Filtern
Erscheinungsjahr
- 2016 (10) (entfernen)
Dokumenttyp
- Vortrag (7)
- Beitrag zu einem Tagungsband (1)
- Posterpräsentation (1)
- Forschungsbericht (1)
Referierte Publikation
- nein (10)
Schlagworte
- Modellierung (10) (entfernen)
Eingeladener Vortrag
- nein (7)
“Neutrons are a powerful tool” say the neutron scientists. However the use of neutrons remains sometimes disconnected from the practical problems of Materials Science, and facilities themselves are seen as ivory towers.
In this presentation, I will give an overview of the modalities of access to Large Scale facilities, and show a couple of examples on how neutron scattering data on engineering materials can be used as a tool to understand, and even tailor, materials performance.
In order for this to happen, it is clear that neutron data need to be
1. Acquired under the most relevant condition possible
2. Coupled to other experimental techniques
3. Capitalized by means of proper simulations and data analysis
Point 1- calls for an intense use and the development of top-notch of in-situ techniques; Point 2- means that the sole use of neutron data will not lead to any solution of a global problem; All points above hint to the fact that access to neutron sources is not routine, and therefore it is imperative to search ways to make neutron data rentable for the material science and industrial research community.
Die VDI Richtlinie 3783 mit Berechnungsmethoden zur Abschätzung der Ausbreitung störfallbedingter Freisetzungen im Rahmen von Sicherheitsberichten erschien in den Jahren 1987 (Blatt 1) und 1990 (Blatt 2). Während sich die VDI Richtlinie 3783 Blatt 1 auf dichteneutrale und leichte Gase bezieht, beschreibt die VDI Richtlinie 3783 Blatt 2 eine Berechnungsmethode für schwere Gase.
In der Kommission Reinhaltung der Luft im VDI und DIN wurde 2009 die Arbeitsgruppe „Ausbreitung von störfallbedingten Freisetzungen – Sicherheitsanalyse“ mit der Zielsetzung gegründet, die VDI-Richtlinie 3783 zu überarbeiten. Die Weiterentwicklung von Blatt 1 soll auf der Grundlage eines Lagrange´schen Partikelmodells (AUSTAL2000, VDI-Richtlinie 3945, Blatt 3) erfolgen, das auch zur Umsetzung der TA-Luft verwendet wird. Der Leistungsumfang der bisherigen Richtlinie muss erhalten bleiben.
Kritikpunkte an der VDI 3783 Blatt 1 sind:
- Keine Berücksichtigung der Bebauung.
- Die Ergebnisse im Nahbereich sind ungenau.
- Die Festlegung der Inversionshöhe ist problematisch.
- Die Vorgabe einer Mindestwärmeleistung für die Berücksichtigung einer Überhöhung ist nicht sinnvoll.
Mit dem Einsatz eines Lagrange´schen Partikelmodells können diese Kritikpunkte im Wesentlichen behoben werden. Problematisch ist die Kopplung zwischen dem Schwergasmodell und dem Lagrange´schen Partikelmodell. Das bisherige Vorgehen lässt sich bei Berücksichtigung der Bebauung nicht ohne weiteres übertragen. Eine Überarbeitung von Blatt 2 ist zurzeit nicht geplant. Um die in der Praxis auftretenden Probleme bei der Anwendung der Richtlinie zu verringern, müssten weitere experimentelle Untersuchungen durchgeführt werden.
In diesem Forschungsvorhaben erfolgte eine Überprüfung der Übertragbarkeit der Werkstoff- und Rechenmodelle für die Lebensdauervorhersage von ATL-Heißteilen unter TMF-Beanspruchung auf eine andere Werkstoffklasse, d. h. auf eine austenitische Gusseisenlegierung mit Kugelgraphit. Dafür wurde die Legierung EN-GJSA-XNiSiCr35-5-2 (Ni-Resist D-5S) ausgewählt. Zunächst wurde für diesen Werkstoff eine experimentelle Datenbasis geschaffen, da diese vor Beginn des Vorhabens nicht ausreichend war. Dazu wurden Zug-, Kriech-, LCF- und TMF-Versuche durchgeführt, die der Kalibrierung der Modelle dienten. Unter TMF-Belastung zeigte der untersuchte Werkstoff ein stark abweichendes Verhalten von den im vorangegangenen Vorhaben untersuchten ferritischen SiMo-Legierungen: Der Werkstoff Ni-Resist zeigte insgesamt eine vergleichbare Festigkeit unter OP- und IP-Bedingungen, während die ferritischen Legierungen unter IP-Beanspruchung eine deutlich höhere Festigkeit aufweisen. Mit zunehmenden Temperaturen und Haltezeiten unter Zugspannungen wurden dagegen beim Werkstoff Ni-Resist Hinweise auf Kriechschädigung gefunden, die schädigungsrelevant sind. Auch dies ist ein deutlicher Unterschied zu den SiMo-Legierungen. Das Spannungs-Verformungs-Verhalten in den LCF- und TMF-Versuchen wird durch das Modell auch für den neuen Werkstoff überwiegend gut beschrieben. Das Gleiche gilt für die Lebensdauervorhersage, die mit Ausnahme der Prüftemperatur 900 °C innerhalb eines Fak-tors zwei liegt. Eine Verifikation des Modells erfolgte mit Hilfe eines Bauteilversuchs an einem Abgassammler, der abwechselnd mit heißem und kaltem Gas durchströmt wurde. Ziel der Bauteilsimulation war insbesondere die Vorhersage der Rissbildungsorte. Eine Vorhersage der exakten Lebensdauer wurde nicht erwartet, da das Bauteil mit einer Gusshaut behaftet war, während die für die Kalibrierung des Lebensdauermodells verwendeten Versuche an bearbeiteten, glatten Proben ohne Gusshaut durchgeführt wurden. Die überwiegende Anzahl der experimentell ermittelten Rissorte wurden vorhergesagt. Schließlich war ein wesentliches Ziel des Vorhabens, den Einfluss von HCF-Schwingungen auf die TMF-Lebensdauer vertieft experimentell zu untersuchen und das bereits bestehende Lebensdauermodell auf HCF-Überlagerung zu erweitern. Dazu wurde zunächst die Daten-basis aus dem Vorgängervorhaben am Bespiel von SiMo 4.05 deutlich ausgebaut, um die verschiedenen Einflussparameter zu erfassen. Es wurde ein Ansatz entwickelt, in dem die Lebensdauerminderung durch die überlagerten HCF-Schwingungen abgebildet wird. Dabei wird davon ausgegangen, dass ab einer bestimmten Risstiefe die Überlagerung der HCF-Schwingungen die Rissausbreitung stark beschleunigt. Der Zeitpunkt, wann diese Beschleunigung eintritt, wird als maßgeblich für die Lebensdauerminderung angesehen. Mit diesem Ansatz lassen sich die Lebensdauern für beide Werkstoffe in guter Übereinstimmung mit dem Experiment vorhersagen.
In this project, the transfer of material and computational models to a different material class, i. e. to an austenitic cast iron with spherical graphite, was studied to predict the lifetime of exhaust turbocharger hot parts under TMF load. Therefore, the alloy EN-GJSA-XNiSiCr35-5-2 (Ni-Resist D-5S) was chosen. Firstly, an experimental database was established for this material because it was insufficient at the beginning of the project. Tensile, creep, LCF and TMF tests were carried out, which served the calibration of the models. The TMF tests were used to validate the deformation model.
The investigated material showed a strongly deviating behavior under TMF conditions compared to the ferritic SiMo alloys investigated in the previous project: Ni-Resist exhibited a comparable strength under OP- and IP-TMF loading, while the ferritic alloys showed a distinct higher strength under IP-TMF load. Evidence for creep damage was found for Ni-Resist with increasing temperatures and hold times under tensile load. This is also a distinct difference to the SiMo alloys.
The stress-strain behavior of the LCF and TMF tests is well described by the model for the new material in most cases. The same is true for the lifetime prediction, which is within a factor of two, except for 900 °C. The model was verified by a thermal shock test of an exhaust man-ifold. The aim of the simulation was in particular to predict the crack locations. An accurate prediction of the cycle number was not expected, as the component is afflicted with a casting skin, while the test pieces were not. The predominant number of experimentally determined locations were predicted.
A fundamental objective of this project was to study the effect of HCF vibrations on the TMF lifetime experimentally in further detail and to extend the existing lifetime model to account for superimposed HCF load. In a first step, the database of the previous project based on SiMo 4.05 was considerably extended to determine the different influencing parameters. A proce-dure was developed which reproduces the lifetime reduction by the superimposed HCF vibra-tions during a TMF cycle. It is assumed that the superimposed HCF load accelerates the crack propagation considerably after exceeding a certain crack length. The time when the accelera-tion occurs, is significant for the lifetime reduction. This approach allows predicting the lifetimes in good agreement with the experiments for both materials.
This report supports the implementation of European regulations on biocidal products for the product types 7, 9 and 10. Emission of active substances from material preservatives into environmental compartments can occur due precipitation. Risk characterisations have to be based on estimations of environmental concentrations of target substances leached from material preservatives. Harmonised test procedures are required to predict environmental impact due to leaching. Seventeen treated articles, mainly paints, but also a textile, sealing tapes and sealing masses were investigated by intermittent contact to water to prove suitability of the proposed laboratory test procedure. Parameters that affect leaching of active substances were examined.
Further development of a semi-analytical model to describe laboratory leaching data revealed that the model can be improved if changes of the leachability of substances during the test are supposed and integrated. Six paints and a textile were exposed to weathering to compare results from laboratory and field experiments. Similarities between leaching processes in both test approaches were observed. Generally, emissions of active substances are considerably higher in laboratory tests than from vertically installed test specimens exposed to weathering. Competing processes that cause losses of active substances can occur in both tests, but to a higher degree in field experiments. In addition, the influence of meteorological parameters on leaching processes was investigated. Factors besides the amount of driving rain were identified that effect leaching processes by complex interaction. Relations between laboratory and field data were analysed, and the applicability of the semi-analytical model was tested for field data. Guidance documents for leaching tests under laboratory and field conditions were drafted and discussed with experts on EU Level workshop 3./4. July 2014, BAM, Berlin), and are included in this Report.