Mechanismenorientierte Modellierung und Simulation der mikrostrukturbestimmten Kurzrissausbreitung unter Berücksichtigung ebener und räumlicher Aspekte

In der vorliegenden Arbeit werden zwei mechanismenbasierte Modellierungsansätze zur Beschreibung der mikrostrukturabhängigen Kurzrissausbreitung vorgestellt. Zum einen wird auf Basis von experimentellen Untersuchungen ein zweidimensionales Modell entwickelt, dass das Stadium I-Risswachstum in der technisch bedeutenden Titanlegierung Ti6Al4V nachbildet. Der Ansatz beschreibt den Rissfortschritt auf kristallinen Gleitebenen und Korngrenzen als Folge irreversibler plastischer Verformungen an der Rissspitze und berücksichtigt die Barrierewirkung von Korngrenzen. Das Modell wird anhand real gewachsener Ermüdungsrisse validiert und zur Simulation der Rissausbreitung in virtuellen Mikrostrukturen eingesetzt. Dabei zeigen die Ergebnisse für zwei unterschiedliche Gefüge eine gute Übereinstimmung der berechneten Bruchzyklenzahlen mit realen Ermüdungsdaten. Im zweiten Teil der Arbeit wird ein dreidimensionales Modell zur Simulation der Stadium I-Rissausbreitung auf Gleitebenen entwickelt, das gegenüber bestehenden zweidimensionalen Ansätzen entscheidende Vorteile im Hinblick auf eine realitätsnahe Beschreibung des Kurzrisswachstums bietet. Durch diese erweiterte Betrachtung können Oberflächenrisse endlicher Tiefe abgebildet und die räumliche Orientierung der kristallinen Gleitebenen bzw. die Missorientierung zweier Gleitsysteme in benachbarten Körnern berücksichtigt werden. Das dreidimensionale Rissproblem wird numerisch effizient mit Hilfe von Versetzungsring-Randelementen gelöst. Anhand von systematischen Untersuchungen werden der Einfluss der oben genannten Faktoren auf die Rissausbreitungsrate bestimmt und die Vorteile gegenüber einer vereinfachten zweidimensionalen Betrachtung aufgezeigt.In this thesis two mechanism-based models are presented, which simulate the propagation of microstructurally short fatigue cracks. The first one is a two-dimensional approach based on experimental investigations on titanium Ti6Al4V that describes stage I-crack growth in this widely used alloy. The model allows for crack propagation on slip planes and grain boundaries due to partially irreversible plastic deformations at the crack tip and considers grain boundaries as obstacles to crack extension. It is validated by simulating the growth of real fatigue cracks and applied to predict crack propagation in virtual microstructures. Here, simulation results show a good agreement between the calculated number of cycles to failure and fatigue test data. In the second part of this thesis a three-dimensional model for stage I-crack propagation is presented, which offers significant advantages compared to two-dimensional approaches. It allows for a more realistic description of short crack growth by considering the finite depth of surface cracks as well as the real three-dimensional orientation of the slip planes and the resulting misorientation between slip systems in adjacent grains. The three-dimensional crack problem is solved numerically using finite dislocation loop boundary elements. The model is applied to analyse the influence of the factors mentioned above on the crack propagation rate and to show the advantages in comparison to simplified two-dimensional approaches

Erklärung und Modell in der Physiologie. Reflexionen auf die begrifflichen Grundlagen der Biowissenschaften

Die Arbeit zielt darauf ab, die wissenschaftliche Praxis der Physiologie in ihren grundlegenden Merkmalen zu bestimmen und einen Begriff ihres Erzeugnisses, physiologischen Wissens, zu geben. Dieses Projekt wird in Verbindung mit einer Kritik an der in den letzten zwei Jahrzehnten entstandenen ‚Mechanistischen‘ Konzeptualisierung der Physiologie durchgeführt. Zunächst wird eine Methode begründet, mit welcher eine Wissenschaftspraxis ausgehend von nicht-wissenschaftlichen Handlungskontexten begrifflich bestimmt werden kann. Diese Methode ist sowohl normativ als auch deskriptiv: Sie ermöglicht die Rekonstruktion von Begriffen faktisch betriebener Wissenschaft als auch die Konstruktion von Begriffen von (nach Maßgabe zuvor definierter Zwecke) verbesserten Wissenschaftspraxen. Mit ihr lässt sich die faktisch betriebene Physiologie als Experimentalwissenschaft rekonstruieren, die auf Manipulations- und Vorhersagewissen über grundlegende Lebenserscheinungen zielt. Stärker als Theorien bildende Wissenschaften nutzt die Physiologie dabei verschiedene – ursprünglich aus der Baukunst stammende – Modellierungspraxen: Die Erforschung von Lebewesen nach sogenannten vorbildlichen Modellen aus dem Bereich der Technik macht physiologische Wissenserzeugung sehr produktiv. Da das so begründbare Wissen allerdings immer nur die kausalen Beziehungen zwischen Teilen betrifft, die sich aus Lebewesen herstellen lassen, wird es – ganz im Sinne seiner Erzeugung – in sogenannten abbildlichen Modellen integriert: Bei diesen handelt es sich um die aus Lehrbüchern bekannten ‚organischen Maschinen‘, an denen Phänomene mithilfe von (ebenfalls aus Lehrbüchern bekannten) Maschinenfunktionserklärungen erklärt werden können. Obgleich dieses Modellwissen nützliche Manipulationen und Vorhersagen ermöglicht (etwa im medizinischen Kontext), bleibt es Wissen über Modelle von Lebewesen, bleiben die Erklärungen modellgestützte Erklärungen. Es handelt sich nicht um (adäquate) Beschreibungen von Lebewesen

Naturwissenschaftsbezogene Handlungs- und Argumentationskompetenz von Grundschulpädagogikstudierenden der Integrierten Naturwissenschaften

Das an der Freien Universität Berlin geschaffene Studienangebot ‚Integrierte Naturwissenschaften’ verbindet Fachdidaktik und Fachwissenschaft und wurde für Studierende der Grundschulpädagogik konzipiert. Die Studierenden sollen fundierte fachbezogene, wissenschaftstheoretische, didaktische und methodische Kompetenzen erwerben und naturwissenschaftliche Arbeitstechniken aus den drei Fächern Physik, Chemie und Biologie kennen lernen. Ziel der vorgestellten Studie ist es zu untersuchen, inwiefern das Studium Auswirkungen auf die Argumentationsqualität bei den Studierenden zeigt. Einige Studien weisen darauf hin, dass mit erhöhtem Fachwissen und größerer Familiarität mit dem Kontext die Argumentationsqualität steigt und sich die Argumentationsstruktur verändert

Myosin II filament dynamics in actin networks revealed with interferometric scattering microscopy

The plasma membrane and the underlying cytoskeletal cortex constitute active platforms for a variety of cellular processes. Recent work has shown that the remodeling acto-myosin network modifies local membrane organization, but the molecular details are only partly understood due to difficulties with experimentally accessing the relevant time and length scales. Here, we use interferometric scattering (iSCAT) microscopy to investigate a minimal acto-myosin network linked to a supported lipid bilayer membrane. Using the magnitude of the interferometric contrast, which is proportional to molecular mass, and fast acquisition rates, we detect, and image individual membrane attached actin filaments diffusing within the acto-myosin network and follow individual myosin II filament dynamics. We quantify myosin II filament dwell times and processivity as functions of ATP concentration, providing experimental evidence for the predicted ensemble behavior of myosin head domains. Our results show how decreasing ATP concentrations lead to both increasing dwell times of individual myosin II filaments and a global change from a remodeling to a contractile state of the acto-myosin network

Naturwissenschaftsbezogene Handlungs- und Argumentationskompetenz von Grundschulpädagogikstudierenden der Integrierten Naturwissenschaften

Das an der Freien Universität Berlin geschaffene Studienangebot ‚Integrierte Naturwissenschaften’ verbindet Fachdidaktik und Fachwissenschaft und wurde für Studierende der Grundschulpädagogik konzipiert. Die Studierenden sollen fundierte fachbezogene, wissenschaftstheoretische, didaktische und methodische Kompetenzen erwerben und naturwissenschaftliche Arbeitstechniken aus den drei Fächern Physik, Chemie und Biologie kennen lernen. Ziel der vorgestellten Studie ist es zu untersuchen, inwiefern das Studium Auswirkungen auf die Argumentationsqualität bei den Studierenden zeigt. Einige Studien weisen darauf hin, dass mit erhöhtem Fachwissen und größerer Familiarität mit dem Kontext die Argumentationsqualität steigt und sich die Argumentationsstruktur verändert

Umgang mit Phänomenen – Argumentations- und Handlungsprozesse Grundschulpädagogikstudierender mit dem Fach ‚Integrierte Naturwissenschaften’

Im Studienfach ,Integrierte Naturwissenschaften’ erwerben Grundschulpädagogikstudierende an der Freien Universität Berlin sowohl fachwissenschaftliche als auch fachdidaktische Kompetenzen. Im Studienkonzept bildet der Kompetenzbereich Erkenntnisgewinnung mit den Facetten ‚Wissenschaftliches Argumentieren’ und ‚Experimentieren’ einen Schwerpunkt. In einer explorativ angelegten Studie werden die Prozesse des wissenschaftlichen Argumentierens und des experimentellen Handelns bei Studierenden analysiert, die sich in einer Phänomenbegegnung, die zum Experimentieren einlädt, zeigen

Umgang mit Phänomenen – Argumentations- und Handlungsprozesse Grundschulpädagogikstudierender mit dem Fach ‚Integrierte Naturwissenschaften’

Im Studienfach ,Integrierte Naturwissenschaften’ erwerben Grundschulpädagogikstudierende an der Freien Universität Berlin sowohl fachwissenschaftliche als auch fachdidaktische Kompetenzen. Im Studienkonzept bildet der Kompetenzbereich Erkenntnisgewinnung mit den Facetten ‚Wissenschaftliches Argumentieren’ und ‚Experimentieren’ einen Schwerpunkt. In einer explorativ angelegten Studie werden die Prozesse des wissenschaftlichen Argumentierens und des experimentellen Handelns bei Studierenden analysiert, die sich in einer Phänomenbegegnung, die zum Experimentieren einlädt, zeigen

Requirements for domain-specific data access of long-term interaction data in smart environments

Köster N, Wrede S, Cimiano P. Requirements for domain-specific data access of long-term interaction data in smart environments. Symposium on Robot and Human Interactive Communication (ROMAN). Kobe: Memory inspired robot architectures for human-robot interaction Workshop; 2015

Wer studiert wie und warum Grundschullehramt und Sachunterricht?

Im Zuge der Maßnahmen gegen den sich bundesweit abzeichnenden Lehrkräftemangel - gerade an Grundschulen - wurden auch an der Freien Universität Berlin die Studierendenzahlen erhöht. Bislang gaben Studierende für das Lehramt bezüglich ihrer Studienwahl besonders häufig den Wunsch an, Umgang mit Menschen zu haben. Die berufsbezogene motivationale Orientierung fiel eher intrinsisch aus, zeigte jedoch auch extrinsische Komponenten (z. B. Boeger, 2016, S. 76). Karriere- und leistungsorientierte Berufsziele waren unterdurchschnittlich ausgeprägt (Willich et al., 2011, S. 320). Unklar ist, inwiefern diese Befunde auch unter der neuen Rahmenbedingung eines erheblich erweiterten Kreises von Studierenden weiterhin Gültigkeit besitzen und ob sie sich im Laufe des Studiums verändern. Die hier dargestellte Studie ist als Längsschnittstudie über die nächsten Jahre geplant und soll zwei Kohorten vom ersten Semester bis zum Masterabschluss begleiten. Dabei werden unter anderem die Studienmotivation, Überzeugungen zum Lehren und Lernen und das Selbstkonzept erhoben. Erste Ergebnisse deuten darauf hin, dass die hier untersuchte Kohorte im Wesentlichen die bisherigen Erkenntnisse wiederspiegelt: So zeigen die Studierende eine hohe intrinsische Motivation in Bezug auf die Arbeit mit Kindern und das Fach, die von einer etwas geringer ausgeprägten extrinsischen Motivation (soziale Einflüsse und Nützlichkeit) flankiert wird. Sowohl die offene als auch die geschlossene Lernsteuerung werden gleichermaßen präferiert. Die transmissiven lerntheoretischen Überzeugungen sind leicht über Mittelmaß ausgeprägt

Ca2+ signals in plant immunity

Calcium ions function as a key second messenger ion in eukaryotes. Spatially and temporally defined cytoplasmic Ca2+ signals are shaped through the concerted activity of ion channels, exchangers, and pumps in response to diverse stimuli; these signals are then decoded through the activity of Ca2+-binding sensor proteins. In plants, Ca2+ signaling is central to both pattern- and effector-triggered immunity, with the generation of characteristic cytoplasmic Ca2+ elevations in response to potential pathogens being common to both. However, despite their importance, and a long history of scientific interest, the transport proteins that shape Ca2+ signals and their integration remain poorly characterized. Here, we discuss recent work that has both shed light on and deepened the mysteries of Ca2+ signaling in plant immunity