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Micro gears are applied in an increasing quantity in many applications. Therefore, precise measurements are of growing importance to ensure their quality. This contribution describes the measurement of gears of a micro planetary gear set with a tactile probe, a tactile-optical probe, an optical sensor, and computed tomography (CT). For the tactile measurements, a high precision piezoresistive microprobe was used. A so-called fiber probe was applied for tactile-optical measurements. This probe applies image processing to determine the position of the tactile probing element. For all tactile and tactile-optical measurements, single point probing was used. The optical measurements were carried out with an imaging sensor based on focus variation. Due to limited accessibility, on some gears not all regions could be measured by the optical sensor and the tactile-optical probe. In contrast to this, with CT the whole part could be measured with high point density. We used a micro-CT system and carried out measurements with Synchrotron-CT. All the sensors used deliver measurement data in Cartesian coordinates. It is a challenge to transfer these data into coordinates in which gear parameters are defined. For this, special attention must be paid to the determination of the gear axis and to the orientation of the teeth. The applied procedures are detailed for different micro gears. The comparison between data of different measurements was carried out successfully. The deviations between the CT data and the tactile or tactile-optical data lie in the range of only a few micrometers.
Aus wirtschaftlich-technischer Perspektive ergeben sich in den letzten zehn Jahren hinsichtlich der Werkstoffinnovation und -auswahl für geschweißte Rohrleitungen im Wesentlichen zwei Entwicklungsrichtungen:
Im Bereich der niedriglegierten Stähle werden immer höher festere Feinkombaustähle mit Streckgrenzen von inzwischen über 900 MPa verwendet. Wirtschaftliches Ziel ist hierbei eine möglichst hohe Kosteneinsparung durch Reduktion der Wanddicke.
Für korrosionsbeanspruchte Komponenten, unter anderem im Petrochemie- und Energieanlagenbau besteht das wirtschaftliche Ziel primär darin, eine höhere Kosteneinsparung durch neue Legierungskonzepte zu erzielen und zwar möglichst so, dass bei mindestens gleicher Festigkeit auf die Verwendung von teuren Elementen, wie beispielsweise Nickel, verzichtet werden kann. Beispiele hierfür sind insbesondere hochlegierte martensitische Cr-V-Stähle, supermartensitische Stähle, Lean-Duplexstähle, superaustenitische Stähle und austenitische Cr-Mn-Stähle.
Für einige der neu eingeführten Grundwerkstoffe sind die Zusatzwerkstoffe noch in der Entwicklung. In jedem Fall stellen diese Werkstoffinnovationen besondere Ansprüche hinsichtlich einer Rissvermeidung während der schweißtechnischen Verarbeitung, um von vornherein riss- bzw. fehlerfreie Rohrleitungen herzustellen, die eine hohe Sicherheit gegen ein Versagen während der Inbetriebnahme und im Verlauf der vorgesehenen Lebensdauer aufweisen. Fast alle dieser neu eingeführten Rohrleitungswerkstoffe weisen eine reduzierte Heiß- oder Kaltrissresistenz vor allem während des Schweißens mit modernen Hochleistungsprozessen, bspw. Laserhybridschweißen, auf. Dabei besteht nach wie vor Forschungsbedarf hinsichtlich der jeweiligen Entstehungsmechanismen. Da es in den letzten zehn Jahren immer häufiger zu Produktionsausfällen und Schadensfällen mit teilweise katastrophalen Konsequenzen gekommen ist, werden die Ursachen und die Vermeidung fertigungsbedingter Heiß- und Kaltrisse im Folgenden zusammengefasst.
This paper reports on a fiber optic sensor for heart rate measurements. The sensor will be integrated into personal protective equipment within the framework of the FP7 EU project i-Protect. Two different sensor prototypes were developed. One is based on fiber Bragg gratings in silica fiber and the other one is based on macrobending effects in polymer optical fiber.
We investigated to our knowledge for the first time the capabilities of long period gratings (LPG) in single-mode microstructured polymer optical fibre (mPOF) as real-time gamma dosimeter. The fibre is made from polymethyl methacrylate (PMMA) with a polycarbonate jacket. We measured the radiation-induced wavelength shift of the mPOF LPG loss feature wavelength and the radiation-induced attenuation of a mPOF for
different wavelength between 600 nm and 800 nm for gamma radiation with an energy distribution between 6 keV and 18 keV.
This paper reports on a fibre optic sensor for heart rate measurement which is developed within the framework of the FP7 EU project i-Protect. Goal is integration of the sensor into personal protective equipment Two different sensor prototypes based on polymer optical fibre (POF) were developed. One is based on long period gratings in microstrutured POF and the other one is based on macrobending effects in POF.
We investigated the capabilities of long period gratings (LPG) in single-mode microstructured polymer optical fibre (mPOF) for humidity sensing. For that mPOF LPGs were exposed to different humidity levels
at a constant temperature of 30°C in a climate chamber. During the long term tests, which took up several weeks, the humidity was changed in several steps while mPOF LPG wavelength and fibre attenuation were measured.
We also measured the water uptake of mPOF in environment with different relative humidity.
Dye-biomolecule conjugates and NIR-fluorescent particles for targeting of disease-related biomarkers
(2011)
Indispensable for fluorescence imaging are highly specific and sensitive molecular probes that absorb and emit in the near infrared (NIR) spectral region and respond to or target molecular species or processes. Here, we present approaches to targeted fluorescent probes for in vivo imaging in the intensity and lifetime domain exploiting NIR dyes. Screening schemes for the fast identification of suitable fluorophores are derived and design criteria for highly emissive optical probes. In addition, as a signal amplification strategy that enables also the use of hydrophobic NIR fluorophores as fluorescent reporters, first steps towards versatile strategies for the preparation of NIR-fluorescent polymeric particles are presented that can be utilized also for the design of targeted and analyte-responsive probes.
Analyzing damages at concrete structures due to physical, chemical, and mechanical exposures need the application of innovative non-destructive testing methods that are able to trace spatial changes of microstructures. Here, the utility of three different crack detection methods for the analysis of computed tomograms of various cementitious building materials is evaluated. Due to the lack of reference samples and standardized image quality evaluation procedures, the results are compared with manually segmented reference data sets. A specific question is how automatic crack detection can be used for the quantitative characterization of damage processes, such as crack length and volume. The crack detection methods have been integrated into a scientific visualization system that allows displaying the tomography images as well as presenting the results.
Tomography data obtained from transmission electron microscopes are especially attractive due to their unrivaled spatial resolution in the nanometer range or even less, but they require enormous efforts in sample preparation and suffer from a diverse accumulation of experimental restrictions, which unavoidably result in fundamental reconstruction artifacts. These restrictions refer to: partial opacity, a limited view (limited angle or missing wedge), very few angles (with respect to the detector size), limited to a region of interest (ROI; due to the sample size), variable angular increments as well as sample degradation due the interactions with the electron beam. An advanced version of the DIRECTT (Direct Iterative Reconstruction of Computed Tomography Trajectories) algorithm proves to cope with most of these severe deviations from ideal CT measuring conditions. However, careful data preprocessing is required in order to exploit the capabilities of the algorithm.
Nanometer sized Ruthenium catalyst particles for fuel cell applications are 3D imaged at a few Ångström resolution in order to estimate their partial free surface on carbon black supports, which rule the efficiency of the catalytic activity.
Comparisons of DIRECTT reconstructions to the conventional filtered back projection, prove the significant improvements.
The present article gives an insight into the research project BEGLARES. Main topics are the restoration “Dalles de Verre” Windows and the development of repair mortars and techniques. This project is executed in cooperation between Glasmalerei Peters GmbH, the University of York, and the BAM Federal Institute for Materials Research and Testing. It is funded by the Federal Ministry of Economics and Technology. The main mechanism of damage, Standards for protection and repair of concrete structures, and the development of repair mortar and special test specimens are presented.
Repair mortars for the restoration and reprofiling of natural stone elements in cultural heritage
(2011)
For the protection of the world's cultural heritage the restoration of listed buildings and monuments is an important task. In many cases the need to repair and reprofile natural stone elements occurs. Repair mortars for such applications have to match historicocultural interests as well as durability related and constructive interests. Currently a research project dealing with the development and optimisation of such mortars is set up at the BAM. Special focus is laid on the possibility of a modular adaption to match a vast variety of stone properties. Besides the development and lab scale testing of the mortar system, an in-situ application will be planned and executed.
Monitoring of PAH in aqueous samples - a comparison of different sample preparation techniques
(2011)
Nowadays there are several applications of mineral recycling materials and residues. At present an assessment method for the use of secondary raw materials, which considers sustainability aspects, does not exist. In the framework of the German DAfStb/BMBF research project 'Sustainable Building with Concrete' an assessment concept was developed. It includes the following four assessment steps: I. Basic considerations, II. Advantages for sustainable construction, III. Alternative paths for application, and IV. Sensitivity analysis. The concept was developed on the basis of recycled concrete aggregates, which are already used according to German standards. Afterwards, it was applied and verified by the evaluation of the utilisation of municipal solid waste incinerator bottom ashes.
Beim Abbruch von Gebäuden wird eine Vielzahl von unterschiedlichen
Techniken eingesetzt. Der mit Abstand größte Teil der Abbrucharbeiten
wird dabei mit mechanischen Verfahren ausgeführt.
In Abhängigkeit vom rückzubauenden Gebäude können aber auch hydrodynamische Verfahren (z. B. Hochdruckwasserstrahlen), thermische Verfahren (z. B. Schneidbrennen) oder chemische Verfahren (z. B. Sprengen) angewandt werden.
The computer simulation of radiography is applicable for different purposes in NDT such as for the qualification of NDT systems, the optimization of system parameters, feasibility analysis, model-based data interpretation, education and training of NDT/NDE personnel, and others. Within the framework of the European project PICASSO simulators will be adapted to support reliability assessments of NDT tasks. The radiographic simulator aRTist developed by BAM is well suited for this task. It combines analytical modelling of the RT inspection process with the CAD-orientated object description applicable to various industrial sectors such as power generation, aerospace, railways and others. The analytic model includes the description of the radiation source, the interaction of Radiation
with the material of the part, and the detection process with special focus to DIR. To support reliability estimations the simulation tool is completed by a tool for probability of detection (POD) estimation. It consists of a user interface for planning automatic simulation runs with varying parameters, specifically defect variations.
Further, an automatic image analysis procedure is included to evaluate the defect visibility and calculate the POD therefrom.
A fibre Bragg grating (FBG) strain patch specially adapted for long-term and high-strain applications was developed and characterised. Additionally, in the case of unknown main stress axis, two fibre optic strain rosettes were developed. The design concept for the patch and the rosettes is based on a glass fibre reinforced plastic (gfrp) carrier material. The patches were characterised due to their strain gauge factor and fatigue behaviour. As a result, FBG strain patches with linear strain behaviour and excellent fatigue resistance were developed and can be used as part of a monitoring system for aerospace structures or wind turbine power plants. The rosettes were designed to be small in geometrical size and their strain transfer behaviour was characterised.
Der hygienisch einwandfreie Betrieb einer Trinkwasserinstallation ist auch für den Fall komplexer Systeme wie in Krankenhäusern oder Alten- und Pflegeheimen möglich. Notwendige Voraussetzung ist die Beachtung der Vorgaben der allgemein anerkannten Regeln der Technik bei Planung, Ausführung und Betrieb. Zusätzliche Geräte oder die Zugabe von Chemikalien sind dann regelmäßig nicht erforderlich.
Im Schadensfall ist die korrekte und umfassende Ermittlung der Ursache für die Beeinträchtigung der Schlüssel zur dauerhaften Abhilfe. Nur die Beseitigung von Mängeln und die Wiederherstellung regelgerechter Betriebsbedingungen ermöglichen dauerhaft störungsfreien Betrieb. Die prophylaktische Zugabe von Desinfektionsmitteln ist weder zulässig noch sinnvoll, ebenso wenig ist damit eine dauerhafte Sanierung von auftretenden Mängeln möglich. Zudem ergibt sich ein erhöhtes Risiko für Schäden durch Korrosion in den dauerhaft mit oxidierenden Substanzen beaufschlagten Installationen.
Industrial computed tomography (CT) today is an important method to analyze defects and to measure the geometry of technical products. The measurement capability of industrial CT often depends on the knowledge of the measurement errors being present. Only with this knowledge, effective corrections are possible by manufacturers, or adapted measurement procedures become possible for the customers. Thus, there is the strong need to have adequate reference standards both for the assessment of general dependencies and for the measurement of task-specific effects. Especially the latter are difficult to assess. This paper shows the application of a versatile dismountable workpiece-near reference body for the use with CT. The reference standard was made from a miniaturized cast aluminium (one-)cylinder head. It can be dismounted into four segments, each featuring reference geometries which enable a registration of CT measured and other reference datasets (e.g. from tactile CMM). The reference standard embodies complex freeform surfaces which are a challenging measurement task for CT and other sensors. Here the application of the reference standard is the study of the influence of material mixes. This is realized by adding pieces of other materials which disturb the mono-material measurement.
Results of the application of the reference standard are presented using data from industrial micro-CT systems and CMM reference data. A special emphasis is given on the workflow of the data processing and the data analysis.
Photo-oxidative ageing of polymers under defined exposure (UV, humidity) was investigated from two points of view: a) the ageing process Starts from the topmost surface and penetrates slowly towards bulk and b) radicals play an important role among ageing. Therefore, X-ray photoelectron (XPS) and electron spin resonance (ESR) spectroscopy were applied to show both, the progressive incorporation of oxygen during in-situ UV irradiation (XPS) and the formation of radicals (ESR) in the polymer. The intensity of ESR Signals served as measure for radical concentration. The Validation of this correlation was checked for polyethylenes (PE) equipped with different concentrations of Hostavin N30 UV stabilizer.
The outdoor weathering of polymers is mainly due to UV radiation, water, Pollution, humidity, temperature etc. To understand the effects of weathering, simulated tests need to be undertaken in lab scale. Such tests must be quite efficient and similar to the effects of natural weathering. This paper mainly focuses on the effects of UV radiation along with humidity on LDPE.
This paper presents a sampling strategy for mobile gas sensors. Sampling points are selected using a modified artificial potential field (APF) approach, which balances multiple criteria to direct sensor measurements towards locations of high mean concentration, high concentration variance and areas for which the uncertainty about the gas distribution model is still large. By selecting in each step the most often suggested close-by measurement location, the proposed approach introduces a locality constraint that allows planning suitable paths for mobile gas sensors. Initial results in simulation and in real-world experiments with a gas-sensitive micro-drone demonstrate the suitability of the proposed sampling strategy for gas distribution mapping and its use for gas source localization.
Selbst die modernsten ZfP-Systeme können, wenn sie bis an die Grenzen ihrer Möglichkeiten z. B. kleine Fehler zu finden beansprucht werden, nicht alle Fehler der gleichen Größe finden. Sogar wenn ein und derselbe Fehler mehrmals geprüft wird, wird er nicht immer gefunden. Deshalb wurde, besonders für solche Anwendungsfälle wo das Übersehen eines Fehlers zu schwerwiegenden Konsequenzen führt, das Konzept der Zuverlässigkeit der ZfP eingeführt. Das Konzept der BAM beinhaltet eine ganzheitliche Betrachtungsweise mittels eines modularen Models. Die Hauptmodule des Modells sind die innewohnende Fähigkeit, die die physikalisch technischen Aspekte behandelt. Weiterhin werden die Einflüsse der Umgebung betrachtet, die den Prüfprozess stören, aber nicht zum Prüfsystem selbst gehören. Einen wesentlichen Aspekt, sowohl bei manuellen als auch bei mechanisierten Prüfungen stellt der menschliche Faktor dar. Die Betrachtungen im vorliegenden Artikel beziehen sich hauptsächlich auf die innewohnende Fähigkeit.
Wegen der dem Prüfprozess innewohnenden Unsicherheit wird die Leistungsfähigkeit eines ZfP-Systems durch eine Funktion POD (a) ausgedrückt. Zu verschiedenen Fehlergrößen (a) gehören verschiedene Fehlerauffindwahrscheinlichkeiten (POD). Die Fehlergröße (a), bei der die untere 95 % Vertrauensgrenze das Niveau von 90 % POD schneidet wird α90/95 genannt. Dieser Punkt wird als Maß für das Leistungsvermögen der ZfP-Methode benutzt.
Während der letzten 10-20 Jahre wurden auf diese Weise verschiedene Inspektionssysteme für eine gewählte ZfP-Methode mit einer einfachen Anwendungsgeometrie bewertet.
Wenn man über diese einfachen Anwendungssituationen hinaus, die Zuverlässigkeit in realen industriellen Prozessen betrachtet, treten als erstes industrielle Bauteile mit komplexer Geometrie und Defekte, die mit mehr als nur einem Parameter (Größe und Tiefe, Orientierung, Oberflächenrauhigkeit) charakterisiert werden müssen, auf die Tagesordnung. Neue hochentwickelte und automatisierte ZfP-Systeme, wie z. B. Ultraschallgruppenstrahler, lassen die Möglichkeit zu die Prüfungen digital aufzuzeichnen und später erst auszuwerten. Weiterhin erlauben es moderne Modellierungswerkzeuge den ZfP-Prozess zu simulieren und damit die Einflüsse der Wellenausbreitung und deren Wechselwirkung mit Defekten sowie die Wirkung der zusätzlichen Einflussparameter (z. B. Abstand vom Prüfkopf oder Orientierung) auf die POD zu untersuchen. Damit entsteht die Möglichkeit die räumliche Verteilung der POD im Prüfstück zu ermitteln die Volumen-POD. Die Volumen-POD kann ebenso wie die konventionelle POD als Maß für die Leistungsfähigkeit des ZfP-Systems benutzt werden. Darüber hinaus kann man das ZfP-System optimieren. Wenn z. B. bestimmte Volumenelemente nur ungenügende POD-Werte aufweisen, müssen zusätzliche Prüfungen einbezogen werden. Aber auch der umgekehrte Fall, Bereiche in denen mehrere Prüfköpfe ein POD Niveau von 100 % haben und die Zahl der Prüfungen reduziert werden kann, werden mit der Volumen-POD erkannt.
Die übergeordnete Zielsetzung unserer Untersuchung bestand darin,
am Beispiel von Prüfungen mit Ultraschall eine belastbare Aussage zum Einfluss der Arbeitsbedingungen des Prüfers auf die Qualität der Ergebnisse von zerstörungsfreien Prüfungen zu ermitteln und Möglichkeiten zur Minimierung ungünstiger Einflussfaktoren aufzuzeigen.
Der Schwerpunkt der Untersuchung wurde auf die manuelle Ultraschallprüfung gelegt und der Faktor 'Zeitdruck' (in drei Stufen variiert) als die zu variierende physische Einflussgröße gewählt. Die Variation des Faktors Zeitdruck wurde gemäß dem Prozessmodell von der Erhebung psychologischer Faktoren, die das Individuum und die Organisation beschreiben, begleitet.
Die Ultraschallprüfungen erfolgten mit zehn Prüfern am Großbehälter und an Vergleichskörpern mit eingebrachten Testfehlern (Nuten, Risse). Die ausgewählten Fehler waren typisch für Prüfaufgaben, die bei wiederkehrenden Ultraschallprüfungen in Kernkraftwerken von den Prüfern zu lösen sind. Die Prüfaufgabe bestand darin, die in den vorgegebenen Prüfabschnitten vorhandenen Reflektoren aufzufinden und deren Amplituden, Ortskoordinaten und Längenerstreckungen zu ermitteln. Als Bewertungsmaßstab für die Qualität der Prüfaussage und für den Einfluss des menschlichen Faktors diente die Präzision der gemessenen Werte. Die Ergebnisse zeigen einen hohen Einfluss des menschlichen Faktors auf das Prüfergebnis und eine Einwirkung des Zeitdrucks besonders auf die Präzision der Messwerte. Hierbei war die Wirkung des individuell wahrgenommenen Zeitdrucks zusammen mit der psychischen Arbeitsbeanspruchung signifikant. Es wurde unter anderem herausgearbeitet, dass durch eine gute Vorbereitung auf die Prüfung, z.B. durch die sorgfältige Einweisung und ein vorgeschaltetes Fertigkeitstraining an Vergleichskörpern, die Zuverlässigkeit der Prüfergebnisse verbessert werden kann.
Insgesamt hatte der Faktor 'Organisation' neben der 'Erfahrung' einen hohen Einfluss auf das Leistungsvermögen der Prüfer.
Die Projektergebnisse wurden im Abschlussbericht des Forschungsvorhabens SR2514 dargestellt, es wurden drei Empfehlungen zur Vorbereitung und Einweisung der Prüfer, zur Stärkung der Verantwortung der Prüfaufsicht und zum 4-Augen-Prinzip formuliert. Die Empfehlungen wurden in der KTA- Regel 3201.4 'Komponenten des Primärkreises von Leichtwasserreaktoren; Teil 4: Wiederkehrende Prüfungen und Betriebsüberwachung (RÄE Fassung 2010-11)', umgesetzt.
Mineralische Sekundärrohstoffe finden im Beton als Gesteinskörnung, Betonzusatzstoff, Bestandteil von Zementen oder Spezialbindemitteln Anwendung. Für den Einsatz von rezyklierten Gesteinskörnungen, Kesselsand, Steinkohlenflugasche, Silicastaub und Hüttensand bestehen bereits Normen bzw. bauaufsichtliche Zulassungen. Für weitere Reststoffe, wie Mauerwerkbruch und beim Baustoffrecycling anfallende feinkörnige, heterogene Sandfraktionen, existieren noch keine höherwertigen Verwertungswege. In einem Forschungsprojekt werden derzeit Möglichkeiten zur Verwertung von heterogenen mineralischen Bau- und Abbruchabfällen durch Herstellung von Blähgranulaten mit maßgeschneiderten Eigenschaften (Schüttdichte, Rohdichte, Korngröße und Kornfestigkeit) untersucht. Dies eröffnet die Möglichkeit einer rohstofflichen Verwertung solcher Abfälle. Im Mittelpunkt der Untersuchungen steht der Mauerwerkbruch. Er fällt mit über 20 Tonnen pro Jahr an und weist im Vergleich zum Betonbruch größere Verwertungsdefizite auf hl. Die erzeugten Granulate sollen als leichte Gesteinskörnung im Beton, Schüttung oder Pflanzsubstrat Anwendung finden.
Die ersten Ergebnisse der Granulatherstellung mit einer thermischen Behandlung zeigen, dass sich Mauerwerkbruch als Rohstoff zur Herstellung leichter Gesteinskörnungen eignet 121. Die so erzeugten Blähgranulate weisen ähnliche Eigenschaften wie herkömmliche Blähtöne auf 131. Das Hauptziel der in diesem Beitrag vorgestellten weiteren Untersuchungen war, die Rohdichte der Granulate bei gleichbleibender oder steigender Kornfestigkeit zu senken. Aus energetischer Sicht des Blähprozesses wurde neben dem thermischen Verfahren auch die Möglichkeit einer hydrothermalen Erhärtung der Granulate untersucht.
Für eine ganzheitliche Betrachtung der Sicherheit bei der zerstörungsfreien Prüfung (ZfP) ist es unvermeidlich neben der Technik auch den Prüfer und die Prüforganisation einzubeziehen. Die Prüfung der Unversehrtheit von Endlagerbehältern ist eine eine sicherheitstechnisch wichtige Anwendung. Die Betreiber der geplanten finnischen und schwedischen Endlager, Posiva und SKB, kapseln den radioaktiven Abfall in Kupferkanistern ein und deponieren die Kanister dann in Felsgestein in einer Tiefe von ca. 500m. Die Kanister bestehen aus einem zylinderförmigen Kupfermantel mit einem Deckel und einem Boden, die zusammen die Außenumhüllung ergeben sowie einer Gusseisenmatrix für die Brennstäbe. Alle Komponenten werden auf ihre Dichtheit bzw. strukturelle Unversehrtheit mittels zerstörungsfreier Prüfmethoden geprüft, um sicher zu stellen, dass im Material und in den Schweißnähten keine kritischen Defekte vorhanden sind, die zu Freisetzungen in die Umgebung führen könnten. Vier ZfP Methoden (Ultraschall-, Wirbelstrom- und radiographische Prüfung, und die visuelle Prüfung anhand einer Kamera) werden mechanisiert durchgeführt, die gewonnenen Daten werden von qualifizierten Fachleuten ausgewertet und bieten so die Möglichkeit, dass Fehler entstehen.
Das 'Human Factor'- Untersuchungskonzept besteht aus der Identifizierung potenzieller menschlicher Fehler, deren Ursachen und Präventionsmethoden. Mit Hilfe einer abgewandelten FMEA (Failure Modes and Effects Analysis) wurden mögliche Risiken identifiziert, die die Wahrscheinlichkeit für das Auftreten menschlicher Fehler bei
der Datenauswertung erhöhen. Einige dieser Risiken sind beispielsweise
Verantwortungsdiffusion beim 4-Augen-Prinzip, Übervertrauen in die Technik bei der automatischen Identifikation von Defekten sowie der Aufmerksamkeitsverlust bei dynamischer Bildbetrachtung. Deren Wirkung wird derzeit experimentell überprüft, um Ansatzpunkte für Optimierungen zu ermitteln und damit die Gesamtzuverlässigkeit des Systems zu verbessern.
Die statistische Qualitätskennzahl 'Probability of Detection (POD)' hängt von der Anzahl der zugrunde liegenden, brauchbaren Ergebnisse ab. Ist die Datenmenge niedrig, so ist auch die Aussage der POD eher beschränkt. Dennoch heißt eine große Zahl von Daten, nicht gleichzeitig, dass die POD für den realen Einsatz in der Produktion genügt. Es muss unterschieden werden, auf welcher Basis unter welchen konkreten Bedingungen - die Daten erhoben wurden. Als wichtigste Ergebnisse zählen die Messergebnisse aus der Produktion der später verwendeten Prüfobjekte für den konkreten Einsatz. Noch bevor die zerstörungsfreien Prüfmethoden zuverlässig in der Produktion eingesetzt wurde, muss jedoch nachgewiesen werden, dass die real vorkommenden Fehler gefunden werden können. Das bedeutet, zu einem Zeitpunkt, an dem noch nicht ausreichend Daten vorhanden sind. Während für die realistische Prüfung die notwendige Anzahl der verschiedenen Fehler meist nicht erreicht wird, so fehlen bei der Bewertung der künstlichen Fehler wichtige Parameter und Einflussgrößen. Es muss somit eine Zwischenlösung gesucht werden, in der die Informationen von beiden Prüfungen kombiniert werden. Mit der Bayesschen Statistik ermöglicht die Mathematik diese Informationen miteinander zu kombinieren und somit beide Informationen mit in die Bewertung einfließen zu lassen.
Praktisch angewandt und erprobt wird die Vorgehensweise gemeinsam mit der Firma POSIVA, die sich mit dem Bau eines Endlagers für hoch-radioaktiven Abfall in Finnland beschäftigt. Hier wird als eine der technischen Barrieren ein Kupferbehälter für die Aufbewahrung der verbrauchten Brennstäbe genutzt. Dieser Kupferbehälter wird mit mehreren zerstörungsfreien Prüfmethoden geprüft. Anhand von Radiographiedaten wird gezeigt, dass die Aussagekraft der realistischen Fehlerdaten mit Hilfe der künstlichen Referenzfehlerdaten untermauert werden kann.
Reinforced concrete piles are used in case of structures that are constructed on soft ground to transfer the loads into deeper strata with sufficient bearing capacity. In order to determine the pile’s behavior and possible damage, static and dynamic pile tests are carried out. Dynamic measurements taken from the pile head can show the bearing behavior and structural integrity by using the theory of wave propagation. In order to receive more precise information about the pile features, now, a string of sensors is embedded at different levels of the pile. A fiber optic strain wave sensor, based on the extrinsic Fabry-Perot interferometer (EFPI), has already been developed and tested in full-scale field tests by Schallert (2010). It was possible to detect the introduced deformation caused by the static load and the dilatational wave during dynamic loading. Although the full-scale tests were successful, the engineering design of the sensor body left room - from the economical point of view - to be optimized. After laboratory tests with the optimized sensor, a cast-in-situ bored pile has been built at the BAM Test Site Technical Safety in Horstwalde, South of Berlin. Additionally to the EFPI sensors, fiber Bragg grating (FBG) sensors, temperature sensors and resistance strain gauge (RSG) sensors are embedded in order to compare the signals with each other. In this paper, the modified sensor and the Setup of the cast-in-situ bored pile along with results of dynamic tests are shown.
The paper presents numerical methods to detect and classify defects and inhomogeneities by means of active thermography. The objective is to determine the wall thickness of structure elements with an inaccessible back wall, for example, of pipes or Containers. As test specimens we used approximately 2 cm thick PVC samples with spatial variations in the back wall geometry. Flash lamps provided the heating. To know the thickness of the wall, we used two inversion methods and compared the results achieved. One is an iterative echo defect shape method and already tested on Steel test specimens with good reconstruction results. The second one is the Levenberg-Marquardt method, applied here to thermographic data for non-destructive testing. Since data capturing using active thermography and the presented numerical methods can easily be automated, the combination of these two procedures is a promising approach providing a broad area of application.
In diesem Beitrag wird die numerische Modellierung und deren messtechnische Validierung der elastischen Wellenausbreitung in austenitischen Schweißnähten vorgestellt. Die Ultraschallprüfung von austenitischen Schweißverbindungen war und ist immer noch eine der schwierigsten Aufgaben der ZfP. Für eine optimierte Prüfkonfiguration ist es notwendig, verschiedene Prüfparameter wie Einschallwinkel, Prüfkopfposition und -Orientierung richtig einzustellen. Um die beste Anordnung zu ermitteln, wurde die Schallausbreitung in den austenitischen Schweißnähten mit verschiedenen Verfahren wie elastische finite Integrationstechnik (EFIT) und Raytracing simuliert. Mit Hilfe der Simulationsergebnisse wurde die verwendete Gruppenstrahlerprüftechnik optimiert. Es wurden zahlreiche Untersuchungen an anisotropen Testkörpern in V-Durchschallung und an bezüglich der Schweißnaht transversal orientierten Rissen durchgefühlt. Die Ergebnisse der auf Raytracing bzw. EFIT basierenden Simulationstools wurden untereinander und auch mit den Messergebnissen verglichen.
Die Prinzipien der Ultraschallausbreitung in festen Medien sind seit langem bekannt und können heute durch mathematische Modelle recht umfassend beschrieben und simuliert werden. In der Praxis zeigt sich aber, dass gerade bei komplexen Geometrien, sowie inhomogenen und anisotropen Materialien die Modelle immer noch an ihre Grenzen stoßen.
Das ist insbesondere in der fehlenden Möglichkeit begründet, die akustischen Eigenschaften inhomogener Prüfgegenstände vollständig mathematisch zu beschreiben.
Deshalb wird in letzter Zeit verstärkt nach Techniken gesucht, mit denen man die Schallausbreitung in solchen Materialien messen und anschaulich darstellen kann. Ziel dieser Entwicklung ist es, die Schallausbreitung in Festkörpern, insbesondere in solchen mit akustisch anisotropen Eigenschaften, besser zu verstehen und die Möglichkeit zu schaffen, die Simulationsrechnungen am realen Objekt zerstörungsfrei verifizieren zu können.
In der Literatur werden verschiedene Methoden zur messtechnischen Visualisierung der Ultraschallausbreitung in Festkörpern beschrieben. Am bekanntesten sind optische Verfahren wie die Schlierentechnik, die schon seit langem genutzt wird, um den momentanen Schallfeldverlauf im Inneren von optisch transparenten Materialien sichtbar zu machen. Heute kommen verstärkt lasertechnische Methoden, wie z. B. das Laserinterferometer, zum Abtasten von nicht transparenten Materialoberflächen zum Einsatz. Da diese Verfahren mit einem hohen technischen Aufwand verbunden sind, werden häufig auch einfachere Methoden, wie z. B. das Abtasten mit punktförmigen piezoelektrischen Aufnehmern, verwendet.
Untersuchung des Einflusses der Gefügedichte von Betonen auf die AKR mit neuartiger Prüftechnik
(2011)
Schutz von Beton: Aktuelle Forschung zur Wirkungsweise und Dauerhaftigkeit von Schutzmaßnahmen
(2011)
Die Magnesiumlegierung Mg-Cal besitzt als potentielles bioabsorbierbares Implantatmaterial die Möglichkeit, vollständig vom menschlichen Körper absorbiert zu werden. Die mechanischen Kennwerte dieser Legierung liegen im Bereich des menschlichen Knochens und beide Legierungselemente (Mg, Ca) sind essentielle Spurenelemente im menschlichen Organismus.
Der limitierende Faktor für den Einsatz ist die hohe Degradationsrate dieser Legierung. Um die Degradationsgeschwindigkeit zu verringern, wurden zwei Beschichtungssysteme auf Grundlage der Plasmachemischen Oxidation (PCO) und organischer Beschichtung erzeugt und untersucht. Das Korrosionsverhalten dieser Schichtsysteme wurde dabei mit dem Elektrochemischen Rauschen analysiert. Zusätzlich wurde der Einfluss von Wasserstoffentwicklung und eines ansteigenden pHWert auf die Zelltoxizität untersucht. Die Ergebnisse zeigen, dass eine Kombination von beiden Schichtsystemen zu einem viel versprechenden Degradationsverhalten führt.
Zur Untersuchung der Initiierungsvorgänge und dem Wachstumsverhalten lokaler Korrosionskeime auf nichtrostenden Stählen wurde eine neue elektrochemisch-mikroskopische Messmethode entwickelt. Bei dieser Messmethode wird durch Einsatz eines Echtfarben- Konfokalmikroskops mit Immersionsobjektiv das empfindliche elektrochemische Rauschmessverfahren um eine bildgebende Messkomponente erweitert. Ziel dieser Untersuchung war es, diskrete Rauschmesssignale visuell detektierbaren Korrosionserscheinungen auf der Stahloberfläche nahezu in Echtzeit zuzuordnen. Auf Grund der notwendigen Anforderungen an einen in situ Messaufbau wurde im Rahmen dieser Untersuchung ein neuartiges selbstklebendes Folienelektrodensystem, bestehend aus Gegen- und Bezugselektrode, entwickelt, das für die in situ Messung zum Einsatz kam. Die in situ Untersuchungen wurden an dem austenitischen Chrom-Nickel-Stahl 1.4301 durchgeführt. Als Ergebnis der Experimente konnten Stromtransienten im nA- bis μA-Bereich messtechnisch erfasst werden und mikroskopisch kleinen Korrosionskeimen, die sowohl stabil wie auch metastabil auf der Stahloberfläche auftraten, diskret und zeitnah zugeordnet werden. Weiterhin konnten mit Hilfe der Konfokaltechnik die Volumina und die Mantelflächen der einzelnen Lochdefekte ermittelt werden, sodass durch Auswertung und Kombination der elektrochemischen und mikroskopischen Messergebnisse erstmalig die Korrosionsstromdichte bestimmt werden konnte, die bei der Initiierung der lokalen Lochkeime aufgetreten ist. Damit konnte die Funktionalität und die hohe Empfindlichkeit des elektrochemisch-mikroskopischen Messverfahrens im Rahmen dieser Untersuchung erfolgreich verifiziert werden.
Höchstlegierte NiCrMo-Legierungen finden in weiten Bereichen der chemischen Industrie, der Offshoretechnik sowie in Rauchgasentschwefelungsanlagen Anwendung. Dabei werden an diese Werkstoffe höchste Anforderungen hinsichtlich der Korrosionsbeständigkeit gestellt.
Neben der Verwendung von Vollmaterial gewinnt infolge gestiegener Rohstoffpreise die Applikation von auftraggeschweißten Plattierungen auf einem niedriglegierten Substratwerkstoff immer weiter an Bedeutung, wobei prinzipiell gegenüber den jeweiligen Walzwerkstoffen ein verschlechtertes Korrosionsverhalten der Plattierungen zu erwarten ist. Die Anwendung des CMT (Cold Metal Transferj-Prozesses bietet aufgrund eines geringen Wärmeeintrags gegenüber konventionellen Auftragschweißverfahren verfahrensspezifische Vorteile.
Um eine unter Betriebsbedingungen ausreichende Korrosionsbeständigkeit zu gewährleisten, ist es erforderlich, ein Prüfverfahren zu entwickeln, welches den Einfluss der verschiedenen Verfahrensparametern auf das Lochkorrosionsverhalten exakt und reproduzierbar darstellen kann. Bisher bekannte Prüfmethoden, wie die Bestimmung kritischer Lochkorrosionstemperaturen durch Auslagerungsversuche in HCl-haltiger FeCf-Lösung oder die Aufnahme von Stromdichte-Potential-Kurven zur Bestimmung kritischer Lochkorrosionspotentiale, erweisen sich für die höchstlegierten Werkstoffe aus der Gruppe der NiCrMo-Legierungen als ungeeignet, da sich diese unter den gegebenen Bedingungen als lochkorrosionsbeständig erweisen.
Somit kann der Einfluss der Schweißparameter während des Plattierprozesses auf das Lochkorrosionsverhalten mit den bislang bekannten Prüfverfahren nicht untersucht werden.
Mechanismen des Korrosionsschutzes plattierter Aluminiumwerkstoffe am Beispiel von Alclad 6025
(2011)
Plattierte Aluminiumwerkstoffe sind qualitativ hochentwickelte Mehrschichtmaterialverbunde, die aus einer Kemlegierung und einer Plattierung bestehen. Das Kemmaterial erfüllt die Anforderungen an Festigkeit und Lebensdauer des Bauteils. Die Legierungen, die für Plattierungen verwendet werden, sorgen für den Korrosionsschutz unter meist atmosphärischen Bedingungen. Plattierte Aluminiumwerkstoffe finden vor allem Anwendung in der Luftfahrtkonstruktion oder wie Alclad 6025 im Bauwesen als Verkleidung von Fassaden und als Dacheindeckungen.
In der Literatur wird der Korrosionsschutzmechanismus plattierter Aluminiumwerkstoffe allgemein als galvanischer Schutz beschrieben. Wenn eine Beschädigung der Plattierung bis zum Kern reicht, soll sich die elektronegativere Plattierung bevorzugt auflösen und damit die Kemlegierung schützen. Die Plattierungslegierung soll hinreichend korrosionsbeständig sein.
Dabei kann eine leichte allgemeine Korrosion oder Lochkorrosion akzeptiert werden, allerdings mit einer geringen Tiefe, damit die Kernlegierung nicht korrodiert.
Da jedoch keine detaillierten Angaben über den Schutzmechanismus in der Literatur gegeben werden, wurden am Beispiel von Alclad 6025 umfangreiche elektrochemische Untersuchungen sowie Auslagemngsversuche in verschiedenen Atmosphären bzw. Medien durchgeführt. Aus diesen Ergebnissen soll der Schutzmechanismus am Beispiel der Dachplattierung Alclad 6025 genauer beschrieben werden.
Dekorativ verchromte Kunststoffanbauteile werden seit Anfang der 1970er Jahre in der Automobilindustrie eingesetzt, um einem Fahrzeug eine optisch höhere Wertigkeit zu geben. Diese mikroporig bzw. mikrorissig galvanisch abgeschiedenen Überzüge auf Kunststoffanbauteilen sind in einer festgelegten Reihenfolge übereinander angeordnet, um die Funktionen Dekorativität und Korrosionsbeständigkeit zu erfüllen. Unter dem Chromüberzug befindet sich u.a. ein Glanznickelüberzug, welcher durch Poren bzw. Risse bei Kontakt mit Streusalzsole gezielt korrodieren soll und somit den Chromüberzug kathodisch schützt. Der Zusatz von Kalziumchlorid in die Streusalzmischungen in Regionen mit extrem niedrigen Temperaturen (z. B. Winter in Moskau) stört diesen Mechanismus. Unter diesen Bedingungen wurden flächenhafte Schäden am Chromüberzug mikroporig verchromter Kunststoffanbauteile beobachtet. Bei Volkswagen erfolgte daraufhin die Umstellung aller verchromten Bauteile im Exterieur auf mikrorissig. Die Ursache für diese Schäden soll in der vorliegenden Arbeit geklärt werden.
Most of the measurements of temperatures in large pool fires are indirect and present a number of complexities due to the interactions of convection, radiation and soot blockage. In the present work these influences for two organic peroxide [tert-butyl peroxybenzoate (TBPB) and tert-butyl peroxy-2-ethylhexanoate (TBPEH)] pool fires are analysed.
Thermocouple measured temperature in the clear flame zone i.e. combustion zone are found to be 250-400 K lower than from the thermographic measurements. The convective and radiative heat flux contributions from the fire on temperature measurements are discussed. CFD (Computational Fluid Dynamics) simulations have been performed for large pool fires and the predicted time averaged flame temperatures were found to be in qualitative agreement with
measurements due to the stoichiometric combustion model used in the present simulations.
Flame temperature (T), surface emissive power (SEP) of Liquefied Natural Gas (LNG) pool fires (d = 1 m, 6.1 m, 30 m) are investigated by CFD (Computational Fluid Dynamics) simulation and compared with experimental results.
Time averaged flame temperatures of T = 1320 K, T = 1298 K and T = 1281 K are obtained. Surface emissive power (SEP) of 55 kW=m2, 130 kW=m2 and 230 kW=m2 are predicted.
COMSOL Multiphysics® was used as a tool for the better understanding of the evolution of flow patterns during the induced ignition of gases. A simplified model was developed for the scope, by coupling the weakly compressible Navier Stokes module and the convection and conduction module. The current paper presents the results of the performed simulations.
OEMs perceive diamond-like carbon (DLC) coatings as part of a strategy for low frictional tribosystems. Especially the automotive industry anticipates a benefit in applying such coatings in association with the lightweight construction of mechanical parts, for instance in gears and engines. In previous investigations it was shown, that DLC, amorphous carbon (a-C) and tetragonal amorphous carbon (ta-C) coatings can be slip-rolling resistant at least up to ten million load cycles at Hertzian contact pressures P0max of 2.9 GPa lubricated by engine oil at 120°C, Further improvements in load carrying capacity up to P0mean of 2.62 GPa (FN= 5,000 N) were achieved with alternative, available Steel metallurgies as Substrates for thin film coatings. Additional factors, such as influences of the lubrication on the surface chemistry (additives and base oils), wear and friction behavior were investigated.
The use of energetic materials as a main fuel in high temperature process
industries are not known to the scientific community as such. This paper
highlights some of the features and advantages of using organic peroxides
especially di-tert-butyl peroxide (DTBP) in high temperature process industries.
The feasibility of using DTBP as a main or supporting fuel in process industries
have also been justified with the help of Computational Fluid Dynamics (CFD)
simulations. For peroxides requirement of less fuel and air for the same amount
of heat flux has been shown. The resulted emission from the combustion of
DTBP is also discussed.
For the last decades vibration based identification of damage on civil Engineering structures has become an important issue for maintenance operations on transport infrastructure.
Research in that field has been rapidly expanding from classic modal Parameter estimation using measured excitation to modern operational monitoring. Here the difficulty is to regard to the specific environmental and operational influence to the structure under observation. In this paper, two methods accounting for statistical and/or operational uncertainties are applied to measurement data of a progressive damage test on a prestressed concrete bridge. On the base of covariance driven Stochastic Subspace Identification (SSI) an algorithm is developed to monitor and automatically compute confidence intervals of the obtained modal parameters. Furthermore, a null space based non-parametric damage detection method, utilizing a statistical χ2 type test is applied to the measurement data. It can be shown that for concrete bridges the proposed methodology is able to clearly indicate the presence of structural damage, if the damage leads to a change of the structural system.
For the last decades vibration based damage detection of engineering structures has become an important issue for maintenance operations on transport infrastructure. Research in vibration based structural damage detection has been rapidly expanding from classic modal parameter estimation to modern operational monitoring. Methodologies from control Engineering especially of aerospace applications have been adopted and converted for the application on civil structures. Here the difficulty is to regard to the specific environmental and operational influence to the structure under observation. A null space based damage detection algorithm is tested for its sensitivity to structural damage of a prestressed concrete road bridge. Specific techniques and extensions of the algorithm are used to overcome difficulties from the size of the structure which is associated with the number of recorded sensor channels as well as from the operational disturbances by a nearby construction site. It can be shown that for concrete bridges the proposed damage detection methodology is able to clearly indicate the presence of structural damage, if the damage leads to a significant change of the structural system. Small damage which do not result in a System change when not activated by loading, do not lead to a modification of the dynamic response behavior and for that cannot be detected with the proposed global monitoring method.
Infrastructure is subject to continuous ageing. This has given life cycle management of infrastructure an increasing role. Reliable inspection and monitoring tools are therefore an increasing demand. A combination of different non-destructive test methods is often necessary to receive reliable results for material characterization,
flaw detection and the determination of component specific geometry parameters.
Regarding concrete structures thickness measurements are combined with flaw detection and additional information about reinforcement and tendon ducts is required.
Therefore, a multi-sensor measurement approach is necessary with a high degree of automation. Otherwise a time consuming succession of manual measurements has to be performed which would prevent practical applications. A modular control and data acquisition approach is described and the application of two different automated measurement devices is shown. The BetoScan system consists of a self-navigating
mobile robot. The system is especially designed for the investigation of reinforced concrete floors exposed to de-icing salts. The data acquisition of the OSSCAR system a multi-sensor scanner is similar to the robot approach. These different applications are based on a similar kernel allowing the modular use of different contact and noncontact sensors. The described general concept of multi-sensor data acquisition and data analysis presented here is not limited to the field of civil engineering applications.
Unter zyklischen Belastungen findet im Beton, wie bei anderen Materialien auch, ein Ermüdungsprozess statt, der letztlich im Versagen des Materials enden kann. Im derzeitigen Erkenntnisstand zum Materialverhalten des Betons gibt es gerade bei dessen Ermüdungsverhalten noch viele nicht oder nicht ausreichend geklärte Fragestellungen. Deshalb wurde in Laborversuchen das Ermüdungsverhalten von Beton unter Druckschwellbeanspruchungen untersucht. Im Fokus dieser Untersuchungen standen dabei die während der Lebensdauer im Materialgefüge ablaufenden Prozesse, die zur Schädigung des Gefüges und schließlich auch zum Ermüdungsversagen führen können.
In den Ermüdungsversuchen wurden versuchsbegleitend Dehnungsmessungen, Ultraschall-Laufzeitmessungen und Schallemissionsmessungen an den Proben zur Erfassung der Schädigungsevolution eingesetzt. Die Schallemissionsmessung ist dabei ein wichtiges Instrument, da sie die Rissentwicklungsprozesse detektiert, die die Ursache für die Materialschädigung sind. Mit ihr konnten die unterschiedlichen Phasen der Rissentwicklungen über die gesamte Lebensdauer der Betonproben festgestellt werden. Diese Phasen sind gekennzeichnet durch sich stabilisierende, stabile und instabile Rissprozesse, die entsprechende Auswirkungen auf das Materialverhalten haben. Ein Vergleich mit den Ergebnissen der anderen Messtechniken zeigt den entsprechenden Einfluss der Rissentwicklungen auf die Materialeigenschaften des Betons.
Unter zyklischen Belastungen findet im Beton, wie bei anderen Materialien auch, ein Ermüdungsprozess statt. Im derzeitigen Erkenntnisstand zum Materialverhalten des heterogenen Betons gibt es gerade bei dessen Ermüdungsverhalten momentan noch viele nicht oder nicht ausreichend geklärte Fragestellungen. Deshalb befasst sich der vorliegende Beitrag mit der experimentellen Untersuchung des Ermüdungsverhaltens von Beton, speziell unter hochzyklischen Druckschwellbelastungen. Im Fokus der Untersuchungen stehen dabei die während der gesamten Lebensdauer im Materialgefüge ablaufenden Prozesse, die zu Veränderungen im Materialverhalten und schließlich auch bis zum Ermüdungsversagen führen können. Ziel ist es, eine möglichst realitätsnahe Beschreibung des im Materialgefüge ablaufenden Ermüdungsprozesses zu entwickeln.
Combustion of peroxy-fuels
(2011)
The diffusion flames of organic peroxides exhibit quite different characteristics than hydrocarbons. What makes them interesting to study is their fast burning behaviour. As a result the flame temperature enhances and so does the thermal radiation. Due to all these they demand safe handling during processing. However, they can be utilised at several places in different industries where a fuel with fast burning, high temperature and intense radiation are desired. Some of the possibilities to use them as a main or supporting fuel in a wide range of industrial utilities are the major content of this paper.
Integration of magnetic functional components in LTCC Circuit boards calls for co-firing of dielectric and ferrite tapes. Ni-Cu-Zn ferrites with permeability of p=900 were developed which can be fully densified at the Standard LTCC sintering temperature of 900 °C. Successful co-firing of this ferrite with dielectric tapes requires the adaptation of the shrinkage behavior of the materials as well as the thermal expansion during the cooling period - especially in the temperature range below the transformation point of the glassy phase of the dielectric tape. To match these preconditions, a new dielectric LTCC material with steep sintering curve and high thermal expansion coefficient was designed. Sintered multilayer composed of Ni-Cu-Zn ferrite and tailored dielectric tapes are free of cracks and possess no open porosity. No significant interdiffusion between the ferrite and dielectric tapes was found by EDX measurements. Compared to pure ferrite laminates the permeability of co-sintered Ni-Cu-Zn ferrite layers is drastically reduced to 400, i.e. a decrease of more than 50 %.
To investigate the origin of this permeability reduction, Ni-Cu-Zn ferrite laminates were sintered separately, and in combination with alumina release tapes or dielectric tapes, respectively. SEM and EDX analysis of co-fired laminates reveal differences in the ferrite grain growth behavior. Ferrite laminates with homogeneous microstructure and grain size up to 50 pm exhibit large permeability. However, growth of ferrite grains does not take place near the interface between ferrite and release or dielectric tapes. There is a strong correlation between high permeability and volume fraction of large ferrite grains. Regions of fine and coarse grains inside the ferrite layers show different bismuth concentration; the Bi-content is larger in regions of fine ferrite grains.
Structural health monitoring of wind turbine blades by strain measurement and vibration analysis
(2011)
Wind turbine blades have to withstand a high number of load cycles in mostly hard weather conditions over 20 years. In a research project BAM and several partners have designed, evaluated and tested a condition monitoring system for all parts of a wind turbine. At a rotorblade with a length of 58 m fibre bragg grating sensors were applied for in-service strain measurement. Additionally a complex test rig was designed to enable real biaxial loading conditions at a representative test rotor blade to simulate the mechanical loading conditions in the lab. In this test blade with a length of 8 m also fibre bragg grating sensors were implemented to determine their influences for the structure and the condition monitoring system. Vibration measurements were carried out at different test phases. The results were compared with finite element strain and modal analysis.
Abweichend von der gängigen Vorgehensweise, mit einem Bleistiftstrahl
die Lage eines Bildpunktes festzulegen und die rückgestreute Strahlung großflächig aufzunehmen, bietet die neu entwickelte Kamera Unabhängigkeit von Einstrahl- und Blickrichtung. Ausgestattet mit einer 'Optik' für hochenergetische Strahlung, wie die bereits beschriebene Schlitzblendenkamera, ist die variable Gestaltung von Einstrahl- und Blickrichtung möglich. Damit eröffnet sich die
Chance, Strahlung absorbierende Details in einem Objekt sichtbar werden zu lassen, die sonst von einer streuenden Umgebung überstrahlt würden. Zudem wird gezeigt, wie sich das Erscheinungsbild von Objekten umgebungsbedingt im Rückstreubild ändern kann.
Für die öffentliche Sicherheit wird gesorgt, indem Gefahren rechtzeitig entdeckt werden. Deren Ursprung kann im technischen oder menschlichen Versagen liegen, womit im englischen Sprachraum zwischen 'Safety' und 'Security' unterschieden wird. Hinsichtlich der Folgen verschwimmt aber dieser Unterschied, obwohl für deren Verhinderung unterschiedliche Zuständigkeiten existieren. Bezüglich des gemeinsamen Interesses und auch überlappender Methoden und Vorgehensweisen würden beide Seiten gewinnen können, wenn es eine Brücke zwischen ihnen gäbe. Eine solche zu schaffen hat sich die EFNDT Arbeitsgruppe (Working Group) 5 zur Aufgabe gestellt. Gestaltet werden soll sie durch gemeinsame Veranstaltungen und Seminaren, die zur Bildung von Konsortien und der Durchführung gemeinsamer Projekte führen sollen.
Verleimte Holzproben wurden je nach Größe mit thermischen (ANTARES) bzw. schnellen Neutronen (NECTAR) an der Forschungs-Neutronenquelle Heinz Maier-Leibnitz (FRM II) der Technischen Universität München in Garching untersucht. Entweder ließen die durchstrahlbare Schichtdicke oder die eingeschränkte Strahlgeometrie es nicht zu, das Probenteil allseitig zu durchstrahlen.
Um dennoch innere Strukturen wie Leimschichten zumindest mit einem eingeschränkten Winkelbereich tomographisch darzustellen, wurde mit Hilfe des Slice-Theorems erfolgreich rekonstruiert. Ein Brett von 2 cm Dicke wurde mit thermischen Neutronen erfolgreich untersucht, ein größeres mit schnellen.
Neutrons are absorbed particularly by hydrogen containing materials so
they can be used as a tool for visualising heterogeneous density distributions of organic materials. Penetration limits are set by the layer thicknesses and the neutron energies applied. In case of specimens with a flat shape the situation may be encountered that the object only could be penetrated in selected directions. In addition, the overall size may exceed the beam diameter and thus the viewing window if a certain region of interest should be studied by tomography without destroying the integrity of the specimen.
This study shows the capabilities and limits of thermal and fast neutrons to investigate flat wooden specimens such as boards and girders by neutron tomography under such circumstances. Taking projections was impaired either by the limits of penetrability or by the total size of the object. As a consequence, projections were included for reconstruction only from a limited angular range of 90°. It could be shown that an approach based on the slice theorem was capable to visualise structural features along the beam directions while simply omitting the perpendicular ones without causing additional artefacts.
Small samples with a thickness of up to 2 cm but several times broader could be studied with the ANTARES facility of the FRM II neutron source in Garching providing thermal neutrons while larger objects required a beam of higher energy as available in the NECTAR facility of the same institution. The fast (fission) neutrons (1.5 – 2 MeV) of this site allowed investigating an area of interest inside a girder with a cross section of 23.5 x 49 cm². Internal features such as inclusions could be detected as well as a heterogeneous density distribution in glue layers.
Fatigue testing in the VHCF ränge requires testing machines with increased frequencies. However, application of energy-saving resonance testing leads to a linkage between test frequency and specimen Parameters. The frequency ränge and the available forces of the testing machine are limiting possible specimen dimensions.
Electrodynamic shakers combine test frequencies up to 4000 Hz with forces in the kN range. Thus, a relatively wide range of tests is possible which allows studying the influence of specimen size on VHCF behaviour.
Electrodynamic shakers as well as the respective Computer control Systems and Vibration measurement techniques are well established in scientific and technical applications. We present results of a first study of VHCF testing on electrodynamic shakers conducted at BAM. Test frequency, specimen size and stress levels have been varied. One goal is to balance the needs of materials testing with the Standard test Systems of environmental Simulation to provide a powerful and flexible tool for very high cycle fatigue testing. Further investigation to optimize the technique is required.
Die Streuung der Agt-Werte von Betonstahl bleibt durch die Variation der Prüfbedingungen (Temperatur, Geschwindigkeit) innerhalb der prüfnormseitig zulässigen Grenzen weitgehend unbeeinflusst. Gleichzeitig führt die Variation der Prüfbedingungen zu einer signifikanten, für die Produktabnahme relevanten Änderung des Niveaus von Agt. Die Auswertemethodik des Zugversuches (Festlegung der Höchstkraft, Wahl des Verfahrens zur Agt-Bestimmung) hat einen signifikanten Einfluss auf Niveau und Streuung von Agt. Es werden Empfehlungen zur Minimierung der Streuung von Agt gegeben.
Beton mit leichten Gesteinskörnungen (Leichtzuschlägen) ist seit dem Altertum bekannt. Leichte Gesteinskörnungen vulkanischen Ursprungs wurden bereits zur Errichtung der Maya-Pyramiden in Mexiko und von monumentalen Bauwerken im Römischen Reich verwendet. Zu den berühmtesten Beispielen der ersten Anwendung von Leichtbeton in Europa gehören das Kolosseum und das Pantheon in Rom, Hier wurden sowohl natürliche als auch künstliche Zuschlagstoffe, wie Bims, Lava und zerkleinerter Ziegelsplitt, benutzt.
Mit steigender Nachfrage nach leichten Gesteinskörnungen und einer weltweit begrenzten Verfügbarkeit natürlicher Leichtzuschläge wurden synthetische leichte Gesteinskörnungen entwickelt. Ihre großtechnische Herstellung begann nach dem Ersten Weltkrieg. Heute werden leichte Gesteinskörnungen in einem breiten Schüttdichtespektrum von 100 bis 1200 kg/m3 hergestellt. Sie stellen einen wichtigen Teil der Gesteinskörnungen in der Baubranche dar.
Ein stereo-fotogrammetrisches Messverfahren wurde zur quantitativen Analyse der Bewegungssignale eines elektrischen Multi-Sensorsystems eingesetzt. Der Vergleich von Weg- und Winkel-Zeitverläufen zeigte bereits eine recht gute Übereinstimmung, verdeutlichte jedoch auch die Notwendigkeit einer weiterzuentwickelnden Kalibriermethodik. Die Stereo-Videogrammetrie hat sich als Referenzverfahren zur Analyse und Validierung dreidimensional ausgelegter elektrischer Bewegungssensorik für den Nahbereich bewährt.
A novel quasi-distributed long-gauge fiber optic strain sensor system for dynamic measurement
(2011)
We present a novel technique based on incoherent optical frequency domain reflectometry (OFDR) to measure length changes quasi-distributed between reflection points in optical fibres. The technique enables length changes to be measured with a resolution better than 1 µm and allows for static and dynamic measurement capabilities up to 2 kHz. We demonstrate that dynamic measurements of multiple fibre sections can be conducted independently from each other with high precision. Due to the precise and dynamic measurement capabilities, the proposed sensor system is expected to open new fields of application, especially in the structural-health-monitoring sector. Possible applications are discussed in the paper.
Die Verwendung von Endlosfilamenten aus Carbon als Be-wehrungsmaterial für Beton, sogenannter Textilbeton, bietet die Möglichkeit der Sanierung und der Verstärkung bestehender Stahlbetonkonstruktionen. Dabei muss die Frage nach dem Feuerwiderstand von derart verstärkten Tragwerken be-antwortet werden. Aufschluss darüber liefern Brandversuche. Mit Textilbeton verstärkte Stahlbetonplatten haben in Brandversuchen nach der Einheits-Temperaturzeitkurve bei 33 % der Traglast mehr als 60 Minuten standgehalten. Bei 50 % der Traglast kam es nach einer Branddauer von 55 Minuten, bei 65 % nach 30 Minuten, zu einem Zugversagen der textilen Verstärkungsschicht. Bei während des Brandes unbelasteten bzw. gering belasteten Platten lagen die im Anschluss ermittelten Resttragfähigkeiten bei 65 % der Bruchlast nach 30 Minu-ten Branddauer bzw. bei 50 % der Bruchlast nach 60 Minuten Branddauer. Wäh-rend und nach der Beflammung waren zunehmende Durchbiegungen und Rissbreiten erkennbar. Es traten aber keine Abplatzungen auf, weshalb die Ver-stärkungsschicht aus Textilbeton als zusätzliche Betondeckung für die Stahlbe-wehrung angerechnet werden kann. Diese außerordentlich positiven Ergebnisse zeigen, dass für verstärkte Konstruktionen Feuerwiderstandsklassen von F60 bzw. R60 ohne zusätzliche Maßnahmen erreicht werden können. Dies ist von ho-her Relevanz für die wirtschaftliche Anwendung dieser Verstärkungsmethode. Für ein umfassendes Verständnis der Interaktion zwischen den Bewehrungen Textil und Stahl sowie der Versagensmechanismen während des Brandes, sind weitere Erkenntnisse über die mechanischen Eigenschaften von Textilbeton im Hochtemperaturbereich nötig. Auch der Einfluss der Oxidation des Carbons konnte nicht abschließend beurteilt werden. 354 HOTHAN und EHLIG: Hochtemperaturverhalten von Stahlbetonplatten mit TRC-Verstärkung Summary: Using endless carbon filaments for concrete reinforcement, so called textile reinforced concrete, the possibility of reconstruction and strengthening of existing concrete structures arises. The question concerning fire resistance of structures strengthened like this has to be answered. Fire tests provide answers. Steel reinforced concrete slabs strengthened with textile reinforced concrete load-ed with 33 % of ultimate load survived an ISO-fire for 60 minutes. Loaded with 50 % and 65 % of ultimate load the slabs failed after 55 minutes and 30 minutes of fire exposure due to tension failure of the textile reinforcement layer. Slabs not loaded or with a low load level during fire exposure showed remaining bearing resistances of 65 % of ultimate load after 30 minutes and 50 % of ultimate load after 60 minutes of fire exposure. During and after fire exposure rising deflec-tions and growing crack widths were observed. However no spalling occurred. Therefore the textile reinforced concrete layer can be taken into account as con-crete covering for the steel reinforcement. Those extraordinary positive results document, that reinforced concrete structures with additional fibre reinforced concrete can achieve fire resistance classes of R60 without additional provisions. To achieve comprehensive understanding of interaction between steel and fibre reinforcement and failure mechanisms in case of fire more knowledge concerning the mechanic properties of fibre reinforced concrete at high temperatures is es-sential. The influence of oxidation of the carbon fibres could not fully be an-swered.
Thin layers of textile reinforced concrete (TRC) can be used as strengthening for reinforced concrete (RC) slabs or beams to increase their foad-bearing capacity. The concrete matrix consists of a fine-grained concrete with a thickness of 8 to 15 mm. Information on the behaviour of strengthened structures subjected to fire is of particular inlerest for practical applications of this innovative construction method. A total of 7 RC slabs with Steel reinforcement were produced: 2 slabs were used as reference and 5 slabs were strengthened with three layers of textile reinforcement. Ultimate capacity of reference slabs and particular TRC strengthened slabs was determined from statie load results fom 4-point-bending tests.
Fire tests on these slabs were carried out with utilization fectors using a Standard temperature curve (ISO-834-1) for fire testing. Test loads varied between 0 % and 65 % ofuMmate load.
To detect temperatures during fire exposure thermocouples were arranged throughout the cross-section of the slabs. Depending on the utilization the slabs were exposed to fire for 30 minutes or for 60 minutes. In some cases bending fäilure occurred, in other cases the slabs survived. None of the specimens exhibited any visual damage or concrete spalling during fire exposure. Results of deformation measurements and residual strength measurements are presented. Even though mechanisms are not fifily understood, it is important to discuss the presumable reasons for the surprisingiy positive test results. It is presumed tbat the key mechanisms contributing to the outstanding fire resistance capability presented are: superior crack control of the TRC and load redistribution between textile and Steel reinforcement as well as the primary load transfer directly into the slabs.
Leichtbaustrategien im Antriebsstrang erhöhen durch Downsizing die Hertz’schen Kontaktpressungen und die mechanischen Lasten. Dadurch müssen neben wälzbeständigen Stählen auch dazu passende reibungsmindernde Konzepte gefunden werden, in der vorliegenden Arbeit wurden alternative, hoch zähe Stähle mit einer Wälzbeständigkeit bis Pomax = 4,2 GPa untersucht, welche mit geeigneten Grundöl- und Additivkombinationen die Reibungszahlen herunter auf 0,025 reduzieren konnten. Diese alternativen Stahllegierungen erlauben nicht nur an der Zahnflanke sehr hohe Kontaktpressungen, sie bieten außerdem entsprechende Zähigkeits- und Festigkeitseigenschaften für den Zahnfuß. In vorangegangenen Untersuchungen wurde eine Vielzahl verschiedener Dünnschichten auf ihre Überrollbeständigkeit unter Extrembeanspruchungen validiert. Allerdings zeigte sich bei den meisten Dünnschichten ein Qualitätsunterschied von Charge zu Charge. Unter Verwendung verschiedener organischer, metallorganischer und anorganischer Additive konnten, sich daran anschließende Versuche, vielversprechende Ergebnisse erzielt werden. Sämtliche Versuche unter extremen Beanspruchungen wurden bei +120°C Öltemperatur auf Zwei-Scheiben-Tribometern vom Typ AMSLER und 2Disk von Optimol Instruments unter Misch-/Grenzreibungsbedingungen durchgeführt und die tribologischen Eigenschaften der neuartigen, unbeschichteten Stähle und in Relation zu leistungsstarken DLC-/ZrCN Dünnschichten gesetzt.
Recent advances in the fabrication of diffractive X-ray optics have boosted hard X-ray microscopy into spatial resolutions of 30 nm and below. Here, we demonstrate the fabrication of zone-doubled Fresnel zone plates for multi-keV photon energies (4-12 keV) with outermost zone widths down to 20 nm. However, the characterization of such elements is not straightforward using conventional methods such as knife edge scans on well-characterized test objects. To overcome this limitation, we have used ptychographic coherent diffractive imaging to characterize a 20 nm-wide X-ray focus produced by a zone-doubled Fresnel zone plate at a photon energy of 6.2 keV. An ordinary scanning transmission X-ray microscope was modified to acquire the ptychographic data from a strongly scattering test object. The ptychographic algorithms allowed for the reconstruction of the image of the test object as well as for the reconstruction of the focused hard X-ray beam waist, with high spatial resolution and dynamic range. This method yields a full description of the focusing performance of the Fresnel zone plate and we demonstrate the usefulness ptychographic coherent diffractive imaging for metrology and alignment of nanofocusing diffractive X-ray lenses.
Elutionstests im Labormaßstab werden zur Ermittlung der Freisetzung von Schadstoffen aus Böden oder mineralischen Abfällen für die Verwertung in technischen Erdbau-werken durchgeführt. Sie sollen die Feldbedingungen möglichst realitätsnah wider-spiegeln und auch die Beurteilung der Freisetzung von Schadstoffen über längere Zeiträume ermöglichen. Aus diesem Grunde werden im Entwurf der novellierten BBodSchV neue Verfahren zur Eluatgewinnung aus den genannten Materialien festgeschrieben.
In der Bundes-Bodenschutz- und Altlasten-verordnung (BBodSchV) und im Arbeits-entwurf der Novellierung ist für den Wirkungspfad Boden-Grundwasser eine Sickerwasserprognose vorgesehen, um die Gefahren, die von kontaminierten Stand-orten für das Schutzgut Grundwasser ausgehen, beurteilen zu können. Bei der Sickerwasserprognose kann u.a. auf der Grundlage von Materialuntersuchungen im Labor die Quellstärke kontaminierter Ma-terialen ermittelt werden, welche dann bei Transportmodellierungen Berücksichtigung findet. Der Entwurf der Novellierung der BBodSchV sieht für die Ermittlung der Quellstärke den Übereinstimmungstest des Säulenversuchs nach DIN 19528 bis zu einem Wasser/Feststoff - Verhältnis (W/F) von 2 l/kg für anorganische und organische Stoffe (PAK) oder den Schüttelversuch nach DIN 19529 für anorganische Stoffe und E DIN 19527 für organische Stoffe auch jeweils mit einem W/F von 2 l/kg vor. Die Zulassung beider Elutionsverfahren setzt die Gleichwertigkeit der Ergebnisse beider Verfahren voraus. Im Folgenden werden die Ergebnisse des Vergleichs der Auslaugung von polyzyklischen aromat-ischen Kohlenwasserstoffen (PAK) aus unterschiedlichen Böden mit Hilfe beider Elutionsverfahren vorgestellt.
Entwicklung einer Key Curve-Methode für Gusseisen mit Kugelgraphit bei dynamischer Beanspruchung
(2011)
Ultra high molecular weight polyethylene (UHMW-PE) - due to its high hydrogen content - is used as neutron shielding material in casks for storage and transport of radioactive materials. Besides this, UHMW-PE - as a high-performance polymer - has been used for several years in medical technology due to its excellent slip and wear properties. Due to the special properties of UHMW-PE which result basically from its extreme chain lengths and its high degree of crystallinity, it is predestinated for the aforementioned applications.
In both cases, irradiation and its impact on the molecular structure of polyethylene play an important role. In the first case, irradiation exists as a by-product of inserting the radioactive material in the cask. Hence PE has to withstand any type of degradation affecting safety relevant aspects to be applicable for long term radiation shielding purposes for instance over a period of 40 years. In the second case irradiation is applied deliberately for purposes such as sterilization and crosslinking, leading to partial improvement of the mechanical properties (e.g. fracture toughness, crack propagation resistance, wear resistance) and better Chemical stability.
Specifically concerning their use in the field of medical technology, different types of UHMW-PE have been objects of numerous publications. It is generally accepted that two parallel and competitive processes, based on chain scission and reactions of Ccentered radicals and molecular fragments, occur in PE as a consequence of radiation: radical recombination accounts for crosslinking, together with some disproportionation, formation of low molecular weight fragments, and recrystallization. Furthermore, formation of oxygenated structures in the presence of traces of oxygen is an antagonist of the C-centered radicals. Radiation induced scission preferentially takes place in the amorphous phase and noncrystalline surface of the crystals. It is followed by folding of molecular fragments, crystallinity growth and increased perfection in the crystal lamellae [4, 5]. Chain scission results in shorter polymer molecules, fewer entanglements, and consequently, increased molecular mobility.
The scope of our investigation comprises an estimation of the radiation and thermal impact on the molecular and supra molecular structure of the two types of PE used for neutron shielding cask components. A further point which is worth to explore is to what extent these changes are detectable by thermo-analytical (TA) methods, such as Differential Scanning Calorimetry (DSC), Thermo Mechanical Analysis (TMA), Dynamic Mechanical Analysis (DMA) and Thermogravimetry (TG). Additionally FT-IR and solubility measurements have been performed.
In our studies we focused on the UHMW-PE material GUR 4120 which was y irradiated at RT and compared to the untreated material.