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Da kohlenstofffaserverstärkte Kunststoffe (CFK) in anspruchsvollen sicherheitsrelevanten Einsatzgebieten wie im Automobilbau und in der Luftfahrt eingesetzt werden, besteht ein zunehmender Bedarf an zerstörungsfreien Prüfmethoden. Ziel ist die Gewährleistung der Sicherheit und Zuverlässigkeit der eingesetzten Bauteile. Aktive Thermografieverfahren ermöglichen die effiziente Prüfung großer Flächen mit hoher Auflösung in wenigen Arbeitsschritten. Ein wichtiges Teilgebiet der Prüfungen ist die Ortung und Charakterisierung von Delaminationen, die sowohl bereits in der Fertigung als auch während der Nutzung eines Bauteils auftreten können, und dessen strukturelle Integrität schwächen. ;In diesem Beitrag werden CFK-Strukturen mit künstlichen und natürlichen Delaminationen mit Hilfe unterschiedlich zeitlich modulierter Strahlungsquellen experimentell untersucht. Verwendet werden dabei Anregungen mit Blitzlampen und mit frequenzmodulierten Halogenlampen. Mittels Filterfunktionen im Zeit- und Frequenzbereich wird das Kontrast-zu-Rausch-Verhältnis (CNR) der detektierten Fehlstellen optimiert. Verglichen werden anschließend die Nachweisempfindlichkeit, das CNR und die Ortsauflösung der zu charakterisierenden Delaminationen für die unterschiedlichen Anregungs- und Auswertungstechniken. Ergänzt werden die Experimente durch numerische Simulationen des dreidimensionalen Wärmetransportes.
Ray Tracing Boundary Value Problems: Simulation and SAFT Reconstruction for Ultrasonic Testing
(2016)
Spectral Deferred Correction methods for adaptive electro-mechanical coupling in cardiac simulation
(2017)
We investigate spectral deferred correction (SDC) methods for time stepping
and their interplay with spatio-temporal adaptivity, applied to the solution
of the cardiac electro-mechanical coupling model. This model consists
of the Monodomain equations, a reaction-diffusion system modeling the cardiac
bioelectrical activity, coupled with a quasi-static mechanical model describing
the contraction and relaxation of the cardiac muscle. The numerical
approximation of the cardiac electro-mechanical coupling is a challenging
multiphysics problem, because it exhibits very different spatial and temporal
scales. Therefore, spatio-temporal adaptivity is a promising approach
to reduce the computational complexity. SDC methods are simple iterative
methods for solving collocation systems. We exploit their flexibility for combining
them in various ways with spatio-temporal adaptivity. The accuracy
and computational complexity of the resulting methods are studied on some
numerical examples.
Multigrid methods for two-body contact problems are mostly
based on special mortar discretizations, nonlinear Gauss-Seidel
solvers, and solution-adapted coarse grid spaces. Their high
computational efficiency comes at the cost of a complex implementation
and a nonsymmetric master-slave discretization of the nonpenetration
condition. Here we investigate an alternative symmetric and
overconstrained segment-to-segment contact formulation that
allows for a simple implementation based on standard multigrid and
a symmetric treatment of contact boundaries, but leads to nonunique
multipliers. For the solution of the arising quadratic programs,
we propose augmented Lagrangian multigrid with overlapping block
Gauss-Seidel smoothers. Approximation and convergence properties are studied numerically at standard test problems.
The electric conductivity of cardiac tissue determines excitation propagation and is important for quantifying ischemia and scar tissue and for building personalized models.
Estimating conductivity distributions from endocardial mapping data is a challenging inverse problem due to the computational complexity of the monodomain equation, which describes the cardiac excitation.
For computing a maximum posterior estimate, we investigate different optimization approaches based on adjoint gradient computation: steepest descent, limited memory BFGS, and recursive multilevel trust region methods, which are using mesh hierarchies or heterogeneous model hierarchies. We compare overall performance, asymptotic convergence rate, and pre-asymptotic progress on selected examples in order to assess the benefit of our multifidelity acceleration.