in situ joining of unidirectional tapes on long fiber reinforced thermoplastic structures by thermoplastic automated fiber placement for scientific sounding rocket applications

Abstract Automated Fiber Placement allows the automated lay-up of tailored laminates in aerospace quality. For thermoplastic matrix materials, the use of closed-loop temperature control enables an in situ consolidation. This makes autoclave curing superfluous and increases the overall process efficiency. Scientific sounding rockets typically consist of several aluminum modules carrying the scientific payload. The design of a module includes a cylindrical outer shell and two load input rings with a defined assembly interface. Reducing the structural weight would allow higher payloads, higher apogees or reduced fuel consumption. A new manufacturing concept using the Thermoplastic Automated Fiber Placement (TP-AFP) process was developed to manufacture a lightweight composite module. This paper presents the developed concept and focuses on the characterization of an in situ joint of TP-AFP tapes on a long fiber reinforced thermoplastic (LFT) structure. This represents the joint of the cylindrical shell on the load input rings of the rocket module. The joint was characterized with single lap shear tests for two different sample extraction areas at room temperature and at elevated temperature on pre-treated and untreated LFT surface. The variations did not show significant effects on the resulting shear strength. The results were considered for the design of the composite module allowing a weight reduction of more than 40 % compared to the aluminum modules. The new module proved its airworthiness as part of the sounding rocket mission REXUS-23 in March 2019. Beyond sounding rockets, the concept of in situ bonded TP-AFP tapes on complex LFT structures has many potential applications within aerospace but also automotive structures

Self-Regulating Demand and Supply Equilibrium in Joint Simulation of Travel Demand and a Ride-Pooling Service

This paper presents the coupling of a state-of-the-art ride-pooling fleet simulation package with the mobiTopp travel demand modeling framework. The coupling of both models enables a detailed agent- and activity-based demand model, in which travelers have the option to use ride-pooling based on real-time offers of an optimized ride-pooling operation. On the one hand, this approach allows the application of detailed mode-choice models based on agent-level attributes coming from mobiTopp functionalities. On the other hand, existing state-of-the-art ride-pooling optimization can be applied to utilize the full potential of ride-pooling. The introduced interface allows mode choice based on real-time fleet information and thereby does not require multiple iterations per simulated day to achieve a balance of ride-pooling demand and supply. The introduced methodology is applied to a case study of an example model where in total approximately 70,000 trips are performed. Simulations with a simplified mode-choice model with varying fleet size (0–150 vehicles), fares, and further fleet operators’ settings show that (i) ride-pooling can be a very attractive alternative to existing modes and (ii) the fare model can affect the mode shifts to ride-pooling. Depending on the scenario, the mode share of ride-pooling is between 7.6% and 16.8% and the average distance-weighed occupancy of the ride-pooling fleet varies between 0.75 and 1.17

Maßnahmen und Ansatzpunkte zur Verbesserung der quantitativen Marktinformationen bei Öko-Produkten und Möglichkeiten ihrer Konkretisierung

Eine Verbesserung der unzureichenden Datenbasis über den Öko-Markt in Deutschland stand im Mittelpunkt des Projektes. Dazu wurden bestehende Datenquellen daraufhin geprüft, ob sie die gewünschten Daten liefern und für welche Vermarktungsebenen bereit stellen können. Die ursprünglich angedachte Totalerfassung über die Kontrollstellen erwies sich als nicht umsetzbar. Zweckmäßige Erweiterungen vorhandener Statistiken und Erhebungen zur Informationsbeschaffung für den Öko-Bereich wurden am Beispiel Öko-Mühlen getestet. Trotz deren grundsätzlicher Zustimmung zum Vorhaben waren ihre Mitwirkung und das Ergebnis enttäuschend. Der Aufwand, der nötig wäre, um eine solche freiwillige Form der Datengewinnung breit und dauerhaft in der Praxis zu implementieren, ist sehr hoch. Alternativ wurde die Ausweitung der Meldepflichten im Rahmen bestehender Erhebungen untersucht. Auch dieser Ansatz erwies sich als sehr aufwändig und in der Praxis aufgrund nicht ausreichend vorhandener Bereitschaft zur Unterstützung als nicht realisierbar. In einer Primärerhebung wurden 71 Erzeugergemeinschaften/Erzeugerzusammenschlüsse ermittelt. 69 von ihnen machten Angaben über die von ihnen erfassten und vermarkteten Öko-Produkte. Sie flossen in aktuelle Übersichten über Marktstruktur und Absatzwege, Nachfrage, Angebot sowie Preise auf wichtigen Öko-Märkten und ihrer Entwicklungstendenzen ein. Diese Marktübersichten wurden für die Produktbereiche Getreide, Obst, Gemüse, Kartoffeln, Milch, Fleisch und Eier erstellt, wobei im Fleischbereich noch nach Rindfleisch, Schweinefleisch und Geflügelfleisch differenziert wurde. Damit konnte die Informationsbasis über die genannten Öko-Märkte aktualisiert und deutlich verbreitert werden. Neben der Ermittlung verlässlicher und belastbarer Ausgangsdaten ist auch die Bereitstellung der Daten in geeigneter und ansprechender Form als ein wesentlicher Schritt zur Erhöhung der Markttransparenz anzusehen. Dazu wurde im Rahmen des Projektes eine Datenbank erstellt. Sie enthält zahlreiche Informationen zur Produktion, zum Handel, zu einzelnen Unternehmen, zur Verbraucherebene und zu Fördermaßnahmen. Im Nachgang zu diesem Projekt soll sie internetfähig gemacht werden

Core foundations, algorithms, and language design for symbolic computation in physics

This thesis presents three contributions to the field of symbolic computation, followed by their application to symbolic physics computations. The first contribution is to interfacing systems. The Notation package, which is developed in this thesis, allows the entry and the creation of advanced notations in the Mathematica symbolic computation system. In particular, a complete and functioning notation for both Dirac's BraKet notation as well as a full tensorial notation, are given herein. The second part of the thesis introduces a prototype based rule inheritance language paradigm that is applicable to certain advanced pattern matching rewrite rule language models. In particular, an implementation is presented for Mathematica. After detailing this language extension, it is adopted throughout the rest of the thesis. Finally, the third major contribution is a highly efficient algorithm to canonicalize tensorial expressions. By an innovative technique this algorithm avoids the dummy index relabeling problem. Further algorithmic optimizations are then presented. The complete algorithm handles linear symmetries such as the Bianchi identities. It also fully accommodates partial derivatives as well as mixed index classes. These advances in language and notations are extensively demonstrated on problems in quantum mechanics, angular momentum, general relativity, and quasi-spin. It is shown that the developments in this thesis lead to an extremely flexible, extensible, and powerful working environment for the expression and ensuing calculation of symbolic physics computations