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BAM (Federal Institute for Material Research and Testing) is the competent authority for mechanical and thermal safety assessment of transport packages for spent fuel and high level waste (HLW) in Germany. In context with package design approval of the new German HLW cask CASTOR HAW28M, BAM performed several drop tests with a half-scale model of the CASTOR HAW/TB2. The test model was manufactured by GNS (Gesellschaft fur Nuklear Service mbH) and tested under accident transport conditions on the 200 tons BAM drop test facility at the BAM Test Site Technical Safety. For this comprehensive test program the test specimen CASTOR HAW/TB2 was instrumented at 21 measurement planes with altogether 23 piezo-resistive accelerometers, five temperature sensors and 131 tri-axial strain gauges in the container interior and exterior, respectively. The strains of four representative lid bolts were recorded by four uniaxial strain gauges per each bolt. Helium leakage rate measurements were performed before and after each test in the above noted testing sequence. The paper presents some experimental results of the half-scale CASTOR HAW/TB2 prototype (14,500 kg) and measurement data logging.
A novel approach to strongly suppress artifacts in radiography and computed tomography caused by the effect of diffuse background Signals (backlight) of 2D X-ray detectors is suggested. Depending on the detector geometry the mechanism may be different, either based on the optical scattering of the fluorescent screen materials into optical detection devices or Compton or X-ray fluorescence scattering by the detector components. Consequently, these erroneous intensity portions result in locally different violations of Lambert Beers law in single projections (radiographs).
When used as input data for computed tomography these violations are directly observed via modulation of the projected mass as a function of the rotation Phase and the samples aspect ratio (dynamics). The magnitude of the diffuse Background signal depends on the detector area covered by the projected sample. They are more pronounced the smaller the shaded area and the stronger the total attenuation.
Moreover, the local intensity mismatch depends on the attenuation of the sample.
We present very basic reference data measured with multiple metal foils at a synchrotron radiation source. Beam hardening artifacts can be excluded due to the monochromatic radiation. The proposed correction procedure assumes a constant (non-local) scattering mechanism.
The present investigations cover different relevant influences on the numerical calculation of welding-induced distortion. Therefore, a single-layer pulsed gas metal arc (GMA) weld of structural Steel S355J2+N with a thickness Öf5 mm is experimentally and numerically investigated. The influences of mesh density, tack-welds, and continuous cooling transformation (CCT) diagrams on welding-induced distortion are studied. The quality and quantity of These effects are clarified based on the used experimental and numerical set up. The occurring differences between the investigated cases achieve significant values. Consequently, prediction of welding-induced distortion can be improved considering the present investigations.
A dynamic and quasi-distributed sensor principle for simultaneous measurement of length changes and optical power changes between reflection points in an optical fiber is presented. The technique is based on the incoherent optical frequency domain reflectometry (I-OFDR). Length change resolutions < 1 µm and measurement repetition rates up to 2 kHz can be achieved using standard single-mode and multi-mode optical fibers. Simultaneous length change and refractive index measurement as well as field test results showing the deformation of a masonry building under seismic load are presented. Promising fields of application for this technique are the structural health monitoring sector and chemical process control.
A new burner concept (PEROXY-BAM®) for the combustion of liquid organic peroxides (Peroxy-fuels) is presented. As peroxy-fuels are thermally unstable the design of burners for them should be accordingly modified ensuring a safe operation. It is found that 10 to 100 time less amounts of peroxy fuels are required for the same heat flux or output in comparison to hydrocarbons. Correspondingly, the fuel pump power and the volume of combustion chamber (furnace) are also reduced. As a result of less amount of fuel the emissions will also be stepped down and oxygen in the molecule helps to establish conditons like in an oxy-fuel combustion process. The advantages of using peroxy-fuels over hydrocarbons inside a model combustion chamber are also investigated with the help of CFD (Computational Fluid Dynamics) simulations.
X-ray computed tomography (CT) is a volumetric (3D) Imaging diagnostic method, well established in the medical field, and in industrial NDE as well. Developments in industrial CT aim to extent the applicability to complex structures, which do not allow the access of all directions. This are e.g. limited view, data and angle CT applications. New reconstruction algorithms are required on one
side, and the accuracy has to be improved on the other side. Numerical Simulation can support such developments by providing well defined data sets for the testing of reconstruction algorithms. This approach of virtual CT is realized within the radiographic simulator aRTist, developed by BAM. The poster shows the possibilities of this tool to consider complex scan paths. Simulated data sets have been reconstructed by an versatile backprojection algorithm.
To determine a polymer’s spectral response of photo degradation, two main methods have been established. The so-called “filter technique” uses polychromatic radiation, which is filtered by a set of various sharp cut-on filters. This procedure provides separated reading points of an activation spectrum of the investigated material. With the "spectrographic technique” a specimen is irradiated with pectrally dispersed radiation, locally quasi monochromatically, and the local property changes.are related to the radiant exposure at the respective wavelengths. A third method, the irradiation of specimens with quasi monochromatic radiation behind interference filters, is rarely used.
These methods have advantages and disadvantages and therefore, there are limits for conclusions from these spectral data. Concerning the quasi monochromatic Irradiation of specimens the development of new UV radiation sources looks promising.
With the rapid development of inexpensive UV Light-emitting diodes (LEDs), new : sources of nearly monochromatic radiation in the UV ränge are available, even down to about 250 nm. To determine the spectral response, the use of such UV-LEDs in TO-18 ) and TO-39 metal cases combines the advantages of low cost and energy efficiency, stable spectral irradiance, temperature.and humidity control, larger specimen areas, and an easy and stable analysis.
Combinations of different UV LEDs are also discussed as replacement for xenon arc ' radiation sources, see patent application EP01528388A1.
Experimental investigation of the laser-plume interaction during high power fiber laser welding
(2011)
The effect of the well-known plasma absorption and refraction in CO2-laser metal welding plumes is in case of high power solid state laser welding negligibly small. By contrast, the diffraction effects of shorter wavelength laser radiation are considerable. According
to the results of preliminary studies, the fine condensed metal particles in the welding plume can lead to essential worsening of the laser beam quality.
This work is devoted to the investigation of the lasermatter interaction during up to 20 kW ytterbium fiber laser welding of thick mild steel plates. The plume attenuation of a probe 1.3 µm wavelength diode laser beam as well as of continuous radiation in 250-600 nm
wavelength range was measured during welding with and without Ar shielding gas supply. The measured results allow it to calculate average size and concentration of fine condensed metal particles in
different plume areas using the multi-wavelength method and the Mie scattering theory. The plume temperature, which determines the condensation conditions, was measured by means of Fe I atom
spectral line emission registration.
The obtained results can be also of interest for remote metal treatment with high-power fiber or disc lasers.
Structural performances of earthen building materials. A comparison between different typologies
(2011)
Traditional construction techniques utilizing earthen materials are often seen as inferior compared to modern ways of building. Structural earthen elements are perceived as vulnerable towards environmental influences (moisture, frost) and in particular towards the load scenarios during earthquakes. In comparison to the recent advances in research on stone and brick masonry, knowledge on the structural performance of earthen building construction is limited and scattered. Consequently the confidence in the performance of these earthen buildings constructed in the traditional techniques during earthquakes is fairly low. The research presented here aims to make a comparison of mechanical behavior between different earth masonry material typologies, consisting of earth block masonry, rammed earth and cob. The paper has been developed in the framework of a larger research program called NIKER. BAM and other seventeen research partners from the Mediterrean area are jointly involved to develop and validate innovative materials and technologies for the systemic improvement of the seismic behavior of Cultural Heritage assets
Faserverbundbauteile werden durch Tränkung von Fasergewebe mit flüssigem Harz, in der Regel Epoxidharzen, und anschließender Härtung des Harzes gefertigt. Dabei kann man das Gewebe im Vorfeld mit reaktivem Harz tränken und als so genanntes Prepreg verarbeiten oder man injiziert das frisch mit dem Härter gemischte Harz in ein Werkzeug, in dem das Gewebe bereits liegt - z. B. beim RTM-Prozess. Ausgehend von der Aufgabenstellung, eine Prepregherstellung mit hohem Qualitätsstandard zu realisieren und Möglichkeiten der Fertigungskontrolle für den Prepreg-Verarbeiter aufzuzeigen, wurde an einem für die Prepregherstellung vorgesehenen Harzsystem eine weitgehende Charakterisierung des Aushärtungsverlaufs vorgenommen. Wegen der Schwierigkeit, schnell konstante Aushärtungstemperaturen zu erreichen, wurden bei allen Methoden mit einer Heizrate von 1 K/min von RT bis 200 °C aufgeheizt.
In connection with the use of chemically unstable gases (especially acetylene and ethylene oxide) accidents keep on happening - amongst them also quite serious ones. These gases are known to be chemically unstable. A chemically unstable sas is a flammable gas that is able to react exolosivelv even in the absence of air or oxveen. The investigation of accidents showed that the Chemical instability of flammable gases played an important role in the severity of accidents. Therefore, this hazardous property was included in the global harmonizatiön of the Classification of Chemicals. The Classification of chemically unstable flammable gases and mixtures is an amendment to Chapter 2.2 “Flammable gases” of the UN Globally Harmonized System of Classification and Labelling of Chemicals (GHS), because most chemically unstable gases are flammable as well. The proposal to add them to the GHS originated from the experts of an informal working group of the UN Sub-Committee of Expert on the GHS (UNSCEGHS) headed by BAM, Germany. The UNSCEGHS has decided to include it in the Fourth Revised Edition of the GHS. The respective method for determining whether a gas is chemically unstable or not, is included in the UN Manual of Tests and Criteria. This paper presents some experimental investigations of these gases, the test methods, examples of new classifications and results from CHEMSAFE
Cementitious materials, in particular concrete, are durable materials if prepared appropriately and the Service life of concrete structures is now often required to last 120 years or more. Concrete durability depends strongly on intrinsic (e.g. composition, porosity) and exterior factors (e.g. moisture condition and composition, frost cycles, load pattem). Deleterious actions leading to concrete degradation are often created by the environment. Extemal sulfate attack is one of the more spectacular damage scenarios for concrete structures caused by the ingress of sulfate ions into the pore System of the material and successive formation of expanding phases. Though in recent years well studied there are still many questions remaining conceming the mechanisms of sulfate attack. In particular over the last ten years, with the increased utilization of blended cements, new questions arose concerning the sulfate resistance of those binder Systems. In the presented study therefore a method was developed to analyze the changes of the phase composition within the micro structure due to sulfate attack. The analytical method was based on pX-Ray diffraction (pXRD) using Synchrotron radiation in Debye-Scherrer (transmission) geometry. The spatial resolution of the method is ca. 10 pm and allows the characterization of phase transformations in the wake of damaging processes in more detail compared to other techniques. Furthermore, the experimental setup provides the possibility for analyzing the phase assemblage of a given sample without destroying the micro structure. This is possible because the specimens for phase analysis consists of thick sections, which can be used for further microscopic analysis of the micro structure and micro chemistry (e.g. by SEM-EDX). Samples containing supplementary cementitious materials were measured in comparison and to reconstruct the influence of the degradation process in detail. Additionally, reaction ffonts within the samples were localized by micro x-ray fluorescence analysis (MXRF).
Die POD (Probability of Detection) hat sich als statistisches Werkzeug für die Bewertung der Zuverlässigkeit zerstörungsfreier Prüfsysteme in der klassischen ZfP bewährt. Aus diesem Grund wird die Methode der POD auf die zerstörungsfreie Prüfung im Bauwesen übertragen, um erstmals eine objektive Antwort auf zerstörungsfreie Prüfungen geben zu können, denen eine qualitative Fragestellung zugrunde liegt. Dies geschieht an der Prüfaufgabe der Ortung metallischer Reflektoren in Abhängigkeit Ihrer Tiefenlage mithilfe des Impulsradars. Dazu wird nachgewiesen, dass eine Übertragung und Anwendung der POD für die objektive Bewertung dieser Prüfaufgabe zulässig ist. Nach der Konzipierung und Fertigung von Testkörpern werden die Ergebnisse der POD(a)-Analyse vorgestellt, die erstmal eine Charakterisierung und einen Vergleich unterschiedlicher Radarprüfsysteme anhand eines objektiv ermittelten Kennwerts ermöglichen. Außerdem können Einflussgrößen auf die Detektionstiefe eines metallischen Reflektors erstmals quantifiziert werden.
Die Computertomographie (CT) hat sich als dimensionelle Messmethode in der industriellen Produktion etabliert. Durch Messungen an speziellen Prüfkörpern ist es möglich, quantitative Informationen über die metrologischen Eigenschaften dimensioneller Messungen zu erhalten. In dieser Arbeit wird einen Aluminium-Guss-Prüfkörper (120 mm x 90 mm x 60 mm) benutzt, mit dem – in der vorliegender Form – auch der Einfluss von Materialien unterschiedlicher Schwächung auf dimensionelle CT-Messungen untersucht werden kann. Der Prüfkörper ist in vier Segmente zerteilt, so dass auch innenliegende, raue Gussfreiformflächen der taktilen Koordinatenmessung zugänglich sind. Durch adaptierte Rubinkugeln als Referenzstrukturen können die CT-Messdaten in taktile Referenz-Koordinatensysteme überführt werden. Um den Einfluss von Materialien unterschiedlicher Schwächung auf das dimensionelle Messen mit CT zu untersuchen, wurden stärker schwächende ZTA-Störkugeln (Zirconia Toughened Alumina) mit zur Ausrichtung geeigneter Symmetriebrechung in der Nähe von ausgewählten taktilen Messstellen angebracht.
Zur Bewertung der Messabweichungen dienen taktile Referenzmessungen an den ZTA-Kugeln sowie taktile Messungen an den Freiformflächen des Gussteils, wobei durch ein iteratives Antastverfahren eine verbesserte Erfassung der Geometrie auch bei starken lokalen Oberflächenkrümmungen sichergestellt wird.
In dieser Arbeit werden geschweißte Platten aus dem Feinkornstahl P460NL1 untersucht. Korrosion und Ermüdungsrisswachstum werden als Schadensmechanismen in das Material eingebracht und auf ihre Nachweisbarkeit in Plattenversuchen geprüft. Die Schallemissionssignale wurden nach primären und sekundären Quellmechanismen getrennt und ihr Einfluss auf die Gesamtemission analysiert.
Hinsichtlich Materialermüdung und Betriebsfestigkeit in Faserkunststoffverbunden besteht - verglichen mit anderen Aspekten des Faserverbundleichtbaues – noch erheblicher Forschungsbedarf. Schon weit vor den globalen Festigkeiten des Laminates treten eine Vielzahl von Zwischenfaserbrüchen und vereinzelte Faserbrüche auf. Die Dichte dieser Mikrorisse soll hier als Indikator für den Zustand des Verbundes genutzt werden. Ihre Ermittlung stellt insbesondere bei Kohlenstofffasern eine Herausforderung dar. Über vergleichende Messungen mit der Schallemissionsanalyse (SEA) und der Röntgenrefraktionsscans (RR) wird die Entwicklung der Rissdichte bei Belastung untersucht. Die SEA zeichnet die Entstehung der Risse auf und kann wegen der kompakten Messtechnik auch gut am Bauteil eingesetzt werden. Die RR beobachtet die Änderung der inneren Grenzflächen, die ebenfalls die Entwicklung der Rissdichte widerspiegelt. Sie ist allerdings zurzeit nur als Laborverfahren geeignet. Der Vortrag berichtet(e) über den aktuellen Stand des vergleichenden Einsatzes beider Verfahren an Flachproben und innendruckbelasteten Rohrproben.
Hinsichtlich Materialermüdung in Faserkunststoffverbunden besteht verglichen mit anderen Aspekten des Faserverbundleichtbaues – noch erheblicher Forschungsbedarf. Schon weit vor den globalen Festigkeiten des Laminates treten eine Vielzahl von Zwischenfaserbrüchen und vereinzelte Faserbrüche auf. Die Dichte dieser Mikrorisse soll als Indikator für den Zustand des Verbundes genutzt werden. Ihre Ermittlung stellt insbesondere bei Kohlenstofffasern eine Herausforderung dar. Über vergleichende Messungen mit der Schallemissionsanalyse (SEA) und der Röntgenrefraktionsanalyse (RR) wird die Entwicklung der Rissdichte bei Belastung untersucht. die SEA zeichnet die Entstehung der Risse auf und kann wegen der kompakten Messtechnik auch gut am Bauteil eingesetzt werden Die RR beobachtet die Änderung der inneren Grenzflächen, die ebenfalls eine Entwicklung der Rissdichte widerspiegelt. Sie ist allerdings zurzeit nur als Laborverfahren geeignet. Der Vortrag berichtet über den aktuellen Stand des vergleichenden Einsatzes beider Verfahren an Zugproben und Modellbehältern.
Die Restlebensdauerabschätzung von Faserkunststoffverbunden ist ein ungelöstes
Problem. Die Beobachtung der Matrixschädigung ist dabei ein vielversprechender Ansatz zur Bewertung des Schädigungszustandes insgesamt. Unter kombinierter Beobachtung mit Röntgenrefraktionsmessungen und Schallemissionsmessung wurden uni- und biaxiale Lasten statisch und zyklisch auf Kohlenstofffaserepoxidharz-Proben aufgebracht. Die uniaxiale Belastung erfolgt mittels einer eigenentwickelten Kompaktprüfmaschine direkt während der Röntgenrefraktions- und Schallemissionsmessung in der Röntgenkammer. Die biaxiale Belastung wird an Modelldruckbehältern ebenfalls mit Schallemissionsmessung durchgeführt. Hier wird der Modelldruckbehälter mit dem Röntgenrefraktionsverfahren periodisch inspiziert.
Zur Abschätzung der Lebensdauer eines bei höherer Temperatur langzeitbelasteten Bauteils wurden Zeitstandversuche, Relaxationsversuche und weitere Versuche mit unterschiedlichen Umgebungssteifigkeiten durchgeführt.
Die Zeitstandversuche, deren Versuchsführung eine unendlich niedrige Umgebungssteifigkeit simuliert, liefern geringere Lebensdauern (Bruchzeiten) im Vergleich zu Versuchen mit endlich hohen, technisch relevanten Steifigkeiten bei vergleichbarer Probensteifigkeit (Geometrie), wobei die Lebensdauern mit steigender Umgebungssteifigkeit zunehmen. Die längsten Lebensdauern zeigen Relaxationsversuche mit einer unendlich hohen Umgebungssteifigkeit aufgrund ihrer Versuchsregelung.
Für die Übertragung der an Proben gewonnenen Ergebnisse auf das Bauteil wurde das Steifigkeitsverhältnis Z zwischen der Steifigkeit der 'Probe' und der der 'Umgebung' definiert und angewandt. Das Steifigkeitsverhältnis des kritischen Bereichs im Bauteil und das der Werkstoffprobe in der Prüfmaschine sollten möglichst ähnlich sein. Dann lassen sich bei der Übertragung auf das Bauteil realistisch höhere Lebensdauern abschätzen als nur mit Kenntnis der Ergebnisse der Zeit-standversuche.
GMR-Sensor Arrays ermöglichen eine örtlich hoch aufgelöste Messung magnetischer Streufeldamplituden an Stahlbauteilen, bei der abhängig von der Größe der zu prüfenden Oberfläche erhebliche Datenmengen erzeugt werden.
Eine automatische Detektion von Rissen kann anschließend mittels digitaler Bildverarbeitung erreicht werden, welche hauptsächlich auf einer Kantenerkennung basiert. Diese wurde anhand einer Magnetometer-Messung getestet, die an einem zylindersymmetrischem Bauteil mit funkenerosiv eingebrachten Rissen geringer Tiefe durchgeführt wurde. Die erzielte Selektion der Defekte wird für eine angestrebte Rekonstruktion der Defektgeometrie benötigt.
Biocompatible materials such as titanium are regularly applied in oral surgery. Titanium-based implants for the replacement of missing teeth demand a high mechanical precision in order to minimize micro-bacterial leakage, especially when two-piece concepts are used. Synchrotron-based hard x-ray radiography, unlike conventional laboratory radiography, allows high spatial resolution in combination with high contrast even when micro-sized features in such highly attenuating objects are visualized. Therefore, micro-gap formation at interfaces in two-piece dental implants with the sample under different mechanical loads can be studied. We show the existence of micro-gaps in implants with conical connections and study the mechanical behavior of the mating zone of conical implants during loading. The micro-gap is a potential source of implant failure, i.e., bacterial leakage, which can be a stimulus for an inflammatory process.
new burner concept for peroxy-fuels is proposed. The performance of the proposed peroxy-fuel burner is predicted with the help of Computational Fluid Dynamics (CFD) simulation. It is found that peroxy-fuel burner not only requires considerable less amount of fuel for the same output/power but also at the same time the overall size of the processing unit can be reduced. As peroxy-fuels contain oxygen atoms within the molecule itself a similar to oxy-fuel combustion environment is created without even supplying pure oxygen. CFD simulations also support the above facts and demonstrate the existence of less favorable conditions to form NOx.
Um den vermehrten Einsatz von mechanisierten Prüfeinrichtungen bei der Ultraschallprüfung in der Ausbildung Rechnung zu tragen, ist es wünschenswert, dieses Themenfeld bereits zu einem frühen Zeitpunkt in die Ultraschallkurse zu integrieren. Aus diesem Grund wurde für die Ausbildung bei der DGZfP in Zusammenarbeit mit der BAM ein teilmechanisiertes Ultraschall-Prüfsystem entwickelt.
Das System basiert auf einem handelsüblichen Ultraschallgerät für die Handprüfung und einem Netbook-Computer. Die berührungslose Positionserfassung wird über den Blenden-Ausgang des Ultraschallgerätes getriggert und die Daten werden mittels Infrarot- und Bluetoothtechnik übertragen. Dies ermöglicht einen kompakten und portablen Aufbau mit kurzen Einrichtzeiten, der sich im Rahmen einer Lehrveranstaltung effektiv einsetzen lässt. Die Ergebnisdarstellung erfolgt mit C-Bildern.
An einfachen Übungsstücken können die Kursteilnehmer, dicht an die Handprüfung angelehnt, die Methoden und Randbedingungen einer mechanisierten Prüfung erfahren.
Bei der Prüfung von gekrümmten Bauteilen in Tauchtechnik muss man die Veränderung des Schallfeldes durch die Form der Oberfläche berücksichtigen. Insbesondere bei hochauflösenden Ultraschallprüfungen mit Fokusprüfköpfen kommt es hierbei zu drastischen Verzerrungen des Schallfeldes.
Diese Verzerrungen sind bei der Empfindlichkeitseinstellung sowie bei der Auslegung von Fokuspunkt- und Spurabstand zu berücksichtigen, um eine ausreichende Prüfempfindlichkeit zu erreichen. Es werden Beispiele von Simulationsrechnungen an typischen Prüfanordnungen vorgestellt.
Die heutigen Anforderungen an Bauteile und deren Materialien werden immer höher. Somit steigen auch die Anforderungen an die notwendigen Prüfverfahren zur Qualitätsbestimmung bzw. –erhaltung. Durch den optimierten Einsatz von mechanisierten Prüfverfahren und der Verwendung von Visualisierungsalgorithmen wird es möglich, Prüfergebnisse mehrdimensional und farbcodiert z.B. als Überblicksansicht über das Volumen des geprüften Bauteils zu bekommen.
Bei der hochauflösenden Volumenprüfung eines Bauteils mittels Ultraschall-Tauchtechnikverfahren, bei dem anstelle einer einfachen Ja/Nein – Aussage eine detaillierte Analyse erforderlich ist, ist es notwendig, alle Messdaten, d.h. jedes A-Bild an jedem Ort, zu speichern.
Bei der Auswertung der Daten werden vorwiegend 2D-Darstellungen, wie z.B. das C-Bild der gescannten Fläche, B-Bilder der Scan- und Index-Ebene sowie das A-Bild an der jeweiligen Position verwendet. Um sich z.B. ein Überblick über das Volumen zu verschaffen, werden die B-Bilder der jeweiligen Ebene gescrollt. Bei diesem Verfahren erhält man zwar eine genaue Aussage in den einzelnen Ebenen, aber doch wenig Informationen über die Lage der Anzeigen im Prüfvolumen.
Eine 3D-Visualisierung der Volumenmessdaten liefert unter Berücksichtigung der Bauteilgeometrie und einer Farbcodierung der Amplitudenwerte eine übersichtliche Darstellung über Lage, Größe und Verteilung der Anzeigen im Volumen des Bauteils.
Die wiederkehrende zerstörungsfreie Prüfung von längs gebohrten
Eisenbahnradsatzwellen mit Ultraschall erfolgt im eingebauten Zustand aus der Wellenbohrung heraus. Neben den aufzufindenden Fehleranzeigen erzeugt aufgrund der geometrischen Bedingungen der Radsatzwelle hierbei jeder Querschnittsübergang eine umlaufende Formanzeige in der Ergebnisdarstellung. Durch den Prozess des Aufschrumpfens der Radscheiben auf die Sitze können weiterhin örtlich statistisch verteilte Bereiche im Sitz entstehen, die bei der Ultraschallprüfung Anzeigen hervorrufen, die so genannten Scheinanzeigen. Insbesondere in den Bereichen der Querschnittsübergänge ist zum einen die Prüfsituation sehr komplex, zum anderen ist hier die Wahrscheinlichkeit für eine Rissbildung am höchsten. Bei der Befundanalyse stößt die derzeit verwendete Prüftechnik in diesen Bereichen an ihre Grenzen, so dass nicht immer eine eindeutige Prüfaussage erfolgen kann. Im Bericht werden Lösungsansätze für Analyseverfahren vorgestellt, die auf Basis der Gruppenstrahlertechnik bzw. mit Fokusprüfköpfen in Verbindung mit dem Einsatz von Signalverarbeitung vielversprechende Ergebnisse zur Optimierung dieser Situation aufzeigen.
In kerntechnischen Anlagen werden Revisionszeiträume genutzt, um unter anderem Anlagenteile nach dem Stand der Technik zu ertüchtigen und um Nachrüstungsmaßnahmen zur Erhöhung der Betriebssicherheit durchzuführen.
Solche Anlagenteile werden häufig mittels Dübelplatten befestigt. Die Dübel sind in Stahl-betonbauteile einzubringen, die kraftwerkstypisch mit dichter Bewehrung versehen sind. Zerstörungsfreie Untersuchungen zur genauen Ortung bewehrungsfreier Orte sind hierzu erforderlich. Bei dieser vermeintlich einfachen Prüfaufgabe wurde deutlich, dass in der Praxis Bedarf an verbesserter Anwendungssicherheit der zur Verfügung stehenden ZFP-Verfahren besteht, die eng mit der Ausbildung von Prüfern verbunden ist. Dieser Beitrag berichtet über die
bislang im Bereich ZfPBau erstmalig umgesetzte Strategie aus
Verfahrensanweisung und Schulung zur zuverlässigen Ortung von Bewehrung an Stahlbetonbauteilen. Sie kann als Muster für weitere ZfPBau-Schulungen zur zuverlässigen Anwendung der Verfahren dienen.
Bereits seit vielen Jahren stehen Anwendern der zerstörungsfreien Prüfung im Bauwesen (ZfPBau) zuverlässige Geräte für Radar-, Wirbelstrom- und Ultraschallmessungen an Betonbauteilen zur Verfügung. Doch erst die Kombination dieser drei Verfahren an einer Messfläche erlaubt den maximalen Informationsgewinn über die innere Konstruktion von Stahlbeton- und Spannbetonbauteilen. Mit dem OSSCAR-Bauwerkscanner wurden diese drei Verfahren erstmals zur kombinierten
und automatisierten Datenaufnahme an einem Scannerrahmen und unter einer Software vereint. Die Ergebnisse werden bildgebend in frei wählbaren Schnitten dargestellt, was eine Rekonstruktion von Bauteilen erlaubt, für die keine Planunterlagen vorliegen.
In diesem Beitrag wird ein neuartiger Ansatz zur Erzeugung von Luftultraschall vorgestellt, der auf dem thermoakustischen Prinzip beruht. Mikro- und nanostrukturierte Kohlenstoffmaterialien werden dabei mit einem harmonischen Wechselstrom gespeist und erfahren durch ohmsche Verluste eine Temperaturänderung, die sich auf das umgebende Fluid überträgt. Daraus resultieren Druckmodulationen, und es wird eine ausbreitungsfähige Schallwelle erzeugt. Dabei tritt Frequenzverdopplung gegenüber der Anregungsfrequenz auf. Es konnte gezeigt werden, dass der entscheidende Parameter für die Effizienz der Methode, d.h. für ein möglichst großes Verhältnis von Schalldruck zu eingebrachter Leistung, die Wärmekapazität pro Flächeneinheit ist. Da dieser Quotient für Kohlenstoffmaterialien sehr klein sein kann, erlaubt das thermoakustische Prinzip hier die effiziente Erzeugung von Luftultraschall. Schalldruckmessungen an verschiedenen Materialproben wurden bis 100 kHz mit einem Mikrofon durchgeführt, oberhalb von 100 kHz wurde eine laservibrometrische Schnellemessung eingesetzt. In experimentellen Untersuchungen wurde die Schallerzeugung in Abhängigkeit der Materialeigenschaften analysiert und systematisiert. Die experimentellen Ergebnisse wurden mit numerischen und analytischen Berechnungsergebnissen verglichen.
This contribution describes a computationally efficient ray tracing algorithm for evaluating transducer generated ultrasonic wave fields in anisotropic materials such as austenitic cladded and austenitic weld components. According to this algorithm, ray paths are traced during its propagation through various layers of the material and at each Interface the problem of reflection and transmission is solved. The presented algorithm evaluates the transducer generated ultrasonic fields accurately by taking in to account the directivity, divergence, density of rays, phase relations as well as transmission coefficients. The ray tracing algorithm is able to calculate the ultrasonic wave fields generated by a point source as well as a finite dimension transducer. The simulation results are compared quantitatively with the results obtained from Elastodynamic Finite Integration Technique (EFIT) on several configurations generally occuring in the ultrasonic non destructive testing of anisotropic materials. The excellent agreement between both models confirms the validity of the presented ray tracing algorithm. Finally, the ray tracing model results are also validated by means of experiments.
Die GUM-Prozedur zur Ermittlung der Messunsicherheit hat sich im Bereich der zerstörungsfreien Prüfung im Bauwesen (ZfPBau) als geeignet erwiesen, ZfPBau-Verfahren bei der Validierung von Prüfaufgaben zu charakterisieren. Darüber hinaus können die Modellgleichungen und die quantifizierten Eingangsgrößen Eingang in Berechnungen auf der Basis der Zuverlässigkeitstheorie finden. Damit ist es möglich, die Auswirkung der berücksichtigten Einflussgrößen auf die Zuverlässigkeit einer Prüfaussage zu quantifizieren.
It has been shown in fire tests that polypropylene fibres reduce or avoid explosive spalling of high performance concrete. In the critical temperature ränge up to 300 °C the permeability of HPC increases by using polypropylene fibre. Due to this the water vapour, which is the main reason for explosive spalling, can escape. There exist different theories in the literature conceming the micro structural mechanisms, which cause an increase in the permeability. Within the framework of an internal research project at BAM an innovative methodology was developed for experimental verifying of existing theories and to get new insights into this problem The methodology used is unique and has been undertaken here for the first time. This consists of the combination of acoustic emission and ultrasonic measurement during temperature loading and the non-destructive micro structural analysis of cooled down samples with the aid of micro X-ray computed tomography. For the validation of the nondestructive test methods scanning electron microscopic images of prepared samples were undertaken. The results show that due to the thermal decomposition of the polypropylene fibres micro canals emerge. These are connected due to a simultaneous micro cack formation.
The paper has been developed in the framework of a larger EC‐research program called NIKER, in which BAM and other seventeen research partners from the Mediterrean area are jointly involved. It aims to develop and validate innovative materials and technologies for the systemic improvement of the seismic behavior of Cultural Heritage assets. The death tolls brought about by recent catastrophes in
developing countries where many inhabitants lived in earthen dwellings (Gujarat, India 2001, Bam, Iran 2003 and Concepción, Chile 2010 Earthquakes, Tamil Nadu 2004 Tsunami) have brought about research studies aimed at improving earth construction in terms of strength, seismic resistance and speed of construction.
In comparison to the recent advances in research on stone and brick masonry, knowledge on the material properties and failure mechanisms of earthen Building construction is limited and scattered.
The research presented here by aims making a comparison of mechanical behaviour between different earth masonry material typologies, consisting of earth block masonry, rammed earth and cob.
Whenever the preservation of original substance obtains priority in a restoration task, reprofiling techniques using repair mortars are a welcome solution. For ordinary concrete repair aesthetic aspects are of minor importance whereas for the restoration of natural stone elements they come to the fore. Especially for listed buildings and monuments, historico-cultural and aesthetical interests become the ruling Parameters for planning and execution of restoration tasks. Nevertheless the technical and constructive requirements have to be considered and deterioration processes have to be understood to ensure sustainability and durability of the repair task. Due o differences in the Chemical and mineralogical composition, natural stone provides a vast variety of texture and colour. Also the range of different mechanical and durability related properties is far wider than found with concrete for example. A research project dealing with the development of a modular repair mortar System for natural stone is currently set up at the BAM. To provide the conservator with the best possible options to match colour, texture and technical requirements, the System will be setup on a modular basis. Several different binder Systems on basis of cement, lime and sodium Silicate as well as polymer based Systems are planned, which can be combined with different aggregate compositions and different pigments. To evaluate the mortar performance, test procedures will be defined for tests on mortar samples and on composite specimens. In the paper the experimental Programme will be explained and first results will be presented and discussed.
Mehr als 25 Jahre nach dem ersten Einbau eines sogenannten Fahrbahnüberganges aus Asphalt und nach nunmehr 13-jähriger Erfahrungen mit den gütesichernden Maßnahmen des technischen Regelwerks in Deutschland kann eine insgesamt positive Bilanz gezogen werden. Diese Ausführungsvariante der Bauart flexibler Fahrbahnübergang hat mittlerweile einen akzeptierten Platz auf dem Gebiet der Brückenausstattung für Bauwerke mit einer freien Dehnlänge bis zu 30 m eingenommen. Die generelle Bewährung ist aktuelle Motivation, durch stoffliche und konstruktive Weiterentwicklungen die bauartbedingten Vorteile in einen größeren Anwendungsbereich zu überführen. Die baurechtliche Grundlage dafür bilden die neuen europäisch harmonisierten Zulassungsregelungen. Erste Erfahrungen aus der versuchstechnischen Bewertung neuartiger Ausführungsvarianten werden vorgestellt.
Mechanisms of degradation of concrete by external sufate ions under laboratory and field conditions
(2011)
The durability of concrete is a major challenge for the construction, which devotes one third to one half of its annual investment to building maintenance. The lack of fieid data regarding concrete durability, especially in the case of exposure to Sulfate ions (“sulfate attack”) makes it dijficult to determine the appropriate fest methods andperformance criteria. Additionally, the increased use of sustainable blends (cement with mineral admixtures, typically slag from the iron industiy) suffers from a lack of experience regarding their long-term performance. Most results for sulfate resistance are derived from accelerated laboratoiy tests xvhere performance criteria are based only on macroscopic properties, especially expansion. To fill this gap and better widerstand the mechanisms of sulfate attack under real conditions, a parallel study of laboratoiy micro-concrete and fieid concrete samples under sulfate exposure was undertaken, focussing on microstructural changes in addition to the conventional macroscopic characterisation.
Four exposure regimes were designed in the laboratoiy: full immersion (ponding), pH-control, semi-immersion and wet/diy cycles. Pure Portland blends and slag blends witli high level of slag replacement (70 wt.-%) were investigated.
The exposure regime has been found to play a major role in the damage process. In ponding conditions, the damage process takes place in three stages characterised by a first period of induction, followed by surface damage thatfinally extends to the bulle of the material. Paradoxically, the w/c-ratio does not seem to have much impact on the ionic transport phenomena but might be more decisive in the microstructure mechanical strength against local stresses. The slag blends, considered as sulfate resistant in ponding exposure, revealed badperformances under wet/diy cycles. This beliaviour was attributed to poor proper physical resistance of the slag hydrates against diying.
The fieid concretes selected for the comparison with the laboratoiy cases were partially buried in a sulfate-enriched soil in Argentina. A pure Portland blend and a slag blends with high level of slag replacement (80 wt.-%) were investigated. The submerged part of the samples could be compared to the laboratoiy ponding exposure, wliile the upper layer of the samples subjected to weathering could be compared to the laboratoiy wet/diy cycles exposure. The fieid obsen’ations tend to confirm the laboratoiy results and validate the fest settings.
It has been underlined that a direct relationship between damage (e.g.; cracking/expansion) andphase assemblage was not evident. However, the study highlights that sulfate combination with the hydrates of the cement (e.g.; C-S-H) and with those of the slag would play a rote in the initiation of the expansion, which would be attributed to a swelling of the hydrates or to the precipitation offine ettringite after the Saturation level in sulfate of the hydrates has been reached.
Im Vortrag wird neben der apparativen Prüftechnik das allgemeine methodische Vorgehen für Modell-Verschleißuntersuchungen im Bereich des partial slip vorgestellt. Im Detail wird für Dental-Implantat-Werkstoffe eine Rangfolge aufgestellt, die vergleichend die Verschleißresistenz unterschiedlicher Ti-basierter Werkstoffe zeigt. Wird durch die Kaubewegung eine mehrachsige Beanspruchung in die Kontaktflächen der Schraubverbindung eingeleitet, kann durch partial slip im Randbereich dieser Kontaktfläche ein Verschleißprozess initiiert werden, der die Lockerung des Implantats begünstigt. Eine gute Verschleißresistenz verhindert oder schiebt die vorzeitige Lockerung hinaus.
Um das Werkstoffverhalten in Bezug auf eine vorzeitige Lockerung der Implantatkrone bei geschraubten zweiteiligen Implantaten zu charakterisieren, wurden zylindrische Probekörper unter partial slip Fretting-Bedingungen mit Zyklenzahlen bis n = 200 000 beansprucht. Die Frequenz der aufgebrachten Tangentialkraft betrug 2 Hz, um die Kaubewegung zu simulieren.
Die tribologischen Untersuchungen wurden auf einem Eigenbau-Tribometer mit der Kontaktgeometrie „gekreuzte Zylinder“ durchgeführt. Die zylindrischen Proben wurden aus den Werkstoffen Titan Grade 4 und der Ti-Legierung Ti6AI4V gefertigt. Ein Teil dieser Ti-basierten Proben wurde oberflächengehärtet. Die bisher erzielten Ergebnisse zeigen, dass die oberflächenbehandelten Proben dazu neigen, unter der Belastung die Kontaktfläche zu vergrößern. Dies deutet auf einen Effekt bekannt als „junction growth“ und damit auf eine erhöhte Versetzungsbeweglichkeit der randschichtgehärteten Proben hin. Einen Einfluss der Zwischenstoffe konnte nicht nachgewiesen werden.
Monitoring of fire damage processes in concrete by pore pressure and acoustic emission measurements
(2011)
This paper presents the combined use of acoustic emission (AE), gas pore pressure and temperature measurements (PT). The simultaneous application of both techniques represents a new methodology in the context of fire spalling and contributes to a better understanding of the mechanisms of fire spalling, particular with regard to the interaction of micro cracking and pore pressure evolution. The study presents fire tests on normal strength concrete specimens with and without reinforcement at ISO Standard fire and at hydrocarbon (HC) fire. Supported by AE-analysis, it can be shown that due to the higher heating rate of the HC-fire in comparison to the ISO Standard fire the damage processes inside the concrete during the exposure are increased combined with augmenting the concrete permeability. As a consequence lower pore pressures were measured. However, despite the lower pore pressures, explosive spalling was observed.
Many African countries face serious problems associated with the rapid growth of urban Population and the resulting demand for affordable building materials. In search for appropriate Solutions to improve the Situation, the “LightSHIP” project was initiated, whose aims were to identify the required product specifications, to evaluate possible approaches and ultimately to develop new Building materials for East Africa. It was concluded that these materials should be produced in Africa mainiy from local raw materials; prefabricated, easily transportable construction elements are to be preferred. It is therefore reasonable to focus on artificial stones and partition boards. To be Independent of imported cement, it is suggested to make use of volcanic rocks, which are abundant in East African countries, for lime-pozzoian binders and geopolymers in the production of these construction elements. Future research activities should thus concentrate on assessment of the applicability of available volcanic rocks, the influence of their properties on the resulting binders and the design of appropriate binder-reinforcement-filler Systems.
Sustainable evaluation - concept to assess the applicability of secondary aggregates in concrete
(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 (referred to MSWI bottom ashes).
Mörtel für den Neubau und die Instandsetzung sind seit vielen Jahrzehnten im Abwasserbereich für unterschiedliche Bereiche im Einsatz. Zumeist werden diese je nach Anwendungsbereich entsprechend der Vorgaben der Auftraggeber, den Erfahrungen der Hersteller und Verwender sowie den Empfehlungen von Interessenverbänden (z. B. DWA oder DVGW verarbeitet. Zugleich ist eine Reihe von adaptierbaren Regelwerken für ähnliche Produkte aus anderen Anwendungsgebieten verfügbar. Während die Regelwerke zum Schutz und zur Instandsetzung von Betonbauteilen bereits seit ca. 35 Jahren über den Deutschen Ausschuss für Stahlbeton und die Bundesanstalt für Straßenwesen entwickelt und fortgeschrieben werden und seit ca. 20 Jahren auch über ein Mandat der europäischen Kommission im CEN entsprechende Bauproduktnormen im Rahmen der EN 1504 erarbeitet wurden, wurde die Arbeit an einer Produktnorm für zementgebundenen Mörtel für den Bau und die Sanierung von Abwasserkanälen und -leitungen sowie Bauwerken in kommunalen Entwässerungssystemen und Kläranlagen erst im Jahr 2005 aufgenommen. Dieses Regelwerk wurde in Anlehnung an Bauprodukte für andere Anwendungsbereiche erstellt, berücksichtigt darüber hinaus aber die besonderen Anforderungen im Bereich der Abwasserkanäle und -leitungen.
Ganzheitliche Nachhaltigkeitsbewertung von Recyclingoptionen für mineralische Abbruchmaterialien
(2011)
Der Einsatz mineralischer Abbruchmaterialien und anderer Sekundärrohstoffe im Betonbau kann einen wesentlichen Beitrag zu einer nachhaltigen Ressourcenwirtschaft im Bauwesen leisten. Auf diesem Wege können diese Stoffe eine sinnvolle Verwendung finden und weitere umweltrelevante Auswirkungen (Ressourcenverbrauch, Emissionen) gemindert werden. In einem Teilprojekt des DAfStb/BMBFVerbundforschungsvorhabens „Nachhaltig Bauen mit Beton“ wurde das Einsatzpotenzial verschiedener Sekundärrohstoffe in Beton untersucht. Die Kernfrage ist, ob und inwieweit durch den Einsatz eines bestimmten Sekundärrohstoffs die Anforderungen nachhaltigen Bauens erfüllt werden. Zur Beantwortung dieser Frage wurde ein Bewertungskonzept mit einer ganzheitlichen Betrachtung von Nachhaltigkeitsaspekten ausgearbeitet. Die Ganzheitlichkeit umfasst dabei technische, ökologische und ökonomische Aspekte. Das Konzept wurde am Beispiel der bereits im Betonbau eingesetzten rezyklierten Gesteinskörnungen entwickelt. Die Bewertung erfolgt in vier Bewertungsschritten: I. Grundsätzliche Überlegungen, II. Vorteile für das nachhaltige Bauen, III. Alternative Bewertungswege und IV. Sensitivitätsanalysen.
Reststoffe aus Kohlekraftwerken und der Metallurgie, wie Steinkohlen- und Braunkohlenflugasche, Hüttensand und Silikastaub werden bereits seit Jahren als puzzolanische und hydraulische Zusätze in Zementen, Mörteln und Betonen zur Optimierung der Eigenschaften eingesetzt. Dennoch gibt es weitestgehend ungenutzte Sekundärrohstoffquellen aus der Silikon- und Kieselsäureherstellung.
Der Beitrag beschreibt Untersuchungen zur Nutzung kieselsäurehaltiger Filterrückstände aus der industriellen Abwasserbehandlung für den Einsatz als Bindemittelkomponente. Die chemisch-mineralogischen Eigenschaften der Filterrückstände, beispielsweise ein hoher Gehalt an amorpher Kieselsäure sowie eine große spezifische Oberfläche, legen eine Nutzung als puzzolanischer Bindemittelbestandteil nahe. Deshalb müssen Möglichkeiten einer Nutzung als Zusatz in Kompositzementen, Bodenverbesserungsmitteln und Spezialbindemitteln untersucht werden. Im Beitrag wird über die Stoffcharakterisierung, den Nachweis der puzzolanischen Eigenschaften und den Einfluss des Filterrückstands auf die Eigenschaften von Zementmörteln berichtet.
Überwachung der Fertigungsqualität von Faserverbund - Druckbehältern mittels Schallemissionsprüfung
(2011)
Ziel der Untersuchung ist die Validierung einer Prüfmethodik zur Sicherung der Fertigungsqualität von Faserverbund – Druckbehältern unter realen Fertigungsbedingungen.
Das Verfahren basiert auf Merkmalen und zulässigen Grenzwerten, die aus Schallemissionsverläufen bei der Erstdruckprüfung abgeleitet werden.
Die Methodik konnte zuvor bereits erfolgreich an Faserverbund –
Druckbehältern mit metallischem Liner getestet und patentiert werden.
Mit den aktuellen Untersuchungen wurde die Möglichkeit des Erkennens von Fertigungsfehlern in Kohlenstofffaser/Glasfaser – Hybriddruckbehältern mit polymerem Liner evaluiert.
Dazu wurden Faserverbund – Druckbehälter mittels Schallemissionsmessung bei einer hydraulischen Erstdruckprüfung überwacht, wie sie (ohne Schallemissionsprüfung) generell zur Qualitätssicherung nach der Fertigung von Faserverbund – Druckbehältern gefordert wird.
An Druckbehältern aus einer Serienproduktion wurden die Schallemissionsverläufe registriert und die mittleren Merkmalswerte sowie deren Streuung als Referenz ermittelt. Diese werden mit den Schallemissionsverläufen von Druckbehältern mit gezielt eingebrachten Fertigungsfehlern verglichen.
Bei den Fertigungsfehlern handelt es sich um Fehler, die in der Serienproduktion auftreten können und mit den Methoden der herkömmlichen Qualitätssicherung schwer oder gar nicht nachzuweisen sind.
Alle untersuchten Druckbehälter wurden im Anschluss an die Erstdruckprüfung auf verschiedene Weise bis zum Versagen (Leckage, Bersten) beansprucht. Damit war es möglich, den tatsächlichen Einfluss der Fertigungsfehler auf den Berstdruck bzw. das Ermüdungsverhalten der Behälter zu verifizieren und die Aussagefähigkeit des Schallemissionsverfahrens zu beurteilen.
The paper addresses two case studies of structural monitoring and seismic assessment of medieval masonry Towers in Italy: the bell tower of Aversa and the bell tower of Capua. These monuments in the Campania region were monitored by means of full-scale environmental vibration testing. Measured responses were then used for modal identification. The procedure is based on a typical finite element model updating technique based on vibration test results. Parameters optimization is carried out by minimizing a weighted error criterion relative to the building’s modal properties. A satisfactory improvement on modal parameters is thus obtained, resulting in a close Agreement between the modal properties observed in dynamic tests and those calculated from numerical model. Seismic assessment is carried out with nonlinear static analysis of the tower under multimodal distributions of lateral loads.
Nonlinear analysis indicates the potential collapse mechanisms and evidences dangerous structural weakness which may play a role in the seismic vulnerability of the towers.
The inelastic torsional response of an asymmetric-plan hospital building is studied. The response of the structure in the time domain as recorded by highly sensitive sensor network, integrated by a data acquisition system. The identification was performed using techniques of modal extraction in the frequency domain (frequency Domain decomposition). A calibration process was applied in order to identify a reliable structural model to be used for the seismic vulnerability assessment of the hospital building. In particular, a nonlinear static procedure accounting for mass distribution, higher modes contribution and mode-shapes correlation was proposed for the estimation of the seismic response of irregular buildings. Finally, the influence of lateral force distribution, node control during pushover and accidental eccentricity is investigated.
A three-dimensional laminar steady
state numerical model was used to investigate
the influence of an alternating current (ac)
magnetic field during high power laser beam
keyhole welding of 20 mm thick nonferromagnetic
aluminum. COMSOL
Multiphysics was used to calculate the threedimensional
heat transfer, fluid dynamics and
electromagnetic field equations. Most
important physical effects of the process were
taken into account: Thermo-capillary
(Marangoni) convection at the upper and lower
weld pool boundaries, natural convection due
to gravity and latent heat of solid-liquid phase
transition. It is shown that the gravity drop-out
associated with welding of thick plates due to
the hydrostatic pressure can be prevented by
the application of an ac magnetic field. The
application of an oscillating magnetic field of
70 mT was investigated to allow for singlepass
laser beam welding of thick aluminum
plates. The flow pattern in the molten zone and
the temperature distributions are significantly
changed.
Rising Prices of nickel and molybdenum in the past few years have led to unprecedented interest in Substitution of leaner-content alloys for Standard 300-series austenitic stainless steels in a lot of applications. Due to the high prices of different alloying elements and to periodic large fluctuations that cause similar large fluctuations in the costs of using 300-series stainless steels; a lot of new materials entered the markets in Europe and also in the rest of the world. A big disadvantage consists in the fact that there are though corrosion results that, however, a direct comparison of the corrosion resistance of these new materials does not exist up to now or only incompletely. In this project comparative investigations were carried out and always one or several representatives of a material group were incorporated. These material groups are: Lean Duplex Stainless Steels, Manganese Alloyed Austenitic and Duplex Stainless Steels and Ferritic Stainless Steels. These materials were investigated in a lot of different test procedures and in different conditions focused on the application in civil engineering and common use. Beside the electrochemical investigations all materials were exposed in different surface States in the atmosphere, once in Coastal nearness and once in a city centre area. Other exposition tests with material Coupons where done in the atmosphere of indoor swimming pools and at the case of food processing machines were corrosion processes are caused by the cleaning procedure. First results are reported.
Die Kombination elektrochemischer und computertomographischer Untersuchungs-Verfahren bietet die Möglichkeit, elektrochemische Messungen zerstörungsfrei verifizieren und richtig interpretieren zu können. Die Ermittlung der durch Lochkorrosion geschädigten Stahloberflächen ermöglicht es Probekörper zu entwickeln, die ein der Praxis entsprechendes Schadensbild aufweisen. Ein weiterer Vorteil stellt sich in der Minimierung der Probenmatrix dar. Die klassische Versuchsdurchführung erfordert die Zerstörung von Proben nach jeder Vorschädigungsstufe. Dies kann durch den Einsatz der Computertomografie vermieden werden. Die elektrochemischen Messwerte können flächenbezogen ermittelt werden, solange sich die Korrosionserscheinungen vollständig innerhalb des durch die CT abgebildeten Untersuchungsbereiches befinden.
Durch die Absenkung des Chromatgehaltes der Zemente verändern sich die elektrochemischen Reaktionen von verzinkten Betonstählen in der Frischbetonphase. Mit Hilfe von elektrochemischen Messungen sowie Stabauszugsversuchen wurde an chromathaltigen und chromatreduzierten Zementen die Auswirkung des Chromats auf die Deckschichtbildung am Zink und auf das Verbundverhalten untersucht. Mit den Ergebnissen konnte eine Beeinträchtigung der Verbundzone als Folge der Chromatreduzierung für die Zementarten CEM I und CEM II nachgewiesen werden. Die Störung der Verbundzone ist in Bezug auf die sich ausbildende Porenstruktur als dauerhaft anzusehen. Die Auswirkungen auf das Verbundverhalten werden mit zunehmendem Betonalter weitgehend kompensiert. Die Ergebnisse der bezogenen Verbundspannung bei Verschiebewegen von 0,1 mm und 0,5 mm liegen trotz der Gefügestörung noch im Bereich der Erwartungswerte für den unverzinkten Betonstahl. Unter baupraktischen Gesichtspunkten muss die auftretende Gefügestörung hinsichtlich der Verbundspannung daher keine Berücksichtigung finden.
We present the status of our work on a tube shaped 3D deformation sensor based on continuously distributed fiber optic sensing. A sensor tube of very large diameter is used to ensure high sensitivity while the transportability and applicability are still comfortable due to our application strategy. The setup is designed to use different measurement techniques in the applied optical fibers including Brillouin based measurements and interferometric optical frequency domain measurements using an OBR 4400 from Luna Technologies.
Rubbers are often used for seal applications due to their special material properties and easy use. In many applications the material is exposed to low temperatures during Operation. Therefore it is important to know the material behavior at low temperatures to determine the temperature ränge that allows a Safe Operation of the seal, e.g. in storage and transport Containers for radioactive materials.
The seal function of an elastomer is limited in temperature by the rubber-glass transition during which the material properties change from rubber-like to stiff and glass-like. For a given application this correlation is not trivial and therefore needs an in-depth investigation under consideration of the physical properties and the
application conditions.
In this work different analytical methods are used to characterize the material behavior at low temperature in the ränge of the glass-rubber-transition and are compared with the quality of Operation of a component which is here defined by the detected leakage rate.
Use of higher-alloyed metallic materials and duplex steels for transport tanks of dangerous goods
(2011)
Compatibility evaluations of selected metallic materials under the influence of dangerous goods are published in the BAM-List - Requirements for Tanks for the Transport of Dangerous Goods” as basis for substance-related prototype approvals for tank Containers designed for the carriage of dangerous goods.
There is a request of the tank manufacturing industry and transportation Companies to incorporate additional materials into the BAM-List, especially corrosion-resistant materials because of the large number of corrosive dangerous goods. One solution to solve corrosion Problems is to line the tank with a polymer, an alternative solution is the application of high-alloyed stainless steels and nickel-based alloys as there are 1.4529 (XINiCrMoCu 25-20-7, alloy 926), 1.4562 (X1NiCrMoCu32-28-7, alloy 31) and 2.4605 (NiCr23Mo16AI, alloy 59).
There is an interest to use cost-efficient steels with high strength values and concomitant adequate corrosion resistance such as duplex steel 1.4362 (X2CrNiN23-4).
This steel grade was originally developed as a substitute for the austenitic grades 1.4404 (X2CrNiMo17-12-2) and 1.4571 (X6CrNiMoTi17-12-2). Due to the lower content of the alloy elements nickel and molybdenum this duplex steel is a cost-efficient alternative to molybdenum containing austenite.
Due to the limited number of corrosion test results with welded test samples of these high-alloyed materials and the duplex steel under the influence of corrosive dangerous goods a comprehensive test Programme was performed with these materials in Cooperation with ThyssenKrupp VDM and Deutsche Edelstahlwerke GmbH. It can be concluded from the test results that the superaustenitic steels 1.4529 and 1.4562 as well as the nickel-based alloy 2.4605 are a really good alternative as tank materials for the transport of dangerous goods in comparison to the lining of the tanks. The nickel-based alloy 2.4605 shows the best resistance and is suitable as material for tanks transporting all tested corrosive substances. One exception is the temperature limit during the transport of hydrochloric acid.
The superaustenit 1.4562 is a resistant material with a wide ränge of application. Exceptions for use are: ammonium bifluoride, brine, 34 % calcium Chloride solution, hydrochloric acid, perchloric acid, 90 % 2-chloropropionic acid, nitrating acid with nitric acid content > 50 % and molten monochloroacetic acid. The alloy is limited suitable for allyl Chloride, aluminum Chloride, copper (II) -Chloride and ferric Chloride. The superaustenit 1.4529 showed the lowest resistance compared to the other two materials. This steel is not resistant in hydrochloric acid, perchloric acid, sodium Chlorite and sodium hypochlorite. The application is limited in the concentration ränge of aqueous Solutions of aluminum Chloride, copper (II) Chloride and ferric Chloride. Due to the reduced alloying content of the duplex steel 1.4362 (X2CrNiN23-4) compared to the austenitic CrNiMo-steels, a lower resistance especially in acidic media like formic, acetic or sulfuric acid was observed. Within the more than 7.000 substances contained in the BAM-List there is a large amount of dangerous goods such as hydrocarbons, alcohols, aldehydes, ketones, ethers, esters, and inorganic alkaline substances which have a large transport volume and do not corrode the duplex steel 1.4362 (X2CrNiN23-4).
The test results are included in the actual 11th edition of the BAM-List and therefore available for the costumer.
Die lokalen Festigkeiten im Bereich einer Schweißverbindung sind maßgebend für deren Widerstandsfähigkeit gegenüber mechanischen Beanspruchungen. Im Gegensatz zu anderen präparationsaufwendigen Methoden, z. B. die Untersuchung von Mikro-Zugproben, liefert die instrumentierte Eindringprüfung mit deutlich geringerem Aufwand Verläufe von Festigkeiten mit sehr guter Ortsauflösung. Es werden wahre Spannungs-Dehnungs-Kurven aus zyklischen Eindringversuchen mittels Auswertungen auf der Basis repräsentativer Spannungen und Dehnungen und auf der Basis neuronaler Netze an Punktschweißverbindungen zweier hochfester Stähle, eines TRIP-Stahls und eines martensitischen Stahls, sowie eines weichen niedrig legierten Stahls bestimmt, jeweils im Bereich des Grundwerkstoffs und der Schweißlinse.
Vor allem in der Automobilindustrie wird das Widerstandpunktschweißen im großen Unfang zur Verbindung von Blechen im Karosseriebau verwendet. Durch den anhaltenden Trend zum Leichtbau und den immer höheren Anforderungen an die passive Sicherheit kommt es hier zu einem verstärkten Einsatz innovativer hochfester Stähle. Obwohl es sich beim Punktschweißen um ein lange erprobtes Verfahren handelt, das sich anhand der Prozessparameter und regelmäßiger zerstörender Prüfung überwachen lässt, ist durch diese Entwicklung die Suche nach geeigneten zerstörungsfreien Prüfverfahren wieder aktuell. Wegen der hohen Produktionsgeschwindigkeiten in der automatisierten Fertigung muss sich das Prüfverfahren für eine hundertprozentige Prüfung vollautomatisch mit der typischen Taktrate von etwa einem Hertz durchführen lassen.
In dieser Arbeit wird zuerst die prinzipielle Durchführbarkeit der thermografischen Prüfung von Punktschweißverbindungen an speziell präparierten Proben überprüft. Auf dieser Grundlage wird eine Serienuntersuchung an 75 Proben, die sich auf drei Gruppen von Schweißparametern aufteilen und neben optimal geschweißten Proben typische Fehlerbilder repräsentieren, eine Serienuntersuchung gezeigt. Hierzu wird eine Blitzlichtanregung in Transmissionsanordnung verwendet.
Es kann gezeigt werden, dass sich mit einer geeigneten Datenaufbereitung die einzelnen Gruppen sicher trennen lassen. Durch eine statistische Bewertung der Ergebnisse kann unter Verwendung eines angepassten Gütekriteriums die Trennschärfe noch deutlich erhöht werden.
In diesem Beitrag werden die Möglichkeiten der Ortung von Fehlstellen in Cu Lötverbindungen unterhalb verschiedener Cu Blechdicken mit aktiver Thermografie demonstriert. Dabei wurden die Anregung mit Blitzlicht und die periodische Anregung mit der Lock-In Technik miteinander verglichen. Die Vor- und Nachteile der Anwendung unterschiedlicher IR-Kamerasysteme, einer gekühlten InSb-Quantendetektor IR-Kamera und einer Mikrobolometer IR-Kamera, werden dargestellt. Als objektives Kriterium wurde das SNR für unterschiedliche Fehlstellengrößen herangezogen.
The selective emitter is a well-known technology for producing highly doped areas under the metallization grid to improve the solar cell performance. In this work, the influence of laser irradiation on phosphoric acid coated multicrystalline silicon PV-wafers on the wafer surface structure, the phosphorous depth distribution and the electrical contact resistance within the laser treated area as well as the electrical series resistance of laserprocessed solar cells was evaluated. Different laser processing settings were tested including pulsed and continuous wave (cw) laser sources (515 nm, 532 nm, 1064 nm wavelength). Complementary numerical simulations using the finite element method (FEM) were conducted to explain the impact of the laser parameters on the melting behavior (melt duration and geometry). It was found that the melt duration is a key parameter for a successful laser Doping process. Our simulations at a laser wavelengths of 515 nm reveal that low-repetition rate (<500 kHz) laser pulses of 300 ns duration generate a melt duration of ~0.35 µs, whereas upon scanning cw-laser radiation at 532 nm prolongates the melt duration by at least one order of magnitude. Experimentally, the widely used ns-laser pulses did not lead to satisfying laser irradiation results. In contrast, cw-laser radiation and scan velocities of less than 2 m/s led to suitable laser doping featuring low electrical resistances in the laser treated areas.
Towards an industrial laser doping process for the selective emitter using phosphoric acid as dopant
(2011)
Different laser supported approaches have already been realized, proving the great potential of laserdoped selective emitters (LDSE). However, it is challenging to establish a low-cost process by using pulsed laser tools. So far a single-step process only leads to satisfying results utilizing cw-lasers. In this paper we have examined a two-step process to produce laser-doped selective emitters on multicrystalline textured standard silicon photovoltaic wafers (90-Ω/sq-Emitter, SiN-antireflection coating (ARC)). The precise ARC removal by near-infrared fs-laser pulses (30 fs, 800 nm), and the doping of uncoated silicon wafers by ns-laser pulses (8 ns, 532 nm) were systematically investigated. In the fs-experiment, optimum conditions for ARC removal were identified. In the nsexperiments under suitable conditions (melting regime), the phosphorous concentration underneath the wafer surface was significantly increased and the sheet resistance was reduced by nearly a factor of two. Moreover, electrical measurements on fired metallization fingers deposited on the laser processed wafers showed low contact resistances. Hence, wafer conditioning with combined fs-laser- and ns-laser-processes are expected to be a promising technology for producing selective emitters.
Structuring of thin-film photovoltaic modules requires basic knowledge of the laser – thin-film interaction in order to adapt the accessible laser parameters, like wavelength, power, repetition rate and scribing speed whilst taking into account the specific material properties of the layer. We have studied the nanosecond laserablation behavior of corresponding layers (i) of silicon based thin-film solar cells with a-Si/µc-Si tandem absorber type and (ii) of back contact and absorber layer of CIGSe solar cells. The respective ablation threshold fluences were determined as integrative parameters describing the specific laser – material interaction. For the threshold determination we used two different methods and developed a new analytical approach taking into account scribing through the glass substrate as it is preferred for most structuring processes. This was done by analyzing the thin film ablation results by means of optical microscopy, profilometry, scanning electron microscopy (SEM). Moreover, we determined the incubation coefficient of the regarded material layers which allows us to predict quantitatively the influence of the spot overlap on the scribing threshold.
Manufacturing of CIGSe thin film solar modules involves typically one laser structuring step (P1) and two mechanical structuring steps (P2 and P3) for serial interconnection. In our approach, complete laser structuring is successfully demonstrated by application of short nanosecond laser pulses (<10 ns) with a single, visible wavelength of 532 nm. The P1 and the P3 trenches are scribed by induced and direct ablation, respectively. For the P2 scribe, the thermal input of the ns laser pulses is used to transform the CIGSe absorber layer locally into a highly conductive compound to provide proper electrical interconnection. These findings promise further simplification and flexibility to thin film solar cell production.
Ein wesentlicher Vorteil der Dünnschichtphotovoltaik gegenüber der waferbasierten Photovoltaik liegt in der monolithischen Serienverschaltung. Bei der Herstellung von Chalkopyrit(CIGSe) -Dünnschicht-Solarmodulen erfolgen dafür typischerweise ein Laser-Strukturierungsschritt (P1) und zwei mechanische Strukturierungsschritte (P2, P3). In diesem Beitrag wird gezeigt, dass die Strukturierung von CIGSe-Solarmodulen vollständig mit kurzen Laserpulsen (<10 ns Pulsdauer) und einer einzigen Wellenlänge (532 nm) möglich ist. Der P1- und P3-Schnitt erfolgen durch direkte induzierte Ablation. Für den P2-Schnitt wird gezielt der hohe Wärmeeintrag der ns-Laserpulse genutzt, um die CIGSe-
Absorberschicht lokal aufzuschmelzen und strukturell so zu verändern, dass eine elektrisch gut leitende Verbindung zwischen Front- und Rückkontakt entsteht.
Die Qualität von rezyklierten Gesteinskörnungen muss nicht nur bautechnischen Anforderungen und rechtlich verbindlichen Umweltstandards genügen, sondern ihr Einsatz in der Betonherstellung wird auch vor dem Hintergrund der Leitlinien der Nachhaltigkeit bewertet. Für die Gewinnung von rezyklierten Gesteinskörnungen bedeutet dies, dass sowohl bei den Abbrucharbeiten als auch bei der Bauschuttaufbereitung darauf geachtet werden muss, dass die gewählten Verfahren nicht nur ökonomischen Kriterien genügen müssen, sondern auch keine nachteiligen ökologischen oder sozialen Auswirkungen haben dürfen.
In verschiedenen Forschungsprojekten konnte durch ökobilanzielle Bewertungen von einzelnen Verfahren und Verfahrensabläufen gezeigt werden, dass rezyklierte Gesteinskörnungen aus Altbeton unter bestimmten Rahmenbedingungen umweltverträglich gewonnen werden können und ihre Nutzung durch die Substitution von Natursteinkörnungen sowohl zur Schonung von natürlichen Ressourcen als auch zu einer Reduzierung von Umweltbelastungen beitragen kann.
Further miniaturization of electronic packaging calls for integration of magnetic functional components into LTCC modules. For integration of magnetic function into LTCC, low fired MnZn- and NiCuZn-ferrites which can be fully densified at the standard LTCC sintering temperature of 900°C were developed. To co-fire these ferrite tapes with dielectric tapes the sintering shrinkage and the coefficient of thermal expansion of ferrite and dielectric tapes must be matched. For each ferrite material a new LTCC dielectric material was designed. The embedded ferrite tapes into new LTCC dielectric tapes can be sufficiently densified during co-firing at 900°C without any cracking. Compared to separately sintered ferrites the permeability of embedded ferrite tapes is reduced. For embedded NiCuZn ferrites permeabilities between 230 and 570 (at 2 MHz) according to the thickness of the embedded ferrite layer were measured. For embedded MnZn ferrites a permeability of 300 was measured.
In the approval procedure of transport packages for radioactive materials, the mechanical and thermal safety assessment is carried out in Germany by competent authority BAM. In recent years BAM was involved in several licensing procedures of new spent fuel and HLW package designs, where the cask body was made of Ductile Cast Iron (DCI). According to IAEA regulations package designs have to fulfill requirements for specific conditions of transport. Type B(U) packages must withstand the defined accident conditions of transport. The temperature range from -40°C up to the operational temperature has to be considered. For the cask material DCI, it is necessary to determine the brittle fracture behavior. The German guideline BAM-GGR 007 defines requirements for the fracture mechanics of DCI. Due to complex structure of the cask body and the dynamic loading a fracture mechanical assessment in an analytical kind is not always possible. Experience of recent design approval procedures show that the application of numerical calculations are applicable to determine the fracture mechanical load in the cask body. At the first step a numerical analysis has to be done to identify the loading state at the whole cask body. Secondly an analysis of a detail of the cask body is made considering the displacement boundary conditions of the global model. An artificial flaw is considered in this detailed model to calculate the fracture mechanical loading state. The finite element mesh was strongly refined in the area of flaw. The size of the artificial flaw is characterized by the ultrasonic inspection used for the quality assurance of the package. The applicant developed additional analysis tools for calculation of stress intensity factor and/or J-Integral. The assessment approach by BAM led to the decision to develop own tools to the possibility for independent check of the results.
The paper describes the authority assessment approach for the DCI fracture mechanics analysis. The validation procedure incl. the development of own tools is explained. BAM developed a post-processor called JINFEM to determine the fracture mechanical loads. The regulatory 1 m puncture bar drop test is used to give an example of the assessment procedure.
Der Begriff „Materialfehler“ wird nicht nur im Bereich der Schadensanalyse von Laien, Juristen und Ingenieuren sondern auch in der Öffentlichkeit sehr häufig verwendet, leider mit den verschiedensten Bedeutungen. Dies führt immer wieder zu Missverständnissen. Ziel der hier vorgestellten BAM-Untersuchung und Recherche war zu klären, ob und ggf. wo es Definitionen für den „Materialfehler“ gibt, wie der Begriff in den oben angesprochenen Bereichen verwendet wird. Weiterhin wurde untersucht, ob diese Verwendungen / Definitionen in die in der Schadensanalyse definierte Begriffswelt passen bzw. welche Definition ergänzt werden sollte. Im Gegensatz zu „Material“, „Werkstoff1 oder „Werkstofffehler“ ist der häufig verwendete Begriff „Materialfehler“ erstaunlicherweise bisher nicht definiert!
Um den oft verwendeten Begriff des Materialfehlers für die Schadensanalyse und die damit befassten Bereiche einheitlich zu beschreiben, wird folgende Definition vorgeschlagen:
„Materialfehler" sind Werkstoff- und/oder Fertigungsfehler. Darin sind alle Fehler (Abweichungen von Spezifikationen/Normen) im Werkstoff bzw. dessen Herstellung/Fertigung enthalten.
Demgegenüber sind Konstruktions-/Planungsfehler oder Betriebsfehler keine Materialfehler.
Auf Grund des hohen Wirkungsgrades und der vielfältigen Einsatzmöglichkeiten stellen Brennstoffzellen sowie Brennstoffzellenverbünde eine vielversprechende Energiequelle dar. Daher ist es wichtig, die Prozesse während des Betriebs einer Brennstoffzelle exakt charakterisieren zu können, um diese im nächsten Schritt zu optimieren.
So ist ein ausbalanciertes Wassermanagement in einer mit Wasserstoff betriebenen Zelle ausschlaggebend für ihre Leistungsfähigkeit. Für eine dauerhafte Leistungsfähigkeit muss das entstehende Wasser die Membran feucht halten, um so die Protonenleitfähigkeit aufrecht zu erhalten. Zu viel Wasser kann jedoch die Gaszufuhr durch die porösen Materialien in Richtung Membran verhindern.
Alterungsphänomene der einzelnen Komponenten können dieses sensible Wassermanagement stören und so die Leistungsfähigkeit einer Brennstoffzelle
herabsetzen. Zum tieferen Verständnis der Wasserverteilung werden zerstörungsfreie Methoden, wie zum Beispiel die ex situ Neutronentomografie oder die in situ Synchrotronradiografie eingesetzt. Letztere Methode kann während des Brennstoffzellenbetriebs in Kombination mit weiteren Messmethoden, wie der ortsaufgelösten Stromdichtemessung, eingesetzt werden. So können einzelne Brennstoffzellenkomponenten, wie die Gasdiffusionsschichten, charakterisiert werden.
In den unterschiedlichsten Methoden der Computertomographie tritt häufig ein diffuses Untergrundsignal in den Einzelprojektionen auf: im Falle der Parallelstrahl-CT mit Synchrotronstrahlung handelt es sich um ein Hinterleuchten durch den Fluoreszenzschirm, der vor der CCD-Kamera angeordnet ist. Dieses Hinterleuchten unterscheidet sich von dem bekannten Nachleuchten (Phosphoreszenz) durch zeitliche Konstanz.
Hier äußert sich das Hinterleuchten als Modulation der projizierten Masse und somit als Funktion der Phase (Projektionswinkel) und des Aspektverhältnisses des Objektes. Der Einfluss des Hinterleuchtens ist abhängig von der Größe des von der Probe abgeschatteten Detektorbereiches und des Objektumfangs (Dynamik). Dies hat u.a. zur Folge, dass Abweichungen vom Absorptionsgesetz auftreten, die umso
stärker ausgeprägt sind, je weniger Detektorfläche das Objekt abdeckt und je stärker das Objekt schwächt. Dabei können Aufhärtungseffekte wegen der monochromatischen Strahlung ausgeschlossen werden.
Mit Referenzmessungen und einem isotropen, homogenen Ansatz, der diese Abweichung als Hinterleuchten beschreibt, lassen sich die auftretenden Fehler deutlich verringern.
Tomographische Messungen in Transmissions-Elektronenmikroskopen beziehen ihren Reiz aus der hohen Ortsauflösung im Nanometerbereich. Allerdings bringen sie neben dem hohen Aufwand bei der Probenpräparation auch eine außerordentliche Häufung von Restriktionen der Messung mit sich, die bei Verwendung herkömmlicher Rekonstruktionsalgorithmen zu erheblichen Artefakten führen. Diese Restriktionen betreffen: partielle Nichtdurchstrahlbarkeit, einen eingeschränkten Winkelbereich, wenige Projektionen in Bezug auf die Detektorgröße, Probenabbildungen größer als der Detektor, instabile Rotationsachse, variierende Winkelinkremente sowie Probenveränderungen während der Messung.
Der DIRECTT-Algorithmus (Direkte iterative Rekonstruktion computertomographischer Trajektorien) kann, abgesehen von der Probenveränderung, sämtliche dieser Restriktionen geeignet berücksichtigen. Die auftretenden, teils unvollständigen Bahnen lassen sich mittels einer Treffertabelle und geeigneter Auswahl iterativ behandeln. Außerdem kann das Rekonstruktionsvolumen über die Detektorlänge hinaus erweitert werden.
Damit gelingt eine weitgehende Unterdrückung von Rekonstruktionsartefakten, insbesondere der sonst dominanten Streifenartefakte, und eine deutliche Erhöhung der Ortsauflösung. Die Verbesserung der Rekonstruktionsqualität wird anhand von Modell- und experimentellen Daten gezeigt.
Die im Mai 2011 veröffentlichte Internationale Norm ISO 6892-2 "Metallische Werkstoffe — Zugversuch - Teil 2: Prüfverfahren bei erhöhter Temperatur" ersetzt die Europäische Norm EN 10002-5 und die Internationale Norm ISO 783.
Technische Änderungen/Ergänzungen im Vergleich zu den Vorgängernormen beziehen sich im Wesentlichen auf die Prüfgeschwindigkeiten und die Dehnungsmessung. In Anlehnung an Teil 1 der ISO 6892 (Prüfung bei Raumtemperatur) wird die Dehngeschwindigkeit als maßgebliche Prüfgeschwindigkeit mit eingeengten Bereichen (Verfahren A) empfohlen. Zum Ansetzen des Dehnungsaufnehmers und zur Festlegung der Messlänge sind nun verschiedene Verfahren möglich.
In dem Beitrag wird auch anhand von Beispielen auf mögliche Auswirkungen auf die zu bestimmenden Kennwerte eingegangen.
Today, building is a complicated commercial process characterised by legalised agreements between all participants. For commercial building projects, all materials and constructions have to conform to building standards and regulations. Material properties must be reproducible in standardised test procedures. This also applies for the control of the quality of production of earth building materials and constructions. Building conservation is a part of this process. Generally, national building standards have to reflect the current situation of building materials / construction systems of that country for which they have been developed.
In this paper, we explore the relationship between firms' approaches to open innovation and their decision to participate in Standardization alliances. Based on micro data of Dutch Companies surveyed in the Forth Community Innovation Survey we show that the importance of extemal knowledge is positively correlated with participation in Standardization. This suggests that firms aim to access the knowledge of other Companies and stakeholders in Order to increase their own knowledge base. The analysis also shows that firms cooperating with different actors are more likely to join Standardization. Due to the positive relationships with incoming knowledge spillovers and forms of Cooperation, we conclude that Standardization represents a specific form of collaborative knowledge-sharing and knowledge-creating strategy. In addition, we are able to show that absorptive capacity measured via Companies’ research intensity is promoting the involvement in Standardization. Besides the focus on knowledge and Cooperation variables, we explore the traditionally considered factors for alliances Formation and show that firm size, export activities and patent protection are positively correlated with participation in Standardization.
Using a new database on Standards in China, we estimate the impact of voluntaiy and mandatory Standards - either harmonized to international norms or purely domestic — on Chinese food exports. The data covers seven Chinese products over the period 1992-2008. We find that Standards have a positive effect on China's export performance, as the benefits to Standardization in terms of reducing potential Information asymmetiy and signaling enhance food safety and quality in foreign markets seem to surpass compliance costs. Our estimation results Show that the positive effect of Chinese Standards is larger when they are harmonized to international measures. The results suggest that there are clear benefits to China’s Steps to base their domestic Standards and regulations on international measures.
The CCS technique involves the compression of emission gasses in deep geological layers. To guarantee the safety of the site, C02-corrosion of the injection pipe steels has to be given special attention when engineering CCSsites. To get to know the corrosion behaviour samples of the heat treated Steel 1.72252CrMo4, used for casing, and the stainless injection-pipe Steel 1.4034 X46Cr 13 were kept at T=60 °C and ambient pressure as well as p=100 bar for 700 h - 8000 h in a C02-saturated synthetic aquifer environment similar to possible geological on-shore CCS-sites in the northern German Basin. The isothermal corrosion behaviour obtained by mass gain of the steels in the gas phase, the liquid phase and the intermediate phase gives surface corrosion rates around 0.1 to 0.8 mm/year at ambient pressure and much lower about 0.02 to 0.2 mm/year at 100 bar where the C02 is in its supercritical state. Severe pit corrosion with pit heights around 4.5 mm are only located on the 42CrMo4 Steel. Main phase of the continuous complicated multi-layered carbonate/oxide structure is siderite FeCO} in both types of Steel.
The CCS technique involves the compression of emission gasses in deep geological layers. To guarantee the safety of the site, CC>2-corrosion of the injection pipe steels has to be given special attention when engineering CCS-sites. To get to know the corrosion behaviour samples of the heat treated Steel 1.72252CrMo4, used for casing, and the stainless injection-pipe Steel 1.4034 X46Crl3 were kept at T=60 °C and ambient pressure as well as p=100 bar for 700 h - 8000 h in a CC>2-saturated synthetic aquifer environment similar to possible geological onshore CCS-sites in the northern German Basin. The isothermal corrosion behaviour obtained by mass gain of the steels in the gas phase, the liquid phase and the intermediate phase gives surface corrosion rates around 0.1 to 0.8 mm/year at ambient pressure and much lower about 0.02 to 0.2 mm/year at 100 bar where the CO2 is in its supercritical state. Severe pit corrosion with pit heights around 4.5 mm are only located on the 42CrMo4 Steel. Main phase of the continuous complicated multi-layered carbonate/oxide structure is siderite FeCCh in both types of Steel.
When engineering a Carbon Capture and Storage site (CCS) local corrosion (pitting) of the injection pipe steel may become an issue when emission gasses from oxyfuel power plants are compressed into deep geological layers. This highly corrosive environment arises when the flue gasses, mainly composed of CO2 , are injected into saline aquifer water. Immediately carbonic acid is formed causing corrosive attack of the injection steels. The influence of heat treatment on the local corrosion resistance was demonstrated in laboratory experiments at 60 °C and ambient pressure for three steels X46Cr13 (1.4034), X20Cr13 (1.4021) and X5CrNiCuNb16-4 (1.4543) under a similar liquid corrosive environment as found at a geological onshore CCS-site in the Northern German Bassin.
Analytische Methoden zur Feststellung der Herkunft eines Baustoffes sind bislang kaum entwickelt worden. In Deutschland gibt es eine Reihe von Kalkiagerstätten, die in unterschiedlichen geologischen Formationen Kalk oder Dolomit enthalten. Das unterschiedliche geologische Alter von Kalken sowie die ursprüngliche mineralische Zusammensetzung und die geologische Historie spiegeln sich im 87Sr/88Sr-lsotopenverhältnis weder. Mittels der Thermionen-Massenspektrometrie kann dieses Verhältnis ermittelt und somit zur Herkunftsbestimmung eines Kalkes herangezogen werden.
To improve the adhesives used for restoring stained glass windows, various adhesives were tested and modified. Stained glass windows often show gaps that are too wide to be glued with conventional adhesives, and complementing the gap with spare glass is very time-consuming.
To solve this problem, a filler with improved adhesive strength was developed to bridge wider gaps and cracks. The new filler combines glass adhesives with specially treated glass powder.
Three different glass adhesives were selected and mixed with the specially treated glass powder. The adhesive – glass powder mixture developed was then subjected to accelerated aging and analysed with Fourier transform infrared analysis, scanning electron microscopy, colourimetry, and bending and tensile tests. The results were excellent and the mixture was subsequently used to restore glass windows from four 19th-century churches and chapels. The restoration process was described in conjunction with the advantages of using this approach.
This new adhesive – glass powder mixture provides an adhesive process that can be adapted to the special needs of any object being restored and thus provides a ready answer to the specific damage of each object.
Die industrielle Computertomographie (CT) ist ein gut bekanntes Verfahren zur zerstörungsfreien Prüfung von Werkstücken. In den letzten Jahren wird die CT aber zunehmend auch für dimensioneile Messungen von Werkstücken eingesetzt. Der wesentliche Vorteil der CT liegt in der Kompletterfassung mit hoher Messpunktdichte, die auch für andere Messverfahren unzugängliche, innere Geometrien einschließt. An kleinen Bauteilen können Strukturen bis herunter zu wenigen Mikrometern gemessen werden, wodurch sich das Verfahren gut für die Messung von Mikroteilen eignet. Nachteilig ist, dass viele Einflussgrößen das Messergebnis beeinflussen, was die Rückführung der Messergebnisse, die Bestimmung der Messunsicherheit und die Definition von Spezifikationen für CT-Anlagen erschwert.
Der Beitrag stellt nach einer Einführung in das Verfahren Anwendungsbeispiele der CT an Mikroteilen vor. Darüber hinaus geht der Beitrag auf Prüfkörper und -verfahren zur Einmessung und Überprüfung von CT-Anlagen ein und berichtet über aktuelle Normungsaktivitäten. Abschließend werden Möglichkeiten zur weiteren Steigerung der Auflösung aufgezeigt, um zukünftig möglicherweise auch Nanogeometrien messen zu können.
For differentiating the applicability of various numerical welding Simulation methods as well as unifying the prerequisites and the Steps to be taken in Simulation, normative codes are required for the user. Since any standard-like documents are currently still lacking in this field, DIN German Institute for Standardization has set up the Standards Committee NA 092-00-29-AA "Welding Simulation" dealing with the preparation of respective documents. This committee was initiated in partnership with the joint committee FA 12 "Weld Simulation on Application" of the Research Association of DVS German Welding Society.
The objective of this Standardization work in the field of numerical welding Simulation is to prepare a DIN SPEC with a view to standardizing the approaches to the Simulation of various welding phenomena and processes over the long run. In a draft version of DIN SPEC 32534 that has already been prepared by the above mentioned Committee, the structure of the primary document was stated. The primary document specifies the application fields and the key terms of welding Simulation. In addition, the generally valid Simulation structure has been established which is intended to serve as a recommendation for customers and suppliers in formulating and handling a Service order as well as for persons who Start doing welding Simulation for the first time.
This article focuses on the presentation of the new DIN SPEC 32534-1 explaining the major Simulation Steps. It additionally addresses the Classification of the secondary documents depending on the welding process and on the desired Simulation result. Finally, it gives an overview of the other subject areas dealt with in the Standards Committee NA 092-00-29-AA "Welding Simulation" as well as of the international activities in this field.
Das CargoLifter Ballonkransystem nutzt die Prinzipien der Leichter-als-Luft-Technologie für das Heben von Gütern. Der mit leichtem Gas gefüllte Ballon drängt in der schwereren Luft nach oben und kann somit Lasten anheben. Im Gegensatz zu erdgebundenen Kränen ist für den Luftkran die Beschaffenheit des Bodens sekundär. Der Ballonkran wird an drei Winden verankert und über die im Kranknotenpunkt zusammengeführten Seile präzise gesteuert. Beim Heben und Versetzen verbleibt die Last unter dem Ballon, der stets 100% seiner Hubkraft auch bis zu 200m Höhe und selbst weiterem Versatz behält. Reichweite bedeutet beim CargoLifter Ballonkransystem statt mehr Ausleger mehr Seil.
Heavy gases in large quantities are used worldwide in various industries. Past incidents, such as the liquefied gas disaster in Viareggio (2009) have shown that these materials are difficult to handle in a safe manner. According to the German Hazardous Incident Ordinance (StörfallVO 2000 - 12. BIMSchV), plant operators with extended responsibilities must produce a report in which they verify that , in the event of an unintentional gas release, the surrounding area will not be aversely affected. Essential elements of this report are calculations of both the released mass flow and the gas dispersion. Using models such as the VDI guideline 3783 (state of the art in Germany) plant operators are able to predict the characteristics of likely gas dispersions. The presented experimental investigations were carried out at the BAM better understand heavy gas dispersion with high gas concentrations in the air (≥ 1 Vol.-%), as well as concentrations with approximately neutral density characteristics (≤ 3000ppm) in order to test the accuracy of the VDI guideline. The starting point for experimental trials was the heavy gas releases resulting from pipeline, vessel or standard gas bottle leaks, with mass flows of between 20 and 100 g s-1. Investigations on the gas-phase release process focused on the unsteady mass flow associated with releases from standard gas bottles. The experimental results will be used as comparative parameters for future simulations. The goal of these simulations is to develop a model with which calculation of the unsteady mass flow, based on the material characteristics for any gas, is possible.
Resistance to stress cracking by wetting solution is one of the selected properties together with the corresponding test method FNCT and tolerances for a comparison of polyethylene grades of one design type in the procedural rule on suitability proof for alternative plastic resins used for packagings and intermediate bulk Containers (IBCs) for the transport of dangerous goods.
The environmental stress crack resistance determined by Full Notch Creep Test (FNCT) represents the impacts from the stacking tests at 40 °C performed with Standard liquid wetting solution (without pre-storage) and with normal butyl acetate saturated wetting solution (pre-storage with normal butyl acetate). Environmental stress crack resistance determined with FNCT for the polyethylene grades was related to the times to failure of different jerrican samples made of these grades in stacking tests with 5 % wetting solution and a n-butyl acetate saturated wetting solution (pre-storage with n-butyl acetate) at 40 °C. The FNCT is suitable for comparison of polyethylene grades in relation to environmental stress crack resistance independent of their use as drum, IBC or jerrican material. The stiffness of polyethylene grades should be taken into account to the comparison as jerricans are not only chemically but also mechanically stressed.
Basierend auf Fallversuchen mit Transportbehältern für radioaktive Stoffe sowie auf einem Versuchsprogramm mit Holzproben wurden die Energieabsorptionsmechanismen identifiziert und ein Modell für das Verhalten von Fichtenholz bei axialer Belastung entwickelt. Das Modell zieht für die Kompression von Holz die seitliche Dehnungsbehinderung – im kontinuumsmechanischen Zusammenhang wäre das die Mehrachsigkeit des Spannungszustandes im Kontinuum – in Betracht. Die Energie, die vom Holz absorbiert werden kann, ist umso größer, je größer die seitliche Dehnungsbehinderung ist.
Für die Modellierung mit Finite Elemente Methoden wurden verschiedene Modellierungsstrategien untersucht, keine der vorgeschlagenen Modellierungsstrategien war in der Lage, dass Verhalten von Holz bei Druckbeanspruchung und großen Deformationen inkl. der Entfestigung zu modellieren. Bei Verwendung einer entfestigenden Fließkurve zeigt das Modell ausgeprägte Netzabhängigkeiten und numerischen Instabilitäten.
Für die Modellierung der Entfestigung mit Hilfe einer von der Mehrachsigkeit des Spannungszustandes gesteuerten Fließflächenevolution ist kein geeignetes Materialmodell vorhanden.
Anhand der Simulation eines Fallversuchs mit einem Behälterkörper und stoßdämpfenden Bauteilen im Maßstab 1:2 wurde gezeigt, dass zwar eine vollständige Modellierung des Stoßdämpferverhaltens inkl. Entfestigung nicht möglich war, aber das Stoßdämpferverhalten mit einer nicht-entfestigenden Fließkurve sinnvoll modelliert werden konnte. Eine Verifikation des Modellierungsansatzes am real zu modellierenden Bauteil ist zwingend erforderlich. Wenn signifikante Änderungen zwischen Verifikations- und Simulationsobjekt auftreten, ist die Zuverlässigkeit der Rechenergebnis als gering zu bewerten. Nur wenn die auftretenden Kompressionsmechanismen durch eine Analyse des Stoßdämpferholzes bestimmt werden können, ist eine zuverlässige Ermittlung von Stoßdämpferkräften- und verformungen möglich.
Influence of the main laser welding parameters on process stability and resulting weld quality were investigated. Effects of weld edge preparation on the weld appearance and quality were considered. The obtained welded joints were subjected to radiographic tests for detection of internal imperfections. Metallurgical characterisation of the samples regarding the resulting phase composition and hardness was conducted. Tensile and potentiodynamic tests were performed to evaluate the mechanical and corrosion properties. The results provide an insight into the advantages and limitations of the laser welding process for joining high-manganese alloyed stainless steels. Conditions for the production of defect-free and corrosion-resistant welds having good mechanical properties could be determined.
The present contribution highlights recent trends in investigating hydrogen diffusion and cracking in steel welds. For such studies, supermartensitic stainless steels (SMSS) have exemplarily been selected. These materials have been used for offshore and marine constructions for about two decades now. They present a versatility of improved properties such as high strength to thickness ratio, good weldability and good corrosion resistance. However, as shown by respective failure cases, SMSS welds might become prone to hydrogen assisted cracking and the degradation phenomena are more easily to investigate due to the nearly homogeneous martensitic microstructure than in other materials. Generally, it has to be distinguished between cracking that occurs during or shortly after fabrication welding, or during subsequent operation of SMSS components. In order to achieve crack avoidance during fabrication and service, conclusive test sequences have to be applied, ranging from field tests at real components and full scale tests investigating the materials behavior under real service conditions to basic and small scale tests, such as tensile and corrosion tests, oriented more towards a materials ranking. Considerable testing of SMSS welds has been carried out and the present paper particularly summarizes spotlights on 1:1 scale component testing of welded tubulars, slow strain rate testing and basic tests oriented to elucidate the hydrogen behavior and degradation in SMSS weld microstructures. Also, permeation tests, hydrogen dependent degradation of mechanical properties and thermal desorption spectroscopy are adressed. As a specific item, first results of lately conducted investigations for tracking hydrogen movement in such weld microstructures by using high energy synchrotron radiation are elucidated.
Charakterisierung der Wandler für Luftultraschallprüfung aus zellulärem Polypropylen-Ferroelektret
(2011)
In den letzten Jahren stieg die Anfrage für zerstörungsfreie Prüfung (ZIP) mit Luftultraschall deutlich. Die klassische ZfP mit Ultraschall nutzt Flüssigkeiten als Koppelmittel zwischen dem Wandler und dem Prüfkörper. Für die Prüfung von Gegenständen mit empfindlicher Oberfläche, die das Koppelmittel beschädigen oder verunreinigen kann, ist deswegen Luftultraschall besser geeignet. Eine mögliche Anwendung ist beispielsweise der Nachweis von Delaminationen in glas- und kohlefaserverstärkten Verbundwerkstoffen sowie Sandwichbauteilen, die in der Luftfahrt- und der Automobilindustrie eingesetzt werden.
The failure of laminates usually is initiated by the failure of the plies with the maximum transverse stresses. The failure of those plies generally reduces the load carrying capability of the laminate, even though they carry only a small part of the external load. The analysis of failure under off-axis stresses accordingly is essential for the prediction of the strength of laminates. This is taken into account in the "mechanisms based failure criteria" e.g. by Puck. Most of these inter fiber failure criteria are not based on the micromechanics of the failure process but on prescribed stress interaction functions. The failure of plies under transverse loading obviously is governed by the bond strength between fiber and matrix fiber. The interfacial debonding was studied e.g. by Paris et al. and Corea et al.. The bond strength between fiber and matrix usually is measured by using micromechanical tests e.g. pull-out, push-out or fragmentation tests. Stress analyses as well as fracture mechanical analyses show that the interfacial failure over a large range is dominated by shear stresses (Kim and Mai, Pisanova et al, Marotzke and Qiao). The stress distribution arising in those experiments however differs from the stresses acting in a lamina under transverse loading. In transverse failure of a lamina, radial stresses as well as shear stresses are dominating the failure process of the interface. In addition longitudinal shear stresses are present. Experimental work concerning off-axis loading of single fibers was done e.g. by Tandon and Kim and by Ogihara and Koyanagi. They studied the influence of the fiber alignment by using a specimen in form of a cruciform with skew wings.
Wear tests are often used in engine development in order to characterize the functional profile of surfaces interacting with lubricants. This paper proposes a new test procedure to determine Stribeck-type curves for the tribosystem piston ring/cylinder liner involving test pieces prepared from engine components. The Variation of the friction coefficient with sliding speed depends on the structure and Constitution of the base oil, the viscosity index, the surface topography of the liner and ring, and the friction modifiers used. Novel organic friction modifiers of low molecular mass not only reduce the friction coefficients under mixed / boundary lubrication, but also in the fluid film regime. In addition, the influence of surface roughness on the wettability of surfaces can be significant for both static and dynamic wetting. For this reason, the interaction of the lubricant with the surfaces was also investigated to enable a correlation between the surface properties of the liquid and solid phases and the tribological behavior.
Die Nutzung des Wertstoffpotentials von Abfällen und Reststoffen ist ein Grundpfeiler im Schutz von natürlichen Ressourcen. Dabei ist der Aufbau und Erhalt von Stoffkreisläufen im Baubereich - aufgrund der großen Menge an Baurestmassen - von besonderer Ressourcenrelevanz. Während in Zukunft im Sinne der Nachhaltigkeit schon bei der Errichtung von Gebäuden auch auf Möglichkeiten zur Stoffstromtrennung beim Rückbau geachtet werden sollte, sind die heute rückzubauenden Bauwerke nicht unter diesem Gesichtspunkt errichtet worden.