Non-linear investigation of an asymmetric disk brake model

Dieser Beitrag ist mit Zustimmung des Rechteinhabers aufgrund einer (DFG geförderten) Allianz- bzw. Nationallizenz frei zugänglich.This publication is with permission of the rights owner freely accessible due to an Alliance licence and a national licence (funded by the DFG, German Research Foundation) respectively.Among design engineers, it is known that breaking symmetries of a brake rotor can help to prevent squeal. From a modelling point of view, in the literature brake squeal is almost exclusively treated using models with a symmetric brake rotor, which are capable of explaining the excitation mechanism but yield no insight into the relation between rotor asymmetry and stability. In previous work, it has been demonstrated with linear models that the breaking of symmetries of the brake rotor has a stabilizing effect. The equations of motion for this case have periodic coefficients with respect to time and are therefore more difficult to analyse than in the symmetric case. The goal of this article is to investigate whether due to the breaking of symmetries also, the non-linear behaviour of the brake changes qualitatively compared to the symmetric case

Self-Excitation Mechanisms in Paper Calenders Formulated as a Stability Problem

In one of the last stages of paper production the surface of the paper is refined in calenders. The paper is compressed in the nip by rollers which sometimes tend to exhibit self-excited vibrations. These vibrations may lead to wear and dramatically reduce the durability of the expensive rollers. The reason for the self-excited vibrations is to be found in the interaction of the rollers with the paper. The interaction process in the nip is very complex and has not been completely understood from a mechanical point of view. The purpose of this paper is to develop simple mechanical models of the nip which can lead to an explanation of the phenomenon

Schlussbericht

Das Forschungsprojekt EPWUF-KI entwickelte ein KI-gestütztes System mit dem zentralen Ziel, professionell Pflegende bei der zeitaufwändigen Versorgung von Patienten mit diabetischem Fußsyndrom zu entlasten. Die medizinische Ausgangslage verdeutlicht die Komplexität dieser Versorgungsaufgabe: ein erheblicher Anteil aller Menschen mit Diabetes entwickelt im Laufe ihres Lebens ein Fußulkus, wobei die Heilungsdauer oft mehrere Monate beträgt und ein beträchtlicher Teil der Betroffenen regelmäßig Rückfälle erleidet. Die durch die diabetische Neuropathie bedingte fehlende Schmerzwahrnehmung führt dazu, dass Patienten kritische Druckbelastungen nicht selbst erkennen und entsprechende Schutzmaßnahmen verzögert einleiten. Diese medizinische Besonderheit erfordert eine kontinuierliche externe Überwachung und Dokumentation durch die professionell Pflegenden, was erhebliche personelle Ressourcen in der ambulanten Pflege bindet. Das größte Entlastungspotenzial identifizierten die Pflegefachkräfte in der Automatisierung administrativer Prozesse. Das System übernimmt durch die Tablet-Anwendung Teile der standardisierten Dokumentation. Die KI-Komponenten unterstützen dabei durch automatisierte Wundgrößenbestimmung mittels Bildsegmentierung, die Prognose des Wundheilungsverlaufs, die Berechnung optimaler Verbandswechselintervalle und objektive Wundbewertungen. Die Sensortechnologie ermöglicht es den Pflegekräften, medizinisch relevante Parameter ihrer Patienten auch zwischen den Besuchen zu überwachen. Das System löst automatische Alarme bei kritischen Druckwerten aus und misst kontinuierlich Temperaturdifferenzen zwischen wundnahem und entferntem Gewebe. Die im Projekt durchgeführte Pilotstudie zeigte, dass diese Temperaturdifferenz ein Prädiktor für den Heilungsverlauf sein kann und eine negative Korrelation zwischen höheren Druckwerten und verbesserter Wundheilung besteht. Besonders wertvoll für die professionell Pflegenden ist die KI-gestützte Entscheidungsunterstützung bei der medizinischen Beurteilung. Das System kombiniert die Vorteile neuronaler Netze mit probabilistischen Gaußprozessen und ermöglicht die Integration von medizinischem Expertenwissen und dokumentierten Wunddaten sowie der Sensorwerte. Durch den probabilistischen Ansatz erhalten die Pflegekräfte Konfidenzintervalle für KI-Empfehlungen, die in klinische Entscheidungen einbeziehen können. Die Evaluation zeigte interessante Ergebnisse: während keine signifikanten Unterschiede in der Wundheilungsrate zwischen den Gruppen festgestellt wurden, war die insgesamt relativ kurze Behandlungsdauer in beiden Gruppen bemerkenswert und lag mit vier Monaten unter den Literaturwerten von i.d.R. sechs Monaten. Die Evaluation der Lebensqualität zeigte eine positive Entwicklung in der Interventionsgruppe bei gleichzeitiger Verschlechterung in der Kontrollgruppe. Die Patient Activation Measure dokumentierte eine Stabilisierung der Patientenaktivierung in der Interventionsgruppe, während die Kontrollgruppe einen deutlichen Rückgang verzeichnete. Die Evaluation mit den beteiligten Pflegefachkräften zeigte jedoch auch Hindernisse auf. Die fehlende Integration in bestehende Dokumentationssysteme führte zu einer unerwünschten Doppeldokumentation. Die Pflegenden bewerteten die Nutzerfreundlichkeit des Systems zwar positiv, betonten aber den Bedarf an gezielten Schulungsmaßnahmen und klaren Verantwortlichkeitsregelungen beim Umgang mit KI-generierten Empfehlungen. Das Projekt demonstrierte erfolgreich die technische Machbarkeit eines hybriden KI-Systems für die DFS-Versorgung. Die zentrale Erkenntnis war, dass eine erfolgreiche Implementierung von KI-Systemen in der medizinischen Pflege eine nahtlose Integration in bestehende Arbeitsabläufe sowie umfassende Schulungskonzepte erfordert. Die Intervention wirkte primär als Schutzfaktor gegen den Verlust von Selbstmanagementfähigkeiten der Patienten, was langfristig auch die Pflegenden entlasten kann. Die entwickelte Technologieplattform bietet eine solide Basis für zukünftige Entwicklungen im Bereich der digitalen Wundversorgung, die professionell Pflegende bei komplexen medizinischen Versorgungsaufgaben entlasten können

Schlussbericht

Das Verbundvorhaben EPWUFKI wurde von 2022 bis 2025 durch die Hochschule Niederrhein gemeinsam mit Partnern, zu denen die CID GmbH zählte, durchgeführt. Ziel war es, die Versorgung von Patientinnen und Patienten mit diabetischem Fußsyndrom (DFS) durch eine Kombination aus Sensortechnik, Smart Devices, KI-gestützten Analyseverfahren und einer webbasierten Plattform zu verbessern. Im Mittelpunkt stand die Entlastung professionell Pflegender von zeitaufwendigen Dokumentations- und Kommunikationsaufgaben sowie die Erhöhung der Behandlungsqualität durch datenbasierte Entscheidungsunterstützung. In eine radomisiert kontrollierten Studie wurden 36 Betroffene eingeschlossen. Zudem wurden health care professionals in strukturierten Interviews befragt. In der Studie zeigten sich keine Unterschiede zwischen Kontrollgruppe und Interventionsgruppe. Beide Gruppen hatten ungewöhnlich gute Ergebnisse, die Kontrollgruppe mit medianem Wundschluss innerhalb von 30 Tagen, die Interventionsgruppe von 24 Tagen. Vergleichbare andere Untersuchungen zeigen zumeist mindestens doppelt so lange Zeiten. EPWUFKI zeigte, dass hybride KI-Systeme in der Wundversorgung technisch machbar und organisatorisch implementierbar sind. Studie und Interviews zeigten das Potenzial zur Entlastung der Pflege und zur Verbesserung der Versorgung, machten aber auch klar, dass der Praxistransfer eine hohe Investition wegen regulatorischer Hürden, ein technisch weiter ausgereiftes System und eine enge Begleitung durch Schulung, technische Unterstützung und ethisch-rechtliche Absicherung erfordert. Mittelfristig bietet das Projekt eine Grundlage für die Entwicklung innovativer Medizinprodukte, die die Versorgungsqualität beim DFS nachhaltig verbessern können

Forecasting the Global Burden of Peripheral Artery Disease from 2021 to 2050: A Population-Based Study

Vascular disease is the leading cause of death worldwide. Predicting the burden of vascular disease and identifying modifiable key risk factors are critical for developing effective prevention strategies. This study aimed to project the global and regional burden of peripheral artery disease (PAD) from 2021 to 2050, with a specific focus on the impact of modifiable key risk factors and the potential benefits of their management. Compared to the 2021 Global Burden of Disease Study (GBD 2021), the number of PAD cases worldwide is projected to increase by 220% by 2050, reaching a staggering 360 million (95% uncertainty interval, 270 to 450). Age-standardized mortality is expected to double, while disability-adjusted life years (DALYs) are forecasted to rise from 19.7 to 33.1 per 100,000. Among individuals aged ≥65 years, PAD prevalence is projected to surge to 21.7% in women and 14.8% in men. Moreover, over 50% of PAD cases are expected to occur in low- and middle-income countries (LMICs). Metabolic diseases are anticipated to be the primary drivers of the rising PAD burden, with diabetes playing a key role in increasing PAD prevalence and severity. By effectively managing metabolic risk factors, age-standardized prevalence could be reduced by 36%, mortality by 17%, and DALYs by 10%. As metabolic risks, particularly diabetes, continue to rise alongside population aging, the global PAD burden is expected to increase substantially, especially in LMICs. Importantly, proactive metabolic risk management strategies have the potential to markedly alleviate the burden of vascular disease and reduce the growing geographic health disparities

Nonlinear stability analysis of a disk brake model

It has become commonly accepted by scientists and engineers that brake squeal is generated by friction-induced self-excited vibrations of the brake system. The noise-free configuration of the brake system loses stability through a flutter-type instability and the system starts oscillating in a limit cycle. Usually, the stability analysis of disk brake models, both analytical as well as finite element based, investigates the linearized models, i.e. the eigenvalues of the linearized equations of motion. However, there are experimentally observed effects not covered by these analyses, even though the full nonlinear models include these effects in principle. The present paper describes the nonlinear stability analysis of a realistic disk brake model with 12 degrees of freedom. Using center manifold theory and artificially increasing the degree of degeneracy of the occurring bifurcation, an analytical expression for the turning points in the bifurcation diagram of the subcritical Hopf bifurcations is calculated. The parameter combination corresponding to the turning points is considered as the practical stability boundary of the system. Basic phenomena known from the operating experience of brake systems tending to squeal problems can be explained on the basis of the practical stability boundary