewünschte Dotierprofile erlaubt.
https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2019000184
Development and evaluation of a process to isolate picolitre compartments of a microfluidic bioassay to search for new microbial compounds. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2019. - 1 Online-Ressource (xii, 122 Seiten)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2019
Verglichen mit etablierten industriellen Hochdurchsatz-Anlagen entwickelten sich mikrofluidische, emulsionsbasierte Tropfensysteme in den letzten Jahren zu einer günstigen Alternative. Jedoch ist es derzeit nicht möglich, einzelne Tropfen im Pikoliter-Volumenbereich aus einer Vielzahl anderer Proben für anschließende Analysen zu isolieren. Diese Arbeit präsentiert ein Verfahren, um Tropfen mittels fluidischer Kanalstrukturen zu isolieren und über einen Brechungsindex-Sensor zu detektieren. Das erzeugte Signal ermöglicht eine automatisierte Einzelablage von Tropfen in adressierbare Kompartimente, wie beispielsweise in Petrischalen oder Mikrotiterplatten. Ergebnisse zeigen eine effektive Extraktion einzelner Tropfenfraktionen. Dennoch bedarf es einer kontinuierlichen Überwachung von Prozessparametern wie Flussrate und Tropfendurchsatz, um eine Trennung der einzelnen Tropfen zu gewährleisten. Gleichwohl bietet dieses online-Verfahren eine Möglichkeit, allgemeine Laborprotokolle und Analysetechniken mit Tropfenbasierter Mikrofluidik zu vereinen.
https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2019000143
Modellierung der Zuverlässigkeit bei Entwurf und Verifikation von Mixed-Signal-Schaltungen. - Ilmenau : Universitätsverlag Ilmenau, 2019. - 1 Online-Ressource (190 Seiten)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2018
Die zunehmende Verbreitung von Elektronik im Alltag und die weitere Verringerung der Strukturgrößen stellt neue Anforderungen an die Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit integrierter Schaltungen. Modellierung zur Unterstützung des Schaltkreis- und Systementwurfs wird seit langer Zeit eingesetzt, bisher hauptsächlich zur Nachbildung des funktionalen Verhaltens einer Schaltung. Die vorliegende Arbeit verfolgt zwei Ziele: - Zu bekannten Modellierungsverfahren für das funktionale Verhalten wird eine Systematik entwickelt und in einen durchgängigen Modellierungsablauf abgebildet. - Die Methodik wird um die Modellierung nichtfunktionaler Eigenschaften erweitert, insbesondere werden Verfahren zur Berücksichtigung der Zuverlässigkeit entwickelt. Für die Zuverlässigkeitsmodellierung werden in erster Linie Degradationseffekte betrachtet, die während des bestimmungsgemäßen Betriebs entstehen und sich auf das elektrische Verhalten integrierter Bauelemente auswirken. Als eine wesentliche Voraussetzung für die entwickelten Verfahren zur Berücksichtigung der elektrischen Degradation wird lineare Schadensakkumulation angenommen. Dies bedeutet, dass die zeitliche Abfolge des anliegenden Stresses keine Rolle spielt, sondern sich die entstehende Schädigung linear akkumuliert. Das Ergebnis der Arbeit ist eine systematische Vorgehensweise zur Modellierung des funktionalen Verhaltens von analogen und Mixed-Signal-Schaltungen. Diese wird ergänzt um neue Verfahren zur Berücksichtigung zuverlässigkeitsrelevanter Eigenschaften der Schaltung. Analogien zur Mechanik erlauben es, in diesem Bereich etablierte Vorgehensweisen zur Beschreibung und Analyse der Zuverlässigkeit zu übernehmen und auf die Degradationseffekte integrierter Halbleiterbauelemente anzuwenden. Entsprechende Lebensdauermodelle zu relevanten Degradationsmechanismen sind dargestellt. Ausgehend von der generellen Struktur solcher Modelle werden allgemeine Maße zur Zuverlässigkeitsbewertung von Bauelementen unter Anwendungsbedingungen abgeleitet. Die Diskussion von Methoden zur Analyse der Zuverlässigkeit ganzer Schaltungen im Entwurf rundet die Darstellung ab. Die entwickelten Verfahren dienen der Unterstützung eines schnellen und fehlerfreien Entwurfs sicherer und zuverlässiger Schaltungen. Anhand der Optimierung einer Schaltung auf der Grundlage ihres Alterungsverhaltens wird dieser Nutzen verdeutlicht.
https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2018000642
Optimierung des dynamischen Verhaltens von linearen Hybridschrittmotoren unter besonderer Betrachtung von Schwingungen und Geräuschen. - Ilmenau : Universitätsverlag Ilmenau, 2019. - 1 Online-Ressource (XXI, 171 Seiten)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2018
Diese Arbeit befasst sich mit der Entwicklung von Methoden und Reglern zur Reduzierung von Schwingungen und Geräuschen von linearen Hybridschrittmotoren (LHSM). Die Ursachen der Schwingungen und Geräusche sind Kraftschwankungen, die elektromagnetisch durch das Antriebsprinzip bedingt sind. Der untersuchte Motor ist ein Prototyp, der von der Firma Pasim Direktantriebe GmbH zur Verfügung gestellt worden ist. Dieser ist durch ein Zusatzspulensystem gekennzeichnet, das eine variable magnetische Erregung ermöglicht. Somit kann der Motor mit einer konstanten magnetischen als auch mit einer sich ändernden magnetischen Erregung betrieben werden. Diese beiden Betriebsmodi werden in dieser Arbeit als Ausgangssituationen verwendet, um damit mögliche Reduzierungen von Schwingungen und Geräuschen zu erzielen. Für den als Standardmotor zu betrachtenden konstant erregten LHSM werden drei Methoden untersucht. Dazu gehören die Lastwinkel-Optimierung, die Rastkraft-Kompensation sowie die Optimierung der Kommutierung. Unter diesen Methoden lassen sich mit der optimierten Kommutierung die Horizontalschwingungen am besten verringern. Wahrnehmbare Lautstärkeänderungen können damit allerdings nicht erreicht werden. Das Ziel des mit variabler Erregung betriebenen LHSM ist ebenfalls eine Reduzierung von Schwingungen und Geräuschen. Zu diesem Zweck werden die sich mit der variablen Erregerkomponente ändernden Eigenschaften des LHSM ausgenutzt, um ein antriebseffizientes und schwingungsreduzierendes Betriebsverhalten zu erhalten. Dafür ist es erforderlich, den variabel erregten LHSM zu modellieren und die dazugehörigen Parameter zu identifizieren. Schließlich wird eine Ansteuerfunktion für die variable Erregerkomponente auf der Grundlage eines Optimierungsproblems entwickelt. Die Ansteuerfunktion wird im positionsgeregelten Betrieb angewendet und zeigt dabei eine Reduzierung der Schwingungen um ein Vielfaches in allen Raumrichtungen. Das führt dazu, dass die wahrgenommene Lautstärke um annähernd die Hälfte gegenüber einem Motor mit konstanter magnetischer Erregung gesenkt werden kann. Zur weiteren Verbesserung der Betriebseigenschaften werden verschiedene Reglerstrategien entwickelt und getestet. Die Ergebnisse zeigen, dass sich für diesen Zweck ein optimierter PID-Regler mit modellbasierter Vorsteuerung am besten eignet.
https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2018000738
Wasserverunreinigungen in Lithium-Ionen-Batterien. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2019. - 1 Online-Ressource (III, 94 Seiten, Seite V-XXXV)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2019
Lithium-Ionen Batterien (LIB) verwenden organische Elektrolyte, die auch bei hohen Spannungen von über 4 V stabil sind. Das Leitsalz, das für die meisten Elektrolyten genutzt wird, ist LiPF6. Dieses hat eine Reihe an positiven Eigenschaften, wie eine hohe Leitfähigkeit und chemische Stabilität, ist aber hydrolyseempfindlich. Die Hydrolyseprodukte können zu einer verringerten Batterieperformance und Zyklenstabilität sowie - im Falle einer Elektrolytleckage - zu Gesundheitsrisiken führen. Diese Arbeit untersucht deshalb, welche Materialien zu den Wasserverunreinigungen in einer LIB beitragen, wie die Wasserverunreinigungen mit LiPF6 reagieren und was die Effekte dieser Verunreinigungen auf das elektrochemische Verhalten der LIB sind. Das Trocknungsverhalten von Zellkomponenten wurde mittels Karl-Fischer Titration untersucht und zeigt, dass insbesondere das Anodenmaterial Graphit und der Glasfaserseparator eingehend getrocknet werden müssen, um einen Wassereintrag in die LIB zu minimieren. Unter den Kathodenmaterialien weist insbesondere LiFePO4 einen hohen Wassergehalt auf. Andere Zellkomponenten sind weniger hygroskopisch und können einfacher getrocknet werden, was bei der industriellen LIB Herstellung mit einer Kostenreduktion verbunden ist. Die Hydrolyse von LiPF6 wurde durch Ionenchromatographie im organischen Lösungsmittel EC/DEC (1:1 v/v) und in Wasser untersucht. Die Hydrolyseprodukte von LiPF6 in EC/DEC sind HF und HPO2F2. Um die komplexen Reaktionskinetiken zu untersuchen, wurde ein kinetisches Model erstellt, mit dem Vorhersagen über weniger hydrolyseempfindliche Elektrolyten möglich sind. Insbesondere zeigt sich, dass der Dissoziationsgrad eine große Rolle in der Hydrolyse von LiPF6 im spezifischen Lösungsmittel spielt, und ein höherer Dissoziationsgrad zu einer höheren Toleranz gegenüber Wasserverunreinigungen führt. Wasserverunreinigungen haben negative Effekte auf die Zyklenstabilität und führen zu einem erhöhten Ladungsübergangswiderstand, was auf eine veränderte SEI-Formierung und Zusammensetzung hindeutet. Die Erklärung wird auch durch die Erkenntnis gestützt, dass die coulombsche Effizienz im ersten Zyklus bei wasserkontaminierten Zellen niedriger ist. Diese Ergebnisse verdeutlichen, wie wichtig eine Limitierung und Kontrolle der Wasserkontamination in LIB für deren Langlebigkeit, Performance und Sicherheit ist.
https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2019000089
Untersuchung von Umlenkelementen zur Anwendung in der interferometrischen Längenmesstechnik. - Ilmenau : Universitätsverlag Ilmenau, 2019. - 1 Online-Ressource (176 Seiten). - (Berichte aus dem Institut für Maschinen- und Gerätekonstruktion (IMGK) ; Band 33)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2018
Aufgrund ihrer hohen Auflösung in Kombination mit einem großen Messbereich nehmen Interferometer eine Spitzenrolle in der Präzisionslängenmesstechnik ein. Sie müssen stets so angeordnet werden, dass der Messstrahl das Messobjekt auf geradem, unabgeschattetem Weg erreicht. Durch eine Umlenkung und Faltung des Interferometermessstrahls lassen sich Flexibilität des Aufbaus und Zugänglichkeit des Messobjektes verbessern. Diese Arbeit untersucht den Einsatz von Strahlumlenkelementen in interferometrischen Messanordnungen sowie die dadurch entstehenden Messfehler und Möglichkeiten ihrer Kompensation und Korrektur. Zunächst wird das grundlegende Messprinzip von interferometrischen Längenmessungen vorgestellt sowie auf mögliche Fehlerquellen insbesondere im Hinblick auf Strahlumlenkung hingewiesen. Es wird untersucht, wie sich die Änderung von geometrischen und Polarisationseigenschaften des Messstrahls durch ein Umlenkelement auf die interferometrische Messung auswirken. In dieser Arbeit werden verschiedene Modelle vorgestellt, mit denen die Lichtausbreitung und Polarisation sowie das geometrische Übertragungsverhalten von Umlenkelementen untersucht werden können. An Beispielen werden Einflussfaktoren herausgestellt, die auf die Polarisation des Lichtes wirken. Darüber hinaus wird deren Nutzung zur Kompensation von unerwünschten Polarisationsänderungen diskutiert. Eine Übersicht teilt reflektierende und refraktive Umlenkelemente auf Basis von Gemeinsamkeiten in Geometrie und Übertragungsverhalten in Kategorien ein. Der Fokus liegt dabei auf Invarianzachsen für Translation und Rotation der Elemente. Diese erlauben eine Bewegung der Umlenkelemente, ohne dass die untersuchte Funktionsgröße beeinflusst wird. Auf die Existenz und Lage dieser Achsen wird für jede Gruppe von Umlenkelementen hingewiesen. Zusätzlich erfolgt der Nachweis im Experiment, der das qualitative Übertragungsverhalten ausgewählter Umlenkelemente bestätigt. Schließlich werden die Erkenntnisse dieser Arbeit in Gestaltungsrichtlinien zusammengefasst, die den Anwender bei der Auslegung von Umlenkelementen für interferometrische Längenmesssysteme unterstützen.
https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2018000555
Untersuchungen zum Schadensmechanismus Torsionsschwingbruch durch Kontaktermüdung an Schraubendruckfedern. - Ilmenau : Universitätsverlag Ilmenau, 2019. - 1 Online-Ressource (xvii, 184 Seiten). - (Berichte aus dem Institut für Maschinen- und Gerätekonstruktion (IMGK) ; Band 34)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2018
Ziel der vorliegenden Arbeit ist es, die Wirkzusammenhänge des Schadensmechanismus "Torsionsschwingbruch durch Kontaktermüdung" zu untersuchen und Möglichkeiten zur Quantifizierung des Schadensmechanismus aufzuzeigen. Zu diesem Zweck werden Federvarianten mit unterschiedlichen Anlageverhalten gefertigt, charakterisiert und geprüft. Mit den bisher etablierten Methoden kann das Anlageverhalten nicht lokal und zugleich bei einer definierten Federkraft bewertet werden, was für die Fertigung von Versuchsfedern mit gezielt variierenden Anlageverhalten erforderlich ist. Vor diesem Hintergrund wird die Lichtspaltmethode entwickelt. Die Lichtspaltmethode eignet sich im Gegensatz zu numerischen Verfahren auch zur fertigungsnahen Beurteilung des Anlageverhaltens. Zusätzlich ermöglicht die Lichtspaltmethode einen höherwertigen FE-Abgleich im Endwindungsbereich, als ein Abgleich über die Federrate oder mittels druckempfindlichen Papiers. Aufgrund der Schwingfestigkeitsergebnisse wird eine Untergliederung des Schadensmechanismus hinsichtlich HCF-Kontaktermüdung mit Bruchausgang im Oberflächennahen Bereich und VHCF-Kontaktermüdung mit Bruchausgang unterhalb der Oberfläche vorgenommen. Begleitender Untersuchungen an Federn und Drähten zeigen, dass begünstigende Ursachen für Endwindungsbrüche mit der Ausprägung HCF-Kontaktermüdung sich auf eine fertigungs- bzw. verschleißbedingte Primärschädigung zurückführen lassen. Endwindungsbrüche im Bereich erhöhter Schwingspielzahlen mit einem Bruchausgang unterhalb der Oberfläche weisen auf eine Primärschädigung durch Kontaktermüdungsrissbildung hin. Auf Grundlage der Schwingfestigkeitsversuche an Schraubendruckfedern und numerischen Berechnungen wird eine Vorgehensweise zur Auslegung der Endwindungsgeometrie bei erhöhter Schwingspielzahl erarbeitet. Die Grobauslegung der Endwindungsgeometrie erfolgt über die Analyse des Kontaktwinkels in Abhängigkeit der Torsionsbeanspruchung. Die örtliche Bewertung erfolgt auf Basis der Finiten Elemente Methode und geeigneter Schadensparameter. Die numerische Nachrechnung der Schwingversuche zeigt, dass die lokale Kontaktdruckschwingweite als auch der Schadensparameter nach Dang Van geeignete Kenngrößen zur Beschreibung der VHCF-Kontaktermüdung darstellen. Durch diese Arbeit lassen sich Endwindungsbrüche durch Kontaktermüdung im VHCF-Bereich lokal bewerten.
https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2018000564
Numerical studies of turbulent Rayleigh-Bénard magnetoconvection in rectangular enclosures. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2019. - 1 Online-Ressource (vi, 113 Seiten)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2019
Turbulente Magnetokonvektion in Flüssigmetallen wird in geschlossenen rechteckigen Zellen für starke äußere Magnetfelder durch direkte numerische Simulationen untersucht, welche die quasistatische Näherung anwenden. Das Hauptziel ist es, zu verstehen wie der turbulenten Wärme und Impulstransport beeinflusst wird und wie die Konvektionsstrukturen durch die Magnetfelder umorganisiert werden. In dieser Arbeit werden zwei Systeme untersucht, bei denen die turbulente RB-Konvektion in einem horizontalen Magnetfeld bzw. einem vertikalen Magnetfeld erfolgt. Für das System mit einem horizontalen Magnetfeld wird RB-Konvektion bei einer Rayleigh-Zahl von 1e6 in einer Zelle mit quadratischer Grundfläche und einer langen rechteckigen Zelle untersucht. Unterschiedliche Konvektionsregimes werden identifiziert, welche vom Aspektverhältnis und der Stärke des Magnetfelds abhängen. Das bemerkenswerteste Konvektionsregime, das in der Box mit quadratischer Grundfläche beobachtet wird, ist die Umkehrung der Strömung - ein Reorganisationsprozess der rollenartigen Struktur, die durch ein gemäßigtes Magnetfeld eingeschränkt wird. Das Regime zeigt eine interessante Ähnlichkeit mit der großskaligen Intermittenz in einer Kanalströmung mit einem moderaten Magnetfeld in Spannweitenrichtung. Das interessanteste Konvektionsregime in der langen rechteckigen Zelle ist die verdrillte Walzenstruktur, die aus zwei Walzen mit halber Behälterlänge mit unterschiedlichen Ausrichtungen während der Übergangsperiode besteht. Für das System mit einem vertikalen Magnetfeld wird hauptsächlich RB-Konvektion bei einer Rayleigh-Zahl von 1e6 in einer geschlossenen kubischen Zelle und bei einer hohen Rayleigh-Zahl von 1e7 in einer Zelle mit quadratischer Grundfläche beschrieben. Durch eine Fourier-Analyse werden Konvektionsstrukturen mit abnehmender charakteristischer horizontaler Wellenlänge gefunden während Ha zunimmt. Der turbulente Wärmetransport verteilt sich zunehmend auf Strömungsstrukturen, die an den Seitenwänden anliegen. Ähnlich wie bei rotierender RB-Konvektion bestehen die Seitenwandmoden für Ha oberhalb der Chandrasekhar-Grenze fort. Es erfolgt, eine detaillierte Analyse der komplexen Zweischicht-Struktur dieser Seitenwandmoden, ihrer Ausdehnung in das Zellinnere und der daraus resultierenden Zusammensetzung der Seitenwandgrenzschicht, deren Skalierung mit der Shercliff-Schichtdicke erfolgen kann.
https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2019000011