TY - CONF A1 - Kasparek, Eva Maria A1 - Scheidemann, Robert A1 - Zencker, Uwe A1 - Wolff, Dietmar A1 - Völzke, Holger T1 - Effect of dynamic loading on compressional behavior of damping concrete N2 - In drop test scenarios related to assessing and licensing the storage procedure of spent fuel and high active waste, the casks under examination are generally not equipped with impact limiters. Hence, the extent of mechanical stresses in case of an assumed handling accident is largely affected by the ground properties of the reception hall floor in the specific storage facility. Unlike conventional brittle foundation materials, damping concrete performs quite well in such applications as it features high stiffness as well as high energy absorption due to the filler pore volume. However, its damping ability is not sufficiently exploited in current finite element (FE) calculations due to a lack of advanced material models for simulating its impact response. An implementation of qualified concepts that account for plastic, strain rate dependent behavior requires additional information that has to be provided by systematic test series. BAM recently started a research project to generate such data, subsequently to develop and to improve numerical methods for the analysis of impact limiters and damping foundation material and thus to optimize safety assessment tools for the design of transport and storage casks. A major part of this research concerns dynamic compression tests of variably shaped specimens conducted at a servo hydraulic 1MN impact testing machine as well as at a BAM facility for guided drop tests. This presentation focuses 100mm damping concrete cubes deformed vertically at constant rates under different constraint conditions. For example, a special fitting jig was constructed to subject the specimens to multi-axial loading. Thereby a deformation of 60% could be applied. Simulation was conducted by FE code ABAQUS™ based on material models “Concrete damaged plasticity” and “Crushable foam” which both allow defining rate sensitive nonlinear stress-strain relations in compression beyond the classic metal plasticity approach. T2 - PATRAM 2010 - 16th International symposium on the packaging and transport of radioactive materials CY - London, UK DA - 2010-10-03 KW - Damping concrete KW - Strain rate sensitivity KW - Numerical simulation KW - Material model PY - 2010 SP - 1-8 (Thursday-T40-114) AN - OPUS4-23708 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Eisenacher, Germar A1 - Scheidemann, Robert A1 - Neumann, Martin A1 - Wille, Frank A1 - Droste, Bernhard T1 - Approach for a finite element material model for wood for application in mechanical safety cases of transport packages N2 - BAM Federal Institute for Materials Research and Testing is the competent authority for mechanical safety assessment of transport packages for radioactive material in Germany. The further development of state-of-the-art technology concerning assessment methods is essential for a qualified work of involved designers and authority experts. The paper gives an example of current development done to improve understanding and modeling capabilities of wood filled impact limiter. In order to reduce the loads applied to the package containment, which result from regulatory drop tests, most packages are protected by energy dissipating impact limiter. Wood, encapsulated by steel sheets, is one of the materials typically used for energy dissipation in these impact limiter. Very often, mechanical safety cases regarding the 9 m drop test are performed computationally, where it is essential to use reliable and verified computational methods and models. In this context, the paper presents an approach for a finite element material model for wood. Thereby, the mechanical behavior of wood under compression loading is the focus of the development work. Additionally, material orientation as well as strain rate, temperature and lateral constraint may vary. A large number of experiments, particularly compression tests, was designed and performed to establish an adequate experimental database for modeling verification. The experimental results enabled the derivation of necessary requirements: The material model has to take into account strain rate and temperature dependencies as well as the anisotropic characteristics of the material, a proper yield criterion, flow rule and hardening law. Such a material model is currently not available in established commercial dynamic finite element codes. Thus it is necessary to create a user-defined material model considering the mentioned requirements. A first step was done by determining a yield surface as well as detecting flow and hardening mechanisms from experimental force-deflection curves. In a next step the LS-DYNA material model MAT_75 was altered according to conclusions of former BAM development work, regarding the modeling of post-peak softening as a function of lateral constraint. Future research will contain the further development, implementation and verification of a material model for wood. T2 - 52nd INMM Annual meeting CY - Palm Desert, CA, USA DA - 17.07.2011 KW - Impact limiter KW - Material model wood KW - Transport package PY - 2011 SP - 1 EP - 8 AN - OPUS4-24236 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Eisenacher, Germar A1 - Scheidemann, Robert A1 - Neumann, Martin A1 - Sterthaus, Jens A1 - Kasparek, Eva Maria A1 - Völzke, Holger T1 - Stauchversuche mit querdehnungsbehinderten Fichtenholzproben verschiedener Faserorientierungen bei veränderlicher Dehnrate T1 - Compression tests with laterally constrained spruce specimens with varying fiber orientations and loading rates N2 - Im Zuge des Forschungsvorhabens ENREA (Entwicklung rechnerischer Analysemethoden für stoßdämpfende Strukturen beim Anprall oder Absturz von Abfallgebinden) führt die BAM systematische Untersuchungen an stoßdämpfenden Werkstoffen, unter anderem an Fichtenholz, durch. Zweck der mit diesen Untersuchungen erzeugten Datenbasis ist die Erstellung und Parametrierung eines Finite-Elemente- (FE-) Materialmodells, das die Modellierung holzgefüllter stoßdämpfender Bauteile von Transportbehältern für radioaktive Stoffe in der FE-Simulation ermöglichen soll. Anhand von Ergebnissen aus der ersten Versuchsphase werden der Einfluss der Dehnrate und der Faserorientierung auf das Kraft-Verformungs-Verhalten von Fichtenholz diskutiert. Anschließend wird die rechnerische Modellierung von Fichtenholz diskutiert und die Anforderungen an ein Materialmodell werden erläutert. N2 - In the course of research project ENREA (development of numerical methods for analyzing impact limiters subjected to impact or drop scenarios), BAM is systematically investigating impact limiting materials, e. g. spruce wood. Goal of these investigations is to establish and parameterize a finite element (FE) material model which enables the modeling of wood filled impact limiting devices of transport casks for radioactive materials. Using results of the first test stage, the effect of loading rate and fiber orientation on the force-deflection characteristics of spruce wood will be presented. Following, computational modeling of spruce wood including requirements for a material model will be discussed. T2 - KONTEC 2011 - 10. Internationales Symposium "Konditionierung radioaktiver Betriebs- und Stilllegungsabfälle" CY - Dresden, Germany DA - 06.04.2011 PY - 2011 N1 - Sprachen: Deutsch/Englisch - Languages: German/English SP - 465 EP - 478 AN - OPUS4-23684 LA - mul AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Kasparek, Eva Maria A1 - Scheidemann, Robert A1 - Wolff, Dietmar A1 - Zencker, Uwe A1 - Völzke, Holger T1 - Untersuchungen zum Verhalten von Dämpferbeton unter Stossbelastung N2 - Während des Transportes sind Behälter für hoch radioaktive Abfälle durch stoßdämpfende Bauteile vor Einwirkungen, die aus Unfallszenarien gemäß den IAEA Regularien resultieren können, weitestgehend geschützt. Nach dem Entfernen dieser Komponenten im Rahmen der Einlagerung ins Zwischenlager müssen Vorkehrungen getroffen sein, um Beanspruchungen der Behälter aus möglichen Handhabungsunfällen im Empfangsbereich zu reduzieren. Die Maßnahmen müssen vor allem darauf abzielen, die stoßdämpfenden Eigenschaften der potentiellen Aufprallflächen zu optimieren. Da Standardmaterialien für Fundamente nur ein geringes Energieabsorptionsvermögen aufweisen, wurde durch die Firma HOCHTIEF eine neuartige Betonmixtur entwickelt, bei der ein spezieller Leichtzuschlag zum Einsatz kommen. Zur Charakterisierung dieses sogenannten Dämpferbetons liegen Standardkennwerte vor sowie Messwerte aus Eindringversuchen, die zur Qualitätssicherung für jede Produktcharge durchgeführt werden. Das stoßdämpfende Potential des neuen Werkstoffs kann jedoch nur dann vollkommen ausgeschöpft werden, wenn die Energieabsorption in numerischen Simulationen der Behälterabstürze über die gesamte Belastungsdauer zuverlässig wiedergegeben wird. Für die Implementierung und Anpassung eines entsprechenden Materialmodelis in einem Finite Elemente (FE) Programm sind Daten aus systematischen Druckversuchen mit Variation der relevanten Einflussgrößen erforderlich. An der BAM werden daher im Rahmen eines werkstoffübergreifenden Forschungsvorhabens zur Untersuchung von stoßdämpfenden Strukturen auch die Eigenschaften von Dämpferbeton experimentell untersucht und zugehörige numerische Methoden entwickelt. Der aktuelle Beitrag behandelt die Ergebnisse der ersten Projektphase, in der kubische Probekörper mit der Kantenlänge 100mm bei unterschiedlichen Lagerungsbedingungen statisch und dynamisch gestaucht wurden. In nachfolgenden Versuchen wird der Einfluß der Probengröße ermittelt sowie die Eignung der verwendeten Materialmodelle anhand realistischer Belastungssituationen validiert. Versuchsprogramm. T2 - Jahrestagung Kerntechnik 2011 CY - Berlin, Germany DA - 17.05.2011 KW - Stoßdämpfende Werkstoffe KW - Materialmodellierung KW - Versuchsprogramm KW - Stoßbelastung KW - Dehnratenabhängigkeit KW - Temperaturabhängigkeit KW - Polyurethan Schaum KW - Dämpferbeton PY - 2011 IS - Session TS-17 / Paper 171 SP - 1 EP - 5 AN - OPUS4-23836 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Kasparek, Eva Maria A1 - Völzke, Holger A1 - Scheidemann, Robert A1 - Zencker, Uwe A1 - Wolff, Dietmar T1 - Experimentelle und numerische Untersuchungen von stoßdämpfenden Werkstoffen für Behälter zur Entsorgung radioaktiver Stoffe N2 - Die mechanische Beanspruchung von Transport- und Lagerbehältern für radioaktive Stoffe gemäß den durch die IAEA vorgegebenen Prüfszenarien oder bei Unfällen, die während der Handhabung in einer kerntechnischen Anlage auftreten können, wird maßgeblich durch das Design der Stoßdämpfer und die Eigenschaften des jeweiligen Untergrundes beeinflusst. Da der Nachweis der Behälterintegrität und -dichtheit häufig an numerische Simulationen gekoppelt ist, sind für die sicherheitstechnische Auslegung der Konstruktion zuverlässige Informationen über das Energieabsorptionsvermögen der Werkstoffe und eine geeignete Umsetzung dieser Daten in FEM - Programme erforderlich. Die im Rahmen von Falluntersuchungen bei der BAM festgestellten, teilweise erheblichen Abweichungen zwischen experimentellen und berechneten Größen sind entsprechend darauf zurückzuführen, dass die zur Verfügung stehenden numerischen Verfahren das komplexe Verhalten der stoßdämpfenden Strukturen nicht ausreichend präzise wiedergeben. Hiervon besonders betroffen sind Bauteile aus Holz und Polyurethan-Schaum (PU-Schaum), die zur Konstruktion von Behälterstoßdämpfern für die Transportkonfiguration eingesetzt werden, sowie Dämpferbeton, der in ausgewählten Bereichen im Fundament von Standort-Zwischenlagern eingebaut wird. Um die zugehörigen Materialmodelle weiter zu entwickeln und die dafür erforderliche Datenbasis zu schaffen, hat die BAM vor knapp zwei Jahren das vom BMBF geförderte Forschungsvorhaben ENREA (Entwicklung rechnerischer Analysemethoden für stoßdämpfende Strukturen beim Anprall oder Absturz von Abfallgebinden) gestartet. Wesentlicher Bestandteil ist ein systematisches Versuchsprogramm, bei dem die drei genannten Werkstoffe statisch und dynamisch hohen Druckbelastungen ausgesetzt werden. Relevante Versuchsparameter sind, neben der Dehnrate, die Temperatur und Lagerungsbedingungen sowie die Orientierung des Werkstoffes hinsichtlich der Belastungsrichtung. Dieser Beitrag präsentiert die wichtigsten Ergebnisse aus der ersten Versuchsphase, die durch weggesteuerte Versuche mit konstanten Prüfgeschwindigkeiten von 0,02 mm/s und 3000 mm/s gekennzeichnet ist. Darüber hinaus wird die Verwertung dieser Daten zur Anpassung von Materialmodellen auf der Grundlage von Nachrechnungen gezeigt, wobei die Möglichkeiten und Grenzen der verwendeten Konzepte Umrissen werden. Aufgrund des Umfangs, den die Versuche mit Holzwerkstoffen einnehmen, und des erforderlichen Aufwandes für die numerische Modellierung werden die entsprechenden Maßnahmen und Ergebnisse in einem eigenständigen Beitrag auf der KONTEC vorgestellt. T2 - KONTEC 2011 - 10. Internationales Symposium "Konditionierung radioaktiver Betriebs- und Stilllegungsabfälle" CY - Dresden, Germany DA - 06.04.2011 KW - Stoßdämpfende Werkstoffe KW - Materialmodellierung KW - Versuchsprogramm KW - Stoßbelastung KW - Dehnratenabhängigkeit KW - Temperaturabhängigkeit KW - Polyurethan Schaum KW - Dämpferbeton PY - 2011 SP - 453 EP - 458 AN - OPUS4-23709 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Kasparek, Eva Maria A1 - Völzke, Holger A1 - Scheidemann, Robert A1 - Zencker, Uwe T1 - Numerical and experimental investigations of polyurethane foam for use as cask impact limiter in accidental drop scenarios T2 - WM2012 - Waste management conference CY - Phoenix, AZ, USA DA - 2012-02-26 KW - Plasticity KW - Finite elements KW - Material models KW - Rate dependency KW - Temperature dependency KW - Compression tests KW - Drop tests KW - Parameter identification PY - 2012 SN - 978-0-9836186-1-4 N1 - Serientitel: WM Symposia – Series title: WM Symposia IS - Paper 12099 SP - 1 EP - 9 AN - OPUS4-26270 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Scheidemann, Robert A1 - Droste, Bernhard A1 - Völzke, Holger A1 - Müller, Karsten T1 - Dynamic compression tests on damping materials T2 - Radioactive Materials Transport and Storage Conference 2012, RAMTRANS CY - London, England DA - 2012-05-22 PY - 2012 AN - OPUS4-25962 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Eisenacher, Germar A1 - Scheidemann, Robert A1 - Neumann, Martin A1 - Wille, Frank A1 - Droste, Bernhard T1 - Crushing characteristics of spruce wood used in impact limiters of type B packages T2 - PATRAM 2013 - 17th International symposium on the packaging and transportation of radioactive materials CY - San Francisco, CA, USA DA - 2013-08-18 KW - Spruce wood KW - Crush test KW - Impact limiter PY - 2013 SP - 1 EP - 10(?) PB - Omnipress AN - OPUS4-30219 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Qiao, Linan A1 - Kasparek, Eva Maria A1 - Völzke, Holger A1 - Zencker, Uwe A1 - Scheidemann, Robert T1 - Development of a finite element model for damping concrete under severe impact loads N2 - Finite element analysis (FEA) has been carried out for investigation of damping concrete under different impact loading conditions with a built-in material model and damage criteria available in FEA code ABAQUS. At first, all parameters for the selected material model had been derived from compression Tests of cubic specimens. After that, a validation was carried out with different static and dynamic penetration tests. Finally, a 5 meter real drop test with a 23 Mg cylindrical cask could successfully be simulated. T2 - PATRAM 2013 - 17th International symposium on the packaging and transportation of radioactive materials CY - San Francisco, CA, USA DA - 18.08.2013 PY - 2013 SP - Session D, Paper 127, 1 EP - 10 PB - Omnipress AN - OPUS4-29110 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Scheidemann, Robert A1 - Kasparek, Eva Maria A1 - Müller, Karsten A1 - Droste, Bernhard A1 - Völzke, Holger T1 - Model-Sized and Full-Scale Dynamic Penetration Tests on Damping Concrete T2 - 17th International Symposium on the Packaging and Transportation of Radioactive Materials PATRAM 2013 CY - San Francisco, CA, USA DA - 2013-08-18 PY - 2013 AN - OPUS4-30276 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER -