Deutsche Forschungsberichte (DtF)
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- ItemAbschlussbericht DFG 448696650 : Entwicklung und Optimierung der Strukturüberwachung und Schädigungslokalisierung in Elementen der Massivbaustrukturen mittels piezoelektrischer Wandler und Smart Aggregate(Hannover : Technische Informationsbibliothek, 2025) Nestorovic, Tamara; Diab, AlaaDas Projekt konzentriert sich auf die Entwicklung und Optimierung von Methoden zur frühzeitigen Schädigungserkennung und -lokalisierung in massiven Betonstrukturen. Eine frühzeitige Erkennung solcher Schädigungen kann nicht nur kostspielige Reparaturen und Wartungen reduzieren, sondern auch die Sicherheit und die Lebensdauer von Bauwerken wie Brücken, Hochhäusern und Infrastrukturanlagen erhöhen. Dieses Projekt liefert eine Methodik zur Zustandserkennung von massiven Strukturen und zur Lokalisierung von Schädigungen auf der Basis der Ultraschallwellenausbreitung. Die Methode ist sowohl für die 2D- (in Platten) als auch für die 3D-Schadenslokalisierung (in massiven Elementen) geeignet und basiert auf dem Einsatz von numerischen Simulationswerkzeugen und experimentellen Messungen, um eine kostengünstige und zuverlässige Lösung für die Schadenslokalisierung zu gewährleisten. Ein wichtiger Aspekt des Projektes ist die Entwicklung eines Ansatzes, der für großflächige Strukturen geeignet ist und gleichzeitig minimale Rechenressourcen beansprucht, um eine praktische und wirtschaftliche Anwendung in der Bauwerks-überwachung zu ermöglichen. Im Rahmen des Projektes werden piezoelektrische Materialien in aktive Sensoren und Aktoren integriert, um mögliche Schädigungszustände in Strukturen zu detektieren. Strukturveränderungen prägen sich in die Signalantwort ein und können durch eine geeignete Signalanalyse erkannt werden. Im Rahmen des Projekts wurden neue Methoden und Verbesserungen bestehender Methoden entwickelt, die eine genauere Lokalisierung der Schädigung ermöglichen. Um die Methoden zu testen, wurden umfassende numerische Simulationen in ABAQUS/EXPLICIT durchgeführt, um das Wellenverhalten in verschiedenen Schadensszenarien zu untersuchen. Durch die numerischen Untersuchungen konnten die relevanten Parameter wie Netzgröße, Zeit-inkremente und Wellenankunftszeiten optimal angepasst werden, um in weiteren Schritten die Effizienz der Interpolationsverfahren zu maximieren. Die 3D-Methode wurde erstmals erfolgreich in realitätsnahen Simulationen validiert, was ihre Anwendbarkeit für komplexere Betonstrukturen zeigt. Für die experimentelle Validierung wurden prismatische Betonproben mit unterschiedlichen Positionen der Schädigungszonen untersucht. Tests an diesen Proben zeigten die Wirksamkeit der Methode, indem das Auftreten von Schädigungen durch kugelförmige Hohlräume simuliert wurde. Durch die effiziente Interpolation und Filterung können Schäden zusätzliche Sensoren oder aufwändige Messaufbauten präzise lokalisiert werden. Diese Effizienz macht die Methode besonders geeignet für kostensensible Anwendungen. Darüber hinaus bieten die Methoden Potenzial für weiterführende Untersuchungen, darunter die Anwendung auf unterschiedliche Materialien und Bauwerke sowie die Integration der Algorithmen in Echtzeit Überwachungssysteme zur kontinuierlichen Strukturüberwachung.
- ItemCollaborative Research Center 917 : Resistively Switching Chalcogenides for Future Electronics : Structure, Kinetics, and Device Scalability : Final report : 2019/2-2020-2021-2022-2023/1(Hannover : Technische Informationsbibliothek, 2025-03-25) Wuttig, Matthias; Waser, Rainer; Dronskowski, Richard; Dittmann, Regina; Simon, Ulrich; Mayer, JoachimThe goal of SFB 917 has been the development of novel nanoswitches that can be reproducibly and reversibly changed between two states on very short time and length scales. Such nanoswitches can enable new storage and memory devices as well as neuro-inspired architectures for information technology. In the third and final funding period of SFB 917 we have witnessed and contributed to three major trends. The exponential growth in the demand for data storage and processing has continued. Hardware improvements are therefore urgently needed to meet the increased demands for data storage and processing as well as the related increase in energy consumption. SFB 917 strives to realize novel storage devices by exploiting the full potential of chalcogenide-based nanoswitches. Yet, it has become increasingly clear in the last few years, that improvements in device performance alone are insufficient to deal with the exponential growth mentioned above. The advance of Large Language Models (LLMs) like ChatGPT and related software has produced a further increase in data processing related energy consumption. This is a major challenge considering the expected further increase of professional and private usage of such machine learning tools. To minimize the related energy consumption, particularly energy-efficient software and hardware developments are mandatory. Within SFB9917, we have this intensified our efforts to work on effects related to a reduction in energy consumption. While energy-efficient devices can help, an improvement in hardware architecture offers significantly more leverage. We have thus explored the potential of chalcogenide based nano-switches in neuro-inspired computer architectures. To this end, several new large-scale research projects have been initiated (NeuroSys and NeuroTec), which extend our research on these devices in increasingly more complex architectures, offering new opportunities to harvest the findings of SFB 917 in new applications. To tailor chalcogenide-based nano-switches, major advances in instrumentation as well as an in-depth understanding of the origin of underlying phenomena and unconventional properties in these materials have been mandatory. Challenges included the characterization of switching in these materials on nanosecond time and nanometer length scales. Sophisticated tools have been built and utilized. Understanding unconventional properties are required building a bridge between concepts of inorganic chemistry and material properties leading to novel treasure maps which help to identify and tailor chalcogenides for specific applications. These successes are described in detail in the present report. To demonstrate that these findings are also relevant for industry, close cooperation with industrial partners has been established to ensure that the findings made within SFB 917 can also be implemented on the shortest possible time scales.
- ItemDFG Abschlussbericht : Neuer Ansatz für eine optische Biopsie in der Melanomdiagnostik(Hannover : Technische Informationsbibliothek, 2025) Roth, Bernhard; Fedorov Kukk, Anatoly; Emmert, SteffenDas Forschungsprojekt hatte die Entwicklung eines multimodalen Systems für die optische Biopsie der Haut mit der Anwendung in der Melanomdiagnostik zum Ziel. Es wurde erfolgreich ein neuartiges multimodales Bildgebungssystem entwickelt und validiert, das Ultraschall, photoakustische Tomographie, optische Kohärenztomographie, Raman-Spektroskopie und Kameramodalitäten in einer einzigen Scaneinheit zur nicht-invasiven optischen Biopsie von Hautläsionen integriert. Ein solches in seiner Konstruktion neuartiges System, das diese Modalitäten kombiniert, existierte in der Literatur bisher nicht. Das entwickelte System wurde erfolgreich in einer (prä)klinischen Studie validiert. Der Aufbau, der einen Wassertank mit einem akustischen Spiegel und einer flexiblen Membran umfasst, ermöglicht 3D-US/PAT-Bildgebung mit hoher räumlicher Auflösung und Tiefenkapazität, validiert durch umfangreiche Phantomtests und klinische Messungen. Das System zeigte eine starke Korrelation mit histopathologischen Standards, insbesondere bei dünnen Läsionen, und erhielt positives Feedback von Dermatologen für seine 3D-Bildgebungsfähigkeiten. Die Arbeit hebt das Potenzial dieses integrierten Systems hervor, die Diagnose und Behandlung von Hautkrebs zu verbessern, indem detaillierte, schnelle und nicht-invasive Messungen bereitgestellt werden, und schlägt weitere Verbesserungen zur Steigerung der diagnostischen Genauigkeit und Benutzerfreundlichkeit vor.
- ItemDFG Abschlussbericht : Optimierung und Integration von bildbasiertem Schlieren- und Hintergrundschlierenverfahren zur zwei- und dreidimensionalen Analyse von Raumluftströmungen(Hannover : Technische Informationsbibliothek, 2025) Völker, Conrad; Benetas, Lia; Gena, Amayu Wakoya; Alsaad, HayderZur Visualisierung und Messung von Luftströmungen werden herkömmlicherweise invasive Methoden (bspw. Anemometer, Rauch, Particle Image Velocimetry u.a.) genutzt. Jedoch werden durch den Einsatz der Messtechnik die durch geringe Gradienten definierten Raumluftströmungen stark beeinflusst. Alternativen, die die schwachen Strömungen nicht-invasiv visualisieren und in der Nachbearbeitung quantifizieren können, bilden die sogenannten Schlierenverfahren, namentlich das optische Schlierenverfahren mit Schlierenspiegel sowie das Hintergrundschlierenverfahren (engl. Background-Oriented Schlieren, kurz: BOS). Beide Methoden ermöglichen die Visualisierung von Brechungsindexgradienten, verursacht durch Dichtegradienten in Fluiden. Im Rahmen des Projekts „Optimierung und Integration von bildbasiertem Schlieren- und Hintergrundschlierenverfahren zur zwei- und dreidimensionalen Visualisierung von Raumluftströmungen“ wurden beide Methoden an der Professur Bauphysik der Bauhaus-Universität weiterentwickelt und angewendet, um Raumluftströmungen zu untersuchen. Das Forschungsprojekt beleuchtete die Systemanforderungen der Schlierenverfahren, um anhand ausgewählter Parameter die Empfindlichkeit beider Verfahren zu erhöhen. Die Sensitivitäten wurden im Rahmen des Projekts auf bis zu 0,1 K (optisches Schlierenverfahren mit Schlierenspiegel) bzw. 0,3 K (BOS) optimiert. Weiterhin wurden verschiedene Methoden entwickelt und angewendet, um die zunächst qualitativen Schlierenbilder quantitativ auszuwerten. Mithilfe des Schlierenspiegels sowie dem BOS werden die meist dreidimensionalen Dichtegradienten zunächst nur zweidimensional erfasst (Sichtlinienintegration). Jedoch bietet BOS den Vorteil, dass mithilfe mehrerer Kameras das Strömungsfeld auch mehrdimensional erfasst werden kann. Im Rahmen des Forschungsprojekts wurden daher Aufbauten entwickelt, um Strömungen stereoskopisch (2,5-dimensional mit zwei Kameras) und tomographisch (dreidimensional mit elf Kameras) zu erfassen. Über den Verlauf des Projekts kamen beide Schlierenverfahren zur Visualisierung von verschiedenen, auf natürlicher wie auch erzwungener Konvektion basierenden Raumlufströmungen zum Einsatz.
- ItemDFG final project report: Heisenberg Professorship - Synthetic Quantum Many-Body Systems(Hannover : Technische Informationsbibliothek, 2025-02-20) Groß, Christian[no abstract available]
- ItemDFG Project Final Report - MOSTFLEX(Hannover : Technische Informationsbibliothek, 2025-01-13) Lemme, Max C.; Negra, Renato; Wang, Zhenxing[No abstract available]
- ItemDFG project report "A Unified Approach to Limit Theorems for Dual Objects in Probability and Number Theory"(Hannover : Technische Informationsbibliothek, 2024-09-24) Indlekofer, Karl-Heinz; Klesov, Oleg I.; Steinebach, Josef G.Several situations are known in mathematics, where similar statements hold for different mathematical objects. However, since the objects are different, the proofs of these statements as well as their assumptions are different. One of the basic ideas of the project is to suggest a general approach for fi nding certain similarities between two mathematical objects that allow one to provide the proof only for one of them and to transfer this to a similar result for the another one. Such objects are called dual in our language. An integral part of this approach is to develop tools for transforming necessary conditions for one of the objects into corresponding conditions for the another one.
- ItemDFG project report "Multidimensional moment problem and Schur algorithm."(Hannover : Technische Informationsbibliothek, 2024) Kovalyov, Ivan[no abstract available]
- ItemDFG Project Report: Space-efficient Algorithms(Hannover : Technische Informationsbibliothek, 2025) Kammer, FrankGraphs arise in many applications, from social networks to transportation and logistics. Often, these graphs are constructed from massive data sets, commonly referred to as Big Data. As applications are faced with ever-increasing amounts of data, researchers tackled the problem from various directions. One such direction is the field of so-called space-efficient algorithms, which for a given problem aim to maintain the runtime of standard solutions while significantly reducing the memory requirements, which typically means using a linear number of bits. This is motivated by the observation that algorithms using a sublinear amount of space tend to have impractical runtimes, together with a lower bound of Barnes et al. [SIAM J. Comput., 1998], who showed that directed s-t-connectivity can not be solved in polynomial time with o(n/√ log n) bits in certain models. Prior to the research project, only a handful of space-efficient algorithms were known such as those for standard graph traversals like depth-first search and breadth-first search. These algorithms use a linear number of bits while (almost) maintaining an optimal linear runtime. We have extended the toolbox of space-efficient algorithms with powerful frameworks such as algorithms for constructing so-called tree decompositions, a structure commonly used in the design of parameterized algorithms for NP-hard problems. Other results include algorithms for special classes of graphs such as planar graphs and graphs that can be categorized by so-called forbidden minors. One such result is a so-called graph-coarsening framework that allows us to execute various algorithms space-efficiently with a trade-off in solution quality. We have obtained results not only for static graphs, but also in the dynamic settings. First, for the construction of efficient and succinct data structures that provides so-called minor operations (delete vertices as well as delete/contract edges) in planar graphs. Minor operations are useful in numerous applications. Using the aforementioned graph-coarsening framework we are able to construct this data structure space-efficiently. Second, space-efficient results for so-called exploration and multi-stage problems on temporal graphs, i.e., graphs where the set of edges changes over discrete time steps. For practical applications, we applied our knowledge of space-efficient techniques to design a winning solver for the PACE challenge 2024 on upper bounding the parameter of so-called twinwidth, in addition to implementing various space-efficient algorithms and data structures in a library.
- ItemFinal report “Novel n-Doping Approaches for Organic Semiconductors”(Hannover : Technische Informationsbibliothek, 2024) Leo, Karl; Schneeweis, Arno; Marcus, Papmeyer; Dorok, SaschaFinding promising n-dopants for (organic photovoltaic) OPV is an important field in the organic semiconductor manufacturing. In this report, we show a straightforward synthetic strategy for the preparation of diaza-s-indacenes which show very promising characteristics for n-doping. The synthetic route includes simple procedures, few steps, cheap materials and high yields, thus fulfilling all prerequisites for an up-scaling process. Two compounds of this family with promise for commercialisation were presented in this report. One shows a convincing HOMO energy level together with very good conductivity behavior. Additionally, its sublimation temperature is in line with requirement for an OPV n-dopant. In collaboration with Heliatek we assessed whether these compounds can be used in industrial OPV stacks.
- ItemFinal Report: Automated Termination and Complexity Analysis of Imperative Programs(Hannover : Technische Informationsbibliothek, 2024-07-15) Giesl, Jürgen[no abstract available]
- ItemGesellschaftlich notwendige Dienstleistungen sicherstellen: Ist Arbeit am Gemeinwohl attraktiv? (GenDis)(2024) Soziologisches Forschungsinstitut Göttingen an der Georg-August-Universität; Gesellschaft für Wirtschaftliche Strukturforschung mbH; Bundesinstitut für Berufsbildung[no abstract available]
- ItemSedimentation of binary mixtures: Phase stacking and Nonequilibrium dynamics(Hannover : Technische Informationsbibliothek, 2024-12-30) Schmidt, Matthias; de las Heras, DanielBased on equilibrium sedimentation path theory and the local density functional approximation, we investigated the effects of gravity on several relevant types of binary colloidal mixtures. Settled systems are represented by so-called sedimentation paths, which determine the variation of the species-resolved chemical potentials with altitude. Analysing the resulting line segments in the plane of chemical potentials of the bulk phase diagram allows one to rationalize the full equilibrium stacking phenomenology for a given system under gravity. The approach predicts theoretically the stacking sequences of colloidal rod-plate mixtures that were observed in iconic experiments by van der Kooij and Lekkerkerker. Thereby the occurrence of up to five simultaneous phase layers emerges naturally from the mere interplay of gravity and two-phase bulk coexistence, without invoking particle polydispersity. We studied the effects on equilibrium phase stacking upon varying the buoyant mass ratio of both components and our predictions are testable in experiments by systematic variation of the height of sedimentation columns. We have carried out similar sedimentation studies for: plate-spheres mixtures, mass-polydisperse systems, and hard spherocylinders. We suggest that microscopic particle properties, such as the buoyant mass, can be inferred from macroscopic measurements of layer thicknesses in phase stacking sequences. We addressed gravity-induced nonequilibrium flow and structure formation on the basis of power functional theory, adaptive Brownian dynamics computer simulations, and functional machine learning. Power functional theory allows one to rationalize and to model the nonequilibrium behaviour of many-body systems based on the one-body density and velocity field. We have used the approach to categorize systematically the different types of relevant nonequilibrium force contributions and have developed corresponding analytical gradient approximations. Neural functionals, as trained on the basis of both equilibrium and nonequilibrium computer simulation data, were shown to yield accurate predictions for structure formation and design of nonequilibrium flow. We have formulated force-based density functional theory and have demonstrated that neural density functionals outperform the best available hard sphere fundamental measure functionals. We have developed adaptive Brownian dynamics as a performant and highly stable numerical integration scheme for the temporal integration of overdamped many-body Langevin equations of motion, as demonstrated for a particle gel subject to convective sedimentation flow. We have put forward general frameworks for fluctuations of general hyperobservables, for their associated hyperforce correlation functions, and for the gauge invariance of statistical mechanics, where Noether's theorem yields exact sum rules that constrain correlations, as exemplified for ideal and for active sedimentation.
- ItemSynErgie - Synchronisierte und energieadaptive Produktionstechnik zur flexiblen Ausrichtung von Industrieprozessen auf eine fluktuierende Energieversorgung(2024) Bühner, Volker[no abstract available]
- ItemVerbesserte Versagenscharakterisierung von hochfesten Stahlblechwerkstoffen anhand einer neuen Versuchsmethodik für Scherzugversuche in einachsig arbeitenden Zugprüfmaschinen(Hannover : Technische Informationsbibliothek, 2025-01-24) Behrens, Bernd-ArnoStrenge gesetzliche Regelungen zu Emissionen neuer Fahrzeuge sowie hohe Treibstoffpreise führen seit Jahren zu Veränderungen bei Fahrzeugkonzepten. Im gesamten Automobilbau ist eine deutliche Tendenz zu leichteren und sparsameren Fahrzeugen zu erkennen. Um das Gewicht ihrer Produkte zu reduzieren, setzen die Automobilhersteller verstärkt auf moderne Leichtbauwerkstoffe, wie höher- und hochfeste Stähle. Um das hohe Potenzial dieser Stahl-werkstoffe zur Reduzierung des Fahrzeuggewichts optimal nutzen zu können, bedarf es einer zuverlässigen Analyse ihres Umformungsvermögens und des Crashverhaltens der resultie-renden Blechbauteile mittels der numerischen Simulation. Diese setzt eine genaue Modellie-rung des Werkstoffverhaltens unter Prozessbedingungen voraus. Im Hinblick auf die Blechum-formung müssen dafür die Fließbedingung, das Verfestigungsverhalten und das Formände-rungsvermögen charakterisiert und modelliert werden. Zur Beschreibung des Formänderungs-vermögens werden häufig Versagensmodelle verwendet, die eine Rissbildung mit Hilfe des auf dem Spannungszustand gewichteten Vergleichsumformgrads voraussagen. Als Beispiel kann hier das modifizierte Mohr-Coulomb-Versagensmodell genannt werden. Zur Parametrisierung dieser Versagensmodelle werden Charakterisierungsversuche mit un-terschiedlichen Proben in einem breiten Spektrum von Spannungszuständen durchgeführt. Die Lastpfade weisen bei vielen Probengeometrien und Werkstoffen einen nicht konstanten Verlauf auf, sodass zur Parametrisierung von Versagensmodellen der Lastpfad von vielen An-wendern gemittelt wird und somit zu Ungenauigkeiten führt. Zur Verbesserung der Genauigkeit der Versagenscharakterisierung und -modellierung ist daher von Interesse eine Methodik zu entwickeln, mit der der Werkstoff unter konstanten Lastpfaden geprüft werden kann. Durch die Versagenscharakterisierung von Proben unter konstanten Lastpfaden kann eine genauere Versagensmodellierung für die numerische Auslegung von Umformprozessen mit hochfesten Blechwerkstoffen erzielt werden. Die Ergebnisse in diesem Forschungsvorhaben haben gezeigt, dass die neue Methodik der Butterfly-Versuche mit Winkelkorrektur einen deutlichen Einfluss auf den kritischen Vergleichs-umformgrad sowie den Spannungszustand und somit auf die Versagensmodelle haben. Es konnten konstantere Lastpfade in den Proben erzeugtund somit eine verbesserte Genauigkeit der Versagensmodelle erreicht werden. Die erhöhte Genauigkeit der neuen Methodik mit Win-kelkorrektur konnte anhand von Prozesssimulationen eines Tiefziehvorgangs und anschlie-ßendem Vergleich zu experimentellen Bauteilen bestätigt werden. Die Untersuchungen wur-den für die hochfesten Stähle DP1000 und CP800 durchgeführt.
- ItemWEA-Akzeptanz Datenplattform für Benchmarking & Validierung(2024) Könecke, Susanne; Schössow, Daphne; Preihs, Stephan; Grießmann, Tanja; Peissig, Jürgen; Rolfes, RaimungAs part of the project "WEA-Acceptance - From Acoustic Source to Psychoacoustic Assessment" extensive measurements were performed in the vicinity of wind turbines. Under various environmental conditions, acoustic data were recorded at different distances to the wind turbine, as well as meteorological and operational data were collected (FKZ 0324134A). In the project "WEA-Acceptance Data: Database for Benchmarking & Validation" presented in this report, the collected measurement data were processed, structurally stored and published in anonymized form. Documentations regarding the structuring and processing, an anonymized data set and three application examples are available to researchers on an open access platform of the Leibniz University Hannover (DOI: 10.25835/c2mv3d7z). The published data set contains operational, meteorological and acoustic data. The data were corrected, processed and anonymized so that relevant outliers were marked, and incorrect data were removed from the data set. For this, machine learning methods were used, among other approaches. To give users a better overview, the meteorological and operational data sets were supplemented with further relevant derived parameters. The acoustic data include anonymized sound pressure levels and third-octave spectra as well as audio data. In addition, metadata, an overview of the data availability, and three exemplary use cases were published. In one use case, for example, input and output data sets of a sound propagation model are provided. The concept of the data repository is explained in the document "Specification 2.0". The preparation, selection, and classification of the data, as well as the derivation of the supplementary parameters is described in the uploaded document "Best-Practice Methods".
- ItemZink-Ionen Batterien: Ökonomische und ökologische Alternative für Großspeicher -ZIB-(2024) Fraunhofer IFAM Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM[no abstract available]