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In accident scenarios of transport packages or hypothetical crashes of containers in a storage facility or repository, the materials resistance against dynamic failure of the involved components is a deciding factor for package and container integrity during the handling, transport and storage for each type of radioactive material. For example, different dynamic impact tests on containers and components like lid sealing systems and specimens made of ductile cast iron and shock-absorbing materials are carried out by BAM. In order to perform dynamic impact tests with packages and its parts BAM operates two free-fall drop test facilities with maximum capacities of 200 t and 55 t, and a test bench for guided drop tests. This latter drop test machine enables a clearly specified component loading by a precisely positioned test object or drop weight and has been used recently for numerous investigations. The paper gives an overview of the wide range of experimental testing methods carried out within guided Impact and bending tests. Examples of methodological challenges are presented, especially such experimental analysis of dynamic impact conditions. In addition to known applied methods of dynamic, non-contact displacement measurements like high-speed 3-D surface deformation a recently patented 2-D tracking method is presented. By means of in-situ determination of fracture parameters with relevance to the materials stress intensity factor, the method has been successfully applied for a typical specimen geometry. Also shown are the possibility of detecting in-situ He-leakage rates on laterally impact loaded lid sealing systems as well as a method of acceleration sensor-temperature control under test conditions in the low temperature range.
In accident scenarios of transport packages or hypothetical crashes of containers in a storage facility or repository, the materials resistance against dynamic failure of the involved components is a deciding factor for package and container integrity during the handling, transport and storage for each type of radioactive material. For example, different dynamic impact tests on containers and components like lid sealing systems and specimens made of ductile cast iron and shock-absorbing materials are carried out by BAM. In order to perform dynamic impact tests with packages and its parts BAM operates two free-fall drop test facilities with maximum capacities of 200 t and 55 t, and a test bench for guided drop tests. This latter drop test machine enables a clearly specified component loading by a precisely positioned test object or drop weight and has been used recently for numerous investigations. The paper gives an overview of the wide range of experimental testing methods carried out within guided Impact and bending tests. Examples of methodological challenges are presented, especially such experimental analysis of dynamic impact conditions. In addition to known applied methods of dynamic, non-contact displacement measurements like high-speed 3-D surface deformation a recently patented 2-D tracking method is presented. By means of in-situ determination of fracture parameters with relevance to the materials stress intensity factor, the method has been successfully applied for a typical specimen geometry. Also shown are the possibility of detecting in-situ He-leakage rates on laterally impact loaded lid sealing systems as well as a method of acceleration sensor-temperature control under test conditions in the low temperature range.
Täglich werden mehrere tausend Tonnen in Säcken verpackter Gefahrgüter über die Straßen transportiert. Laut den internationalen Gefahrgutvorschriften für den innerstaatlichen und grenzüberschreitenden Verkehr ADR müssen Gefahrgutsäcke aus Papier „staubdicht“ sein. Die Autobahnpolizei Münster wies bei einem Vortrag in der BAM darauf hin, dass im Rahmen polizeilicher LKW-Kontrollen Ladeflächen voller Staub vorgefunden wurden, ohne dass ein Defekt an einem Gefahrgutsack festgestellt werden konnte.
Ziel der Arbeit war es, eine Prüfkammer zu entwickeln, welche in der Lage ist, nach Fallversuchen mit Gefahrgutsäcken aus Papier den freigesetzten luftgetragenen Staub zu bestimmen. Eine anschließende Bewertung soll die gesundheitlichen Gefahren des entstandenen Aerosols aufzeigen. Durch die Auswertung erster Fallversuche wurde exemplarisch die „Dichtheit“ vorhandener Gefahrgutsäcke bestimmt und die Fraktionen der entstandenen Aerosole wurden mit den Arbeitsplatzgrenzwerten verglichen.
Kurzfassung. Die meisten Faserverbundbehälter, die in Europa für den Transport gefährlicher Stoffe oder als Speicherbehälter für Wasserstoff oder Erdgas in Fahrzeugen Verwendung finden, werden für eine nicht begrenzte Lebensdauer ausgelegt. In regelmäßigen Abständen sind für diese Druckbehälter wiederkehrende Prüfungen vorgeschrieben, die in der Regel aus visuellen Inspektionen und hydraulischen Innendruckprüfungen bestehen [1]. Die wiederkehrenden Prüfungen sind jedoch weder geeignet, die sichere Betriebsdauer festzulegen noch den Alterungszustand der Druckbehälter zu beurteilen. Aufgrund des weiter steigenden Drucks zur Kosten- und Gewichtsreduktion von Faserverbundbehältern und der damit einhergehenden Ausnutzung der existierenden Sicherheitsmargen gewinnen Methoden zur Beurteilung des Alterungsverhaltens dieser Druckbehälter immer mehr an Bedeutung.
Vor diesem Hintergrund wurde in der BAM das orhaben „Alterungsverhalten von Composite-Druckgefäßen mit Carbonfaser-Compositen unter gekoppelten Beanspruchungen (COD-AGE)“ gestartet, um die Alterung von Faserverbundbehältern mittels verschiedener zerstörungsfreier Prüfverfahren zu untersuchen. Die hier vorgestellten Ergebnisse wurden an einem Typ 4 Hybridbehälter mit Kunststoffliner gewonnen, in den im Rahmen des Herstellungsprozesses optische Glasfasern in verschiedenen Schichten integriert wurden. Der Behälter wurde mittels hydraulischem Innendruck und erhöhter Umgebungstemperatur zyklisch bis zum Lebensende belastet. Zwischen den einzelnen Lastsequenzen erfolgte eine an die wiederkehrende Prüfung im Betrieb angelehnte hydraulische Druckbelastung.
Sowohl die hydraulische Alterung als auch die Druckrampen wurden mittels Schallemissionsprüfung (SEP) und verteilter faseroptischer Sensorik mit dem Ziel einer frühzeitigen Versagensvorhersage überwacht. Durch die Schallemissionsanalyse sollte untersucht werden, ob zum Lebensende hin ein signifikanter Anstieg der Schallemissionsaktivität und -intensität, unterteilt in verschiedene Lastbereiche, beobachtet werden kann. Zusätzlich zum kontinuierlichen Monitoring der Zyklierung sollten die Druckrampen separat untersucht werden, um hier Potenziale für die wiederkehrende Prüfung zu erkennen.
Kurzfassung. Die meisten Faserverbundbehälter, die in Europa für den Transport gefährlicher Stoffe oder als Speicherbehälter für Wasserstoff oder Erdgas in Fahrzeugen Verwendung finden, werden für eine nicht begrenzte Lebensdauer ausgelegt. In regelmäßigen Abständen sind für diese Druckbehälter wiederkehrende Prüfungen vorgeschrieben, die in der Regel aus visuellen Inspektionen und hydraulischen Innendruckprüfungen bestehen. Die wiederkehrenden Prüfungen sind jedoch weder geeignet, die sichere Betriebsdauer festzulegen noch den Alterungszustand der Druckbehälter zu beurteilen. Aufgrund des weiter steigenden Drucks zur Kosten- und Gewichtsreduktion von Faserverbundbehältern und der damit einhergehenden Ausnutzung der existierenden Sicherheitsmargen gewinnen Methoden zur Beurteilung des Alterungsverhaltens dieser Druckbehälter immer mehr an Bedeutung.
Vor diesem Hintergrund wurde in der BAM das Vorhaben „Alterungsverhalten von Composite-Druckgefäßen mit Carbonfaser-Compositen unter gekoppelten Beanspruchungen (COD-AGE)“ gestartet, um die Alterung von Faserverbundbehältern mittels verschiedener zerstörungsfreier Prüfverfahren zu untersuchen. Die hier vorgestellten Ergebnisse wurden an einem Typ 4 Hybridbehälter mit Kunststoffliner gewonnen, in den im Rahmen des Herstellungsprozesses optische Glasfasern in verschiedenen Schichten integriert wurden. Der Behälter wurde mittels hydraulischem Innendruck und erhöhter Umgebungstemperatur zyklisch bis zum Lebensende belastet. Zwischen den einzelnen Lastsequenzen erfolgte eine an die wiederkehrende Prüfung im Betrieb angelehnte hydraulische Druckbelastung.
Sowohl die hydraulische Alterung als auch die Druckrampen wurden mittels Schallemissionsprüfung (SEP) und verteilter faseroptischer Sensorik mit dem Ziel einer frühzeitigen Versagensvorhersage überwacht. Durch die Schallemissionsanalyse sollte untersucht werden, ob zum Lebensende hin ein signifikanter Anstieg der Schallemissionsaktivität und -intensität, unterteilt in verschiedene Lastbereiche, beobachtet werden kann. Zusätzlich zum kontinuierlichen Monitoring der Zyklierung sollten die Druckrampen separat untersucht werden, um hier Potenziale für die wiederkehrende Prüfung zu erkennen.
Accident safe packages for the transport of spent nuclear fuel and high-level waste shall fulfil international IAEA safety requirements. Compliance is shown by consecutive mechanical and thermal testing. Additional numerical analysis are usually part of the safety evaluation. For damage protection some package designs are equipped with wood filled impact limiters encapsulated by steel sheets.
The safety of these packages is established in compliance with IAEA regulations. Cumulative mechanical and fire tests are conducted to achieve safety standards and to prevent loss of containment. Mechanical reliability is proven by drop tests. Drop testing might cause significant damage of the impact limiter steel sheets and might enable sufficient oxygen supply to the impact limiter during the fire test to ignite the wood filling. The boundary conditions of the fire test are precisely described in the IAEA regulatory. During the test the impact limiter will be subjected to a 30 minutes enduring fire phase. Subsequent to the fire phase any burning of the specimen has to extinguish naturally and no artificial cooling is allowed.
At BAM a large-scale fire test with a real size impact limiter and a wood volume of about 3m³ was conducted to investigate the burning behaviour of wood filled impact limiters in steel sheet encapsulation. Until today burning of such impact limiters is not sufficiently considered in transport package design and more investigation is necessary to explore the consequences of the impacting fire. The objective of the large scale test was to find out whether a self-sustaining smouldering or even a flaming fire inside the impact limiter was initiated and what impact on the cask is resulting.
The amount of energy transferred from the impact limiter into the cask is of particular importance for the safety of heavy weight packages. With the intention of heat flux quantification, a new approach was made and a test bench was designed.
Packages for the transport of radioactive material shall withstand severe accidents. Therefore, the IAEA Regulations define different test scenarios to cover severe hypothetical accident conditions. One of these tests defined in detail is the thermal test, mainly consisting of a 30 minute fully engulfing 800 °C pool fire or an equally severe fire test. The heat fluxes into the package are of significant importance and depend substantially on the fire characteristics and the surface temperature of the package.
In order to investigate the heat fluxes over a wide range of surface temperatures during a propane gas fire test and to get information about local fire impact a fire reference package, representing the outer geometry of a specific type of transport cask for radioactive waste, was designed. A closed steel sheet cylinder with a wall thickness of 10 mm was chosen as fire reference package. The cylinder was filled with refractory insulation material and instrumented with thermocouples distributed all over the cylinder. The local steel sheet temperatures measured allow the determination of local as well as global heat fluxes as a function of time and surface temperature.
With this fire reference package three open-air propane gas fire tests were performed at BAM’s open air fire test stand. The flame exposure time period was changed for the different fire tests. Furthermore, the wind conditions changed between and during the tests. Test stand parameters like wind shield location and propane gas volume flow were chosen constant for the three tests. The test results were used to determine the changes of heat flux into the fire reference package in relation to the package surface temperature. This data also allows the calculation of local characteristics of the propane gas fire as there are the flame temperature, the fire convection coefficient and the radiation exchange coefficient in a first approach. The recently conducted tests provide an initial picture of local fire characteristics of the propane gas fire test facility. The test shows that the propane gas fire covers the IAEA-fire over a wide range of surface temperatures with the chosen test stand parameters.
In order to investigate the heat fluxes over a wide range of surface temperatures during a propane gas fire test and to get information about local fire impact a fire reference package, representing the outer geometry of a specific type of transport cask for radioactive waste, was designed. A closed steel sheet cylinder with a wall thickness of 10 mm was chosen as fire reference package. The cylinder was filled with refractory insulation material and instrumented with thermocouples distributed all over the cylinder. The local steel sheet temperatures measured allow the determination of local as well as global heat fluxes as a function of time and surface temperature.
With this fire reference package three open-air propane gas fire tests were performed at BAM’s open air fire test stand. The flame exposure time period was changed for the different fire tests. Furthermore, the wind conditions changed between and during the tests. Test stand parameters like wind shield location and propane gas volume flow were chosen constant for the three tests. The test results were used to determine the changes of heat flux into the fire reference package in relation to the package surface temperature. This data also allows the calculation of local characteristics of the propane gas fire as there are the flame temperature, the fire convection coefficient and the radiation exchange coefficient in a first approach. The recently conducted tests provide an initial picture of local fire characteristics of the propane gas fire test facility. The test shows that the propane gas fire covers the IAEA-fire over a wide range of surface temperatures with the chosen test stand parameters.
Packages for the transport of radioactive material shall withstand severe accidents. Therefore, the IAEA Regulations define different test scenarios to cover severe hypothetical accident conditions. One of these tests defined in detail is the thermal test, mainly consisting of a 30 minute fully engulfing 800 °C pool fire or an equally severe fire test. The heat fluxes into the package are of significant importance and depend substantially on the fire characteristics and the surface temperature of the package.
In order to investigate the heat fluxes over a wide range of surface temperatures during a propane gas fire test and to get information about local fire impact a fire reference package, representing the outer geometry of a specific type of transport cask for radioactive waste, was designed. A closed steel sheet cylinder with a wall thickness of 10 mm was chosen as fire reference package. The cylinder was filled with refractory insulation material and instrumented with thermocouples distributed all over the cylinder. The local steel sheet temperatures measured allow the determination of local as well as global heat fluxes as a function of time and surface temperature.
With this fire reference package three open-air propane gas fire tests were performed at BAM’s open air fire test stand. The flame exposure time period was changed for the different fire tests. Furthermore, the wind conditions changed between and during the tests. Test stand parameters like wind shield location and propane gas volume flow were chosen constant for the three tests. The test results were used to determine the changes of heat flux into the fire reference package in relation to the package surface temperature. This data also allows the calculation of local characteristics of the propane gas fire as there are the flame temperature, the fire convection coefficient and the radiation exchange coefficient in a first approach. The recently conducted tests provide an initial picture of local fire characteristics of the propane gas fire test facility. The test shows that the propane gas fire covers the IAEA-fire over a wide range of surface temperatures with the chosen test stand parameters.
Depending on the specific plastic’s ageing sensitivities, the durations which plastic components remain in the environment can be very long. As, in the past, the advantages in ageing resistance and durability were highly evaluated, we now face the problem of quite stable plastic waste within the environment.
However, there is only little knowledge on the real timescales until macroscopic fragmentation for the different kinds of plastic under various environmental conditions.
Here, weathering methods are presented, which have been used for the failure prediction in specific outdoor conditions. Issues of uncertainty, reproducibility, or validation are discussed.
For the prediction of the plastic’s fragmentation, much longer time scales have to be considered. To do this within a limited project life span, various processes as well as their acceleration potential have to be evaluated separately, such as temperature increase or spectral shift.
The possibilities and limitations of such controlled acceleration will be discussed.
Bei der Bestrahlung und Bewitterung von polymeren Werkstoffen wird die Degradation durch eine Absorption von Strahlung initiiert und meistens durch weitere Klimagrößen, wie z.B. Wärme, Feuchte und atmosphärische Gase beeinflusst. Die Messung einer effektiven Bestrahlungsstärke und ihre zeitliche Integration sind deshalb von großer Bedeutung.
Photochemische Prozesse werden beim Sehen oder allgemeiner bei Farbstoffen schon durch sichtbare (VIS) Strahlung, dagegen bei der Erythembildung der Haut und der Photodegradation von Polymeren erst durch die energiereicheren Photonen der ultravioletten (UV) Strahlung initiiert. Die spektrale Empfindlichkeit des Auges und die Erythembildung sind im VIS- bzw. UV-Bereich sehr stark wellenlängenabhängig, was durch die Angabe der mit der spektralen Hellempfindlichkeit V() des Auges bewerteten VIS-Strahlung in Lux (lx) bzw. die mit der Erythem-Wirkfunktion bewertete UV Strahlung als dimensionsloser UV-Index berücksichtigt wird. Spektrale Empfindlichkeiten.
Die Photodegradation von Polymeren ist im UV-Bereich ebenfalls stark wellenlängenab-hängig, was bisher nicht berücksichtigt wurde. Seit Mitte der 70er Jahre, als die lx- bzw lxh- Messung bei der Strahlungsbeanspruchung langsam durch die Ermittlung der radiometrischen UV-Bestrahlungsstärke bzw. der UV-Bestrahlung im gesamten UV-Bereich abgelöst wurde, gab es hier bei der Bewitterungsprüfung keine weiteren Fortschritte auf dem Gebiet der Charakterisierung der Strahlungsbeanspruchung im UV-Bereich.
Seit Jahren liegen zahlreiche Ergebnisse über die spektrale Empfindlichkeit von Photo-degradationsprozessen vor, die zeigen, dass die spektrale Empfindlichkeit im Bereich der Globalstrahlung bei ca. 300 nm, am größten ist und im langwelligen UV-Bereich bei ca. 400 nm gegen Null geht. Die Messungen der radiometrischen Größen UV-Gesamt-bestrahlungsstärke und UV-Gesamtbestrahlung erfasst deshalb über weite Wellen-längenbereiche Strahlungsanteile, die für die Photodegradation bedeutungslos sind und mittelt über potenziell bedeutsame Änderungen im kurzwelligen UV-Bereich hinweg.
Es wird das Konzept eines neuen UV-Radiometers vorgestellt, dessen spektrale Empfindlichkeit einer mittleren spektralen Empfindlichkeit der Photodegradation von Polymeren entspricht. Die effektive UV-Bestrahlungsstärke und UV-Bestrahlung kann dadurch wesentlich genauer erfasst werden.
Weathering reference materials are used to characterize the harshness of an exposure, aiming on either reproducibility of a specific exposure or on the comparability between various kinds of weathering exposure.
The materials that are used as weathering reference materials differ in their sensitivities (as well as in interactions and interferences of the latter), conditioned by the different processes which lead to the respective property change. It is also essential to take into account the necessary measurement equipment for the respective property change, in order to allow timely intervention.
What are the key issues on choosing a weathering reference material?
What can be learned from the weathering reference materials, investigated so far?
Possibilities and limitations are discussed on the basis of existing weathering reference materials. Conclusions are drawn, for establishing new weathering reference materials.