Crossing Minimal Edge-Constrained Layout Planning using Benders Decomposition

We present a new crossing number problem, which we refer to as the edge-constrained weighted two-layer crossing number problem (ECW2CN). The ECW2CN arises in layout planning of hose coupling stations at BASF, where the challenge is to find a crossing minimal assignment of tube-connected units to given positions on two opposing layers. This allows the use of robots in an effort to reduce the probability of operational disruptions and to increase human safety. Physical limitations imply maximal length and maximal curvature conditions on the tubes as well as spatial constraints imposed by the surrounding walls. This is the major difference of ECW2CN to all known variants of the crossing number problem. Such as many variants of the crossing number problem, ECW2CN is NP-hard. Because the optimization model grows fast with respect to the input data, we face out-of-memory errors for the monolithic model. Therefore, we develop two solution methods. In the first method, we tailor Benders decomposition toward the problem. The Benders subproblems are solved analytically and the Benders master problem is strengthened by additional cuts. Furthermore, we combine this Benders decomposition with ideas borrowed from fix-and-relax heuristics to design the Dynamic Fix-and-Relax Pump (DFRP). Based on an initial solution, DFRP improves successively feasible points by solving dynamically sampled smaller problems with Benders decomposition. Because the optimization model is a surrogate model for its time-dependent formulation, we evaluate the obtained solutions for different choices of the objective function via a simulation model. All algorithms are implemented efficiently using advanced features of the GuRoBi-Python API, such as callback functions and lazy constraints. We present a case study for BASF using real data and make the real-world data openly available

A Systematic Survey of Moon-forming Giant Impacts. I. Nonrotating Bodies

In the leading theory of lunar formation, known as the giant impact hypothesis, a collision between two planet-size objects resulted in a young Earth surrounded by a circumplanetary debris disk from which the Moon later accreted. The range of giant impacts that could conceivably explain the Earth–Moon system is limited by the set of known physical and geochemical constraints. However, while several distinct Moon-forming impact scenarios have been proposed—from small, high-velocity impactors to low-velocity mergers between equal-mass objects—none of these scenarios have been successful at explaining the full set of known constraints, especially without invoking controversial post-impact processes. In order to bridge the gap between previous studies and provide a consistent survey of the Moon-forming impact parameter space, we present a systematic study of simulations of potential Moon-forming impacts. In the first paper of this series, we focus on pairwise impacts between nonrotating bodies. Notably, we show that such collisions require a minimum initial angular momentum budget of approximately 2 J $_{EM}$ in order to generate a sufficiently massive protolunar disk. We also show that low-velocity impacts (v $_{∞}$ ≲ 0.5 v $_{esc}$) with high impactor-to-target mass ratios (γ → 1) are preferred to explain the Earth–Moon isotopic similarities. In a follow-up paper, we consider impacts between rotating bodies at various mutual orientations

Erfolgskontrolle von Hartholzauenwald-Aufforstungen in der Kliekener Aue

Hartholz-Auenwälder (Querco-Ulmetum minoris und weitere Vegetationseinheiten des Ulmenion) sind charakteristische Vegetationsgesellschaften entlang der großen Flussauen und wichtige Retentionsräume. Bedingt durch den Wechsel von Überflutung und Trockenheit sowie eine hohe standörtliche Dynamik und Heterogenität sind Hartholz-Auenwälder die struktur- und artenreichsten Lebensräume in Mitteleuropa. In früheren Jahrhunderten wurden viele Auenwälder zu Gunsten von Siedlungen und landwirtschaftlichen Nutzflächen gerodet, was eine erhebliche Verringerung des Flächenanteils der Auenwälder zur Folge hatte. Die verbliebenen Hartholz-Auenwälder wurden im 19. Jahrhundert durch zahlreiche wasserbaulichen Maßnahmen beeinträchtigt. Angesichts der hohen naturschutzfachlichen Bedeutung regelmäßig überfluteter Hartholz-Auenwälder und ihres heute geringen Flächenanteiles ist deren Erhaltung, Entwicklung und Erweiterung ein wesentliches Ziel des Naturschutzes in Flusslandschaften. Ziel des von der Biosphärenreservatsverwaltung „Mittlere Elbe“ 2000/2001 durchgeführten EU-LIFE-Projektes „Renaturierung von Fluss, Altwasser und Auenwald an der Mittleren Elbe“ war u. a. die Entwicklung von ca. 60 ha Auenwald auf ehemals beweideten Alteichenbeständen und Grünland. Da bisher Erfolgskontrollen von Hartholz-Auenwaldanpflanzungen fast vollständig fehlen, erfolgte 2007 eine flächendeckende Erhebung des aktuellen Zustandes aller gepflanzten Gehölzbestände in der Kliekener Aue

Towards Experimental Handbooks in Catalysis

The “Seven Pillars” of oxidation catalysis proposed by Robert K. Grasselli represent an early example of phenomenological descriptors in the field of heterogeneous catalysis. Major advances in the theoretical description of catalytic reactions have been achieved in recent years and new catalysts are predicted today by using computational methods. To tackle the immense complexity of high-performance systems in reactions where selectivity is a major issue, analysis of scientific data by artificial intelligence and data science provides new opportunities for achieving improved understanding. Modern data analytics require data of highest quality and sufficient diversity. Existing data, however, frequently do not comply with these constraints. Therefore, new concepts of data generation and management are needed. Herein we present a basic approach in defining best practice procedures of measuring consistent data sets in heterogeneous catalysis using “handbooks”. Selective oxidation of short-chain alkanes over mixed metal oxide catalysts was selected as an example.DFG, 390540038, EXC 2008: Unifying Systems in Catalysis "UniSysCat

Werkzeugentwicklung und -konstruktion für eine CFK-Türumgebungsstruktur

In dieser Arbeit wurde ein Werkzeug entwickelt, mit dem die Fertigung einer hochinteg-ralen CFK-Türumgebungsstruktur per SLI-Verfahren ermöglicht wird. Die Fertigung und Entwicklung der Türumgebungsstruktur ist ein Arbeitspaket des DLR im MAAXIMUS-Projekt, ein Projekt des 7. EU Rahmenprogramms. Zunächst wurden die Grundlagen der Faserverbundtechnologien, sowie verschiedene faserverbundgerechte Werkzeugwerk-stoffe nach aktuellem Stand der Technik vorgestellt. Der Aufbau und die einzelnen Kom-ponenten der CFK-Türumgebungsstruktur wurden erläutert. Weiterhin wurde eine Anfor-derungsliste, basierend auf den Vorgaben von MAAXIMUS, erstellt. In Anlehnung an die Anforderungsliste wurden verschiedene Konzepte bezüglich der Werkzeugauslegung erarbeitet und vorgestellt. Die Vor- und Nachteile der jeweiligen Konzepte wurden disku-tiert und gegeneinander abgewogen. Nach Abschluss der Konzeptphase wurden die einzelnen Bestandteile des Werkzeugs mit Hilfe des CAD-Programms CATIA V5 kon-struiert. Hierfür wurde eine Strategie entwickelt, welche geometrische Änderungen der Türumgebungsstruktur toleriert und das Werkzeug automatisch anpasst

Halbarath/disk_finder_timpe2023: Release for Paper

This repository contains a demonstration version of the disk finding algorithm used in Timpe et al. (2023). This disk finder is intended for use with smooth-particle hydrodynamics simulations of pairwise collisions between planetary-size objects (i.e., "giant impacts")

Dyes as Photoinitiators or Photosensitizers of Polymerization Reactions

A short but up-to-date review on the role of dyes in the photoinitiation processes of polymerization reactions is presented. Radical and cationic reactions are largely encountered in the radiation curing and the imaging areas for use in traditional coating applications as well as in high tech sectors such as nanofabrication, computer-to-plate processing, laser direct imaging, manufacture of optical elements, etc. Recent promising developments concerned with the introduction of the silyl radical chemistry that enhances the polymerization efficiency are also discussed