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After describing the basics of distributed fiber optic sensing in general and distributed fiber optic acoustic sensing (DAS) in particular, several currently and previously investigated fields of application of DASin infrastructure monitoring and seismic monitoring are presented. A focus is placed on seismic measurements and DAS measurements determining the dynamic responses of concrete structures to certain stimuli.
The variability and heterogeneity in their structural composition is significant for nearly all synthetic and natural polymers. Beside molar mass also functionality type distribution, copolymer composition distribution and architectural features are responsible for changing the material properties.
A wide range of analytical techniques are available to get insight into these parameters. However, in most cases it is essential to combine different sophisticated techniques to get closer to actual structures and to avoid statistical averages.
Different liquid chromatographic separation modes and their coupling in a two-dimensional way (SEC, LCCC, HILIC, 2D-LC) in combination with suitable detection techniques (e.g. UV, RI, LS, IR, MALDI/ESI-MS) as well as techniques like BET, DCS, SEM/TEM were applied to make structural features visible.
A few aspects are discussed for structural different polylactides from various synthesis routes and their behavior in LC-MS. Moreover, some analytical results for technical lignins valorized by mechanochemical treatment or modified by functional polymers are presented.
Inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS) emerged as a powerful technique for trace analysis of soil due to its multi-element capability, high sensitivity and low sample consumption. However, despite its success and widespread use, ICP-MS has several persistent drawbacks, such as high argon gas consumption, argon-based polyatomic interferences and the need for complicated RF-power generators. Unlike argon-based ICP, the nitrogen microwave inductively coupled atmospheric pressure mass spectrometry (MICAP-MS) uses nitrogen as plasma gas, which eliminates high operating costs associated with argon-gas consumption as well as the argon-based interferences1. In this work, the applicability of MICAP-MS for elemental analysis in different matrices is investigated. For this purpose, reference soil samples and steel samples are digested with aqua regia and used for analysis. Concentrations of selected elements are determined using MICAP-MS and validated with ICP-MS und certified values. Sensitivities, limits of detection and gas consumption for both methods are compared and discussed in detail. Performance of MICAP-MS under different nitrogen plasma gas concentrations is investigated and compared. Moreover, the performance of MICAP-MS in alloy matrices is investigated and discussed.
Die VDI Richtlinie 3837 enthält detaillierte Angaben zur Erschütterungsemission. Die DIN 45672-3 enthält nur den Tunnel- oder einen Bodenmesspunkt als Ausgangspunkt der Prognose. Die Erschütterungsanregung durch die Fahrzeug-Fahrweg-Wechselwirkung wird beschrieben. Die ERgebnisse der BAM stimmen sehr gut mit dem Prognosekonzept von Highspeed 2 überein. Dies wird an den Punkten 1. Störgrößen, 2. Achsimpulse, 3. Tunnelstrecken aufgezeigt.
Der Vortrag stellt die wesentlichen Inhalte sowie die wichtigsten Änderungen der TRGS 510 "Lagerung von Gefahrstoffen in ortsbeweglichen Behältern" vor.
Die TRGS 510 zeichnet sich durch ein gestuftes Maßnahmenkonzept in Abhängigkeit von der Art und Menge der gelagerten Gefahrstoffe aus. Folgende Maßnahmenstufen werden durch die TRGS 510 beschrieben:
1. Kleinmengen -> Allgemeine Maßnahmen
2. Überschreitung der Kleinmengen -> Lagerung im Lager
3. Überschreitung bestimmter Mengen für spezielle Gefahrstoffe -> Spezielle Maßnahmen
4. Verschiedene Gefahrstoffe und Lagerung im Lager erforderlich -> ggf. Getrenntlagerung und Separatlagerung
Im Rahmen dieses Vortrags werden die Besonderheiten beim Einsatz von Messtechnik bei Versuchen im Groß- und Realmaßstab und unter Freifeldbedingungen dargestellt. Anhand des Themenfeldprojektes CoFi-ABV und der dort durchgeführten Versuchsreihen werden die Rand- und Rahmenbedingungen beim Durchführen der Experimente, Instrumentierung und Versuchsaufbau sowie beispielhafte Ergebnisse erläutert.
Der Erhalt einer dauerhaft sicheren Infrastruktur erfordert neben der Berücksichtigung technisch bedingter Alterungs- und Schädigungsprozesse auch die Umsetzung aktueller gesellschaftlicher Herausforderungen wie die Integration neuer Mobilitätskonzepte, Steigerung der Resilienz gegenüber Klimawandel oder Ressourcenschonung. Die parallele Umsetzung dieser „alten“ und „neuen“ Anforderungen lässt sich nur durch räumlich und zeitlich skalenübergreifende Betrachtungen lösen, die ohne digitale Prozesse nicht möglich sein werden. Am Beispiel des Elements der Querscheinfuge in Betonstraßenoberflächen wird in diesem Vortrag aufgezeigt, wie die BAM durch Kombination diverser Projekte zu einzelnen Aspekten dieser Fragestellung in einem ganzheitlichen Konzept eines digitalen Zwillings dieses Bauelements löst.
Laser-induced Periodic Surface Structures (LIPSS, ripples) are a universal phenomenon and can be generated in a contactless, single-step process on almost any type of solid upon irradiation with intense laser pulses. They represent a (quasi-)periodic modulation of the surface topography in the form of a linear grating and are typically formed in a “self-ordered” way in the focus of a laser beam. Thus, they are often accompanying laser material processing applications. The structural sizes of LIPSS typically range from several micrometers down to less than 100 nanometers – far beyond the optical diffraction limit – while their orientations exhibit a clear correlation with the local polarization direction of the laser radiation.
From a theoretical point of view, a controversial debate has emerged during the last decades, whether LIPSS originate from electromagnetic effects (seeded already during the laser irradiation) – or whether they emerge from matter-reorganization processes (distinctly after the laser irradiation). From a practical point of view, however, LIPSS represent a simple and robust way for the nanostructuring of solids that allows creating a wide range of different surface functionalities featuring applications in optics, tribology, medicine, energy technologies, etc.
This presentation reviews the currently existent theories of LIPSS. A focus is laid on the historic development of the fundamental ideas behind the LIPSS, their corresponding mathematical descriptions and numerical implementations, along with a comparison and critical assessment of the different approaches.
Fourth generation light sources, namely short wavelength, short pulse free electron lasers (FELs) are offering new and fascinating possibilities to resolve laser-induced structure formation at surfaces on the sub-micrometer to nanometer length scale and in temporal regimes ranging from picoseconds to several nanoseconds with sub-picosecond resolution. This unique spatio-temporal resolution allows to reveal early signatures of coherent/plasmonic electromagnetic scattering effects followed by the excitation of hydrodynamic capillary waves – providing new insights to the above-mentioned debate.
Finally, some unsolved scientific problems related to LIPSS are identified and the pending technological limitations are discussed. While the currently available laser and scanner technology already allows large area surface processing with rates at the m2/min level, industrial applications of LIPSS are sometimes limited by the complex interplay between the nanoscale surface topography and the specific surface chemistry. This typically manifests in difficulties to control the processing of LIPSS and in limitations to ensure the long-term stability of the created surface functions. Strategies for overcoming such limitations are outlined.
Multi-sensory monitoring and ultrasound for quality assurance at underground sealing structures
(2023)
Within the safety concepts of underground disposal sites of nuclear waste, engineered barriers play an important role. As these sealing structures have high demands concerning integrity, we aim at advancing the available construction materials, monitoring and inspection techniques within the project SealWasteSafe.
After successful laboratory analysis on the cm-scale, cylindrical and cuboid specimens on the m-scale are produced from classical salt concrete and a specifically developed alkali-activated material. A comprehensive multi-sensory monitoring scheme is applied to compare the setting process of both materials and to demonstrate the sensors’ resistance to highly alkaline environments. Besides temperature and humidity of the materials, strain variations using fibre optic sensors and acoustic emissions are recorded over periods of at least 28 days, partly for more than 8 months. Passive sensor systems based on radiofrequency identification technology (RFID) embedded in the concrete allow for wireless access to temperature and humidity measurements and are compared to conventional cabled systems. After hardening and removal of the outer casings of the specimens, further non-destructive evaluations using ultrasonic echo and thermographic measurements are conducted. Preliminary results clearly highlight differences between the tested materials, particularly showing lower acoustic emission activity for the newly developed alkali-activated material potentially indicating less phase changes or cracks.
Complementary, ultrasonic methods are improved to be used for quality assurance to detect obstacles, potential cracks and delamination at in-situ sealing structure scale. A unique large aperture ultrasonic system (LAUS) with depth penetration as large as 9 m has already successfully been applied at the test site in Morsleben, Germany, of the federal company for radioactive waste disposal (BGE). Modelling studies help to further optimize the measurement layout. Advanced imaging techniques applied to the modelled and measured data will further improve the obtained images of internal structures. Additionally, an ultrasonic borehole probe is developed and constructed using phased arrays to further enhance the detection of potential cracks. Modelling and preliminary results from laboratory specimens prove the feasibility and potential of the directional response even in heterogeneous material such as concrete. Final investigations under in-situ conditions at the test site of the sealing structure are planned.
Overall, the project SealWasteSafe improves the construction material, multi-sensory monitoring, and ultrasound for quality assurance to allow for the development of safe nuclear sealing structures. Although the techniques are tailored for sealing structures within salt as a host rock, they are transferrable to a wider field of applications and alternative disposal conditions.
Die Kombination aus hoher Korrosionsbeständigkeit und guten mechanischen Eigenschaften von Duplexstählen (DSS) ist auf ihre chemische Zusammensetzung und das ausgewogene Phasenverhältnis von Ferrit (α) und Austenit (γ) zurückzuführen.
Viele industrielle Anwendungen erfordern eine stoffschlüssige Verbindung von DSS. Das Wolfram-Inertgas-Schweißen (WIG) ist relativ einfach zu handhaben, benötigt nur wenig Platz und ermöglicht ein automatisiertes Schweißen, mit sehr hoher Reproduzierbarkeit und ist daher hervorragend zum Schweißen von DSS.
Während der Erstarrung dieser Dualphasenstähle kann es zu kritischen Phasenverhältnissen von α und γ kommen, was zu Erstarrungsrissen, Korrosionsanfälligkeit, geringerer Duktilität und kritischen Festigkeitswerten führt. Um die gewünschten Werkstoffeigenschaften zu erhalten, muss daher die α/γ-Verteilung zuverlässig vorhergesagt werden. Dies geschieht in der Regel mit Hilfe des WRC1992-Diagramms. Die Vorhersagegenauigkeit des Ferritgehalts in diesem Diagramm ist jedoch meist nicht genau genug und muss daher optimiert werden. Daher ist es notwendig, selbst kleinste Veränderungen in der chemischen Zusammensetzung des Schweißguts idealerweise während des Schweißens zu überwachen. Dies wird in diesen Experimenten mit Hilfe der laser-induzierten Plasmaspektroskopie (LIBS) durchgeführt. Ein großer Vorteil dieser Technik ist die hochgenaue zeit- und ortsaufgelöste Messung der chemischen Zusammensetzung während des Schweißens. In vorherigen Arbeiten wurde bereits die chemische Zusammensetzung im Schweißgut und der WEZ quantifiziert. In der präsentierten Untersuchung wird der Einfluss einzelner Elemente, wie Nb und Cu, auf das resultierende Schweißmikrogefüge untersucht.
Nichtelektrischer Explosionsschutz - Grundlagen und Maßnahmen zum nichtelektr. Explosionsschutz
(2023)
Bei Geräten und Maschinen zur bestimmungsgemäßen Verwendung in explosionsgefährdeten Bereichen muss in der europäischen Union eine Zündgefahrenbewertung durchgeführt werden. Dabei müssen unter anderem die Gefahren von nichtelektrischen Zündquellen betrachtet werden, zu denen auch die mechanischen Schlagvorgänge gehören.
Bei Schlagvorgängen kommt es infolge des Zusammenstoßes zweier Werkstücke zu einer Umwandlung der kinetischen Energie. Dabei erhöht sich die Temperatur der Werkstoffe an der Kontaktstelle und es kommt unter Umständen zu einem Abtrennvorgang kleiner Partikel erhöhter Temperatur. Sowohl die heißen Kontaktstellen als auch die abgetrennten Partikel können eine wirksame Zündquelle für ein explosionsfähiges Gasgemisch darstellen. Zur Festlegung von Grenzwerten wurden in der Norm DIN EN ISO 80079-36:2016 die Gasgemische anhand ihrer Explosionsgruppe klassifiziert und zu jeder Gruppe die maximale Energie des Schlagvorgangs festgelegt, unter derer die Entstehung einer wirksamen Zündquelle als unwahrscheinlich angenommen werden kann.
Die Oberflächentexturierung der Betonfahrbahndecken mittels Grinding und Grooving steht seit einigen Jahren im Mittelpunkt der Forschung und Entwicklung des Betonstraßenbaus in Deutschland. In den vergangenen Jahren wurden die vorteilhaften Oberflächenperformances derartiger Texturen, wie z.B. Griffigkeit, Ebenheit, Lärmminderung, in zahlreichen Forschungsprojekten umfassend untersucht. Im Kontext des gegenwärtig verfolgten ganzheitlichen performanceorientierten Ansatzes liegt der Fokus nun verstärkt auf der Analyse und Charakterisierung der Oberflächentopografie von Grinding- bzw. Groovingtexturen. Insbesondere gilt ein Hauptaugenmerk hierbei der zeitlichen Entwicklung der Oberflächentexturen in Abhängigkeit von äußeren Einwirkungen durch Klima und Verkehr.
Im Rahmen eines von der Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt) geförderten Forschungsvorhabens wurden zunächst die messtechnischen Voraussetzungen für eine hochaufgelöste dreidimensionale Erfassung der Oberflächentopografie von Grinding- und Groovingtexturen in situ geschaffen. Das schließt auch die Entwicklung einer Messanordnung, die eine Wiederholbarkeit der 3D-Messungen gewährleistet und somit die Erfassung der zeitlichen Texturveränderungen ermöglicht. Basierend darauf wurden Auswerteroutinen zur qualitativen und quantitativen Beschreibung der Oberflächentexturen und deren Veränderungen entwickelt und angewandt. Anschließend wurde der Zustand von Grinding- und Groovingtexturen an ausgewählten Praxisstrecken in definierten Zeitintervallen erfasst. Unter Verwendung der erarbeiteten Auswerteroutinen wurden die erfassten Oberflächen analysiert und repräsentative Texturkennwerte abgeleitet.
Design challenges for Offshore wind-farms. From foundation mechanics to wind-farm aerodynamics
(2023)
This talk provides a brief introduction on general engineering design challenges for the offshore wind energy production. Some general features of the offshore wind-energy field from a civil engineering perspective are firstly presented, followed by a brief discussion of some of the main geomechanical issues for the foundation of the offshore turbines into the seabed.
In the following part, an overview of relevant fluid-structure interactions and some options for an efficient numerical analysis are provided, where the hydromechanical Wave–Tower interaction is firstly discussed. Then, some general aspects of the windfarm aerodynamics are introduced. On the one hand, some modelling possibilities for the wake analysis of single turbines and turbine groups are discussed. And on the other hand the relevance of such analyses for a proper windfarm layout optimization is pointed out.
In particular, this talk shows that: i) The performance and behavior of the turbine's foundation is often conditioned by the appearance of large deformations, fluid couplings and grain-scale phenomena, whereby specific physical testing (both in field and lab conditions) and ad-hoc simulation techniques can provide useful insights for design; ii) Numerical analysis of a turbine’s interaction with wind/waves is already affordable in engineering scales, while simplified models can already provide a useful insight into the windfarm aerodynamics. iii) Turbulent wake analysis is very relevant for the windfarm layout.