TY - CONF A1 - Kemmler, Samuel T1 - Fully-resolved LBM-DEM simulations of piping erosion during a suction bucket installation N2 - Suction bucket foundations are a cost-efficient and environmentally sustainable solution to install offshore wind turbines, achieved through the application of growing suction pressure inside the bucket until its full embedment into the seabed. A key challenge for the installation process is the occurrence of piping erosion, a phenomenon where fluidization of particles beneath the bucket wall tip causes a drop in suction pressure, potentially leading to installation failure. Despite its significance, the complex physical mechanisms driving piping erosion remain insufficiently understood. To address this knowledge gap, a three-dimensional, fully-resolved coupled LBM-DEM simulation is employed to conduct an in-depth analysis of piping erosion, aiming to identify key influencing parameters, thus enhancing understanding and optimizing the installation process. The simulation of physically relevant problem sizes - comprising hundreds of thousands of grains - is equivalent to computational intensities which demand for extensive computational resources. Results from simulations executed on hundreds of GPUs on the LUMI supercomputer are presented, illustrating the method's capability to tackle this complex challenge. T2 - 10th International Conference on Discrete Element Methods CY - Himeji, Japan DA - 01.07.2025 KW - Offshore wind support structure KW - Suction bucket foundation KW - Piping erosion KW - Micromechanical simulation PY - 2025 AN - OPUS4-63691 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Auersch, Lutz T1 - Frequenz- und bodenabhängige Prognose und Minderung von Bahnerschütterungen N2 - Die Prognose und Minderung von Bahnerschütterungen haben eine lange Tradition in der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung. Im Jahr 2006 wurde eine Prognose-Software fertiggestellt, die viele Forschungs- und Messergebnisse zusammenfasst. Sie umfasst die Teilbereiche Emission (die Anregung durch die Fahrzeug-Fahrweg-Untergrund-Wechselwirkung), die Transmission (die Ausbreitung durch den Boden) und die Immission (die Übertragung vom Freifeld in ein Gebäude). Die Prognose geschieht in allen Teilen mit einfachen Formeln, die veröffentlicht sind und zur Anwendung für Jedermann zur Verfügung stehen. Es werden Beispiele zur Emission und zur Transmission gezeigt. Im Bereich Transmissionsprognose werden zu den Anregungskräften (aus dem Emissionsteil) die Bodenerschütterungen als Schwinggeschwindigkeitsterzspektren berechnet. Das Ergebnis hängt stark von der Bodensteifigkeit, -dämpfung und -schichtung ab. Dies wurde später mit einer Messkampagne in der Schweiz an 10 Messorten bestätigt. Die Berechnung erfolgt näherungsweise für einen geschichteten Boden mit einer frequenzabhängigen Wellengeschwindigkeit (Dispersion) oder einem tiefenabhängigen Wellengeschwindigkeitsprofil. Die Anregungskräfte werden im Prognosebereich Emission mit einem 2-dimensionalen Gleismodell berechnet. 1-dimensionale Modelle liefern meist falsche Ergebnisse und 3-dimensionale Modelle (zum Beispiel mit der kombinierten Finite-Element-Randelement-Methode) sind für eine Erschütterungs¬prognose sicherlich zu aufwändig. Das 2-dimensionale Modell wurde an 3-dimensionale Ergebnisse so angepasst, dass die Ergebnisse für viele Gleise und Böden annähernd zutreffen. Auch Minderungs¬maßnahmen am Gleis können mit diesem Modell sehr gut berechnet werden. Die Prognoseverfahren wurden in den folgenden Jahren weiter verfeinert. Es wurde die quasi-statische Anregung durch die bewegten statischen Zuglasten mit einer Näherungsformel ergänzt, so dass auch das tieffrequente Nahfeld realistisch erfasst werden kann. Mit der Berücksichtigung der Achsfolge (insbesondere zwischen den Achsen im Drehgestell) ergeben sich zwei typische Minima in den Erschütterungsspektren, die oft auch in den Messungen beobachtet werden. Der Amplitudenanteil zwischen diesen beiden Minima ist oft stärker angehoben, so dass hier eine zusätzliche Erschütterungsanregung vermutet wird. Dieser Anteil kann rein empirisch prognostiziert werden, so wie das in den englischen Prognosen (zuletzt für das Highspeed2-Projekt) enthalten ist. Die Begründung dieses Anteils ist allerdings nicht die Achsfolge, sondern die Zerstreuung der statischen Achslastimpulse durch einen unregelmäßigen Gleisuntergrund und Boden. Die messtechnische Ermittlung eines Minderungseffektes ist komplizierter als allgemein angenommen. Es reicht nicht aus, jeweils an einem Messpunkt in der Nähe eines Gleises mit und ohne Minderungsmaßnahme die Erschütterungen zu messen und aus dem Verhältnis der Amplituden (beziehungsweise aus der Differenz der Pegel) „die Einfügedämmung“ zu ermitteln. Es wird an Beispielen gezeigt, wie man hier sinnvoller vorgehen kann. 1. Zunächst ist es wichtig, nicht nur die Einfügedämmung sondern auch die Originalspektren mit und ohne Minderung zu dokumentieren und zu veröffentlichen, damit man kontrollieren kann, ob wesentliche Amplituden und Frequenzbereiche reduziert sind oder ob es sich um eher zufällige Minderungen oder Verstärkungen handelt. (Beispiel Unterschottermatte/Raron, Müller/SBB) 2. Der Messpunkt sollte nicht im Nahbereich des Gleises liegen, da ansonsten eine zu günstige, falsche Einfügedämmung bestimmt wird. (Beispiel Tunnel/ Leipzig/Breitsamter) 3. Um Zufälligkeiten zu vermeiden, sollte man an mehr als einem Punkt messen. (Beispiel Unterschotterplatte/Altheim/Auersch) 4. Man sollte eigentlich immer auch die Bodenkennwerte (Steifigkeit, Dämpfung, Amplituden-abnahme, Übertagungsfunktion) messen. Selbst bei nahegelegene Messquerschnitten kann man Überraschungen erleben. (Beispiel erste ICE-Messungen/bei Würzburg/Auersch) 5. Bei verschiedenen Bodenkennwerten kann man eine Korrektur durchführen. (Beispiel Gleis-tröge/Mistler) Am besten bestimmt man ein äquivalentes Kraftspektrum zu jedem Messort und jedem Messzug (Beispiel Feste Fahrbahn/Gardelegen/Auersch) 6. Prinzipiell gibt es nicht die Einfügedämmung einer Maßnahme. Die Einfügedämmung ist immer boden- und referenzsystemabhängig. Die „beste“ Einfügungsdämmung erhält man mit einem steifen Untergrund (Beispiel Unterschottermatte/Tunnel/München Gasteig/Wettschureck) Das heißt aber nicht, dass die Maßnahme durch einen künstlich versteiften Untergrund besser wird (Beispiel Unterschottermatten/RRT2006/Auersch) Es werden Messbeispiele gezeigt, die alle neben einer hochfrequenten dynamischen Minderung auch eine mittelfrequente quasi-statische Minderung aufweisen. Dabei wird der mittelfrequente Zerstreuanteil der statischen Achslastimpulse durch die breitere Lastverteilung und damit die Impulsdehnung der Achslastimpulse reduziert. Diese Impulsdehnung lässt sich mit dem 2-dimensionalen Gleismodell berechnen. Die Minderungswirkung hängt aber wiederum vom Referenzsystem und dessen unregelmäßiger Steifigkeitsverteilung ab. Je unregelmäßiger der Boden und Gleisuntergrund des Referenzsystems, desto stärker ist die Minderungswirkung. T2 - 24. Symposium für Baudynamik und Erschütterungsmessungen CY - Dübendorf, Sitzerland DA - 09.06.2023 KW - Bahnerschütterungen KW - Erschütterungsprognose KW - Erschütterungsminderung KW - Elastische Gleiselemente KW - Gleiströge KW - Zerstreute Achsimpulse PY - 2023 SP - 1 EP - 32 PB - Ziegler Consultants CY - Zürich AN - OPUS4-57953 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Auersch, Lutz T1 - Frequenz- und bodenabhängige Prognose und Minderung von Bahnerschütterungen N2 - Die Prognose und Minderung von Bahnerschütterungen haben eine lange Tradition in der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung. Im Jahr 2006 wurde eine Prognose-Software fertiggestellt, die viele Forschungs- und Messergebnisse zusammenfasst. Sie umfasst die Teilbereiche Emission (die Anregung durch die Fahrzeug-Fahrweg-Untergrund-Wechselwirkung), die Transmission (die Ausbreitung durch den Boden) und die Immission (die Übertragung vom Freifeld in ein Gebäude). Die Prognose geschieht in allen Teilen mit einfachen Formeln, die veröffentlicht sind und zur Anwendung für Jedermann zur Verfügung stehen. Es werden Beispiele zur Emission und zur Transmission gezeigt. Im Bereich Transmissionsprognose werden zu den Anregungskräften (aus dem Emissionsteil) die Bodenerschütterungen als Schwinggeschwindigkeitsterzspektren berechnet. Das Ergebnis hängt stark von der Bodensteifigkeit, -dämpfung und -schichtung ab. Dies wurde später mit einer Messkampagne in der Schweiz an 10 Messorten bestätigt (Bild 1). Die Berechnung erfolgt näherungsweise für einen geschichteten Boden mit einer frequenzabhängigen Wellengeschwindigkeit (Dispersion) oder einem tiefenabhängigen Wellengeschwindigkeitsprofil. Die Anregungskräfte werden im Prognosebereich Emission mit einem 2-dimensionalen Gleismodell berechnet (Bild 2). 1-dimensionale Modelle liefern meist falsche Ergebnisse und 3-dimensionale Modelle (zum Beispiel mit der kombinierten Finite-Element-Randelement-Methode) sind für eine Erschütterungs¬prognose sicherlich zu aufwändig. Das 2-dimensionale Modell wurde an 3-dimensionale Ergebnisse so angepasst, dass die Ergebnisse für viele Gleise und Böden annähernd zutreffen. Auch Minderungs¬maßnahmen am Gleis können mit diesem Modell sehr gut berechnet werden. Die Prognoseverfahren wurden in den folgenden Jahren weiter verfeinert. Es wurde die quasi-statische Anregung durch die bewegten statischen Zuglasten mit einer Näherungsformel ergänzt, so dass auch das tieffrequente Nahfeld realistisch erfasst werden kann. Mit der Berücksichtigung der Achsfolge (insbesondere zwischen den Achsen im Drehgestell) ergeben sich zwei typische Minima in den Erschütterungsspektren, die oft auch in den Messungen beobachtet werden. Der Amplitudenanteil zwischen diesen beiden Minima ist oft stärker angehoben, so dass hier eine zusätzliche Erschütterungsanregung vermutet wird. Dieser Anteil kann rein empirisch prognostiziert werden, so wie das in den englischen Prognosen (zuletzt für das Highspeed2-Projekt) enthalten ist. Die Begründung dieses Anteils ist allerdings nicht die Achsfolge, sondern die Zerstreuung der statischen Achslastimpulse durch einen unregelmäßigen Gleisuntergrund und Boden. Die messtechnische Ermittlung eines Minderungseffektes ist komplizierter als allgemein angenommen. Es reicht nicht aus, jeweils an einem Messpunkt in der Nähe eines Gleises mit und ohne Minderungs¬maßnahme die Erschütterungen zu messen und aus dem Verhältnis der Amplituden (beziehungsweise aus der Differenz der Pegel) „die Einfügedämmung“ zu ermitteln. Es wird an Beispielen gezeigt, wie man hier sinnvoller vorgehen kann. 1. Zunächst ist es wichtig, nicht nur die Einfügedämmung sondern auch die Originalspektren mit und ohne Minderung zu dokumentieren und zu veröffentlichen, damit man kontrollieren kann, ob wesentliche Amplituden und Frequenzbereiche reduziert sind oder ob es sich um eher zufällige Minderungen oder Verstärkungen handelt. (Beispiel Unterschottermatte/Raron, Müller/SBB) 2. Der Messpunkt sollte nicht im Nahbereich des Gleises liegen, da ansonsten eine zu günstige, falsche Einfügedämmung bestimmt wird. (Beispiel Tunnel/ Leipzig/Breitsamter) 3. Um Zufälligkeiten zu vermeiden, sollte man an mehr als einem Punkt messen. (Beispiel Unterschotterplatte/Altheim/Auersch) 4. Man sollte eigentlich immer auch die Bodenkennwerte (Steifigkeit, Dämpfung, Amplituden-abnahme, Übertagungsfunktion) messen. Selbst bei nahegelegene Messquerschnitten kann man Überraschungen erleben. (Beispiel erste ICE-Messungen/bei Würzburg/Auersch) 5. Bei verschiedenen Bodenkennwerten kann man eine Korrektur durchführen. (Beispiel Gleis-tröge/Mistler) Am besten bestimmt man ein äquivalentes Kraftspektrum zu jedem Messort und jedem Messzug (Beispiel Feste Fahrbahn/Gardelegen/Auersch) 6. Prinzipiell gibt es nicht die Einfügedämmung einer Maßnahme. Die Einfügedämmung ist immer boden- und referenzsystemabhängig. Die „beste“ Einfügungsdämmung erhält man mit einem steifen Untergrund (Beispiel Unterschottermatte/Tunnel/München Gasteig/Wettschureck) Das heißt aber nicht, dass die Maßnahme durch einen künstlich versteiften Untergrund besser wird (Beispiel Unterschottermatten/RRT2006/Auersch) Es werden Messbeispiele gezeigt, die alle neben einer hochfrequenten dynamischen Minderung auch eine mittelfrequente quasi-statische Minderung aufweisen. Dabei wird der mittelfrequente Zerstreuanteil der statischen Achslastimpulse durch die breitere Lastverteilung und damit die Impulsdehnung der Achslastimpulse reduziert. Diese Impulsdehnung lässt sich mit dem 2-dimensionalen Gleismodell berechnen. Die Minderungswirkung hängt aber wiederum vom Referenzsystem und dessen unregel¬mäßiger Steifigkeitsverteilung ab. Je unregelmäßiger der Boden und Gleisuntergrund des Referenz¬systems, desto stärker ist die Minderungswirkung. T2 - 24. Symposium für Baudynamik und Erschütterungsmessungen CY - Dübendorf, Switzerland DA - 09.06.2023 KW - Bahnerschütterungen KW - Erschütterungsprognose KW - Erschütterungsminderung KW - Elastische Gleiselemente KW - Gleiströge KW - zerstreute Achslastimpulse PY - 2023 AN - OPUS4-57952 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Auersch, Lutz ED - Papadrakakis, Manolis T1 - Frequency-wavenumber method for the wave propagation through the soil and the soil-structure interaction of railway tracks and building foundations near railway lines N2 - In soil-structure interaction, the soil and the (flexible) structures are modelled as elastic continua. The partial differential equations of elasticity can be transformed to algebraic equations in frequency-wavenumber domain where they can be solved by matrix methods. The results for the soil and a structure can be coupled in frequency-wavenumber domain, and the solution in space domain is obtained by an infinite wavenumber integral (the back-transformation). This method has several applications for the prediction of the emission, transmission and immission of railway-induced vibrations. The wave propagation in homogeneous or layered soils is calculated for surface and tunnel lines by a single wavenumber integration (transmission). The response of ballast or slab tracks (for the emission problem) and the foundation stiffness (for the immission problem) need an additional integration across the track or foundation width. In wavenumber domain, tracks and foundations of infinite length are analysed. Finite structures can be calculated by finite element models where the soil is calculated by the boundary element method. The Green’s functions for the boundary element method are calculated by a wavenumber integration as for the transmission problem. Some example results for all these tasks will be shown. The immission into buildings will be analysed in detail, and the effect of stiff slab foundations and (basement) walls on the incoming wavefield is quantified in a parameter study. The transfer function (the amplitude ratio) structure to free field usually starts with 1 at 0 Hz and decreases continuously with frequency. The reduction is due to the structural stiffness against wave deformation which turns to be higher than the stiffness of the soil, for example above the structure-soil coincidence frequency of the slab foundation. The reduction is better for a high structural stiffness and for a low soil stiffness. Walls are stiffer than plates for the relevant frequency range, but even walls and especially low basement walls are not infinitely rigid and can follow the wave deformation to a certain extent. These basic rules from frequency-wavenumber analysis can well be used for real building projects near railway lines where stiff foundations can be an alternative reduction method to the commonly used base isolation by elastic elements. T2 - COMPDYN 2025 CY - Rhodos, Greece DA - 15.06.2025 KW - Frequency-wavenumber method KW - Wave propagation KW - Soil-structure interaction KW - Building foundations KW - Mitigation measures PY - 2025 SP - 1 EP - 15 PB - NTUA CY - Athen AN - OPUS4-63470 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Auersch, Lutz T1 - Frequency-wavenumber method for the wave propagation through the soil and the soil-structure interaction of railway tracks and building foundations near railway lines N2 - In soil-structure interaction, the soil and the (flexible) structures are modelled as elastic continua. The partial differential equations of elasticity can be transformed to algebraic equations in frequency-wavenumber domain where they can be solved by matrix methods. The results for the soil and a structure can be coupled in frequency-wavenumber domain, and the solution in space domain is obtained by an infinite wavenumber integral (the back-transformation). This method has several applications for the prediction of the emission, transmission and immission of railway-induced vibrations. The wave propagation in homogeneous or layered soils is calculated for surface and tunnel lines by a single wavenumber integration (transmission). The response of ballast or slab tracks (for the emission problem) and the foundation stiffness (for the immission problem) need an additional integration across the track or foundation width. In wavenumber domain, tracks and foundations of infinite length are analysed. Finite structures can be calculated by finite element models where the soil is calculated by the boundary element method. The Green’s functions for the boundary element method are calculated by a wavenumber integration as for the transmission problem. Some example results for all these tasks will be shown. The immission into buildings will be analysed in detail, and the effect of stiff slab foundations and (basement) walls on the incoming wavefield is quantified in a parameter study. The transfer function (the amplitude ratio) structure to free field usually starts with 1 at 0 Hz and decreases continuously with frequency. The reduction is due to the structural stiffness against wave deformation which turns to be higher than the stiffness of the soil, for example above the structure-soil coincidence frequency of the slab foundation. The reduction is better for a high structural stiffness and for a low soil stiffness. Walls are stiffer than plates for the relevant frequency range, but even walls and especially low basement walls are not infinitely rigid and can follow the wave deformation to a certain extent. These basic rules from frequency-wavenumber analysis can well be used for real building projects near railway lines where stiff foundations can be an alternative reduction method to the commonly used base isolation by elastic elements. T2 - COMPDYN 2025 CY - Rhodos, Greece DA - 15.06.2025 KW - Frequency-wavenumber method KW - Wave propagation KW - Soil-structure interaction KW - Building foundations KW - Mitigation measures PY - 2025 AN - OPUS4-63468 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Artinov, Antoni T1 - Fracture Mechanics-Based Approach for Fatigue Life Assessment of Welded Structures: The Role of Real Weld Geometries and Welding Residual Stresses N2 - Fatigue failure is a critical concern in offshore wind structures, where welded joints are subjected to cyclic loading over extended service lifetimes. The combined effects of weld geometry [1, 2] and welding residual stresses (WRS) significantly influence the fatigue strength of welds [3-5]. In offshore wind applications, fatigue behavior is further complicated by cyclic loading conditions, where externally applied loads from wind, waves, and ocean currents interact with WRS, causing localized plastic deformation due to high-stress concentrations. Additionally, under prolonged cyclic loading, the redistribution of WRS can result in a shift of the fatigue-prone regions over time, meaning that locations identified as high-risk may not remain the dominant failure sites throughout the structure’s service life [6]. This presents a significant challenge for inspection and maintenance strategies, as conventional monitoring approaches may fail to detect the most vulnerable zones at later stages of operation. Early experimental studies on low-carbon steel plates and butt joints have shown that tensile WRS can reduce fatigue limits by up to 50% compared to stress-relieved specimens [7]. This effect is particularly pronounced in regions with welding defects, such as porosity, lack of fusion, and undercuts, as well as at geometric discontinuities, including weld toes and sharp notches, which induce localized stress gradients. The combined effect of tensile WRS and stress concentrations amplifies the local stress fields, promoting crack initiation and accelerating crack propagation, ultimately reducing the service life of offshore wind structures. Despite the critical role of weld geometry and WRS in fatigue performance, conventional fatigue assessment methods frequently neglect or oversimplify their effects, leading to overly conservative predictions and suboptimal structural designs. Current engineering standards, including BS 7910 (2019), BS 7608 (1993), EN 13001-3-1 (2020), and EN 1993-1-9 (2013), assume high tensile WRS in welded joints and apply simplified fatigue life prediction approaches that eliminate the need for explicit mean stress considerations. While some standards introduce correction factors for different WRS states, these remain highly generalized and lack accuracy. More sophisticated approaches, such as the Integrated Approach to Fatigue Strength Determination of Welded Structures (IBESS) [8], attempt to incorporate WRS into fatigue life assessments but rely on effective load ratios rather than explicitly modeling and considering real WRS distributions in the analysis. Additionally, IBESS does not fully integrate real weld geometries, limiting its predictive accuracy. These limitations result in significant scatter in fatigue life predictions, excessive conservatism, and inefficiencies in structural design. Although existing fatigue models improve on traditional methodologies, to the best of the authors' knowledge a unified framework that fully captures the combined effects of real weld geometries, WRS, and cyclic loading does not exist yet. The present research aims to develop an advanced fracture mechanics-based numerical framework for fatigue life assessment that explicitly accounts for these influencing factors at the specimen level, establishing the foundation for future scaling to component-level applications. T2 - Wind Energy Science Conference CY - Nantes, France DA - 23.06.2025 KW - Fatigue Assessment KW - Wind Offshore Structures KW - Fracture Mechanics KW - Digital Weld Geometries KW - Welding Residual Stresses KW - Numerical Modeling PY - 2025 AN - OPUS4-63591 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Wiehle, Philipp A1 - Härder, M. A1 - Strangfeld, Christoph T1 - Feuchteverhalten von Lehmsteinmauerwerk unter natürlichen Klimabedingungen – Experimentelle und numerische Untersuchungen N2 - Druckfestigkeit und Elastizitätsmodul von Lehmsteinmauerwerk nehmen mit steigendem Feuchtegehalt ab, weswegen die Mauerwerksdruckfestigkeit bei der Bemessung gemäß DIN 18940 in Abhängigkeit der maximal zu erwartenden Ausgleichsfeuchte abgemindert wird. Da bisher allerdings keine Messdaten zum Feuchtegehalt von Lehmsteinmauerwerk unter natürlichen Klimabedingungen vorliegen, stellen die normativen Grenzwerte lediglich eine konservative Abschätzung dar. Um die Feuchtegehalte von Lehmsteinmauerwerk und somit die Tragfähigkeit realitätsnah einschätzen zu können, wurden im Rahmen der vorliegenden Arbeit sowohl experimentelle als auch numerische Untersuchungen zum feuchtetechnischen Verhalten durchgeführt. Dabei wurden erstmalig magnetresonanzspektroskopische Untersuchungen an tragenden Lehmsteinen unterschiedlicher Herstellungsmethoden angewandt Weiterhin wurden Luftfeuchtesensoren in Lehmsteinmauerwerk eingebettet, um hygrische Langzeitfeuchtemessungen unter natürlichen Klimabedingungen durchzuführen. Auf Basis dieser Erkenntnisse wurde schließlich ein numerisches Modell kalibriert und Parameterstudien durchgeführt, um den unter realen Klimabedingungen tatsächlich auftretenden Feuchtegehalt im Lehmmauerwerk sowie dessen Verteilung über den Querschnitt einschätzen zu können und die normativen Grenzwerte zu überprüfen. Gezeigt wurde, dass die realitätsnahe instationäre Berechnung des Feuchtetransports mit üblichen hygrothermischen Simulationsprogrammen auf Basis einfacher feuchtetechnischer Kennwerte auch bei Lehmbaustoffen möglich ist. Der Einfluss des Quellens und Schwindens der enthaltenen Tonminerale und organischen Bestandteile wurde durch eine Modifikation bei der Ermittlung des Wasseraufnahmekoeffizienten explizit berücksichtigt und ist somit auch in den daraus abgeleiteten Transportkoeffizienten enthalten. Darüber hinaus wurde die Feuchtespeicherfunktion im überhygroskopischen Bereich auf Grundlage der Porenvolumenverteilung abgeschätzt. Die Approximation der Transportkoeffizienten und der Feuchtespeicherfunktion stellt dabei eine wesentliche Vereinfachung für Lehmbaustoffe dar, da ihre experimentelle Bestimmung aufgrund des Kontaktes mit Flüssigwasser kaum möglich ist. In Bezug auf das Feuchteverhalten üblicher Außenwandaufbauten von Wohnräumen konnte festgestellt werden, dass die Ausgleichsfeuchte im Lehmsteinmauerwerk stets unterhalb des in Nutzungsklasse 1 gemäß DIN 18940 zulässigen Grenzwertes von 65 % liegt. Je nach Putzsystem und Dämmstoff reduziert sich die Ausgleichsfeuchte auf Werte unter 60 %, wobei sich eine annähernd gleichmäßige Verteilung der Feuchte über den Mauerwerksquerschnitt hinweg einstellt. Bei Außenwänden von unbeheizten Räumen ergab sich eine maximale Ausgleichsfeuchte, die über weite Teile des Querschnitts unterhalb von 80 % lag. Der Ansatz einer maximalen Ausgleichsfeuchte von 90 % in Nutzungsklasse 2 ist folglich zu hoch angesetzt. Die zulässige Ausgleichsfeuchte bzw. der Umgebungsfeuchtefaktor in Nutzungsklasse 2 sollte dementsprechend angepasst werden T2 - LEHM 2024 – 9. Internationale Fachtagung für Lehmbau CY - Weimar, Germany DA - 27.09.2024 KW - Lehmstein KW - Mauerwerk KW - Materialfeuchte KW - Feuchtemonitoring KW - hygrothermische Simulation PY - 2024 SP - 1 EP - 10 AN - OPUS4-61217 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Wiehle, Philipp T1 - Feuchteverhalten von Lehmsteinmauerwerk unter natürlichen Klimabedingungen N2 - Druckfestigkeit und Elastizitätsmodul von Lehmsteinmauerwerk nehmen mit steigendem Feuchtegehalt ab, weswegen die Mauerwerksdruckfestigkeit bei der Bemessung gemäß DIN 18940 in Abhängigkeit der maximal zu erwartenden Ausgleichsfeuchte abgemindert wird. Da bisher allerdings keine Messdaten zum Feuchtegehalt von Lehmsteinmauerwerk unter natürlichen Klimabedingungen vorliegen, stellen die normativen Grenzwerte lediglich eine konservative Abschätzung dar. Um die Feuchtegehalte von Lehmsteinmauerwerk und somit die Tragfähigkeit realitätsnah einschätzen zu können, wurden im Rahmen der vorliegenden Arbeit sowohl experimentelle als auch numerische Untersuchungen zum feuchtetechnischen Verhalten durchgeführt. Dabei wurden erstmalig magnetresonanzspektroskopische Untersuchungen an tragenden Lehmsteinen unterschiedlicher Herstellungsmethoden angewandt Weiterhin wurden Luftfeuchtesensoren in Lehmsteinmauerwerk eingebettet, um hygrische Langzeitfeuchtemessungen unter natürlichen Klimabedingungen durchzuführen. Auf Basis dieser Erkenntnisse wurde schließlich ein numerisches Modell kalibriert und Parameterstudien durchgeführt, um den unter realen Klimabedingungen tatsächlich auftretenden Feuchtegehalt im Lehmmauerwerk sowie dessen Verteilung über den Querschnitt einschätzen zu können und die normativen Grenzwerte zu überprüfen. Gezeigt wurde, dass die realitätsnahe instationäre Berechnung des Feuchtetransports mit üblichen hygrothermischen Simulationsprogrammen auf Basis einfacher feuchtetechnischer Kennwerte auch bei Lehmbaustoffen möglich ist. Der Einfluss des Quellens und Schwindens der enthaltenen Tonminerale und organischen Bestandteile wurde durch eine Modifikation bei der Ermittlung des Wasseraufnahmekoeffizienten explizit berücksichtigt und ist somit auch in den daraus abgeleiteten Transportkoeffizienten enthalten. Darüber hinaus wurde die Feuchtespeicherfunktion im überhygroskopischen Bereich auf Grundlage der Porenvolumenverteilung abgeschätzt. Die Approximation der Transportkoeffizienten und der Feuchtespeicherfunktion stellt dabei eine wesentliche Vereinfachung für Lehmbaustoffe dar, da ihre experimentelle Bestimmung aufgrund des Kontaktes mit Flüssigwasser kaum möglich ist. In Bezug auf das Feuchteverhalten üblicher Außenwandaufbauten von Wohnräumen konnte festgestellt werden, dass die Ausgleichsfeuchte im Lehmsteinmauerwerk stets unterhalb des in Nutzungsklasse 1 gemäß DIN 18940 zulässigen Grenzwertes von 65 % liegt. Je nach Putzsystem und Dämmstoff reduziert sich die Ausgleichsfeuchte auf Werte unter 60 %, wobei sich eine annähernd gleichmäßige Verteilung der Feuchte über den Mauerwerksquerschnitt hinweg einstellt. Bei Außenwänden von unbeheizten Räumen ergab sich eine maximale Ausgleichsfeuchte, die über weite Teile des Querschnitts unterhalb von 80 % lag. Der Ansatz einer maximalen Ausgleichsfeuchte von 90 % in Nutzungsklasse 2 ist folglich zu hoch angesetzt. Die zulässige Ausgleichsfeuchte bzw. der Umgebungsfeuchtefaktor in Nutzungsklasse 2 sollte dementsprechend angepasst werden. T2 - LEHM 2024 - 9. Internationale Fachtagung für Lehmbau CY - Weimar, Germany DA - 27.09.2024 KW - Lehm KW - Mauerwerk KW - Feuchte KW - Tragverhalten KW - Bemessung PY - 2024 AN - OPUS4-61904 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Viefhues, Eva A1 - Döhler, M. A1 - Hille, Falk A1 - Mevel, L. T1 - Fault detection for linear parameter varying systems under changes in the process noise covariance N2 - Detecting changes in the eigenstructure of linear systems is a comprehensively investigated subject. In particular, change detection methods based on hypothesis testing using Gaussian residuals have been developed previously. In such residuals, a reference model is confronted to data from the current system. In this paper, linear output-only systems depending on a varying external physical parameter are considered. These systems are driven by process noise, whose covariance may also vary between measurements. To deal with the varying parameter, an interpolation approach is pursued, where a limited number of reference models -- each estimated from data measured in a reference state -- are interpolated to approximate an adequate reference model for the current parameter. The problem becomes more complex when the different points of interpolation correspond to different noise conditions. Then conflicts may arise between the detection of changes in the eigenstructure due to a fault and the detection of changes due to different noise conditions. For this case, a new change detection approach is developed based on the interpolation of the eigenstructure at the reference points. The resulting approach is capable of change detection when both the external physical parameter and the process noise conditions are varying. This approach is validated on a numerical simulation of a mechanical system. T2 - IFAC World Congress 2020 CY - Online meeting DA - 11.07.2020 KW - Linear parameter varying systems KW - Fault detection KW - Changing process noise KW - Subspace-based residual KW - Model interpolation PY - 2020 SP - 13858 AN - OPUS4-51617 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Viefhues, Eva T1 - Fault detection for linear parameter varying systems under changes in the process noise covariance N2 - Detecting changes in the eigenstructure of linear systems is a comprehensively investigated subject. In particular, change detection methods based on hypothesis testing using Gaussian residuals have been developed previously. In such residuals, a reference model is confronted to data from the current system. In this paper, linear output-only Systems depending on a varying external physical parameter are considered. These systems are driven by process noise, whose covariance may also vary between measurements. To deal with the varying parameter, an interpolation approach is pursued, where a limited number of reference models { each estimated from data measured in a reference state { are interpolated to approximate an adequate reference model for the current parameter. The problem becomes more complex when the different points of interpolation correspond to different noise conditions. Then con icts May arise between the detection of changes in the eigenstructure due to a fault and the detection of changes due to different noise conditions. For this case, a new change detection approach is developed based on the interpolation of the eigenstructure at the reference points. The resulting approach is capable of change detection when both the external physical parameter and the process noise conditions are varying. This approach is validated on a numerical simulation of a mechanical system. T2 - 21st IFAC World Congress CY - Berlin, Germany DA - 13.07.2020 KW - Linear parameter varying systems KW - Fault detection KW - Changing process noise KW - Subspace-based residual KW - Model interpolation PY - 2020 AN - OPUS4-52366 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Thiele, Marc T1 - Fatigue crack detection methods for high-cyclic loaded steel structures and challenges in mechanical testing N2 - For the generation of renewable energy offshore wind farms play an important role. The majority of these wind generators are connected to steel foundation structures. Steady increasing power output of these wind turbines leads to new challenges as well for engineers of the related support structures. Caused by the high-cyclic loading of these structures by wind and waves fatigue plays a very important role. Besides the consideration of fatigue within the design process it is additionally an important topic and challenge to monitor the existing steel structures relating to potential fatigue cracks occurring during their lifetime. This plays a role for a fundamental understanding of mechanisms as investigated in testing but also for inspection in real structures. Since the structures of the offshore wind generators are very large and in addition partially under water effective and reliable methods for fatigue crack detection are required. This contribution will present results of recent investigations on different crack detection methods applied on high-cycle fatigue tests on small welded steel samples as well as on welded steel components. The comparison of these measurements will show what are the advantages and disadvantages of the different methods and which method is potentially more suitable for the application on real offshore wind structures. It is outlined where challenges for detection methods exist. Furthermore, in this context the resulting challenges for the execution of material testing especially caused by the increasing dimensions of wind energy converters will by exemplarily presented. T2 - EERA JP Wind & SETWind Online Annual Event 2020 CY - Online meeting DA - 14.09.2020 KW - Fatigue KW - Crack detection KW - Steel structures PY - 2020 AN - OPUS4-51356 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Costard, René T1 - Explosionsauswirkungen auf Strukturen Versuche und Simulationen N2 - Vorstellung der Versuche von Explosionsversuchen auf dem TTS. Diese werden ergänzt durch die Ergebnisse durchgeführter Simulationen und zeigen die Wirkung von zivilen Explosivstoffen auf Gebäudestrukturen und die aufgetretenen Schädigungen. T2 - 46. Informationstagung Sprengtechnik CY - Siegen, Germany DA - 25.04.2025 KW - Explosivstoff KW - Skalierung KW - Strukturauswirkung KW - Numerische Simulation PY - 2025 AN - OPUS4-62998 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Costard, Rene A1 - Hering, Marcus T1 - Explosionsauswirkungen auf Strukturen N2 - Wir berichten über die Entwicklungen des AP2 im Hinblick auf Explosionsauswirkungen auf Strukturen und den Weg zur systematischen messtechnischen Erfassung zur ganzheitlichen Bewertung der Bauwerksicherheit unter Detonationsbelastung. Zusätzlich werden die Vorführungen zu Kontaktdetonationen während der 16. Informationsveanstaltung Sprengstoffe und Pyrotechnik vorgeführt. T2 - 16. Informationsveranstaltung Sprengstoffe und Pyrotechnik CY - Berlin, Germany DA - 20.05.2025 KW - Explosion KW - Kontaktdetonation KW - Blast PY - 2025 AN - OPUS4-63192 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Hering, Marcus T1 - Explosion effects on reinforced concrete structures: A preliminary study of scaling laws N2 - Blast tests are required to investigate accidental or intentional blast events and to assess the level of protection for people and facilities in critical infrastructures. Conducting large-scale field tests for complex scenarios is very resource intensive. Reliable small-scale experiments are a promising alternative. However, the scaling laws for the design of reinforced concrete structures under blast loads are not sufficiently established. In our research work, a consortium made up of three BAM departments, focuses on reinforced concrete structures that are suitable for the standardization of scaled blast tests. As part of the feasibility study, blast tests were carried out on test specimens of different sizes on the BAM Test Site for Technical Safety (TTS). Various reinforced concrete plates were tested and subjected to different blast loads. The blast tests included various measurement techniques to quantify the blast load and the behavior of the reinforced concrete plate. The blast load was measured with flush-mounted piezoelectric pressure gauges, while accelerometers and embedded fiber optic sensor cables were used to characterize the dynamic behavior of the plate under blast loading. In addition, damage characteristics were also determined using distributed fiber optic sensing. The application of these measurement techniques as well as the use of different numerical software tools offer the possibility to verify or adapt the scaling laws. T2 - 19th International Symposium on Interaction of the Effects of Munitions with Structures (19th ISIEMS) CY - Bonn, Germany DA - 09.12.2024 KW - Blast KW - Fiber optic sensing KW - Scaling PY - 2024 AN - OPUS4-62260 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Hering, Marcus A1 - Agasty, Amit A1 - Costard, René A1 - Hüsken, Götz A1 - Chruscicki, Sebastian A1 - Hicke, Konstantin T1 - Explosion effects on reinforced concrete structures – A preliminary study of scaling laws N2 - Blast tests are required to investigate accidental or intentional blast events and to assess the level of protection for people and facilities in critical infrastructures. Conducting large-scale field tests for complex scenarios is very resource intensive. Reliable small-scale experiments are a promising alternative. However, the scaling laws for the design of reinforced concrete structures under blast loads are not sufficiently established. In our research work, a consortium made up of three BAM departments, focuses on reinforced concrete structures that are suitable for the standardization of scaled blast tests. As part of the feasibility study, blast tests were carried out on test specimens of different sizes on the BAM Test Site for Technical Safety (TTS). Various reinforced concrete plates were tested and subjected to different blast loads. The blast tests included various measurement techniques to quantify the blast load and the behavior of the reinforced concrete plate. The blast load was measured with flush-mounted piezoelectric pressure gauges, while accelerometers and embedded fiber optic sensor cables were used to characterize the dynamic behavior of the plate under blast loading. In addition, damage characteristics were also determined using distributed fiber optic sensing. The application of these measurement techniques as well as the use of different numerical software tools offer the possibility to verify or adapt the scaling laws. T2 - 19th International Symposium on Interaction of the Effects of Munitions with Structures (19th ISIEMS) CY - Bonn, Germany DA - 09.12.2024 KW - Scaling KW - Blast KW - Fiber optic sensing PY - 2024 SP - 1 EP - 9 AN - OPUS4-62258 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Simon, Patrick T1 - Experimente in der Klimakammer N2 - Im Rahmen des Verbundtreffens des Vorhabens AISTEC werden akutelle Versuche aus der Großklimakammer des FB 7.2 präsentiert. T2 - 5. Verbundtreffen AISTEC CY - Online meeting DA - 24.06.2021 KW - Klimakammer KW - Stochastic Subspace Damage Detection KW - Model Update KW - Asphalt PY - 2021 AN - OPUS4-52869 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Balscheit, Hagen A1 - Victor, A. A1 - Thiele, Marc A1 - Cuéllar, Pablo A1 - Baeßler, Matthias A1 - Lüddecke, F. T1 - Experimental Investigation on Buckling Behavior of soil-embedded Piles N2 - Monopiles are currently the predominant foundation type for offshore wind turbines in Europe. Due to the increasing dimensions of the turbines, pile diameters beyond 10m become necessary. A design-relevant failure mode of monopiles is the local buckling of the pile wall in the embedded sections. Relevant buckling guidelines do not consider the soil-structure interaction specifically, although the embedment may allow for a reduction of wall thickness. However, Eurocode-based design concepts require a validation with comparative buckling cases for validation, either in terms of buckling curve parameters for both the algebraic stress-based and semi-numerical LBA/MNA design concept or as a calibration factor kGMNIA for fully numerical GMNIA calculations. These parameters are not yet available for embedded shells. To close this gap, we have conducted experiments on piles embedded in sand to investigate local buckling under soil-structure-interaction. The results will be used to calibrate numerical models. This research was carried out as part of the VERBATIM research project, funded by PTJ/BMWK and supported by the Carbon Trust's Offshore Wind Accelerator consortium. T2 - EUROSTEEL 2023 CY - Amsterdam, The Netherlands DA - 11.09.2023 KW - Wind KW - Wind Energy KW - Shell Buckling KW - Offshore KW - Soil-Structure-Interaction PY - 2023 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-583641 DO - https://doi.org/10.1002/cepa.2313 SN - 2509-7075 VL - 6 IS - 3-4 SP - 1729 EP - 1734 PB - Ernst & Sohn Gmb AN - OPUS4-58364 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Balscheit, Hagen T1 - Experimental Investigation on Buckling Behavior of soil-embedded Piles N2 - Monopile-Gründungen sind die mit Abstand am häufigsten verwendete Gründungskonstruktion für Offshore-Windenergieanlagen. Ein wesentliches Problem bei der Bemessung ist das lokale Beulen des Gründungspfahls, welches typischerweise im Bereich der Bettung auftritt. Aufgrund der Nichtlinearität der Bettungsrandbedingung sind klassische Bemessungsansätze nicht anwendbar, so dass der Bemessungsingenieur auf eine vollständig numerische Berechnung zurückgreifen muss. In diesem Vortrag wird eine experimentelle Versuchskampagne zur Erzeugung von Kalibrierungsdaten für solche numerischen Modelle vorgestellt. Eine ausführlichere Darstellung findet sich im gleichnamigen Artikel. T2 - EUROSTEEL 2023 CY - Amsterdam, Netherlands DA - 11.09.2023 KW - Wind KW - Wind Energy KW - Offshore KW - Shell Buckling KW - Soil-Structure-Interaction PY - 2023 AN - OPUS4-58365 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Agasty, Amit A1 - Hering, Marcus T1 - Experimental and Numerical Analysis of Reinforced Concrete Structures Under Blast Loading: Scopes and Challenges N2 - Protection against terrorist or accidental scenarios in industrial settings requires suitable designs of structures to resist blast loads. Field testing as well as finite element simulations are among the techniques available to engineers in the understanding of the structural behavior against blast loading. As blast testing of complex scenarios can be very resource intensive, tests are generally performed for simplified scenarios. Numerical tools can be used to model these scenarios in order to get a better insight into blast loading, structural response and the resulting damage to the structure. In the next steps, the simplified scenario is successively modified in numerical simulations to incorporate complexities that cannot be covered in blast testing experiments. One of the conditions for this approach to work is that the original simplified numerical simulation is valid. The scopes and challenges encountered in such a validation are the focus of this presentation. A relatively ‘simple’ field test of a horizontal reinforced concrete (RC) slab subjected to blast loading is taken as an example for validation of the performance of numerical tools. The blast test incorporated various measurement techniques to quantify the blast load as well as the behavior of the RC slab. Blast load was measured using flush-mounted piezoelectric pressure gauges, whereas acceleration sensors and fiber-optic sensor cables were used to characterize the dynamic behavior of the slab under blast loading. Additionally, damage characteristics were ascertained also using fiber-optic sensing. The application of such measurement techniques, along with different numerical software available for the analysis of the scenario in question, demonstrate the scope of our contribution. T2 - 24th International Physical Security Forum Brussels CY - Brussels, Belgium DA - 15.04.2024 KW - Blast KW - Reinforced Concrete Structures KW - Numerical simulations PY - 2024 AN - OPUS4-60880 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Balscheit, Hagen T1 - Evaluation of pile tip buckling based on large scale tests N2 - Der Vortrag zum zugehörigen Konferenzbeitrag beschreibt eine groß angelegte Feldtestkampagne mit 16 Rammversuchen, um das Risiko des plastischen Versagens der Pfahlspitzen besser zu verstehen Ein numerisches Modell mit transientem Bodenkontakt zeigt eine gute Übereinstimmung mit den Testergebnissen. Parametervariationen verdeutlichen, wie empfindlich die Pfahlreaktion auf Imperfektionen und Randbedingungen ist. T2 - 5th International Symposium on Frontiers in Offshore Geotechnics (ISFOG) CY - Nantes, France DA - 09.06.2025 KW - Pile Tip Buckling KW - Monopile KW - Offshore Windenergy KW - Driving Refusal KW - Large Scale Test PY - 2025 AN - OPUS4-63391 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER -