TY - CONF A1 - Kalinka, Gerhard T1 - Optische Beobachtungen der Faser-Matrix-Trennung im Pull-out-Versuch N2 - Der Vortrag behandelt Rissentstehung und Ausbreitung an Faser-Matrix-Interfaces, untersucht mit dem optischen Mikroskop. T2 - Composites United, CU-Arbeitsgruppe/n Faser-Matrix-Haftung & Matrices CY - Online meeting DA - 02.12.2021 KW - Faser KW - Matrix KW - Pull-out KW - Interface PY - 2021 AN - OPUS4-53968 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Schmies, Lennart A1 - Sonntag, U. T1 - Quantitative Fraktographie unter Verwendung klassischer Verfahren, Topographie-Daten und Deep-Learning N2 - Die Analyse von Bruchflächen wird in der Schadensanalyse meist auf der Basis von Erfahrungswissen vorgenommen, welches aus vorliegenden Untersuchungen, eigenen Vergleichsversuchen und aus der Literatur stammt. Durch Vergleiche mit bereits vorliegenden Bildern werden qualitativ Bruchmechanismen ermittelt. Grundlage sind zumeist zweidimensionale Bilder aus licht- und elektronenoptischen Verfahren. Quantitative Aussagen beziehen sich bislang beispielsweise auf makroskopische Anteile von Bruchmechanismen oder die Ausmessung von Schwingstreifen. In jüngerer Zeit gibt es vermehrt Ansätze, Computer-Algorithmen einzusetzen, die in der Lage sind, unterschiedlich strukturierte Bruchmerkmale zu finden und zu klassifizieren. Im hier vorgestellten IGF-Vorhaben „iFrakto“, IGF Vorhaben Nr.: 21477 N, werden licht- und elektronen-optisch Topographie-Bilder erzeugt und die gewonnenen 3D-Informationen zusammen mit den klassischen 2D-Bildern ausgewertet. Analytische Algorithmen und Machine Learning werden eingesetzt, um Bruchmerkmale zu analysieren, zu bewerten und mit Informationen aus einer fraktographischen Datenbank zu verknüpfen. Ziel ist die Bereitstellung von Software zur Unterstützung der Fraktographie in der Schadensanalyse. In diesem Beitrag werden erste Ergebnisse des Vorhabens vorgestellt. T2 - 55. Metallographie-Tagung CY - Online meeting DA - 29.9.2021 KW - Fraktographie KW - Machine Learning KW - Datenbank KW - REM KW - Topographie PY - 2021 AN - OPUS4-53491 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Agea, Boris A1 - Walzel, S. T1 - 3D Druck unterstütz die Dekarbonisierung N2 - Suspensionsbasiertes Binder Jetting reduziert die Brennzeiten von technischer Keramik im Vergleich zu anderen 3d-druckverfahren signifikant. dabei wird nicht nur Energie beim Betrieb der Brennöfen gespart, sondern auch die Emission von Kohlendioxid beim Brennvorgang selbst gesenkt. KW - Schlickerdeposition PY - 2021 VL - 6 SP - 26 EP - 28 PB - Keramische Zeitschrift AN - OPUS4-53812 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Le, Quynh Hoa A1 - Balzer, B T1 - „Auffällige große Streifen“ im Schwingbruch N2 - Die „auffälligen großen Streifen“ sind von echten Schwingstreifen nur sehr schwer zu trennen, weil sie parallel zu den Schwingstreifen verlaufen und meistens ebenfalls nicht sehr groß sind. Die im Labor getesteten Proben zeigten, dass diese großen Streifen zusammen mit Verreibungen auftraten und „tire tracks“ („Reifenspuren“) verursachten. Dies wurde durch eine hochauflösende REM-Untersuchung bestätigt, die „tire tracks“ auf den „großen Streifen“ zeigte. Ein weiterer Hinweis ist die Änderung des R-Werts von -1 auf 0,1, was zu einer Bruchfläche ohne große Streifen und „tire tracks“ führt. T2 - Treffen der AG Fraktographie im Gemeinschaftsausschuss Rasterelektronenmikroskopie in der Materialprüfung CY - Online meeting DA - 19.11.2021 KW - Fractography KW - Fracture surface KW - SEM KW - REM KW - Fraktographie KW - Schwingstreifen KW - Fatigue PY - 2021 UR - https://dgm.inventum.de/widget/preview/45d8c33d-622b-43e2-8459-ba783394a723/611d133ebdac0611d133ebdac1 AN - OPUS4-53796 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Ghafafian, Carineh T1 - The effect of fiber orientation mismatch on scarf joint damage mechanisms under fatigue load N2 - Wind turbine rotor blades commonly fail before their projected 20-year lifespan largely due to defects that originate during manufacturing and are propagated by operational fatigue and environmental conditions. The cost-intensive replacement outcomes lead to a high loss of earnings, and are one of the inhibitors of wind turbine production. A potential repair alternative to restoring the mechanical properties of such lightweight fiber reinforced polymer (FRP) structures is to locally patch these areas with scarf joints. This type of repair allows for a smoother load distribution across the joint, and is favored especially on structures where minor aerodynamic contour changes are key. The effects of such repairs on the structural integrity, however, is still largely unknown. Building upon an understanding of the static load failure mechanism of GFRP scarf joints, presented at the ICCS23 Joint Event in 2020, the influence of the fiber orientation mismatch between parent and repair materials of 1:50 scarf joints on the failure mechanism of monolithic glass FRP specimens under cyclic fatigue load were examined in this study. Specimens with various layups were produced with the vacuum-assisted resin infusion (VARI) process using biaxial E-glass non-crimp fabric (NCF). The patch layers were then joined directly to the parent structure with the VARI using biaxial E-glass NCF with half the areal weight of the parent side to allow for better drapability. This mimics the soft-to-hard patch style utilized in wind turbine blade shell field repairs. The specimens were tested under uniaxial fatigue load, during which they were periodically monitored for damage onset. A comparison of the +45/-45° and 0/90° layups allowed for an understanding of the role of a highly mismatching fiber orientation in the transition zone between parent and patch material on the failure mechanism of the scarf joint. In addition to the tensile strength and stiffness property recovery assessment, a grayscale analysis using in-situ camera images determined the damage state leading to failure in each region across the scarf joint, which varied in the parent material versus scarf joint region, providing insight to the critical regions in this composite structure under cyclic loading. T2 - ICCS24 - 24th International Conference on Composite Structures CY - Online meeting DA - 14.06.2021 KW - Glass fiber reinforced polymers KW - Scarf repairs KW - Damage mechanisms PY - 2021 AN - OPUS4-52817 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Bresch, Sophie T1 - Entwicklung thermoelektrischer Multilayergeneratoren auf der Basis von Calciumcobaltit N2 - Thermoelectric generators can be used as energy harvesters for sensor applications. Multilayer thermoelectric generators (ML-TEGs) are a promising alternative to conventional π-type generators due to their high filling factor, high capability of automated production and the texturing potential during the production process. Calcium cobaltite is a promising thermoelectric oxide (p-type) with highly anisotropic properties. The following study shows the development of a textured unileg ML-TEG using ceramic multilayer technology. Tape-casting and pressure assisted sintering are applied to fabricate textured calcium cobaltite. Compared to conventional sintering, pressure assisted sintering increases the strength by the factor 10. Thermoelectric properties can be tuned either towards maximum power factor or towards maximum figure of merit depending on the pressure level. As electrical insulation material, a screen-printable glass-ceramic with high resistivity and adapted coefficient of thermal expansion is developed. From various commercial pastes a metallization with low contact resistance is chosen. The unileg ML-TEG is co-fired in one single step. The demonstrators reach 80% of the simulated output power and the power output is highly reproducible between the different demonstrators (99%). These results provide the first proof-of-concept for fabricating co-fired multilayer generators based on textured calcium cobaltite with high power factor, high density, and high strength. N2 - Thermoelektrische Generatoren können zum „Energy harvesting“ für den autarken Betrieb von bspw. Sensoren eingesetzt werden. Eine interessante Alternative zu den herkömmlichen π-Typ Generatoren sind auf Grund der höheren Leistungsdichte und der guten Automatisierbarkeit thermoelektrische Multilayergeneratoren. Calciumcobaltit ist ein vielsprechendes oxidisches Thermoelektrika (p-Typ) mit stark anisotropen Eigenschaften. Die hier vorgestellte Studie zeigt die Entwicklung von texturierten Unileg-Multilayer-Generatoren mittels keramischer Multilayertechnologie. Calciumcobaltit wird durch Foliengießen und druckunterstützte Sinterung texturiert. Im Vergleich zur konventionellen Sinterung verbessert sich die Festigkeit um den Faktor 10. Die thermoelektrischen Eigenschaften können je nach verwendetem Druckniveau hinsichtlich maximalem Power Factor oder hinsichtlich maximalem Gütefaktor optimiert werden. Ein Glaskeramikkomposit wird als Isolationsmaterial mit hohem Volumenwiderstand und angepasstem Wärmeausdehnungskoeffizienten entwickelt. Der Unileg-Multilayer-Generator wird in einem Schritt co-gesintert. Die hergestellten Demonstratoren erreichen 80% der simulierten Output-Leistung. Diese Ergebnisse stellen den ersten Machbarkeitsnachweis für die Herstellung von co-gesinterten Multilayer-Generatoren aus texturiertem Calciumcobaltit mit hohem Power Factor und hoher Festigkeit dar. T2 - Seminar des Lehrstuhls für Funktionsmaterialien, Universität Bayreuth CY - Online meeting DA - 18.06.2021 KW - Thermoelektrischer Generator KW - Multilayertechnik KW - Energy harvesting PY - 2021 AN - OPUS4-52834 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - GEN A1 - Rabe, Torsten A1 - Eichler, J. A1 - Picht, G. A1 - Rossner, W. A1 - Stelter, M. A1 - Voigt, I. T1 - Digitalisierung der keramischen Fertigung - Herausforderungen und Chancen N2 - Dieses Strategiepapier zielt darauf ab, Akteuren und Entscheidungsträgern den Status der Digitalisierung in der keramischen Fertigung, erfolgreiche Best-Practice-Beispiele aber auch die Herausforderungen nahezubringen, die es nun anzugehen gilt. Es ist die Vision, die Keramikfertigung durchgehend zu digitalisieren und alle Schritte des Produktkreislaufs lückenlos über die gesamte Wertschöpfungs- und Nutzungskette zu vernetzen: also eine Keramikindustrie 4.0 zu etablieren. Das Strategiepapier erfasst zunächst die Spezifität der keramischen Fertigung und nimmt eine Analyse des gegenwärtigen Standes der Digitalisierung in der keramischen Industrie vor, auch anhand einiger ausgewählter Beispiele aus der industriellen Praxis. Auf Basis der wesentlichen Bausteine für eine Fertigungsdigitalisierung werden schließlich die Chancen für Keramikproduzenten sowie der erforderliche Forschungs- und Entwicklungsbedarf aufgezeigt. KW - Datenmanagement KW - Digitalisierung KW - Fertigungsprozess KW - Keramik KW - Sensorik PY - 2021 SP - 1 EP - 39 PB - Deutsche Gesellschaft für Materialkunde (DGM) und Deutsche Keramische Gesellschaft (DKG) CY - Köln ET - 1000 AN - OPUS4-52708 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Kraus, David A1 - Trappe, Volker T1 - Transverse damage in glass fiber reinforced polymer under thermo-mechanical loading N2 - In this study, the thermomechanical damage behavior of a glass fiber reinforced polymer material is investigated. The coefficients of thermal expansion of the composite as well as the matrix are measured in a wide temperature range. Quasi-static experiments with neat resin, unidirectional and multidirectional laminates are performed as well as fatigue experiments in a temperature range from 213 K to 343 K. This study focusses on the matrix damage due to fiber-parallel loading. A correlation between matrix effort, the dilatational strain energy of the matrix and the damage state of the specimen is demonstrated. It is shown that a fatigue life assessment can be performed with the aid of a temperature-independent master fatigue curve. KW - Composite KW - Glass fiber reinforced polymer KW - Thermo-mechanics KW - Fatigue KW - Damage KW - Temperature PY - 2021 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-527462 DO - https://doi.org/10.1016/j.jcomc.2021.100147 SN - 2666-6820 VL - 5 SP - 100147 PB - Elsevier B.V. AN - OPUS4-52746 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Ghafafian, Carineh T1 - Restoring lightweight strength - Effect of localized repairs on the mechanical properties of composites sandwich structures N2 - As a type of high-performance composite material, glass-fiber reinforced plastics (GFRP) are favored for the construction of wind turbine rotor blades due to their high specific strength and stiffness properties (Grasse et al, 2010). During the blade manufacturing process, however, imperfections are often introduced, then further propagated due to harsh environmental conditions and a variety of loads (Caminero et al, 2013; Trappe et al, 2018). This leads to failure significantly before their designed lifespan. Since replacement of entire blades can be a costly potential outcome, localized repairs of the damaged region to restore structural integrity and thus lengthen its lifespan can executed in the field by technicians accessing the blades directly by suspended roping. These methods involve replacing the lost load path with a new material that is joined to the parent structure. In recent years, considerable studies have been conducted to investigate the influence of different repair parameters on the stress distribution, ultimate strength, impact behavior, and residual stresses of bonded repaired structures [Caminero et al, 2013; Trappe et al, 2018; Shufeng et al, 2014; Harman and Rider, 2011; Ahn and Springer, 2000; Lekou and Vionis, 2002). However, there currently do not exist any standardized repair procedures for wind turbine rotor blades. Namely, there is a lack of understanding about the effects of the layup of various repair methods, especially on the damage mechanism and fatigue life of the shells of rotor blades (Caminero et al, 2013; Trappe et al, 2018). This work therefore aims to begin to enrich this knowledge gap by testing the influence of different variables among repair patches on the mechanical properties of sandwich composite structures. Manufactured with the vacuum-assisted resin infusion (VARI) process, the test specimens are produced as a GFRP structure to represent the outer shell portion of a wind turbine blade, then repaired with a scarf joint. Scarf repairs are favored as the most efficient of the common structural joints, as the removal of the damaged area with angled walls leads to a nearly uniform shear stress distribution along the bond surface and no eccentricity in the load distribution (Caminero et al, 2013; Lekou and Vionis, 2002; Siener, 1992). The performance of specific layup methods of repair patches, namely a large-to-small versus small-to-large scheme of repair layers, is studied with static and load-controlled fatigue testing, then compared to pristine test specimens as well as to each other in terms of mechanical property restoration. The transition layer between repair and parent material is especially of interest in the performance of the structure. Damage onset, crack development and eventual failure are monitored in-situ with non-destructive testing methods, including thermography with an infrared camera system and a 3D deformation analysis system, to develop a more robust understanding of the effects of these repair concept variables on wind turbine blade shell structures. T2 - Wind Energy Science Conference CY - Online Meeting DA - 25.05.2021 KW - Glass fiber reinforced polymers KW - Wind turbine blade shell structures KW - Scarf joint repair PY - 2021 AN - OPUS4-52687 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Höhne, Patrick T1 - Limits of computer tomography aided characterization of different types of porous ceramic materials N2 - Ceramics with open porosity are attractive materials in many fields of applications covering medicine, catalysis, and filtration. Manifold technologies to produce porous ceramics are available, e.g. foaming and replica processes, resulting in various microstructures. Development and manufacturing of new materials is accelerating, while crucial characterization is becoming increasingly difficult and conventional measurements lack the desired speed. Computed tomography (CT) offers the possibility to three-dimensionally characterize entire samples with minimal sample preparation, while its main advantage is that it is non-destructive. Still, the assessment of quantitative results from CT measurements is not trivial. The poster presents CT characterizations of newly developed as well as commercially available openly porous ceramic samples. Properties such as porosity, permeability or pore characteristics were measured conventionally and compared to results calculated from CT-measurements using the commercial software VG StudioMax. The determined differences between measured and calculated values are presented and application areas as well as limits of the CT characterization are evaluated. T2 - Jahrestagung der Deutschen keramischen Gesellschaft 2021 CY - Online Meeting DA - 19.04.2021 KW - Ceramic KW - Porosity PY - 2021 AN - OPUS4-52724 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER -