TY - GEN ED - Hennecke, M. ED - Skrotzki, Birgit T1 - Hütte Band 3: Elektro- und informationstechnische Grundlagen für Ingenieure N2 - Die HÜTTE ist ein Kompendium und Nachschlagewerk für unterschiedliche Aufgabenstellungen. Durch Kombination der Einzeldisziplinen dieses Wissenskreises kann das multidisziplinäre Grundwissen für die verschiedenen Technikbereiche und Ingenieuraufgaben zusammengestellt werden. Die HÜTTE enthält in drei Bänden - orientiert am Stand von Wissenschaft und Technik und den Lehrplänen der Technischen Universitäten und Hochschulen - die Grundlagen des Ingenieurwissens. Band 3 enthält die Elektro- und informationstechnische Grundlagen. KW - Elektrotechnische Grundlagen KW - Informationstechnische Grundlagen PY - 2023 SN - 978-3-662-64374-7 DO - https://doi.org/10.1007/978-3-662-64375-4 SN - 2522-8188 SP - 1 EP - 923 PB - Springer Vieweg CY - Berlin ET - 35 AN - OPUS4-57137 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Beygi Nasrabadi, Hossein A1 - Skrotzki, Birgit T1 - Ontology-oriented modeling of the Vickers hardness knowledge graph N2 - This research deals with the development of the Vickers hardness knowledge graph, mapping the example dataset in them, and exporting the data-mapped knowledge graph as a machine-readable Resource Description Framework (RDF). Modeling the knowledge graph according to the standardized test procedure and using the appropriate upper-level ontologies were taken into consideration to develop the highly standardized, incorporable, and industrial applicable models. Furthermore, the Ontopanel approach was utilized for mapping the real experimental data in the developed knowledge graphs and the resulting RDF files were successfully evaluated through the SPARQL queries. T2 - ICMMM 2023: 10th International Conference on Mechanics, Materials and Manufacturing CY - Washington, D.C., USA DA - 18.08.2023 KW - Ontology KW - Knowledge graph KW - Data mapping KW - Vickers hardness KW - FAIR data PY - 2023 AN - OPUS4-58100 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Abel, Andreas A1 - Rosalie, Julian M. A1 - Reinsch, Stefan A1 - Zapala, Pawel A1 - Michels, Heiner A1 - Skrotzki, Birgit T1 - Influence of Mo and B additions in intermetallic near-Fe3Al alloys on microstructure and mechanical properties N2 - Iron aluminides, already reported in the late 19th century, did not cease to attract the interest of scientists and engineers ever since. Besides good oxidation resistance, low density and resource availability, potentials for hightemperature strengths that compete with high-alloy steels were unlocked by low alloy contents. Still, research on alloy design continues, as alloying usually comes at the price of brittleness in low-temperature regimes. A potential candidate is the quinary Fe–Al–Mo–Ti–B system which is strengthened by solid solution and eutectic borides. It was shown to have good strength and outstanding creep resistance under compressive loading up to elevated temperatures. Although the individual effect of alloy additions is well understood in iron aluminides, little is known about the combined effects of alloying concentrations on microstructure, phase stability and mechanical properties. Therefore a systematic study of two Ti-doped near-Fe3Al alloys with varying contents of Mo (2–4 at.%) and B (0.5–1 at.%) was conducted. In total eight different alloys were fabricated by investment casting into ceramic shell molds. Alloys were characterized and compared by grain size, phase transitions, microstructure evolution as well as elemental compositions and volume fractions of phases. For mechanical characterization, macrohardness and microhardness tests as well as tensile tests at ambient and high tempera tures were conducted. Independent of alloy additions, alloys with 24–25 at.% Al exhibit superior proof strength due to a higher matrix hardness. Decreasing B content generally decreases strength by lower secondary phase fractions which contribute via particle hardening. Reducing Mo content decreases both the solute concentration in the matrix and secondary phase fractions. Surprisingly, strength is similar or even superior to alloys with higher Mo content. Strength relations are discussed with a focus on solid-solution hardening theory and other competing strengthening mechanisms. KW - Materials Chemistry KW - Metals and Alloys KW - Mechanical Engineering KW - Mechanics of Materials KW - General Chemistry PY - 2023 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-585284 DO - https://doi.org/10.1016/j.intermet.2023.108074 VL - 163 SP - 1 EP - 11 PB - Elsevier Ltd. AN - OPUS4-58528 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - RPRT A1 - Gesell, Stephan A1 - Fedelich, Bernard A1 - Rehmer, Birgit A1 - Uhlemann, Patrick A1 - Skrotzki, Birgit A1 - Ganesh, R. A1 - Dude, D. P. A1 - Kuna, M. A1 - Kiefer, B. T1 - TMF-Rissverlaufsberechnung für ATL-Heißteile N2 - Die Steigerung der Leistung und des thermodynamischen Wirkungsgrades von Verbrennungsmotoren führt zu erhöhten Anforderungen an die Festigkeit abgasführender Komponenten wie z. Bsp. Abgasturbolader. Als Folge erhöhter thermomechanischer Wechselbeanspruchungen (TMF) im Betrieb kommt es an den mechanisch und/oder thermisch höchst beanspruchten Stellen der Bauteile zur Bildung von Rissen, wodurch die Lebensdauer der Komponenten begrenzt wird. Derzeit werden bei Turboladern heißgehende Bauteile mit detektierten Rissen zumeist prophylaktisch ersetzt, da die weitere Ausbreitung der Risse während des Betriebs nicht vorhergesagt werden kann. Um diese aufwändige und un- ökonomische Praxis zu vermeiden, wurde im vorliegenden Forschungsvorhaben eine rechnerische Bewertungsmethode auf Basis der experimentellen und numerischen Bruchmechanik erarbeitet, mit deren Hilfe bereits in der Auslegungsphase oder während des Betriebs die (restliche) Lebensdauer der abgasführenden Komponenten vorhergesagt werden kann. Damit wird erstmalig die quantitative Vorhersage der Rissentwicklung bei TMF-Beanspruchungsbedingungen unter Berücksichtigung großer zyklischer viskoplastischer Verformungen ermöglicht. Zentrales Ergebnis des Vorhabens ist eine automatisierte Berechnungsprozedur auf der Basis spezieller Finite-Elemente-Techniken (FEM), womit sowohl der Pfad als auch die Größe eines Risses als Funktion der Anzahl der Lastwechsel in Bauteilen unter TMF-Bedingungen berechnet werden kann. Als geeigneter Beanspruchungsparameter zur Bewertung des Rissfortschritts unter TMF wurde die zyklische Rissöffnungsverschiebung ΔCTOD verwendet. Das Werkstoffverhalten des betrachteten austenitischen Gusseisens Ni-Resist D-5S wurde mit einem validierten viskoplastischen, temperaturabhängigen Materialmodell modelliert, das zur Berücksichtigung große Verzerrungen und Rotationen am Riss erweitert wurde. Für die genaue Berechnung des ΔCTOD bei TMF wurden effiziente FEM-Techniken erarbeitet. Zur Simulation der Rissausbreitung wurde ein automatischer FEM-Algorithmus mit inkrementeller adaptiver Neuvernetzung entwickelt, bei dem die Verformungen und inelastischen Zustandsvariablen jeweils vom alten auf das neue Netz übertragen werden. Dieser Algorithmus wurde im Software-Paket ProCrackPlast implementiert, das in Verbindung mit dem kommerziellen FEM-Code Abaqus zur Lösung dreidimensionaler Rissprobleme zur Verfügung steht. Ziel der umfangreichen experimentellen Arbeiten war es, an isothermen LCF und anisothermen TMF-Versuchen mit gekerbten Flachzugproben (SENT) das Risswachstum im Temperaturbereich von 20 °C bis 700 °C zu ermitteln. Mit Hilfe begleitender 2D FEM Simulationen wurden anhand dieser Datenbasis die Rissfortschrittskurven des Werkstoffs unter Anwendung des ΔCTOD-Konzepts bestimmt und in geeigneter, parametrisierter Form den Nutzern zur Verfügung gestellt. Die Versuche an SENT-Proben wurden mit der entwickelten Software ProCrackPlast als 3D Modell simuliert. Der Vergleich der 2D und 3D Simulationen ergab einen systematischen Unterschied im CTOD und CTOD, der mit Hilfe eines Übertragungsfaktors korrigiert wurde. Der Vergleich der 3D Berechnungen mit den Experimenten zeigte eine zufriedenstellende Übereinstimmung der er- reichten Risslänge mit der Zahl der Lastzyklen im gesamten Temperaturbereich, wobei die numerische Prognose meist auf der konservativen / sicheren Seite lag. Die Übertragbarkeit der Ergebnisse der 2D Parameteridentifikation auf 3D Risskonfigurationen mit Mixed-Mode Beanspruchung ist mit zusätzlichen Versagenshypothesen verbunden, die aufgrund fehlender Versuchsdaten im Vorhaben nicht endgültig geklärt werden konnten. Zur Validierung des Gesamtkonzeptes wurden LCF-Proben mit einem bauteil- typischen Oberflächenriss experimentell und numerisch untersucht. In der Simulation konnte die komplexe Form und Größe der Rissentwicklung zufriedenstellend (richtig) vorhergesagt werden. Die Leis- tungsfähigkeit der erarbeiteten rechnerische Bewertungsmethode wurde an weiteren TMF-Beispielen vorgestellt und diskutiert. Die Software ProCrackPlast und die viskoplastische Materialroutine wurden dem Anwenderkreis des Vorhabens zusammen mit einem Nutzer-Handbuch und Verifikationsbeispielen zur Verfügung gestellt. Das Ziel des Forschungsvorhabens ist erreicht worden. KW - Abgasturbolader Heißteile KW - Numerische Simulation KW - Rissverlauf PY - 2023 VL - 1320 SP - 1 EP - 137 PB - Forschungsvereinigung Verbrennungskraftmaschinen (FVV) CY - Frankfurt am Main AN - OPUS4-56960 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - GEN A1 - Beygi Nasrabadi, Hossein A1 - Bauer, Felix A1 - Tikana, Ladji A1 - Uhlemann, Patrick A1 - Thärig, Steffen A1 - Rehmer, Birgit A1 - Skrotzki, Birgit T1 - KupferDigital mechanical testing datasets N2 - The KupferDigital project aims to develop digital methods, tools, and data space infrastructures for digitalizing the entire life cycle of copper materials. The mechanical testing process is one of the main chains of such life cycles which generates lots of important testing data about the mechanical properties of the materials and their related materials and testing metadata. To train the digitalization of the mechanical testing process, different kinds of copper alloys were provided for this project, and their mechanical properties were measured by typical methods like Brinell and Vickers hardness and tensile testing. The primary raw testing data as well as the secondary datasets of these tests are provided. The detailed materials specifications, the utilized mechanical testing methods, and provided datasets are described in the content file. The test data files of heterogeneous structures are processed by the KupferDigital digital tools to be converted to standardized machine-readable data files. KW - Copper alloys KW - Dataset KW - Tensile testing KW - Mechanical testing KW - Hardness test PY - 2023 DO - https://doi.org/10.5281/zenodo.7670582 PB - Zenodo CY - Geneva AN - OPUS4-57038 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Bruns, Sebastian A1 - Bayerlein, Bernd A1 - Grönewald, Mathias A1 - Kryeziu, Jeonna A1 - Schilling, Markus A1 - Waitelonis, Jörg A1 - Portella, Pedro Dolabella A1 - Durst, Karsten T1 - Digitalizing a lab course for undergraduate students: ELN, ontology, data management N2 - We report about a joint project aiming at the digitalization of a lab course in materials testing. The undergraduate students were asked to prepare samples of a precipitation hardened aluminum alloy and characterize them using hardness and tensile tests. In a first step, we developed the frames for the digital labor notebook using eLabFTW. The primary data and the relevant metadata of each run were saved in a central database and made available for analysis and report issues. The whole set of results produced in a course was made available in the database. This database can be improved and serve as an open repository for data on this specific alloy. The logical frame for the joint project was provided by the PMD Core Ontology (PMDco), a mid-level ontology that enables the representation and description of processes and process chains in an MSE-specific manner, ensuring full traceability of generated data. For the digitalization of this lab course, the tensile test ontology (TTO) was applied which is designed as a module of the PMDco using strongly related semantic concepts. T2 - FEMS EUROMAT 2023 CY - Frankfurt a. M., Germany DA - 03.09.2023 KW - Electronic Lab Notebook KW - FAIR data management KW - Digtial Representation KW - Knowledge graph and ontologies PY - 2023 AN - OPUS4-58207 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Schilling, Markus A1 - Bayerlein, Bernd A1 - Waitelonis, J. A1 - Birkholz, H. A1 - Bruns, S. A1 - Grönewald, M. A1 - Portella, Pedro Dolabella T1 - Hochwertige, verlässliche und FAIRe Daten erstellen: Von Ontologien und elektronischen Laborbüchern zu Datenmanagement und Wissenstransfer N2 - Das hochaktuelle Thema der Integration und Wiederverwendung von Wissen und Daten aus Herstellung, Bearbeitung und Charakterisierung von Materialien wird im Zuge der digitalen Transformation in der Materialwissenschaft und Werkstofftechnologie in verschiedenen Projekten adressiert. Dabei stehen die Interoperabilität von nach FAIR-Prinzipien erstellten und veröffentlichten Daten und Anwendungen im Vordergrund. Zur Umsetzung eines komplexen Datenmanagements sowie der Digitalisierung im Bereich der Materialwissenschaften etablieren sich Ontologien zunehmend als belastbares Werkzeug. Sie ermöglichen sowohl menschenlesbare als auch maschinenverständliche und -interpretierbare Wissensrepräsentationen durch semantische Konzeptualisierungen. Im Rahmen des Projektes Plattform MaterialDigital (PMD, materialdigital.de) werden Ontologien verschiedener Ebenen entwickelt (verbindende mid-level sowie Domänen-Ontologien). Die PMD-Kernontologie (PMD Core Ontology - PMDco) ist eine Ontologie der mittleren Ebene), die Verbindungen zwischen spezifischeren MSE-Anwendungsontologien und domänenneutralen Konzepten herstellt, die in bereits etablierten Ontologien höherer Ebenen (top-level Ontology) verwendet werden. Sie stellt somit einen umfassenden Satz von durch Konsensbildung in der Gemeinschaft (geteiltes Vokabular) entstanden Bausteinen grundlegender Konzepte aus der Materialwissenschaft und Werkstofftechnik (MSE) dar. Das primäre Ziel des PMDco-Designs ist es, die Interoperabilität zwischen verschiedenen MSE-bezogenen und anderen Ontologien zu ermöglichen. Die PMDco dient als umfassend ausgelegte und erweiterbare semantische Zwischenschicht, die gemeinsame MSE-Konzepte durch semantisches Mapping auf andere Darstellungen vereinheitlicht, was sie zu einem effizienten Werkzeug zur Strukturierung von MSE-Wissen macht. In dieser Präsentation wird die Version 2.0 der PMDco vorgestellt. Weiterhin wird eine auf die PMDco bezogene normenkonforme ontologische Repräsentation zur Speicherung und Weiterverarbeitung von Zugversuchsdaten präsentiert, die in enger Zusammenarbeit mit Standardisierungsgremien erstellt wurde. Dies umfasst den Weg von der Entwicklung einer Ontologie nach Norm, der Konvertierung von Daten aus Standardtests in das interoperable RDF-Format bis hin zur Verbindung von Ontologie und Daten. Letztendlich können die entsprechenden Daten in einem Triple Store abgelegt und abgefragt werden. Auf Basis dieser Zugversuchsontologie wurde im Folgenden unter Verwendung eines elektronischen Laborbuches (electonic lab notebook – ELN) zur Datenaufnahme eine Praktikumsreihe von Universitätsstudierenden digitalisiert. Dadurch wurde eine vollständig digital integrierte Versuchsführung ermöglicht, die auf andere Versuchsreihen und Experimente übertragbar ist und ebenfalls vorgestellt werden soll. Neben einer erleichterten Aufnahme, Analyse und (Wieder-)Verwendbarkeit von Daten wird damit eine Sensibilisierung von Studierenden für Datenstrukturierung sowie semantische Technologien im Sinne der Aus- und Weiterbildung erreicht. T2 - DVM-Tagung Werkstoffprüfung CY - Berlin, Germany DA - 23.11.2023 KW - Ontologie KW - Semantic Web Technologies KW - Plattform MaterialDigital KW - PMDco KW - Zugversuchsontologie KW - Zugversuch KW - Elektronisches Laborbuch (ELN) PY - 2023 AN - OPUS4-59030 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Bhadeliya, Ashok A1 - Rehmer, Birgit A1 - Fedelich, Bernard A1 - Jokisch, T. A1 - Skrotzki, Birgit A1 - Olbricht, Jürgen T1 - High temperature fatigue crack growth in nickel-based alloys joined by brazing and additive manufacturing N2 - Nickel-based alloys have been widely used for gas turbine blades owing to their excellent mechanical properties and corrosion resistance at high temperatures. The operating temperatures of modern gas turbines have been increased in pursuit of increased thermal efficiency. Turbine blades are exposed to these high temperatures combined with mechanical stresses, resulting in material damage through creep, fatigue, and other mechanisms. These turbine blades must be regularly inspected and replaced as needed, to prevent the loss of efficiency, breakdown, and catastrophic failure. Repair of the damaged turbine blades is often a more practical and cost-effective option than replacement, as replacement is associated with high costs and loss of material resources. To this end, state-of-the-art repair technologies including different additive manufacturing and brazing processes are considered to ensure efficient repair and optimum properties of repaired components. In any repaired part, materials property-mismatches and/or inner defects may facilitate the crack initiation and propagation and thus reduce the number of load cycles to failure. Therefore, a fundamental understanding of the fatigue crack growth and fracture mechanisms in joining zones is required to enable the prediction of the remaining life of repaired components and to further improve and adapt the repair technologies. Fatigue crack growth experiments have been conducted on SEN (Single Edge Notch) specimens joined via brazing, and pre-sintered Preform (PSP) and multi-materials (casted/printed) specimens layered via additive manufacturing (AM). The experiments were performed at 950 °C and various stress ratios. The crack growth was measured using DCPD (Direct Current Potential Drop) method. The stress intensity factors for joined SEN specimens were calculated using the finite element method and then used to derive the fatigue crack growth curves. Metallographic and fractographic analyses were conducted to get insight into the fracture mechanism. Results show that the experimental technique for fatigue crack growth was successfully adapted and applied for testing joined specimens. Furthermore, the initial tests indicate that the investigated braze filler material provides a lower resistance to crack growth, and bonding defects cause a crack to deviate to the interface of the base material and joining zone. In AM-sandwich specimens, the crack growth rates are significantly reduced when the crack reaches the interface of printed material and casted material. The obtained crack growth data can be used to calibrate a crack growth model, which will further be utilized to predict the remaining life of repaired components. T2 - FEMS EUROMAT 2023 CY - Frankfurt a. M., Germany DA - 03.09.2023 KW - Fatigue crack growth KW - Joined nickel-based alloys PY - 2023 AN - OPUS4-58266 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - GEN A1 - Schilling, Markus A1 - Marschall, Niklas A1 - Niebergall, Ute A1 - Böhning, Martin T1 - Dataset of comprehensive Full-notch creep tests (FNCT) of selected high-density polyethylene (PE-HD) materials N2 - The dataset provided in this repository comprises data obtained from a series of full-notch creep tests (FNCT) performed on selected high-density polyethylene (PE-HD) materials (for further details, see section 1 Materials in this document) in accordance with the corresponding standard ISO 16770. The FNCT is one of the mechanical testing procedures used to characterize polymer materials with respect to their environmental stress cracking (ESC) behavior. It is widely applied for PE-HD materials, that are predominantly used for pipe and container applications. It is based on the determination of the time to failure for a test specimen under constant mechanical load in a well-defined and temperature controlled liquid environment. The test device used here also allows for continuous monitoring of applied force, specimen elongation and temperature. KW - Polyethylene KW - Environmental Stress Cracking KW - Full-notch creep test KW - PE-HD KW - Crack growth PY - 2023 DO - https://doi.org/10.5281/zenodo.10143351 PB - Zenodo CY - Geneva AN - OPUS4-58835 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Bayerlein, Bernd A1 - Zia, Ghezal Ahmad A1 - Schilling, Markus A1 - Waitelonis, J. A1 - v. Hartrott, P. A1 - Hanke, T. A1 - Skrotzki, Birgit T1 - Towards interoperability: Digital representation of a material specific characterization method N2 - Certain metallic materials gain better mechanical properties through controlled heat treatments. In age-hardenable aluminum alloys, the strengthening mechanism is based on the controlled formation of nanometer sized precipitates, which hinder dislocation movement. Analysis of the microstructure and especially the precipitates by transmission electron microscopy allows identification of precipitate types and orientations. Dark-field imaging is often used to image the precipitates and quantify their relevant dimensions. The present work aims at the digital representation of this material-specific characterization method. Instead of a time-consuming, manual image analysis, a digital approach is demonstrated. The integration of an exemplary digital workflow for quantitative precipitation analysis into a data pipeline concept is presented. Here ontologies enable linking of contextual information to the resulting output data in a triplestore. Publishing digital workflow and ontologies ensures the reproducibility of the data. The semantic structure enables data sharing and reuse for other applications and purposes, demonstrating interoperability. T2 - TMS - 7th World Congress on Integrated Computational Materials Engineering (ICME) CY - Orlando, Florida, USA DA - 21.05.2023 KW - Ontology KW - Semantic Interoperability KW - Digtial Representation KW - Data Management KW - Reproducibility KW - FAIR PY - 2023 AN - OPUS4-57548 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER -