@phdthesis{Putzer, author = {Putzer, Michael}, title = {Development of subject-specific musculoskeletal models for studies of lumbar loading}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:706-5924}, pages = {140}, abstract = {Anatomical differences between individuals are often neglected in musculoskeletal models, but they are necessary in case of subject-specific questions regarding the lumbar spine. A modification of models to each subject is complex and the effects on lumbar loading are difficult to assess. The objective of this thesis is to create a validated musculoskeletal model of the human body, which facilitates a subject-specific modification of the geometry of the lumbar spine. Furthermore, important parameters are identified in sensitivity studies and a case study regarding multifidus muscle atrophy after a disc herniation is conducted. Therefore, a generic model is heavily modified and a semi-automatic process is implemented. This procedure remodels the geometry of the lumbar spine to a subject-specific one on basis of segmented medical images. The resulting five models are validated with regard to the lumbar loading at the L4/L5 level. The influence of lumbar ligament stiffness is determined by changing the stiffness values of all lumbar ligaments in eleven steps during a flexion motion. Sensitivities of lumbar loading to an altered geometry of the lumbar spine are identified by varying ten lumbar parameters in simulations with each model in four postures. The case study includes an analysis of the loading of the multifidus muscle and of the lumbar discs throughout various stages of disc herniation. This time each model performs four motions with two different motion rhythms. The results indicate that lumbar motion and loading is dependent on lumbar ligament stiffness. Furthermore, subject-specific modelling of the lumbar spine should include at least the vertebral height, disc height and lumbar lordosis. The results of the case study suggest that an overloading of the multifidus muscle could follow disc herniation. Additionally, a subsequent atrophy of the muscles could expose adjacent levels to an increased loading, but these findings are highly dependent on the individual.}, subject = {Lendenwirbels{\"a}ule}, language = {en} } @phdthesis{Romano, author = {Romano, Marco}, title = {Charakterisierung von gewebeverst{\"a}rkten Einzellagen aus kohlenstofffaserverst{\"a}rktem Kunststoff (CFK) mit Hilfe einer mesomechanischen Kinematik sowie strukturdynamischen Versuchen}, publisher = {Shaker}, address = {Aachen}, isbn = {978-3-8440-5177-3}, doi = {10.2370/9783844051773}, pages = {254}, abstract = {Die vorliegende Arbeit behandelt die analytische und numerische Identifikation einer mesomechanischen Kinematik in gewebeverst{\"a}rkten Einzellagen sowie deren Validierung {\"u}ber die Strukturdynamik von flachen stabf{\"o}rmigen Probek{\"o}rpern aus kohlenstofffaserverst{\"a}rktem Kunststoff (CFK). Unter der Voraussetzung, dass das wiederholte Wirken der Kinematik Energie dissipiert, tr{\"a}gt sie bei zyklischer viskoelastischer Deformation zus{\"a}tzlich zur reinen viskoelastischen Werkstoffd{\"a}mpfung in gewebeverst{\"a}rkten Einzellagen bei. Die analytischen und numerischen Untersuchungen beschr{\"a}nken sich auf die Betrachtung des ebenen, zweidimensionalen Zusammenhangs einer vollst{\"a}ndigen Ondulation bzw. einer repr{\"a}sentativen Sequenz in Dickenrichtung. Zur Parameteridentifikation werden die geometrischen Abmessungen in definierten Schritten variiert. Daf{\"u}r wird der Grad der Ondulation in gewebeverst{\"a}rkten Einzellagen {\~O}=A/L als dimensionslose Kennzahl eingef{\"u}hrt. Zur Validierung der d{\"a}mpfungserh{\"o}henden Wirkung der in den analytischen und numerischen Untersuchung identifizierten mesomechanischen Kinematik in gewebeverst{\"a}rkten Einzellagen werden in experimentellen strukturdynamischen Untersuchungen frei abklingende Transversalschwingungen von einseitig fest eingespannten Probek{\"o}rpern untersucht. Im Detail werden flache stabf{\"o}rmige Probek{\"o}rper aus kohlenstofffaserverst{\"a}rktem Epoxidharz mit Lagenaufbauten aus 0°-unidirektionalen und gewebeverst{\"a}rkten Einzellagen untersucht. Die Ergebnisse der experimentellen strukturdynamischen Untersuchungen dienen schließlich der Validierung des analytischen Modells und der numerischen Berechnungen. Die d{\"a}mpfungserh{\"o}hende Wirkung der identifizierten mesomechanischen Kinematik wird schließlich in Abh{\"a}ngigkeit des eingef{\"u}hrten Grades der Ondulation {\~O} quantifiziert.}, language = {de} } @phdthesis{Ehrlich, author = {Ehrlich, Ingo}, title = {Impactverhalten schwach gekr{\"u}mmter Strukturen aus faserverst{\"a}rkten Kunststoffen}, address = {M{\"u}nchen}, language = {de} } @phdthesis{Schlamp, author = {Schlamp, Matthias}, title = {Der Einfluss elliptischer Kr{\"u}mmung auf das Verformungs- und Sch{\"a}digungsverhalten glasfaserverst{\"a}rkter Kunststoffstrukturen}, doi = {10.6094/UNIFR/228064}, pages = {169}, abstract = {In Industriebereichen, in welchen Masse aufgrund von Tr{\"a}gheit oder Gravitations{\"u}berwindung einen beeinflussenden Faktor ausmacht, wie beispielsweise der Luft- und Raumfahrt oder der Windkraft, spielen faserverst{\"a}rkte Kunststoffstrukturen aufgrund ihres Leichtbaupotentials hinsichtlich der dichtespezifischen Steifigkeit und Festigkeit eine große Rolle. Außen liegende Bauteile in Form d{\"u}nnwandiger Fl{\"a}chentragwerke in diesen Anwendungen weisen zumeist nicht eine kreisrunde, sondern unstetige Bauteilkr{\"u}mmung auf und sind aufgrund ihres Einsatzortes durch Schlagbelastungen (Impacts) in verschiedenen Geschwindigkeitsbereichen gef{\"a}hrdet. Besonders im Niedergeschwindigkeitsbereich sind diese Impacts bei diesen meist gekr{\"u}mmten Strukturen als kritisch zu beurteilen, da sie von außen oftmals nicht sichtbar sind, sich aber stark auf die verbleibende Restfestigkeit, insbesondere die Druck- und Schwingfestigkeit, aufgrund inter- und intralaminarer Sch{\"a}digungen auswirken. Sie stellen demnach eine kritisch zu betrachtende Belastungsart dar. In der vorliegenden Arbeit werden oben benannte unstetig gekr{\"u}mmte Fl{\"a}chentragwerke auf eine unstetig elliptisch gekr{\"u}mmte Pr{\"u}fk{\"o}rpergeometrie in Anlehnung an den Querschnitt einer Fl{\"u}gelvorderkante abstrahiert. Mittels experimenteller, numerischer und analytischer Untersuchungen wird ein grundlegendes Verst{\"a}ndnis des Kr{\"u}mmungseinflusses auf das Sch{\"a}digungs- und Verformungsverhalten ebendieser Strukturen bei Impact-Belastung und quasi-statischer Druckbelastung erarbeitet. Pr{\"u}fk{\"o}rper mit vier verschiedenen Kr{\"u}mmungsstufen werden dahingehend unter Verwendung einer Fallbolzenanlage im Niedergeschwindigkeitsbereich sch{\"a}digend gepr{\"u}ft und die resultierende projizierende Schadensfl{\"a}che in Abh{\"a}ngigkeit des Kr{\"u}mmungsgrades ausgewertet. Zur Untersuchung des reinen Kr{\"u}mmungseinflusses werden Pr{\"u}fk{\"o}rper in quasistatischen Druckversuchen im elastischen Bereich auf deren Verformungsverhalten hin analysiert. Durch Einf{\"u}hrung des geometriebedingten Verformungswiderstandes als vergleichende Kenngr{\"o}ße kann auf Basis lokal variierender Struktursteifigkeiten ein Zusammenhang aus dem Impact-Verhalten und dem elastischen Verformungsverhalten gleicher Kr{\"u}mmungsstufen geschlossen werden. Durch begleitende numerische Untersuchungen wird das Verformungsverhalten sowie die sich dabei einstellenden einzelschichtspezifischen Spannungszust{\"a}nde untersucht. Weiterhin werden bestehende analytische Berechnungsmethoden f{\"u}r stetige Kreisb{\"o}gen im Berechnungsumfang erweitert und auf die vorliegende Problemstellung{\"u}bertragen. Eine Gegen{\"u}berstellung und Diskussion aller erfassten Versuchs- und Berechnungsergebnisse zeigt abschließend gemeinsame Abh{\"a}ngigkeiten auf.}, language = {de} } @phdthesis{Kastenmeier, author = {Kastenmeier, Andreas}, title = {Biegeverhalten faserverst{\"a}rkter Kunststoffrohre unter Ber{\"u}cksichtigung einer mehrreihigen Bolzenverbindung}, pages = {260}, abstract = {In der vorliegenden Arbeit wird die Charakterisierung des mechanischen Verhaltens von auskragenden Rohren aus kohlenstofffaserverst{\"a}rktem Kunststoff (CFK) mit Querkraftbelastung an einem Ende und einer mehrreihigen Bolzenverbindung am anderen Ende behandelt. Bolzenverbindungen mit F{\"u}gepartner aus CFK werden im Stand der Technik nur an ebenen, zug- oder druckbelasteten, Verbindungen untersucht, weshalb der Einfluss der Biegebelastung, der gekr{\"u}mmten Auflagefl{\"a}chen und des geschlossenen Rohrprofils untersucht und qualifiziert wird. Zudem zeigt sich ein Effekt der Abst{\"u}tzung bzw. resultierenden Verformungsbehinderung. Die Grundlage der Untersuchungen bilden 2-Punkt-Biegeversuche mit Verzerrungs- und Verschiebungsmessungen, die {\"u}ber FE-Modelle numerisch abgebildet und in einer Verzerrungs- und Spannungsanalyse detaillierter ausgewertet werden. Zur Darstellung des Einflusses der Biegebelastung werden zudem reine Zug- und Drucklasten aufgebracht, ausgewertet und abgeglichen. In drei Variationen des Biegeversuchs werden zudem, sowohl experimentell als auch numerisch, Effekte zu einer m{\"o}glichen Steigerung der Verbindungsfestigkeit untersucht. Dazu z{\"a}hlt die Verwendung von zus{\"a}tzlichen Schichten aus Titanlegierung im Kraft{\"u}berleitungsbereich, ein Versetzen der Bolzen im Umfang und eine {\"A}nderung der Abst{\"u}tzung in Lastrichtung. F{\"u}r das Biegeverhalten der CFK-Rohre im frei auskragenden Bereich werden kontinuumsmechanische Modelle der anisotropen Elastizit{\"a}t f{\"u}r Rohre unter reiner Biegebelastung beschrieben, adaptiert und bez{\"u}glich der Ergebnisse bewertet. Um die Vergleichbarkeit der Berechnungsmodelle und Versuche zu gew{\"a}hrleisten, wird einerseits der Einfluss der speziellen Schichtstruktur in gewickelten CFK-Rohren diskutiert und andererseits werden die transversal-isotropen Materialeigenschaften der Einzelschicht an Probek{\"o}rpern aus den Rohren bestimmt.}, subject = {Kunststoffrohr}, language = {de} }