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Forschungsprojekt aus §26 oder §27 Mitteln
Laufzeit : 2020-08-01 - 2023-07-31

Metalle in Biomolekülen sind überraschend häufig und essentiell für viele biologische Aktivitäten und physiologische Funktionen wie z.B. Atmung oder Photosynthese. Etwa ein Drittel aller Proteine sind Metalloproteine, diese koordinieren Metalle typischerweise durch Aminosäurereste oder organische Co-Faktoren. Metalloproteine wurden eingehend untersucht, um ihre Struktur, Funktion und insbesondere die Metall-Ligand-Wechselwirkungen zu verstehen, die für die Entwicklung von Metalloenzyminhibitoren und Metallodrugs von Bedeutung sind. Die Modellierung und Simulation von Metalloproteinen ist in verschiedener Hinsicht eine Herausforderung. Molekulardynamik-Simulationen (MD) zusammen mit klassischen Kraftfeldern reichen nicht aus, um das Verhalten von Metallen und koordinierten Atomen zu beschreiben. Eine quantenmechanische (QM) Beschreibung der Systeme ist erforderlich, um elektronische Effekte zu erfassen. Die Effizienz dieser Methoden ist jedoch im Zusammenhang mit QM/MM-Hybridansätzen, die zur Untersuchung großer und komplexer Biomoleküle notwendig sind, eher gering. Um solche Hybridsysteme zu beschleunigen, scheinen Ansätze des maschinellen Lernens vielversprechend zu sein. Mit den Fortschritten der Algorithmen können QM-Potenziale reproduziert werden. Neuartige Ansätze in der computergestützten Chemie nutzen neuronale Netze (NNs) für die Quantenbeschreibung. Mit diesem Projekt schlagen wir einen hybriden NN/MM-MD Workflow vor, den wir in das GROMOS-Simulationspaket implementieren und die entwickelte Methodik auf Koordinationsverbindingen zunehmender Komplexität anwenden werden. Auf diese Weise hoffen wir, die Beschreibung von Metall-Ligand Wechselwirkungen in klassischen Simulationen mit einem spezifischen Schwerpunkt auf Metalloproteine zu verbessern. Das Projekt ebnet den Weg für zahlreiche Anwendungen und wird die Berechnung von Unterschieden in der freien Energie auf einer QM/MM Ebene ermöglichen, ohne die methodischen Herausforderungen und Kosten. Wir erwarten, dass ein erfolgreicher Abschluss der Arbeit erhebliche Auswirkungen auf dem Gebiet der molekularen Simulationen von Metalloproteinen haben wird.
Forschungsprojekt aus §26 oder §27 Mitteln
Laufzeit : 2021-06-04 - 2022-03-03

Der Klimawandel mit einer bereits deutlichen Zunahme von Ausfällen auf Fichtenstandorten Fichte stellt die Forst-Holz-Kette, aber auch die Gesellschaft vor große Herausforderungen. Aufgrund der Klimaproblematik ist in Österreich bereits ein deutlicher Trend zur verstärkten Nutzung von Laubholz zu beobachten. Ausgehend von der aktuellen Rohstoffversorgung in Österreich und Mitteleuropa haben sich die entsprechenden industriellen Verarbeitungsketten und Produktkategorien entwickelt. Eine grundlegende und signifikante Veränderung der Baumarten, insbesondere eine deutliche Verschiebung des Angebotsspektrums vom fichtendominierten Nadelholz zum Laubholz, stellt die derzeit sehr erfolgreich agierende Holzindustrie vor große Herausforderungen. Insbesondere der derzeit stark wachsende Markt des Holzbaus, der hauptsächlich auf Fichtenholz basiert, wird dadurch unter Druck geraten. Die Wettbewerbsfähigkeit der Holzbauindustrie, die in starker Konkurrenz zu anderen Baustoffen steht, wird durch eine mangelnde Rohstoffversorgung bedroht. Alternative Nadelholzarten neben der Fichte, wie Douglasie und Küstentanne und andere potenziell nutzbare Nadelholzarten, werden daher an Bedeutung gewinnen. Der vorliegende Projektvorschlag konzentriert sich auf die Küstentanne (Abies grandis) als mögliche Alternative bzw. Ergänzung des sich verändernden Baumartenspektrums. Basierend auf einer fundierten Literaturrecherche im internationalen und nationalen Kontext, ergänzt durch internationale Praxiserfahrungen (vor allem von Seiten der Holzindustrie), die für die Küstentanne (auch im Vergleich zu anderen Nadelholzarten) vorliegen, soll diese Literaturrecherche durch qualitative Experteninterviews ergänzt werden. Ziel ist es, über die Veröffentlichungen hinausgehende forstwirtschaftliche Potenziale anhand von internationalen Fallstudien zu identifizieren und zu bewerten.
Forschungsprojekt aus §26 oder §27 Mitteln
Laufzeit : 2021-01-01 - 2022-09-30

Ziel des Projektes ist die systemintegrierte und belastungsabhängige Bewertung der Langzeitzuverlässigkeit von Hochgeschwindigkeitsweichen mit Schwerpunkt auf Rissinitiierung und Risswachstum ausgehen vom Schienenfuß beweglicher Kreuzungspunkte. Das Projekt konzentriert sich auf die Entwicklung eines detaillierten Verständnisses der Dynamik des gesamten nichtlinearen Systems "Radsatz - Schiene - Feste Fahrbahn - Boden", wobei einerseits der Einfluss der Steifigkeit der Platte, des Betonasphaltmörtels und des Bodens und andererseits die niederamplitudigen, hochzyklischen Schwingungen aus dem Rad-Schiene-Kontakt auf die Belastung der Weichenschienen erfasst werden. Letztlich sollen die Eckpfeiler für ein integriertes Instandhaltungskonzept für Hochgeschwindigkeitsübergänge geschaffen werden. Das vorliegende Projekt selbst ist Teil des gemeinsam definierten Forschungsprogramms des COMET K2 Center on "Integrated Computational Material, Process and Product Engineering (IC-MPPE)" und unterstützt die Erreichung der in diesem Forschungsprogramm definierten Ziele. Die Beteiligung der BOKU (IPM) liegt in der Charakterisierung des Ermüdungsverhaltens von R260 Stahl im Bereich sehr hoher Lastspielzahlen mittels Ultraschall-Ermüdungsversuche.

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