TY - CONF A1 - Trappe, Volker T1 - Thermo-mechanical fatigue of glass fiber reinforced polymer N2 - Glass fiber reinforced polymer (GFRP) materials in practical applications have to endure cyclic mechanical loading in a wide temperature range (e.g. aircraft applications, automotive, wind turbine blades). In this study the static strength and fatigue behavior of GFRP was investigated in a temperature range from 213 K to 343 K. Therefor the coefficients of thermal expansion of the composite as well as the matrix are measured in this temperature interval. The inverse laminate theory was extended and used to calculate the inter fiber-failure effort for a virtual UD-layer according to the layer wise strength approach. The experimentally determined results are compared with the micro-mechanical model according to Krimmer, which has been enhanced to include the effect of temperature and fiber-perpendicular failure modes. 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, as it was similar done for the fatigue behavior of CFRP and GFRP to very high load cycles at room temperature. T2 - ICFC8 - The 8th International Conference on the Fatigue of Composites CY - Online meeting DA - 23.06.2021 KW - Glass fibre reinforced plastics KW - Fatigue KW - Thermo-mechanical-loading PY - 2021 AN - OPUS4-52910 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Schilling, Markus T1 - Tensile Test Ontology used in Platform Material Digital (PMD) N2 - Data analysis methods play an important role in both the experimental and simulation-based digital description of materials but have so far been poorly structured. The platform Material Digital (PMD) is supposed to contribute to a standardized description of data processing methods in materials research. The goal is the quality assurance of the processes and the output data, the acquisition and definition of their accuracy as well as the interoperability between applications. Therefore, application ontologies are created to explicitly describe processes and test methods. In this presentation, the first efforts within the joint project PMD in creating a tensile test application ontology in accordance with the ISO standard 6892-1:2019-11 are shown. Especially, the path of ontology development to be pursued based on standards was focused. Furthermore, the presentation includes a live demonstration of queries possibly performed to query data that was uploaded in the PMD triple store. T2 - Online Workshop: An introduction to the semantic web and ontologies CY - Online meeting DA - 23.04.2021 KW - Ontology KW - Tensile Test KW - Platform Material Digital KW - PMD KW - Knowledge Graphs KW - Semantic Web PY - 2021 AN - OPUS4-52949 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Bettge, Dirk A1 - Le, Quynh-Hoa T1 - Entwicklung einer fraktographischen Symbolik N2 - Bei der Untersuchung von Bruchflächen werden zunächst Beobachtungen gemacht, d.h. makroskopische und mikroskopische Merkmale analysiert und in Bildern dokumentiert. Im zweiten Schritt werden anhand der gefundenen Merkmale Rissverlauf und Bruchmechanismen ermittelt. Abschließend sollen diese Ergebnisse in einem Bericht oder Gutachten zusammengefasst werden. Hierbei ist eine skizzenhafte Darstellung der fraktographischen Befunde hilfreich für das Verständnis des Lesers. Ein vorgefertigter fraktographischer Symbolsatz würde dies erheblich vereinfachen. Skizzen von fraktographischen Befunden sind in der Literatur recht häufig zu finden, z.B. in der VDI 3822 oder dem ASM Handbook Fractography, allerdings gibt es hierzu keine umfassende Systematik, wie sie z.B. aus der Meteorologie (Wetterkarten), Geographie (Landkarten, Seekarten) oder Geologie (Bodenkarten) seit langer Zeit bekannt sind. Deshalb wird hier der Versuch unternommen, einen Symbolsatz zu entwickeln und zur Verfügung zu stellen, mit dessen Hilfe fraktographische Befunde in eindeutiger und übersichtlicher Weise veranschaulicht werden können. Der fraktographische Symbolsatz ("Fracto Graphics") befindet sich in Entwicklung, ist offen zur Diskussion sowie für Verbesserungen. T2 - 55. Metallographie-Tagung CY - Online meeting DA - 29.9.2021 KW - Fraktographie KW - Symbolik KW - Schadensanalyse PY - 2021 AN - OPUS4-53433 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Blaeß, Carsten T1 - Viskose Rissschließung in Gläsern und Glasmatrixkompositen N2 - Um die Langzeitbeständigkeit von Hochtemperatur-Festoxidbrennstoffzellen (SOFC) sicherzustellen, ist das grundlegende Verständnis der viskosen Schließung oder Heilung von Rissen, als Folge wechselnder thermischer oder mechanischer Belastung, in Gläsern und teilkristallinen Materialien ein entscheidender Faktor. In Glas ist die Rissheilung hauptsächlich durch viskoses Fließen bestimmt. In teilkristallinen Schmelzen bewirkt der kristalline Volumenanteil die Erhöhung der effektiven Viskosität. Um die Auswirkungen des kristallinen Volumenanteils auf die Rissheilung zu ergründen, wurden Glasmatrixkomposite mit variierten inerten kristallinen Fülleranteilen, die während der Wärme-behandlung konstant blieben, hergestellt. Verwendet wurde ein kristallisationsträges Natrium-Calcium-Silicatglas und ZrO2 als inerter Füller. Komplexe, reproduzierbare Rissstrukturen wurden durch Vickers-Eindrücke erzeugt und die viskose Rissschließung während isothermer Wärmebehandlungs-schritte mittels Laser-Scanning-Mikroskopie verfolgt. Die Untersuchungen zeigen, dass, verglichen zum füllerfreien Glas, der kristalline Phasenanteil die effektive Viskosität erhöht und dadurch großräumiges Fließen verlangsamt. Dies verzögert das Aufweiten der Risse. Dieser Effekt erschwert die Rissverkürzung und führt oftmals zu großen gerundeten Kavitäten und dadurch zu einer verzögerten Rissschließung. Wird dieses Aufweiten verringert, ist zunächst ein lokales viskoses Fließen der Restglasphase weiterhin gegeben, sodass sich die Risse sogar schneller schließen. Für kristalline Anteile > 27 Vol% bildet sich dann ein stabiles Perkolationsgerüst aus, das die weitere Rissschließung auch lokal unterbindet. Nur innerhalb größerer glasiger Bereiche ist hierbei noch eine Rissschließung zu beobachten. Ein Optimum der Risslängenverkürzung konnte bei 17 Vol% beobachtet werden. T2 - 94. Glastechnische Tagung CY - Online meeting DA - 10.05.2021 KW - Glas KW - Hochtemperaturbrennstoffzelle KW - Glasmatrixkomposit KW - Rissheilung PY - 2021 AN - OPUS4-54245 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Bettge, Dirk T1 - MGA Round Robin Test on Al-AM Fatigue Testing - Fractographic Results N2 - Presentation of results of an investigation of fracture mechanisms and crack start sites of an additive manufactured aluminium alloy after fatigue testing. Collaboration within the MGA initiative (Mobility Goes Additive). T2 - MGA Mid Term Meeting 2022 CY - Berlin, Germany DA - 05.07.2022 KW - Aluminium Alloy KW - Fractography KW - Additive Manufacturing PY - 2022 AN - OPUS4-55192 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Trappe, Volker T1 - Dynamic mechanical analysis of epoxy-matrix cross linking measured in-situ using an elastomer container N2 - A new patented dynamic mechanical analysis (DMA) is presented, where the tensile, bending- or torsional stiffness of a media can be characterized in-situ during the phase transition from liquid to solid. An epoxy system, e.g. Hexion L285/H287, is filled into an elastomer container, such as a silicone tube. This can be mounted into a conventional DMA and, based on a linear viscoelastic approach, the storage modulus (E’;G’), the loss modulus (E’’;G’’) and the loss angle tan(delta) can be measured at constant temperature as a function of time in order to investigate the liquid to sol-gel to solid transition. With this new method, the stiffness increase as a result of the cure process can be directly measured more precisely than with a rheometer in a shear plate set-up, because using an elastomer container gives a defined cross section for calculating the Young’s modulus. T2 - 20th European Conference on Composite Materials, ECCM20 CY - Lausanne, Switzerland DA - 26.06.2022 KW - Dynamic mechanical analysis (DMA) KW - Thermoset polymers KW - Cure process KW - Cross linking PY - 2022 AN - OPUS4-55213 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Suárez Ocano, Patricia T1 - I n situ monitoring of growing oxidation of the chemically complex alloy AlMo 0.5 NbTa 0.5 TiZr in the high temperature regime using synchrotron radiation Preliminary results N2 - The chemically complex alloys (CCAs) that contain mostly refractory elements (rCCAs), may be highly resistant to heat and load, which makes them attractive candidates for use at extremely high temperatures associated with many technological applications, e.g. aeroengine turbines. However, the field of CCAs, especially their resistance in harsh (oxidative) and hot environment is still young and not much experimental evidence for the understanding mechanisms in this regime is available, which the proposed study addresses. For safe use in structural applications, in addition to their mechanical performance, the environmental resistance of this alloy is also critical. Surface degradation can significantly decrease the mechanical resistance during high temperature exposure, leading to premature failure. The AlMo0.5NbTa0.5TiZr rCCA only contains Al as a protection candidate and it is composed of a coherent B2/bcc nanoscopic cube-on-cube interweave and an hexagonal phase. The evaluation of the oxidation process in the AlMo0.5NbTa0.5TiZr rCCA in the heat-treated state has not been assessed yet. The proposed study focusses on a deeper understanding of the formation mechanism and growth kinetics of oxides at high temperature in the AlMo0.5NbTa0.5TiZr rCCA using synchrotron radiation. Due to the envisaged high temperature structural applications, the alloy is evaluated in an oxidation environment specifically between 800°C and 1000°C. T2 - Large scale facility-based techniques SPP meeting CY - Online meeting DA - 02.11.2021 KW - Refractory chemically complex alloys KW - Oxidation behavior KW - Microstructural analysis KW - Synchrotron radiation PY - 2021 AN - OPUS4-54383 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Kuchenbecker, Petra T1 - Bestimmung der Partikelgrößenverteilung mittels Zentrifugen-Sedimentationsverfahren nach ISO 13318-2 (Küvette) N2 - Im Vortrag werden das Messprinzip des Zentrifugen-Sedimentationsverfahrens erläutert und die Anforderungen der zugrundeliegenden Normen diskutiert. Es schließen sich umfangreiche Ausführungen zur praktischen Durchführung der Messung, insbesondere auch zu den vorbereitenden Arbeiten, sowie zur Auswertung der Rohdaten an. Gezeigt werden die Validierung sowie ein Beispiel zur regelmäßigen Verifizierung des Verfahrens. Nach Beispielen und Vergleichen zu Ergebnissen mit anderen Messverfahren, wird das Verfahren in einer Zusammenfassung bewertet. T2 - Seminar Rheologie und Stabilität von dispersen Systemen CY - Potsdam, Germany DA - 09.05.2022 KW - Nano powder KW - Cetrifugal Liquid Sedimentation CLS KW - Particle size determination PY - 2022 AN - OPUS4-54863 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Ghafafian, Carineh T1 - Fully-reversed fatigue behavior of scarf joint repairs for wind turbine blade shell applications N2 - Due to manufacturing imperfections which can propagate to damage under in-service loads, wind turbine rotor blades, made primarily of glass fiber reinforced polymers (GFRP), often fail significantly before their design life. To enable a quick and cost-effective return to service, localized repairs can be executed by technicians in the field, directly accessing the blades by suspended roping. Scarf joint repairs, shown to be highly efficient with a smooth load transition across angled joint walls and a restored aerodynamic profile, are the focus of this study. The damage mechanisms of these structures were examined under fully-reversed mechanical cyclic loading with a load ratio R = -1, which was made possible on the coupon scale by a custom designed anti-buckling support. The number of cycles to failure were compared across load levels. While the scarf joint ratio was held constant at 1:50, known from industry and literature to be a good compromise between restored mechanical properties and repair size, the layup sequence was varied between small-to-large and large-to-small. Hereby the effect of the presence of resin pockets and fiber orientation mismatch between the parent and repair structure on the failure mechanism as well as fatigue strength of ±45° GFRP scarf joint repair structures was studied. Strain development across the joint length was measured to assess stiffness degradation in addition to the fatigue strength recovery of scarf joint structures with respect to pristine reference specimens. Grayscale analysis was used to monitor the damage state leading to fracture across the specimens. Post-mortem fractography analysis with light microscopy described the global failure mechanisms as well as local damage distribution within the structure, all of which provided insight to critical variables in scarf joint GFRP structures under fully-reversed mechanical cyclic loading, allowing for the tailoring of such repairs on wind turbine blade shells for maximum restoration of service life. T2 - 20th European Conference on Composite Materials (ECCM20) CY - Lausanne, Switzerland DA - 26.06.2022 KW - Glass fiber reinforced polymers KW - Scarf repairs KW - Fatigue PY - 2022 AN - OPUS4-55638 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Bresch, Sophie T1 - Oxidkeramische Werkstoffe und Folien für thermoelektrische Multilayergeneratoren N2 - Thermoelektrische Effekte beschreiben die direkte Verknüpfung von thermischer Energie und elektrischer Energie in Festkörpern. Durch Thermodiffusionsströme entsteht direkt, ohne beweg¬liche Teile, ein elektrisches Feld als Folge einer Temperaturdifferenz. Diese Material-eigenschaft wird durch den Seebeckkoeffizienten beschrieben. Je nach Art der Ladungs¬träger sind die indu¬zierte Spannung und der Seebeckkoeffizient positiv (p-Typ) oder negativ (n-Typ). Thermo¬elek¬trische Effekte lassen sich beispielsweise in Thermo¬elementen zur Temperatur-messung, in Pel¬tierelementen zum Kühlen oder Heizen und in thermo¬elektrischen Generatoren zur Umwandlung von thermischer Energie in elektrische Energie nutzen. In thermoelektrischen Generatoren werden Schenkel aus p-Typ- und n-Typ-Materialien elek-trisch in Reihe und thermisch parallel verschaltet. Konventionell werden einzelne Schenkel aus Bismut¬tellurid auf ein metallisiertes Substrat gelötet. Man spricht vom π-Typ-Design. Aufgrund auf¬wendiger Fertigung und nicht optimaler Flächennutzung stellt dieses Design nicht die best-mög¬liche Lösung dar. Neben Telluriden gibt es noch andere vielversprechende thermoelektrische Material¬systeme wie die oxidischen Thermoelektrika. Im Temperatur¬bereich oberhalb von 700 °C können oxidische thermoelektrische Materialien mit nichtoxidischen konkurrieren. Zudem sind sie oxidationsbeständig und können aus weniger toxischen und besser verfügbaren Rohstoffen her¬ge¬stellt werden. Da es sich um keramische Materialien handelt, können unter Nutzung der Multi¬layer¬technologie (auch Vielschicht- oder Mehrlagentechnik) Generatoren im Multilayer¬design hergestellt werden. Keramische Multi¬layer¬generatoren sind aufgrund der höheren Leis¬tungs¬dichte, der Möglichkeit der gezielten Texturierung und des hohen möglichen Auto¬mati¬sierungs¬grades des Herstellungs¬prozesses eine viel¬versprechende Alternative zu konven¬tionellen π-Typ-Generatoren. Alle Lagen werden in einem Schritt co-gesintert. Die beiden zum jetzigen Zeit¬punkt wohl viel¬versprechendsten oxi¬dischen Thermoelektrika sind Calcium-cobaltit Ca3Co4O9 als p-Typ und Calciummanganat CaMnO3 als n-Typ. Die Sinter¬tem¬peratur von Ca3Co4O9 ist durch eine Phasenumwandlung bei 926 °C beschränkt. Texturiertes, dichtes Ca3Co4O9 mit einer hohen Festigkeit kann nur über Hei߬pressen hergestellt werden. Das Co-Sintern von Ca3Co4O9 und CaMnO3 war wegen der Tem¬pera¬tur¬differenz von 350 K zwischen den jeweiligen Sinterintervallen bisher nicht möglich. Ziel dieser Arbeit war deshalb die Ent¬wick¬lung von kompatiblen oxidkeramischen Werkstoffen und Folien für thermoelektrische Multilayer-generatoren auf der Basis von Ca3Co4O9 und CaMnO3. Daraus resultieren vier wesentliche Arbeitspakete. Zunächst die Materialentwicklungen von Ca3Co4O9 (p-Typ) und CaMnO3 (n-Typ) für ein Co-Sintern bei 900 °C mit akzeptablen thermoelek¬trischen Eigenschaften, dann die Entwicklung der weiteren im Generator benötigten Kompo¬nenten wie der Isolationsschicht und abschließend die Fertigung und Bewertung von Demonstra¬toren im Multi¬layer¬design. Foliengießen und druckunterstütztes Sintern ermöglichen die Herstellung von dichtem, tex-turier¬tem Ca3Co4O9 mit hoher Festigkeit und hohem Leistungsfaktor. Letzterer ist das Produkt der elek¬trischen Leitfähigkeit und dem Quadrat des Seebeckkoeffizienten. Für die elektrische Leit¬fähigkeit zeigte sich in dieser Arbeit ein kombinierter Einfluss von Sinterdichte und Textur. Die thermo¬elektrischen Eigen¬schaften lassen sich somit über die Einstellung der Mikrostruktur gezielt steuern. Durch die Optimierung der Pulversynthese, die Einführung des Sinteradditives CuO und die Kombi¬nation mit dem druckunterstützten Sintern (7,5 MPa) konnte die Sintertemperatur des CaMnO3 bei gleichbleibendem Leistungsfaktor von 1250 °C auf 950 °C gesenkt werden. Druck-unter¬stütztes Sintern von CaMnO3 ist bei 900 °C möglich, führt aber zu einem Werkstoff mit geringerem Leistungsfaktor, geringerer Dichte und ungenügender Festigkeit. Zur elektrischen Isolation der beiden thermoelektrischen Materialien wurde ein Glas-Keramik-Kompo¬sit mit hohem Volumenwiderstand und angepasstem Wärmeausdehnungs¬koef¬fizienten ent¬wickelt. Aus den zu Folien vergossenen thermoelektrischen Materialien, der siebgedruckten Iso¬lations-schicht und der siebgedruckten Metallisierung wurden mittels Multilayertech¬nologie De¬mons-tratoren hergestellt. Neben dem pn-Generator aus Ca3Co4O9 und CaMnO3 wurden auch Unileg-generatoren aus Ca3Co4O9 gefertigt. Bei Unileggeneratoren wird die Komplexität des Aufbaus durch die Verwendung von nur einem thermoelektrischen Material verringert. Die Simulation der Demonstratoren zeigte, dass der pn-Generator aus Ca3Co4O9 und CaMnO3 keine höheren Leis-tungsdichten erbringt als der aus nur Ca3Co4O9 bestehende Unileg¬generator. Auf¬grund des ge-ringen Leistungsfaktors und der geringen Festigkeit des bei 900 °C gesinterten CaMnO3 er¬scheint die Fertigung von pn-Multilayer¬generatoren aus Ca3Co4O9 und CaMnO3 derzeit nicht sinn¬voll. Die Unileg¬generatoren aus Ca3Co4O9 erreichen mit sehr hoher Reproduzier¬barkeit 2 mW/cm² bei einer Temperaturdifferenz von 230 K, dies entspricht 80 % der simulierten elektrischen Leistung. Es handelt sich hierbei um den ersten Machbarkeits¬nachweis zur Herstellung von Multilayer-generatoren auf Basis von texturiertem Ca3Co4O9 mit hohem thermoelektrischem Leistungsfaktor, hoher Dichte und hoher Festigkeit. Solch thermoelektrische Multilayergeneratoren könnten zukünftig Systeme mit geringen elek-trischen Leistungsanforderungen wie Sensoren autark und nachhaltig mit elektrischer Energie ver¬sorgen. T2 - Promotionskolloquium CY - Bayreuth, Germany DA - 25.04.2022 KW - Calciumcobaltit KW - Calciummanganat KW - Foliengießen KW - Sintertemperatur PY - 2022 AN - OPUS4-54726 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER -