Fachbereich Technik
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Twice in a blue moon
(2009)
Tyre rolling kinematics and prediction of tyre forces and moments: part I - theory and method
(2012)
A new method to describe tyre rolling kinematics and how to calculate tyre forces and moments is presented. The Lagrange–Euler method is used to calculate the velocity and contact deformation of a tyre structure under large deformation. The calculation of structure deformation is based on the Lagrange method, while the Euler method is used to analyse the deformation and forces in the contact area. The method to predict tyre forces and moments is built using kinematic theory and nonlinear finite element analysis. A detailed analysis of the tyre tangential contact velocity and the relationships between contact forces, contact areas, lateral forces, and yaw and camber angles has been performed for specific tyres. Research on the parametric sensitivity of tyre lateral forces and self-aligning torque on tread stiffness and friction coefficients is carried out in the second part of this paper.
There are two aims for the second part of this paper: verifying the theory presented in the first part through parameter variation and comparison between simulation and experiment, and to study the effect of the belt structure on the cornering properties of radial tyres. Research has been carried out with a passenger car radial tyre and two different kinds of truck or bus radial tyres using both simulation and experiment. This second part of the paper shows that belt structure plays an important role in the generation of tyre forces and moments in addition to the effects of the tread stiffness and friction coefficients. The theory and method presented in this paper opens a new robust way to predict the tyre forces and moments from the tyre design and provides a reliable model for a generation mechanism.
Und es werde Feuer
(2017)
Und es werde Feuer
(2017)
Und sie dreht sich doch …
(2018)
Untersuchung der Rotorfestigkeit von permanenterregten Synchronmaschinen mit vergrabenen Magneten
(2023)
Diese Projektarbeit behandelt die mechanische Simulation der Rotoren von permanenterregten Synchronmaschinen für den Festigkeitsnachweis. Hierzu wird die Finite-Elemente-Methode mit dem Programm CalculiX verwendet. Als Beispiel wird der Elektromotor des Toyota Prius II im Detail betrachtet. Hierbei werden die unterschiedlichen Lasten modelliert, dazu zählen neben der Zentrifugalkraft auch der Innendruck durch eine Presspassung sowie die elektromagnetischen Kräfte. Für die Modellierung von Kräften auf der Rotoroberfläche wird eine Methodik zur Umsetzung in CalculiX entwickelt und anhand eines Beispielmodells demonstriert. Der angestrebte Festigkeitsnachweis kann im Rahmen dieser Arbeit erbracht werden. Weiterhin wird gezeigt, dass der Einfluss der elektromagnetischen Kräfte im Arbeitspunkt mit der höchsten Drehzahl sehr gering ausfällt. Insgesamt bietet diese Arbeit die Grundlagen für mechanische Modellierungen von Rotoren unter Berücksichtigung aller Kräfte. Dies kann direkt auf andere Elektromotoren angewendet werden.
Urformen
(2018)
Es werden eine Reihe einfacher Freihandexperimente zum Thema Unterdruck vorgestellt. Viele der Beispiele sind vom grundlegenden Aufbau her bekannt, gestatten jedoch neue Varianten, Erweiterungen bzw. die Korrektur von Fehlvorstellungen. Neben der Druckmessung in Einmachgläsern und der Funktionsweise von Ausgussreinigern und Saughaken werden Druck- sowie Tragfähigkeitsmessungen an Staubsaugern diskutiert. Des weiteren wird untersucht, welche Saughöhe per Strohhalm realisiert werden kann. Es wird eine physikalisch einleuchtende, aber dennoch verblüffende Erweiterung des Versuchs mit dem umgedrehten Wasserglas präsentiert.
In this study, we have investigated the form of velocity and pressure functions of a fluid oscillating between two parallel glass sheets that form a circular Hele-Shaw cell. The flow has been considered to be radial, incompressible and laminar. The time-dependent Navier-Stokes equation has been solved in cylindrical coordinates using Fourier transform, and the oscillating flow velocity across the thickness of the cell has been obtained at different times. The flow velocity function in the unsteady state is related to the vertical component of the coordinates in the form of parabolic functions and also to the inverse of the radial component. The time dependence appears as a simple harmonic with a frequency equal to the oscillation frequency. The velocity of the flow is maximum at the middle of the cell along its height and gradually decreases from the middle towards the top or bottom plane and reaches zero. Pressure does not depend on the height and changes logarithmically with the radius. The dependence of pressure on time is also a simple harmonic with the external frequency, but it has a phase shift with respect to the velocity.
Visible and invisible mirages: comparing inferior mirages in the visible and thermal infrared
(2015)
Abstract
Visible (VIS)-light and thermal infrared (IR) inferior mirages in the 8–14 μm waveband have been observed simultaneously for the takeoff and landing of various airplanes at distances of several kilometers. Similarities as well as differences between the VIS and IR mirages are discussed.
© 2014 Optical Society of America
Von Bällen und Schlägern
(2011)
Bälle sind eines der beliebtesten Spielzeuge von Kindern und Erwachsenen. Aus physikalischer Sicht haben alle Ballspiele eines gemeinsam: mehr oder minder stark deformierbare Bälle kollidieren mit Oberflächen. Die Physik vollständig elastischer Kollisionen beinhaltet zwar nur recht elementare Physik. In der Praxis sind Kollisionen jedoch praktisch nie hundertprozentig elastisch, und außerdem laufen die Prozesse so schnell ab, dass Details nur mit Hochgeschwindigkeitsaufnahmen sichtbar werden.
Wahlverhalten von Schülern der Sekundarstufe II im Fach Physik seit 1990 im bundesweiten Vergleich
(2000)
Wenn es knallt und kracht
(2014)
An die Knallgasprobe erinnert sich wohl noch jeder aus dem Chemieunterricht. Die Zeitskala, auf der Wasserstoff und Sauerstoff reagieren hängt davon ab, ob die beiden Reaktionsgase zu Beginn getrennt oder gemischt vorliegen. Dies zeigt sich deutlich in Hochgeschwindigkeits-Aufnahmen von Experimenten, bei denen Luftballons entweder mit reinem Wasserstoff oder aber mit Knallgas gefüllt werden.
Wenn Licht die Biege macht
(2020)
Die moderne optische Spektroskopie kann geringste Substanzmengen nachweisen. Für schnelle Routinemessungen reichen konventionelle Zweistrahl-Spektralphotometer. Eine wesentlich höhere Nachweisempfindlichkeit im ppm- oder sogar ppb-Bereich ermöglichen das Atomabsorptions-Spektrometer (AAS) und das Fourier-Transformations-Infrarot-Spektrometer (FTIR). Ein AAS atomisiert die Probe vollständig und weist dann einzelne Elemente nach. Deshalb ist es zum Beispiel für die Schwermetall-Analyse geeignet. Bei der Analyse von Molekülen dominieren heute FTIR-Geräte. Ihr Herzstück ist meist ein Michelson-Interferometer. Zusammen mit schnellen Fourier-Algorithmen erlaubt es, sehr schnell breite Spektren aufzunehmen. Stationäre und mobile FTIR-Geräte können vielfältig eingesetzt werden.
Manch einer kennt die Show-Darbietungen, bei denen ein Sportler mit bloßen Händen oder Füßen Mauersteine oder Holzplatten zertrümmert. Schon lange sind die physikalischen Hintergründe der Bruchmechanik und Dynamik bekannt, die diese scheinbar unmöglichen Kunststücke erlauben. Dennoch steht das Verständnis der physikalischen Bewegungsgesetze häufig im Gegensatz zu unserer Alltagserwartung.
In der Natur kommen Wassertropfen in verschiedenen Größen vor. Kleine Tröpfchen von etwa 10 μm sind üblich in Nebel und Wolken, während Regentropfen bis zu 5 mm Durchmesser erreichen können. Größere Tropfen können oszillieren, während kleinere im Allgemeinen kugelförmig sind. Offensichtlich können Wassertropfen nicht beliebig groß werden. Welche Faktoren beschränken die mögliche Größe?
Über die Farben der Sonne und des Himmels: Rayleigh- und Miestreuung in Demonstrationsexperimenten
(2002)
The problem of increasing the efficiency of existing photodetectors and creating their new types attracts much research attention. Among new photodetector types are photosensitive structures based on cascade concentrators, whose operational principle involves the absorption of optical radiation followed by its reemission at a longer wavelength and radiation concentration onto a highly efficient small-area photodetector. The absorption and re-emission spectra of each cascade layer depend on the characteristics of the material used. Сolloidal quantum dots are among the most promising materials for cascade layers due to their manufacturing technology, which provides for accurate control over the photoluminescence maximum position. It seems highly relevant to develop and to study photosensitive structures with cascade concentrators of various shapes based on CdS, CdSe/ZnS, and PbS colloidal quantum dots. Aim . To develop photosensitive structures with a wide-range sensitivity spectrum based on concentrators containing arrays of metal chalcogenide CQDs and to study their characteristics. Materials and methods . Cascade photosensitive structures were manufactured based on layers made of polymethyl methacrylate and layers of colloidal quantum dots embedded in a polystyrene matrix. Results . Three-layer concentrators were manufactured with different colloidal quantum dots in each concentrator layers. A 22 % increase in the output power was observed for a three-layer cascade structure based on different cascade layer materials compared to a similar structure using a single layer concentrator. Conclusion . The conducted studies showed an increase in the efficiency of photosensitive structures with a cascade concentrator based on colloidal quantum dots of various types (CdS, CdSe/ZnS, and PbS) in the cascade layers.