B-Spline based uncertainty quantification for stochastic analysis

The consideration of uncertainties has become inevitable in state-of-the-art science and technology. Research in the field of uncertainty quantification has gained much importance in the last decades. The main focus of scientists is the identification of uncertain sources, the determination and hierarchization of uncertainties, and the investigation of their influences on system responses. Polynomial chaos expansion, among others, is suitable for this purpose, and has asserted itself as a versatile and powerful tool in various applications. In the last years, its combination with any kind of dimension reduction methods has been intensively pursued, providing support for the processing of high-dimensional input variables up to now. Indeed, this is also referred to as the curse of dimensionality and its abolishment would be considered as a milestone in uncertainty quantification. At this point, the present thesis starts and investigates spline spaces, as a natural extension of polynomials, in the field of uncertainty quantification. The newly developed method 'spline chaos', aims to employ the more complex, but thereby more flexible, structure of splines to counter harder real-world applications where polynomial chaos fails. Ordinarily, the bases of polynomial chaos expansions are orthogonal polynomials, which are replaced by B-spline basis functions in this work. Convergence of the new method is proved and emphasized by numerical examples, which are extended to an accuracy analysis with multi-dimensional input. Moreover, by solving several stochastic differential equations, it is shown that the spline chaos is a generalization of multi-element Legendre chaos and superior to it. Finally, the spline chaos accounts for solving partial differential equations and results in a stochastic Galerkin isogeometric analysis that contributes to the efficient uncertainty quantification of elliptic partial differential equations. A general framework in combination with an a priori error estimation of the expected solution is provided

Analyse der cis-regulatorischen Region des Gens hairy aus Triboleum castaneum

Zusammenfassung Gegenstand der vorliegenden Arbeit ist die Regulation des Paarregelgens hairy von Tribolium castaneum (Tc´h). Dazu wurde die cis- regulatorische Region von Tc´h analysiert und mit hairy aus Drosophila melanogaster (Dm´h) verglichen. Mit Hilfe des piggyBac- Transposons wurde der Mehlkäfer T. castaneum mit Reporterkonstrukten transformiert. Es konnte gezeigt werden, dass ein Fragment von 8,8 kb der 5´- flankierenden Region von Tc´h ausreichen, um ein Reportergen in doppelsegmentalen Streifen zu exprimieren. Anschließend wurden Käfer mit einer Reihe von Konstrukten transformiert, die lacZ unter der Kontrolle verschieden großer regulatorischer Regionen von Tc´h exprimieren. Durch Analyse der Expressionsmuster konnte der Promotor in zwei Bereiche eingeteilt werden: Eine knapp 4 kb große Region, die für die Streifen eins, zwei, sechs, sieben und acht verantwortlich ist und eine 1,1 kb große Region, welche die Expression der Streifen drei, vier und fünf reguliert. Um weitere Erkenntnisse über die Regulation von Tc´h zu gewinnen, wurde D. melanogaster mit denselben Reporterkonstrukten transformiert. Dabei vermitteln unterschiedlich große Regionen die Expression von lacZ in der Mitte des Embryos in jeweils drei Streifen. Diese drei Streifen ähneln weitgehend den Streifen drei, vier und fünf von Dm´h. Auch die 8,8 kb große Region, die in T. castaneum die Expression aller Streifen von Tc´h reguliert, generiert in D. melanogaster nur drei Streifen. Dies liegt daran, dass die Regulation der anterioren und der posterioren Streifen in D. melanogaster und T. castaneum, im Gegensatz zu den drei zentralen Streifen, unterschiedlich ist. Um die Annahme abzusichern, dass die Regulation der Streifen drei, vier und fünf von Dm´h und Tc´h konserviert ist, wurde eine Linie mit Reporterkonstrukt in die Drosophila- Segmentierungsmutanten even-skipped, runt, giant, hunchback, Krüppel und knirps eingekreuzt. Diese Hypothese wurde durch die Analyse des Expressionsmusters des Reportergens in den verschiedenen genetischen Hintergründen unterstützt. Ein Sequenzvergleich ergab, dass sich knapp 60 bp der nicht- codierenden Sequenz von Tc´h und ein Abschnitt im Homeobox- Komplex von T. castaneum stark ähneln. Dies kann als Hinweis auf ein konserviertes regulatorisches Element gedeutet werden. Zusammen mit der Firma Genomatix wurden die regulatorischen Sequenzen von Dm´h, hairy aus Drosophila virilis (Dv´h) und Tc´h miteinander verglichen. Dabei wurden die 5´- flankierenden Sequenzen nach Bindungsstellen von den Transkriptionsfaktoren hunchback, Krüppel, knirps, caudal und tailless, welche an der Regulation von Dm´h beteiligt sind, durchsucht. Ähnlichkeiten in der Verteilung der Bindungsstellen ergaben sich für einen Bereich, der in Drosophila die Expression des Streifen fünf steuert. Der korrespondierende Bereich bei Tc´h liegt in derselben Region, die in Versuchen als regulatorische Region der Streifen drei, vier und fünf identifiziert wurde. In einem weiteren Ansatz wurde versucht, mit den 5´- flankierenden Sequenzen von Dm´h, Dv´h und Tc´h eine Regulationseinheit zu identifizieren, welche an der Expression der Streifen drei und vier aller drei Gene maßgeblich beteiligt ist. Diese Voraussage wurde experimentell getestet und konnte widerlegt werden

Beiträge zum Verständnis der Heterogenität hepatischer Makrophagen unter besonderer Berücksichtigung der Kupfferschen Zellen

Die Leber stellt als zentrales Stoffwechselorgan, dem über die Pfortader nahezu das gesamte venöse Blut der unpaaren Bauchorgane zufließt, eine Art „Torwächter“ für potentielle Noxen, die über den enterischen Weg in den Körper der Wirbeltiere eindringen dar. Diese permanent hohe Exposition gegenüber Toxinen und Pathogenen bedingt zwei zentrale Eigenschaften der Leber: Zum einen zeigen Hepatozyten und Zellen der Lebersinus konstant eine hohe Filter- und Abbauaktivität. Zum anderen herrscht in der Leber ein ausgeprägt tolerogenes Millieu, welches nur durch starke proinflammatorische Noxen gebrochen werden kann. Aus diesem Grund sind detaillierte Betrachtungen der immunologischen Akteure der Leber auf zellularer Ebene nicht nur von grundlagenwissenschaftlichem, sondern auch von großem klinischen Interesse. Gegenstand dieser Arbeit waren vor allem die Makrophagen der Leber, die in organoresidente Makrophagen, so genannte Kupfferzellen, und knochenmarkabhängige Makrophagen und Monozyten unterschieden werden können. (Eckert et al. 2015). Mit PDCA-1 konnte in dieser Arbeit ein Oberflächenmolekül erstmals zur Charakterisierung von Kupfferzellen eingesetzt werden, das zuvor vor allem aus der Forschung an pDCs bekannt war. Darüber hinaus konnten zwei Subpopulationen von Kupfferschen Zellen identifiziert werden, die sich in ihrer Größe und der Expression zellulärer Adhäsionsmoleküle unterscheiden, allerdings allenfalls gering in ihrer Strahlensensibilität und ihrer embryonalen Herkunft. Diese beiden Gruppen konnten aus technischen Gründen nicht für funktionelle Essays herangezogen werden, zeigen aber in in-vivo-Experimenten ein distinktes numerisches Verhalten während einer metabolisch-induzierten und einer bakteriellen Hepatitis. Ferner konnten unter Zuhilfenahme der Durchflusszytometrie Einblicke in das frühe numerische Verhalten der myeloischen Populationen der Leber bei entzündlichen Läsionen gewonnen werden, die nahelegen, dass es sich beim in der Literatur behaupteten „Kupfferzellverlust“ während entzündlicher Lebererkrankungen lediglich um ein relatives Phänomen handelt. Die Ergebnisse dieser Arbeit erweitern das Wissen um die numerische Verteilung und ontologische Zugehörigkeit myeloischer Zellen insbesondere in der Leber

Indikatoren zur Ausbildung im Hochschulbereich : Studien zum Innovationssystem Deutschlands Nr. 10-2004

Im Berichtssystem zur technologischen Leistungsfähigkeit Deutschlands werden verschiedene Zugänge zum Thema gewählt. Die berichteten und bewerteten Indikatoren setzen bei der Produktion und der Anwendung von technischem Wissen an. Hierbei konzentriert sich die Berichterstattung zunächst aufdie „Input“- oder Entstehungsseite. Themenbereiche sind die Bildung von „Humankapital“ und die Wissenschaft, aber auch die industriellen Aktivitäten in Forschung und Entwicklung als unmittelbarete chnologiebezogene Anstrengungen der Wirtschaft. Die Ergebnisse dieser „Wissensproduktion“ („Outputindikatoren“) - an denen man messen kann, welche Beiträge für die gesamtwirtschaftlicheErfolgsbilanz zu erwarten sind - finden ihre Ausprägung in Innovationen, Patenten, Unternehmensgründungen sowie in den Marktergebnissen für die gesamte inländische Produktion und Nachfrage,für die Beschäftigung und im Außenhandel. Die technologische Leistungsfähigkeit einer Volkswirtschaft verändert sich nicht in kurzer Frist, sondern vielmehr über einen längeren Zeitraum hinweg. Insbesondere zeigen sich die Wirkungen von Veränderungen der technologischen Leistungsfähigkeit auf die Realisierung gesamtwirtschaftlicher Ziele (wie z. B. hoher Beschäftigungsstand, angemessenes Wirtschaftswachstum, Steigerung der Produktivität und Preisstabilität) nicht von heute auf morgen, sondern vielfach zeitlich stark verzögert. Entsprechend ist zur Beurteilung der technologischen Leistungsfähigkeit einer Volkswirtschaft eine längerfristige Betrachtungsweise geboten, die jedoch kontinuierlich zu wiederholen ist, um rechtzeitig auf eventuelle „Warnzeichen“ reagieren zu können. Diesem Grundkonzept zufolge werden in der Berichterstattung zur technologischen Leistungsfähigkeit Deutschlands die Indikatoren so konstruiert, dass mit ihrer Hilfe Zusammenhänge und Hintergründe der kurz-, mittel- und langfristigen Entwicklung betrachtet werden können. Eine wichtige Nebenbedingung für eine Berichterstattung wie diese ergibt sich aus dem - für einen „Monitor“ typischen - Charakter der periodischen Aktualisierbarkeit. Es ist von der Arbeitsgruppe ein System von Indikatoren entwickelt worden, das weitgehend auf bereits vorhandenen Daten und regelmäßig erstellten Statistiken und Analysen aufbaut. Das Indikatorensystem ist nicht auf umfangreiche eigenständige Sondererhebungen und -untersuchungen angewiesen, damit die Berichterstattung zur technologischen Leistungsfähigkeit Deutschlands kontinuierlich, in regelmäßigen Abständen und mit überschaubarem Aufwand aktualisiert und weiterentwickelt werden kann. Ein Grundprinzip gilt unabhängig von der Fristigkeit der Beobachtung: Die Interpretation der Messziffern ergibt sich immer aus einem Vergleich mit konkurrierenden Volkswirtschaften und aus ihrer zeitlichen Entwicklung

Size effect in polymer-supported ultrathin metallic glass films

Although metallic glasses (MGs) exhibit a unique combination of mechanical and chemical properties, their application as structural or functional materials is hindered by the lack of ductility which leads to catastrophic brittle-like fracture. When the size of a MG sample is reduced below some critical value, typically of the order of a few hundred nanometers, then considerable ductility can be observed. However, this size effect was demonstrated so far mostly by nanomechanical testing inside a transmission electron microscope using samples prepared by focused ion beam (FIB) milling. Whether the ductile-like behavior of submicrometer-sized metallic glasses is a real “intrinsic” size effect or it is rather caused by extrinsic factors like sample shape, ion beam effect or parameters of the testing setup is currently a subject of extensive discussions in the community. In this contribution the tensile properties of thin film Pd82Si18 MGs grown by sputter deposition on a polymer substrate are considered. The integrity of the MG films during stretching was monitored by in-situ measurements of the electrical resistance. An overview of electro-mechanical behavior of considered films is demonstrated in Fig. 1.The 250, 100, and 60 nm thick films fail in a brittle manner at 2% strain through propagation of long cracks perpendicularly to the straining direction. The rapid crack propagation in these films results in rapid increase of in-situ resistance signal. The size effect on the deformation behavior appears when the film thickness drops below 15 nm. The 7 nm thick films with the same composition show a crack-free deformation up to a strain of 7%. Even at higher strains no brittle-like failure but rather short and isolated cracks are observed. Cyclic tensile loading revealed extreme fracture resistance of ultrathin amorphous films showing no cracks after 30000 stretching cycles with a strain amplitude of 3%. Since all tests are performed at ambient conditions on films deposited using an industrially scalable process, the demonstrated size effect can be directly utilized for applications, such as protective coatings, nanoelectromechanical devices or half-transparent conductive layers for flexible electronics. Please click Additional Files below to see the full abstract

Direct observation of nanocrystal-induced enhancement of tensile ductility in a metallic glass composite

Bulk metallic glasses (BMGs) have attracted wide interest, but their successful application is hindered by their low ductility at room temperature. Therefore, the use of composites of a BMG matrix with crystalline secondary phases has been proposed to overcome this drawback. In the present work we demonstrate the fabrication of a tailored BMG nanocomposite containing a high density of monodisperse nanocrystals with a size of around 20 nm using a combination of mechanical and thermal treatment of Cu36Zr48Al8Ag8 well below the crystallization temperature. Direct observations of the interaction of the nanocrystals with a shear band during in situ deformation in a transmission electron microscope demonstrate that the achieved nanocomposite has the potential to inhibit catastrophic fracture in tension. This demonstrates that a sufficient number of nanoscale structural heterogeneities can be a route towards BMG composites with superior mechanical properties

Indikatoren zur Ausbildung im Hochschulbereich: Studien zum Innovationssystem Deutschlands, Nr. 10-2004

--Deutschland,Hochschulbildung,Akademiker,Studienanfänger,Geschlecht,Arbeitsmarkt

Structural and mechanical characterization of heterogeneities in a CuZr-based bulk metallic glass processed by high pressure torsion

Cu45Zr45Al5Ag5 bulk metallic glass samples, processed by high pressure torsion (HPT) under various conditions, were characterized using synchrotron X-ray diffraction, nanoindentation, differential scanning calorimetry, atomic force and transmission electron microscopy. The experimental results clearly show that HPT modifies the amorphous structure by increasing the mean atomic volume. The level of rejuvenation, correlated with the excess mean atomic volume, is enhanced at higher shear strains as inferred from relaxation enthalpies. By mapping of structural and mechanical quantities, the strain-induced rejuvenated state is characterized on cross-sectional HPT samples on a local scale. A clear correlation both between elastic and plastic softening and between softening and excess mean atomic volume is obtained. But also the heterogeneity of the HPT induced rejuvenation is revealed, resulting in the formation of highly strain-softened regions next to less-deformed ones. A hardness drop of up to 20% is associated with an estimated increase of the mean atomic volume of up to 0.75%. Based on synchrotron X-ray diffraction and nanoindentation measurements it is concluded that elastic fluctuations are enhanced in the rejuvenated material on different length scales down to atomic scale. Furthermore, the calculated flexibility volume and the corresponding average mean square atomic displacement is increased. The plastic response during nanoindentation indicates that HPT processing promotes a more homogeneous-like deformation

Persistent Identification for Conferences

Persistent identification of entities plays a major role in the progress of digitization of many fields. In the scholarly publishing realm there are already persistent identifiers (PID) for papers (DOI), people (ORCID), organisation (GRID, ROR), books (ISBN) but there is no generally accepted PID system for scholarly events such as conferences or workshops yet. This article describes the relevant use cases that motivate the introduction of persistent identifiers for conferences. The use cases were mainly derived from interviews, discussions with experts and their previous work. As primary stakeholders who are involved in the typical conference event life cycle researchers, conference organizers, and data consumers were identified. The resulting list of use cases illustrates how PIDs for conference events will improve the current situation for these stakeholders and help with problems they are facing today