TY - JOUR A1 - Zhang, G. A1 - Wetzel, B. A1 - Jim, B. A1 - Österle, Werner T1 - Impact of counterface topography on the formation mechanisms of nanostructured tribofilm of PEEK hybrid nanocomposites N2 - The effect of steel counterface topography on the formation mechanisms of nanostructured tribofilms of polyetheretherketone (PEEK) hybrid nanocomposites was studied. Three types of surface finishes with mean roughness Ra ranging from nano- to micro-scale were investigated. Tribo-sintering of nanopartides, oxidation of counterface steel and compaction of wear debris are identified to be competing factors dominating the formation and function of the tribofilms. Counterface topography played an important role on the competing factors, and thereby influenced significantly the final structure, the load-carrying capability and the lubrication performance of the tribofilms. It was disclosed that a thin tribofilm, which mainly consists of silica nanoparticles and which forms on the counterface with a submicron roughness, benefits best the tribological performance of the composites KW - Surface topography KW - Nanocomposite KW - Tribology KW - Tribofilm PY - 2015 DO - https://doi.org/10.1016/j.triboint.2014.11.015 SN - 0301-679X VL - 83 SP - 156 EP - 165 PB - Butterworth-Heinemann CY - Oxford AN - OPUS4-34612 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Bosch, R.-W. A1 - Cottis, R.A. A1 - Csecs, K. A1 - Dorsch, T. A1 - Dunbar, L. A1 - Heyn, Andreas A1 - Huet, F. A1 - Hyökyvirta, O. A1 - Kerner, Z. A1 - Kobzova, A. A1 - Macak, J. A1 - Novotny, R. A1 - Öijerholm, J. A1 - Piippo, J. A1 - Richner, R. A1 - Ritter, S. A1 - Sánchez-Amaya, J.M. A1 - Somogyi, A. A1 - Väisänen, S. A1 - Zhang, W. T1 - Reliability of electrochemical noise measurements: Results of round-robin testing on electrochemical noise N2 - Sixteen laboratories have performed electrochemical noise (EN) measurements based on two systems. The first uses a series of dummy cells consisting of a 'star' arrangement of resistors in order to validate the EN measurement equipment and determine its baseline noise performance, while the second system, based on a previous round-robin in the literature, examines the corrosion of aluminium in three environments. All participants used the same measurement protocol and the data reporting and analysis were performed with automatic procedures to avoid errors. The measurement instruments used in the various laboratories include commercial general-purpose potentiostats and custom-built EN systems. The measurements on dummy cells have demonstrated that few systems are capable of achieving instrument noise levels comparable to the thermal noise of the resistors, because of its low level. However, it is of greater concern that some of the instruments exhibited significant artefacts in the measured data, mostly because of the absence of anti-aliasing filters in the equipment or because the way it is used. The measurements on the aluminium samples involve a much higher source noise level during pitting corrosion, and most (though not all) instruments were able to make reliable measurements. However, during passivation, the low level of noise could be measured by very few systems. The round-robin testing has clearly shown that improvements are necessary in the choice of EN measurement equipment and settings and in the way to validate EN data measured. The results emphasise the need to validate measurement systems by using dummy cells and the need to check systematically that the noise of the electrochemical cell to be measured is significantly higher than the instrument noise measured with dummy cells of similar impedance. KW - Electrochemical noise KW - Round-robin KW - Corrosion PY - 2014 DO - https://doi.org/10.1016/j.electacta.2013.12.093 SN - 0013-4686 SN - 1873-3859 VL - 120 SP - 379 EP - 389 PB - Elsevier Science CY - Kidlington AN - OPUS4-30284 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Österle, Werner A1 - Giovannozzi, A. A1 - Gradt, Thomas A1 - Häusler, Ines A1 - Rossi, A. A1 - Wetzel, B. A1 - Zhang, G. A1 - Dmitriev, A.I. T1 - Exploring the potential of Raman spectroscopy for the identification of silicone oil residue and wear scar characterization for the assessment of tribofilm functionality N2 - We applied a combination of Raman spectroscopy (RS) and cross-sectional transmission electron microscopy (X-TEM) to identify silicone oil residues and tribofilms at steel disc surfaces after tribological testing. Neither chemical cleaning nor mechanical removal of a 50 µm thick surface layer produced a surface without any silicone residue. Nevertheless, long-term tribological properties are not affected due to silicone degradation which has been proved by Raman spectroscopy. Excellent anti-wear and anti-friction properties of a nanocomposite at severe stressing conditions correlated with the formation of a silica-based tribofilm containing amorphous and graphite-like carbon nanoparticles. Since reliable carbon quantification by analytical TEM is difficult, RS is a useful complementary method for carbon identification at wear scars. KW - Raman spectroscopy KW - Cross-sectional TEM KW - Silicone oil residue KW - Tribofilm PY - 2015 DO - https://doi.org/10.1016/j.triboint.2015.04.046 SN - 0301-679X VL - 90 SP - 481 EP - 490 PB - Butterworth-Heinemann CY - Oxford AN - OPUS4-33421 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Qiu, Yan A1 - Yu, H. A1 - Gornushkin, Igor B. A1 - Li, J. A1 - Wu, Q. A1 - Zhang, Z. A1 - Li, X. T1 - Measurement of trace chromium on structural steel surface from a nuclear power plant using dual-pulse fiber-optic laser-induced breakdown spectroscopy N2 - Remote and on-line measurement of chromium on structural steel surface in nuclear power plants is critical for protection against fluid accelerated corrosion. To improve the insufficient sensitivity of fiber-optic laser-induced breakdown spectroscopy toward trace element detection, a dual-pulse spectral enhancement system is set up. In an iron matrix, for the purpose of improving sensitivity of trace chromium analysis and reducing the self-absorption of iron, the effects of key parameters are investigated. The optimal values of the parameters are found to be: 450 ns inter-pulse delay, 700 ns gate delay, 30 mJ/6 mJ pulse energy ratio, and 19.8 mm lens-to-sample distance (corresponding to a 799 μm laser focused spot size). Compared to the single-pulse system, the shot number of dual-pulse ablation is limited for reducing surface damage. After the optimization of the dual-pulse system, the signal-to-noise ratio of the trace chromium emission line has been improved by 3.5 times in comparison with the single-pulse system, and the self-absorption coefficient of matrix iron has been significantly reduced with self-reversal eliminated. The number of detectable lines for trace elements has more than doubled thus increasing the input for spectral calibration without significantly increasing the ablation mass. Three calibration methods including internal standardization, partial least squares regression and random forest regression are employed to determine the chromium and manganese concentrations in standard samples of low alloy steel, and the limit of detection is respectively calculated as 36 and 515 ppm. The leave-one-out cross validation method is utilized to evaluate the accuracy of chromium quantification, and the concentration mapping of chromium is performed on the surface of a steel sample (16MND5) with a relative error of 0.02 wt.% KW - Fiber-optic laser-induced breakdown spectroscopy (FO-LIBS) KW - Dual-pulse KW - Parameter optimization KW - Spectral enhancement KW - Self-absorption coefficient KW - Concentration mapping PY - 2020 DO - https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2020.147497 SN - 0169-4332 VL - 533 IS - 147497 SP - 1 EP - 29 PB - Elsevier CY - Amsterdam AN - OPUS4-51143 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Zhang, Zhiyang A1 - Kneipp, Janina T1 - Surface Molecular Patterning by Plasmon-Catalyzed Reactions N2 - Self-assembled monolayers (SAMs) on plasmonic substrates play a significant role applications of surface-enhanced Raman scattering (SERS). At the same time, localized surface plasmon resonances (LSPRs) can be employed for a broad range of plasmon-supported chemical modifications. Here, micropatterning using the derivatization of SAMs on gold nanosubstrates for rewritable SERS-based security labels or as the basis for sensing arrays functionalized with biomolecules is demonstrated using different plasmon-catalyzed reactions. The formation of 4,4′-dimercaptoazobenzene (DMAB) from p-aminothiophenol (PATP) as well as from p-nitrothiophenol (PNTP) and the reduction of PNTP to PATP are used to change the functionality of the substrate in specified positions. Employing LSPR, the reactions are started by illumination using visible laser light at a high intensity in a focal spot of a microscope objective and yield microscopic patterns of the reaction product. The obtained molecular patterns can be erased by other reactions, enabling different strategies for rewriting, encryption, or stepwise functionalization. KW - 4,4′-dimercaptoazobenzene KW - Surface molecular patterning KW - Plasmon-catalyzed reactions KW - p-aminothiophenol KW - p-nitrothiophenol PY - 2021 DO - https://doi.org/10.1021/acsami.1c12410 SN - 1944-8252 VL - 13 IS - 36 SP - 43708 EP - 43714 PB - ACS Publications AN - OPUS4-53341 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Wu, Z. A1 - Guo, X. A1 - Xie, G. A1 - Yan, T. A1 - Wu, Dejian A1 - Zhang, F. A1 - Ang, R. T1 - Heat and electric flux coupling of closed-loop thermoelectric generator N2 - Thermoelectric generator (TEG) has been proved as a promising technology for directly converting heat into electricity based on Seebeck effect. On the contrary, this electricity can trigger a solid-state cooling based on conventional Peltier effect. However, these two effects induce a coupling between heat and electric flux, especially for the quantitative relationship still remaining a mystery. Here, we show experimental evidence and theoretical calculation for the coupling by monitoring transient response of fluid temperature and output power. The experimental maximum heat flow in open circuit is 1162 W at cold fluid flow rate = 0.3 m3/h and fluid temperature difference ΔTf = 70 °C, enhanced by 13% owing to heat compensation from intrinsic coupling in closed-loop circuit. Meanwhile, the measured maximum output power of TEG is 18.2 W, and subsequently decreases to 15.4 W due to the objective existence of coupling. This double-edged sword in coupling vigorously inspires the potential applications in heat-dissipation situation such as spacecraft, electronic components, photovoltaic, refrigerator and etc. Present findings open a novel avenue for manipulating heat-electricity conversion in practical engineering. KW - Thermoelectric generator PY - 2021 DO - https://doi.org/10.1016/j.enconman.2021.114529 SN - 0196-8904 VL - 244 SP - 1 EP - 13 PB - Elsevier Ltd. AN - OPUS4-53661 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Zhang, Z. A1 - Kneipp, Janina T1 - Ligand-Supported Hot Electron Harvesting: Revisiting the pHResponsive Surface-Enhanced Raman Scattering Spectrum of p‑Aminothiophenol N2 - The discussion of the surface-enhanced Raman scattering (SERS) spectra of p-aminothiophenol (PATP) and of ist photocatalytic reaction product 4,4′-dimercaptoazobenzene (DMAB) is important for understanding plasmon-supported spectroscopy and catalysis. Here, SERS spectra indicate that DMAB forms also in a nonphotocatalytic reaction on silver nanoparticles. Spectra measured at low pH, in the presence of the acids HCl, H2SO4, HNO3, and H3PO4, show that DMAB is reduced to PATP when both protons and chloride ions are present. Moreover, the successful reduction of DMAB in the presence of other, halide and nonhalide, ligands suggests a central role of these species in the reduction. As discussed, the ligands increase the efficiency of hot-electron harvesting. The pH-associated reversibility of the SERS spectrum of PATP is established as an Observation of the DMAB dimer at high pH and of PATP as a product of its hot-electron reduction at low pH, in the presence of the appropriate ligand. KW - Redox reactions KW - Metal nanoparticles KW - Ligands KW - Raman spectroscopy KW - Nanoparticle formation PY - 2021 DO - https://doi.org/10.1021/acs.jpclett.0c03732 SN - 1948-7185 VL - 12 IS - 5 SP - 1542 EP - 1547 PB - ACS Publications AN - OPUS4-52140 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Schutjajew, K. A1 - Pampel, Jonas A1 - Zhang, W. A1 - Antonietti, M. A1 - Oschatz, M. T1 - Influence of pore architecture and chemical structure on the sodium storage in nitrogen‐doped hard carbons N2 - Hard carbon is the material of choice for sodium ion battery anodes. Capacities comparable to those of lithium/graphite can be reached, but the understanding of the underlying sodium storage mechanisms remains fragmentary. A two‐step process is commonly observed, where sodium first adsorbs to polar sites of the carbon (“sloping region”) and subsequently fills small voids in the material (“plateau region”). To study the impact of nitrogen functionalities and pore geometry on sodium storage, a systematic series of nitrogen‐doped hard carbons is synthesized. The nitrogen content is found to contribute to sloping capacity by binding sodium ions at edges and defects, whereas higher plateau capacities are found for materials with less nitrogen content and more extensive graphene layers, suggesting the formation of 2D sodium structures stabilized by graphene‐like pore walls. In fact, up to 84% of the plateau capacity is measured at potentials less than 0 V versus metallic Na, that is, quasimetallic sodium can be stabilized in such structure motifs. Finally, gas physisorption measurements are related to charge discharge data to identify the energy storage relevant pore architectures. Interestingly, these are pores inaccessible to probe gases and electrolytes, suggesting a new view on such “closed pores” required for efficient sodium storage. KW - Sodium Ion Batteries KW - Hard Carbon KW - Storage Mechanism KW - Anode PY - 2021 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-522529 DO - https://doi.org/10.1002/smll.202006767 VL - 17 IS - 48 SP - 2006767 PB - Wiley Online Library AN - OPUS4-52252 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Zhou, F. A1 - Ma, C. A1 - Zhang, K. A1 - Chan, Yin Yam A1 - Xiao, Y. A1 - Schartel, Bernhard A1 - Döring, M. A1 - Wang, B. A1 - Hu, W. A1 - Hu, Y. T1 - Synthesis of Ethyl (Diethoxymethyl)phosphinate Derivatives and Their Flame Retardancy in Flexible Polyurethane Foam: Structure-flame Retardancy Relationships N2 - Three novel liquid ethyl (diethoxymethyl)phosphinate derivatives (EDPs) were synthesized and incorporated into flexible polyurethane foams (FPUFs). The flame retardancy of FPUFs were evaluated by limiting oxygen index (LOI), vertical burning and cone calorimetry tests, and the results indicated the structure-flame retardancy relationship of EDPs. Among these EDPs, P-(diethoxymethyl)-N-phenylphosphonamidate (EDPPA) exhibited the best flame retardant effect, methyl 3-((diethoxymethyl)(ethoxy)phosphoryl)propanoate (EDPMA) the second, and ethyl phenyl (di-ethoxymethyl)phosphonate (EDPPO) the worst. When the incorporation of EDPPA was 10 wt%, the FPUFs could self-extinguish and pass the vertical burning test. Meanwhile, the LOI value of FPUF-PA increased to 23.6% with 20 wt% loading of flame retardant. According to the investigation of volatiles during the thermal degradation of FPUFs and the morphologies of char residues after cone test, we inferred the pos- sible flame retardant mechanism. The results indicated that EDPs could release phosphorus-containing compounds in the gas phase, which would generate phosphorus-containing radicals and play the role of radical scavenger. In the condensed phase, EDPs can promote the formation of dense, intact and thermal stably char layer on the surface of FPUFs. Moreover, we found that the structure influence on flame retardancy was attributed to the atoms linked to the central phosphorus. Our results indicate that these EDPs are promising flame retardants in FPUFs that can be applied to improve the flame retardancy of FPUFs in various practical applications. KW - Ethyl (diethoxymethyl)phosphinate derivatives KW - Flame retardant KW - Flexible polyurethane foam KW - Structure-flame retardancy relationship PY - 2021 DO - https://doi.org/10.1016/j.polymdegradstab.2021.109557 SN - 0141-3910 VL - 188 SP - 109557 PB - Elsevier Ltd. AN - OPUS4-53085 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Heckel, Thomas A1 - Tkachenko, Viktoriya A1 - Zhang, Tianyun A1 - Luplow, Charleen A1 - Jüngert, A. A1 - Brackrock, Daniel A1 - Bertovic, Marija A1 - Kanzler, D. T1 - Der Unterschied zwischen Simulation und Praxis – Einfluss von Toleranzen im Ultraschallprüfsystem und deren Berücksichtigung N2 - Bei der simulationsunterstützten Planung kritischer Ultraschallprüfaufgaben ist die detaillierte Kenntnis der Parameter der eingesetzten Prüfköpfe von entscheidender Bedeutung. Durch die, in den Regelwerken (DIN EN ISO 22232-2) zugelassenen Toleranzen bei der Herstellung der Prüfköpfe sind einige Prüfkopfparameter nur ungefähr bekannt. Durch die Alterung von Prüfköpfen und Verschleiß können auch Parameter variieren, die nicht vollständig durch die erforderliche Justierung ausgeglichen werden können. Daher sind zusätzlichen Vorversuche oft unvermeidlich. In dieser Arbeit wurden nach einer statistischen Versuchsplanung (DoE) Untersuchungen zur relativen Echo-Empfindlichkeit von konventionellen Prüfköpfen durchgeführt. Die Auswertung wurde für prüfkopfbezogene und personenbezogene Stichproben durchgeführt. Es wird gezeigt, wie weit die Daten um den Zentralwert herum verteilt sind bzw. wie sehr sich das Testobjekt im untersuchten Merkmal unterscheidet. Gerade in Hinblick auf die Beurteilung der intrinsischen Fähigkeit von Prüfverfahren und der Human Factors wird das POD-Analysekonzept zur quantitativen Bewertung der Zuverlässigkeit weiterentwickelt. Die HF-Quantifizierung bezieht sich auf verschiedene Faktoren und Methoden, die in der Veröffentlichung von M. Bertovic et al. [1] ausführlich beschrieben wurden. Die Schritte, die für das Bewertungsverfahren zur POD-Analyse erforderlich sind, werden in der Veröffentlichung von D. Kanzler et al. [2] detailliert dargestellt. Die grundlegenden Anforderungen an die Testkörpersätze für die POD-Analyse wurden in der Publikation von A. Jüngert et al. [3] zusammengefasst. Diesbezüglich wurden mit Hilfe von Simulationsrechnungen die möglichen Abweichungen an Beispielen der im Projekt norm- POD ausgewählten Prüfanordnungen dargestellt. Die Ergebnisse wurden Messungen an Testkörpern gegenübergestellt. T2 - DGZfP JAHRESTAGUNG CY - Kassel, Germany DA - 23.05.2022 KW - Simulation KW - Zuverlässigkeit KW - POD KW - Ultraschallprüfung PY - 2022 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-560094 UR - https://www.ndt.net/article/dgzfp2022/papers/p33.pdf AN - OPUS4-56009 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Zhang, Tianyun T1 - Virtuelle Referenzschienen nach DIN EN 16729-1 für die Ultraschallprüfung von verlegten Eisenbahnschienen N2 - Im Rahmen des Forschungsvorhabens AIFRI „Arteficial Intelligence for Rail Inspection“ wird der Prozess der mechanisierten Schienenprüfung in einem digitalen Zwilling abgebildet, um in einem zweiten Schritt mit KI-Algorithmen eine automatisierte Defekterkennung und -klassifizierung trainieren zu können. Hierzu werden relevante Schienenschädigungen und in der Schiene vorhandene Artefakte analysiert und in skalierbare Modelle übertragen. Die Norm DIN EN 16729-1 „Bahnanwendungen - Infrastruktur - Zerstörungsfreie Prüfung an Schienen im Gleis - Teil 1: Anforderungen an Ultraschallprüfungen und Bewertungsgrundlagen“ gilt für die Prüfausrüstung von Schienenprüffahrzeugen und handgeführten Rollgeräten und legt die Anforderungen an die Prüfgrundsätze und -systeme bei der Prüfung verlegter Eisenbahnschienen fest, um vergleichbare Ergebnisse in Bezug auf Lage, Art und Größe der Unregelmäßigkeiten in den Schienen zu erhalten. Um die Performance von Prüfsystemen in der Simulation zu evaluieren, wurden die in den Anhängen der DIN EN 16729-1 angegebenen Bezugsreflektoren als künstliche Reflektoren (nach Anhang A) und simulierte Reflektoren (nach Anhang B) in einem digitalen Zwilling mit einem Schienenprofil 54E4 nach DIN EN 13674-1 sowie mit vereinfachter Geometrie als virtuelle Testschienen abgebildet. Die Simulationen wurden mit den in den Tabellen 3 und 4 nach DIN EN 16729-1 definierten Prüfkopfwinkeln durchgeführt. Die Rechnungen wurden im Labormaßstab an Testkörpern verifiziert und die Signal-Rausch-Abstände für Untersuchungen im Feld ermittelt. Ergebnisse der Untersuchungen und Möglichkeiten der Anwendung werden vorgestellt. Das Forschungsvorhaben wird durch das Bundesministerium für Verkehr und digitale Infrastruktur (BMVI) im Rahmen von mFund unter dem Förderkennzeichen 19FS2014 gefördert. T2 - DACH-Jahrestagung CY - Friedrichshafen, Germany DA - 15.05.2023 KW - Ultraschallprüfung KW - Simulation KW - Schienenprüfung PY - 2023 AN - OPUS4-57625 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Friedrich, Alexander A1 - Zhang, Tianyun T1 - Modellierung von Ultraschall- und Wirbelstromschienenprüfdaten N2 - Im Rahmen des Forschungsprojekts "Artificial Intelligence for Rail Inspection" (AIFRI) wird ein KI-Algorithmus entwickelt, um die Fehlererkennung und Bewertung bei der Auswertung von Schienenprüfungen mittels Ultraschall- und Wirbelstromprüfverfahren zu verbessern. Die Bandbreite möglicher Defekte und die Menge an Einflussgrößen auf die Schienenprüfung ist sehr groß, aber die Prüfdaten aus dem Feld bilden diese Bandbreite nicht balanciert ab und sind unzureichend gelabelt. Durch Simulationen werden große Mengen detailliert gelabelter Daten für relevante Schienenschädigungen und Artefakte bereitgestellt. Aus diesen Daten werden wiederum virtuellen Prüffahrten erstellt, die für das Training und die Validierung der KI genutzt werden können. In unserem Poster stellen wir die Simulation dieser Ultraschall- und Wirbelstromprüfdaten vor. Dabei gehen wir im Detail auf die Themen CAD-Modellierung, Modellparameter, Simulationssoftware und Signalverarbeitung ein. Wir stellen ausgewählt die Simulation von Head Checks für Wirbelstromprüfverfahren und Bohrungsanrissen für Ultraschallprüfverfahren dar, da das Erkennen dieser Schädigungstypen bei der Schienenprüfung hohe Priorität innehat. Für die Verifikation der Simulationsergebnisse verweisen wir auf den ebenfalls eingereichten Vortrag „Verifikation von Ultraschall- und Wirbelstromsimulationen bei der Schienenprüfung“. Das Projekt AIFRI wird im Rahmen der Innovationsinitiative mFUND unter dem Förderkennzeichen 19FS2014 durch das Bundesministerium für Digitales und Verkehr gefördert. T2 - 13. Fachtagung ZfP im Eisenbahnwesen CY - Erfurt, Germany DA - 12.03.2024 KW - Simulation KW - Ultraschall KW - Wirbelstrom PY - 2024 AN - OPUS4-59719 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Zhang, Tianyun A1 - Friedrich, Alexander T1 - Verifikation von Ultraschall- und Wirbelstromsimulationen bei der Schienenprüfung N2 - Im Rahmen des Forschungsprojekts "Artificial Intelligence for Rail Inspection" (AIFRI) wird ein KI-Algorithmus entwickelt, um die Fehlererkennung und Bewertung bei der Auswertung von Schienenprüfungen mittels Ultraschall- und Wirbelstromprüfverfahren zu verbessern. Je nach Prüfverfahren werden relevante Schienenschädigungen (z. B. Head Checks) und Artefakte (z. B. Bohrungen) entsprechend analysiert und in einem parametrisierbaren digitalen Zwilling abgebildet, um anschließend die KI-Algorithmen trainieren zu können. Mit der Simulation können Prüffahrten virtuell durchgeführt und Schadensbilder für das KI-Training erzeugt werden, die das Verhalten komplexer Systeme reproduzieren, ohne dass das reale System benötigt wird. Die Modellannahmen sind dabei von erheblicher Bedeutung, denn unzureichende Modellannahmen führen leicht zu falschen Simulationsergebnissen. Um die Ergebnisse einer Simulation ordnungsgemäß darstellen zu können, ist das Simulationsmodell selbst zu überprüfen. Die Vollständigkeit, Richtigkeit und Genauigkeit der Simulationsergebnisse werden anhand von realen Prüfungen verifiziert. Für die Verifikation der Ultraschallsimulation werden hier Stegbohrungen als Referenzreflektoren herangezogen. Als Testkörper stehen Schienensegmente mit unterschiedlichen Profiltypen sowie speziell angefertigte Testkörper mit schienenähnlicher Geometrie zur Verfügung. In den Testkörpern befinden sich künstliche und reale Schädigungen in Kopf-, Steg- und Fußbereich, sowie Bohrungen mit Nuten. Die Validierung der Wirbelstromsimulation erfolgt an Testkörpern, die aus Schienenköpfen gefertigt sind. Dabei werden die Signale für unterschiedliche Nuttiefen und Nutenpaare mit unterschiedlichen Abständen untersucht. Für die Modellierung der Simulationsergebnisse verweisen wir auf das ebenfalls eingereichte Poster „Simulation von Ultraschall- und Wirbelstromprüfdaten für die Schienenprüfung“. Das Projekt AIFRI wird im Rahmen der Innovationsinitiative mFUND unter dem Förderkennzeichen 19FS2014 durch das Bundesministerium für Digitales und Verkehr gefördert. T2 - 13. Fachtagung ZfP im Eisenbahnwesen CY - Erfurt, Germany DA - 12.03.2024 KW - Ultraschallprüfung KW - Simulation KW - Schienenprüfung PY - 2024 AN - OPUS4-59720 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Zhang, Tianyun T1 - Aufbau eines digitalen Zwillings für die mechanisierte Eisenbahnschienenprüfung für das Training von KI-Algorithmen N2 - Im Rahmen des Forschungsprojekts "Artificial Intelligence for Rail Inspection" (AIFRI) wird ein KI-Algorithmus entwickelt, um die Fehlererkennung bei der Auswertung von Schienenprüfungen zu verbessern. Der Prozess der mechanisierten Schienenprüfung wird analysiert und die Schienenfehler sowie Artefakte werden in einem digitalen Zwilling abgebildet, um in einem weiteren Schritt die automatische Fehlererkennung und Klassifizierung mit KI-Algorithmen trainieren zu können. Zu diesem Zweck werden Ultraschalldatensätze auf der Grundlage der Regelwerke und Informationen aus der Instandhaltung mit einer Simulationssoftware erstellt, die Anzeigen der verschiedenen Schienenschädigungen und Artefakte enthalten. Die Schienenfehler werden bei der Auswertung in Fehlerklassen eingeordnet, für das KI-Training priorisiert und auf Basis der von der DB Netz AG ausgewählten Informationen untersucht. Hierfür werden die Schienenfehler nach den für das KI-Training relevanten Merkmalen zerlegt und die Konfiguration der Parameter der Simulation entsprechend abgestimmt. Für die Grundstruktur des Datensatzes wird ein Schienenmodell mit einer Länge von einem Meter für die Simulation eingesetzt, auf dessen Basis alle bei der Schienenprüfung zu verwendenden Prüfköpfe für den jeweiligen Reflektortyp betrachtet werden. Die simulierten Daten werden auf einer Testschiene im Labormaßstab validiert. Mögliche Einflussparameter wie z. B. der Signal-Rausch-Abstand sowie die Fahrgeschwindigkeit werden in den Datensätzen herangezogen. Die Zusammenstellung eines Testdatensatzes mit lokal veränderlichen Einflussgrößen erfolgt aus den simulierten Daten unter Verwendung der skriptbasierten Programmierumgebung Python und Matlab. Das Projekt AIFRI wird im Rahmen der Innovationsinitiative mFUND unter dem Förderkennzeichen 19FS2014 durch das Bundesministerium für Digitales und Verkehr gefördert. T2 - Seminar des FA Ultraschallprüfung Konventionelle und innovative Anwendungen der Ultraschallprüfverfahren CY - Kassel, Germany DA - 14.11.2023 KW - Ultraschallprüfung KW - Simulation KW - Schienenprüfung PY - 2023 AN - OPUS4-59055 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Zhang, X. A1 - Shi, L. A1 - Wu, C. A1 - Yang, Chunliang A1 - Gao, S. T1 - Multi-phase modelling of heat and mass transfer during Ti/Al dissimilar friction stir welding process N2 - Friction stir welding (FSW) has the capacity to join the Al/Ti dissimilar structures with superior mechanical properties. The microstructures and mechanical characteristics of Al/Ti dissimilar FSW joints are determined by the heat and mass transfer during the welding process. However, a quantitative study of the Al/Ti dissimilar FSW process is lacking. Therefore, using the computational fluid dynamics (CFD) and volume of fluid (VOF) approach, a multi-phase model was constructed for quantitatively analyzing the heat and mass transfer behaviour in dissimilar FSW of TC4 titanium alloy and AA2024-T4 aluminium alloy. The mixed material was treated as a functionally graded material (FGM) to compute the thermophysical characteristics at the weld nugget zone (WNZ). Due to the vast disparity in the thermophysical characteristics of aluminum and titanium alloy, the temperature field in Al/Ti dissimilar FSW was severely asymmetric. The temperature of titanium alloy on the advancing side (AS) was higher than that of aluminium alloy on the retreating side (RS) at the same distance from the tool centre line near the tool shoulder, but it was lower than that of aluminium alloy on the RS without the influence of the shoulder. Due to the high flow stress of titanium alloy, plastic material flow mostly occurred on the RS of aluminium alloy in the Al/Ti dissimilar FSW, with its percentage exceeding 80%. This model was validated by experiment results. KW - Dissimilar friction stir welding KW - Al/Ti dissimilar joints KW - Temperature distribution KW - Heat generation KW - Plastic material flow PY - 2023 DO - https://doi.org/10.1016/j.jmapro.2023.03.037 SN - 2212-4616 VL - 94 SP - 240 EP - 254 PB - Elsevier Ltd. AN - OPUS4-57265 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Sadowski, A. A1 - Seidel, M. A1 - Al-Lawati, H. A1 - Azizi, E. A1 - Balscheit, Hagen A1 - Böhm, M. A1 - Chen, Lei A1 - van Dijk, I. A1 - Doerich-Stavridis, C. A1 - Kunle Fajuyitan, O. A1 - Filippidis, A. A1 - Winther Fischer, A. A1 - Fischer, C. A1 - Gerasimidis, S. A1 - Karampour, H. A1 - Kathirkamanathan, L. A1 - Subramanian, S. A1 - Topkaya, Cem A1 - Wagner, H. N. R. A1 - Wang, J. A1 - Wang, J. A1 - Kumar Yadav, K. A1 - Yun, X. A1 - Zhang, P. T1 - 8-MW wind turbine tower computational shell buckling benchmark - Part 1: An international ‘round-robin’ exercise N2 - An assessment of the elastic-plastic buckling limit state for multi-strake wind turbine support towers poses a particular challenge for the modern finite element analyst, who must competently navigate numerous modelling choices related to the tug-of-war between meshing and computational cost, the use of solvers that are robust to highly nonlinear behaviour, the potential for multiple near-simultaneously critical failure locations, the complex issue of imperfection sensitivity and finally the interpretation of the data into a safe and economic design. This paper reports on an international ‘round-robin’ exercise conducted in 2022 aiming to take stock of the computational shell buckling expertise around the world which attracted 29 submissions. Participants were asked to perform analyses of increasing complexity on a standardised benchmark of an 8-MW multi-strake steel wind turbine support tower segment, from a linear elastic stress analysis to a linear bifurcation analysis to a geometrically and materially nonlinear buckling analysis with imperfections. The results are a showcase of the significant shell buckling expertise now available in both industry and academia. This paper is the first of a pair. The second paper presents a detailed reference solution to the benchmark, including an illustration of the Eurocode-compliant calibration of two important imperfection forms. KW - Wind turbine tower KW - Computational KW - Shell buckling KW - Benchmark PY - 2023 DO - https://doi.org/10.1016/j.engfailanal.2023.107124 SN - 1350-6307 VL - 148 SP - 1 EP - 23 PB - Elsevier Science CY - Oxford AN - OPUS4-57019 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER -