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The use of energetic materials as a main fuel in high temperature process
industries are not known to the scientific community as such. This paper
highlights some of the features and advantages of using organic peroxides
especially di-tert-butyl peroxide (DTBP) in high temperature process industries.
The feasibility of using DTBP as a main or supporting fuel in process industries
have also been justified with the help of Computational Fluid Dynamics (CFD)
simulations. For peroxides requirement of less fuel and air for the same amount
of heat flux has been shown. The resulted emission from the combustion of
DTBP is also discussed.
Combustion of peroxy-fuels
(2011)
The diffusion flames of organic peroxides exhibit quite different characteristics than hydrocarbons. What makes them interesting to study is their fast burning behaviour. As a result the flame temperature enhances and so does the thermal radiation. Due to all these they demand safe handling during processing. However, they can be utilised at several places in different industries where a fuel with fast burning, high temperature and intense radiation are desired. Some of the possibilities to use them as a main or supporting fuel in a wide range of industrial utilities are the major content of this paper.
The SPIN project
(2011)
Globally, cement and concrete experts are at the cutting-edge to sustainable, green, healthy but nonetheless high-performance concrete. In the present age, concrete is not yet well established in Africa, which öfters the unique opportunity to build up a cement and concrete market based on the highest available state of technology. As this industry needs high level expertise, a central issue in implementation of skilled technology is cross-linking research institutions and laboratories. It should not be neglected that concrete is a product with comparably low transport ranges, which means that an improved concrete market will mainly support the local economy without exceeding financial drains to the international market, thus fostering the fight against poverty, which is an urgent need in most African countries.
The SPIN project highlights recent developments in the field of cement and concrete research with impact on the local and global economy. Challenges, future developments and opportunities for the African construction industry are in the focus.
The SPIN project is funded by the European Commission (EC) and supported by the African, Caribbean and Pacific (ACP) Group of States under the project body of the ACP Science and Technology Programme. SPIN is acronym for “Spearhead network for Innovative, Clean and Safe Cement and Concrete Technologies”. The project aims to cross-link experts with industry and policy making bodies, aiming to establish sustainable cement and concrete construction in Africa.
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.
Concrete technology was exposed to a rapid development during the last three decades. For the longest time in its history, concrete was considered as a three component System consisting of aggregates, which are bound by the hardened cement paste consisting of hydrated cement. Traditionally, the only way of adjusting the consistency of concrete was using well adjusted aggregates and grading curves and adding excess water to the concrete, accepting that the latter in return reduces strength and durability. During the last three decades, however, concrete has developed further from a three component System towards an (at least) five component system, since the use of mineral additions and Chemical admixtures has become state of the art. Both components are able to enhance the workability, the compactability, and the density of the microstructure with effects on strength, ductility and durability, while cement can be saved in parallel. Due to reasonable use of admixtures and additions, concrete can be designed to match mechanically high performance specifications. Traditionally, cement paste was considered the weakest component in concrete. Flowever, in modern concrete a good paste composition can yield highest performance, passing the role of the mechanical bottleneck towards the aggregates.
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).
Unter zyklischen Belastungen findet im Beton, wie bei anderen Materialien auch, ein Ermüdungsprozess statt, der letztlich im Versagen des Materials enden kann. Im derzeitigen Erkenntnisstand zum Materialverhalten des Betons gibt es gerade bei dessen Ermüdungsverhalten noch viele nicht oder nicht ausreichend geklärte Fragestellungen. Deshalb wurde in Laborversuchen das Ermüdungsverhalten von Beton unter Druckschwellbeanspruchungen untersucht. Im Fokus dieser Untersuchungen standen dabei die während der Lebensdauer im Materialgefüge ablaufenden Prozesse, die zur Schädigung des Gefüges und schließlich auch zum Ermüdungsversagen führen können.
In den Ermüdungsversuchen wurden versuchsbegleitend Dehnungsmessungen, Ultraschall-Laufzeitmessungen und Schallemissionsmessungen an den Proben zur Erfassung der Schädigungsevolution eingesetzt. Die Schallemissionsmessung ist dabei ein wichtiges Instrument, da sie die Rissentwicklungsprozesse detektiert, die die Ursache für die Materialschädigung sind. Mit ihr konnten die unterschiedlichen Phasen der Rissentwicklungen über die gesamte Lebensdauer der Betonproben festgestellt werden. Diese Phasen sind gekennzeichnet durch sich stabilisierende, stabile und instabile Rissprozesse, die entsprechende Auswirkungen auf das Materialverhalten haben. Ein Vergleich mit den Ergebnissen der anderen Messtechniken zeigt den entsprechenden Einfluss der Rissentwicklungen auf die Materialeigenschaften des Betons.
Unter zyklischen Belastungen findet im Beton, wie bei anderen Materialien auch, ein Ermüdungsprozess statt. Im derzeitigen Erkenntnisstand zum Materialverhalten des heterogenen Betons gibt es gerade bei dessen Ermüdungsverhalten momentan noch viele nicht oder nicht ausreichend geklärte Fragestellungen. Deshalb befasst sich der vorliegende Beitrag mit der experimentellen Untersuchung des Ermüdungsverhaltens von Beton, speziell unter hochzyklischen Druckschwellbelastungen. Im Fokus der Untersuchungen stehen dabei die während der gesamten Lebensdauer im Materialgefüge ablaufenden Prozesse, die zu Veränderungen im Materialverhalten und schließlich auch bis zum Ermüdungsversagen führen können. Ziel ist es, eine möglichst realitätsnahe Beschreibung des im Materialgefüge ablaufenden Ermüdungsprozesses zu entwickeln.
Infrastructure is subject to continuous ageing. This has given life cycle management of infrastructure an increasing role. Reliable inspection and monitoring tools are therefore an increasing demand. A combination of different non-destructive test methods is often necessary to receive reliable results for material characterization,
flaw detection and the determination of component specific geometry parameters.
Regarding concrete structures thickness measurements are combined with flaw detection and additional information about reinforcement and tendon ducts is required.
Therefore, a multi-sensor measurement approach is necessary with a high degree of automation. Otherwise a time consuming succession of manual measurements has to be performed which would prevent practical applications. A modular control and data acquisition approach is described and the application of two different automated measurement devices is shown. The BetoScan system consists of a self-navigating
mobile robot. The system is especially designed for the investigation of reinforced concrete floors exposed to de-icing salts. The data acquisition of the OSSCAR system a multi-sensor scanner is similar to the robot approach. These different applications are based on a similar kernel allowing the modular use of different contact and noncontact sensors. The described general concept of multi-sensor data acquisition and data analysis presented here is not limited to the field of civil engineering applications.
COMSOL Multiphysics® was used as a tool for the better understanding of the evolution of flow patterns during the induced ignition of gases. A simplified model was developed for the scope, by coupling the weakly compressible Navier Stokes module and the convection and conduction module. The current paper presents the results of the performed simulations.
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.
In Deutschland werden zwei Arten von radioaktiven Abfällen unterschieden: Wärme entwickelnde Abfälle und Abfälle mit vernachlässigbarer Wärmeentwicklung. Im Endlager Konrad werden ausschließlich radioaktive Abfälle mit vernachlässigbarer Wärmeentwicklung endgelagert (im internationalen Sprachgebrauch: schwach- und mittelradioaktive Abfälle). Solche Abfälle stammen zum Beispiel aus dem laufenden Betrieb, der Stilllegung und dem Rückbau von Kernkraftwerken, aus der Forschung, der Medizin oder von der Bundeswehr und beinhalten unter anderem kontaminierte Baustoffe, Schrott, Werkzeuge, Schutzkleidung, Schlämme und Suspensionen. Vor dem Endlagern dieser Abfälle werden sie konditioniert, d. h. die festen Abfälle werden teilweise zerkleinert, verpresst oder zementiert, flüssige eingedampft oder zementiert und häufig anschließend in Fässer verpackt. Im nächsten Schritt werden die konditionierten Abfälle in Abfallbehälter verpackt. Geeignete Behältertypen sind (gemäß IM, 121) kubische Container oder Rundbehälter mit definierten Abmaßen aus Stahlblech, Beton oder Gusseisen. Diese Abfallbehälter sind für die Endlagerung, für eine vorausgehende längerfristige Zwischenlagerung sowie ggf. für den Transport über öffentliche Verkehrswege zu qualifizieren.
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.
Most of the measurements of temperatures in large pool fires are indirect and present a number of complexities due to the interactions of convection, radiation and soot blockage. In the present work these influences for two organic peroxide [tert-butyl peroxybenzoate (TBPB) and tert-butyl peroxy-2-ethylhexanoate (TBPEH)] pool fires are analysed.
Thermocouple measured temperature in the clear flame zone i.e. combustion zone are found to be 250-400 K lower than from the thermographic measurements. The convective and radiative heat flux contributions from the fire on temperature measurements are discussed. CFD (Computational Fluid Dynamics) simulations have been performed for large pool fires and the predicted time averaged flame temperatures were found to be in qualitative agreement with
measurements due to the stoichiometric combustion model used in the present simulations.
Flame temperature (T), surface emissive power (SEP) of Liquefied Natural Gas (LNG) pool fires (d = 1 m, 6.1 m, 30 m) are investigated by CFD (Computational Fluid Dynamics) simulation and compared with experimental results.
Time averaged flame temperatures of T = 1320 K, T = 1298 K and T = 1281 K are obtained. Surface emissive power (SEP) of 55 kW=m2, 130 kW=m2 and 230 kW=m2 are predicted.
For the last decades vibration based identification of damage on civil Engineering structures has become an important issue for maintenance operations on transport infrastructure.
Research in that field has been rapidly expanding from classic modal Parameter estimation using measured excitation to modern operational monitoring. Here the difficulty is to regard to the specific environmental and operational influence to the structure under observation. In this paper, two methods accounting for statistical and/or operational uncertainties are applied to measurement data of a progressive damage test on a prestressed concrete bridge. On the base of covariance driven Stochastic Subspace Identification (SSI) an algorithm is developed to monitor and automatically compute confidence intervals of the obtained modal parameters. Furthermore, a null space based non-parametric damage detection method, utilizing a statistical χ2 type test is applied to the measurement data. It can be shown that for concrete bridges the proposed methodology is able to clearly indicate the presence of structural damage, if the damage leads to a change of the structural system.
For the last decades vibration based damage detection of engineering structures has become an important issue for maintenance operations on transport infrastructure. Research in vibration based structural damage detection has been rapidly expanding from classic modal parameter estimation to modern operational monitoring. Methodologies from control Engineering especially of aerospace applications have been adopted and converted for the application on civil structures. Here the difficulty is to regard to the specific environmental and operational influence to the structure under observation. A null space based damage detection algorithm is tested for its sensitivity to structural damage of a prestressed concrete road bridge. Specific techniques and extensions of the algorithm are used to overcome difficulties from the size of the structure which is associated with the number of recorded sensor channels as well as from the operational disturbances by a nearby construction site. It can be shown that for concrete bridges the proposed damage detection methodology is able to clearly indicate the presence of structural damage, if the damage leads to a significant change of the structural system. Small damage which do not result in a System change when not activated by loading, do not lead to a modification of the dynamic response behavior and for that cannot be detected with the proposed global monitoring method.
Am 9. Juli 2008 entgleiste ein Hochgeschwindigkeits-Triebzug der Baureihe 403, ICE3, bei der Ausfahrt aus dem Kölner Hauptbahnhof. Ursache dafür war der Schwingbruch einer Radsatzwelle. Im Auftrag der Staatsanwaltschaft Köln untersuchte die BAM die Schadensteile, insbesondere die gebrochene Treibradsatz-Hohlwelle.
Zunächst wurden das Drehgestell, der Antriebsstrang, die Räder, die Bremsen und die gebrochene Radsatzwelle visuell untersucht und deren Zustand dokumentiert.
Anschließend erfolgte die zerstörungsfreie Prüfung der beiden Bruchstücke der Hohlwelle mit teilmechanisierter Ultraschall-Handprüfung.
Vor der Zerlegung der Radsatzwelle wurden ausgewählte Maße kontrolliert und die Oberfläche eingehend untersucht. Nach der Probenahme und Präparation wurden die relevanten spezifizierten Eigenschaften des Wellenwerkstoffs überprüft.
Mittels Bruchflächenanalyse konnte die Startstelle des Schwingrisses lokalisiert, aufgrund der starken Sekundärschäden auf der Bruchfläche und an den Bruchkanten jedoch nicht direkt ausgewertet werden. Durch die Kombination von Mikro-Computertomographie und Ultraschall-Tauchtechnik wurden u. a. nahe der Schwingriss-Startstelle Inhomogenitäten erkannt, die durch metallographische Zielpräparation als nichtmetallische Einschlüsse identifiziert wurden. Die Größe dieser Einschlüsse ist gemäß gefordertem Reinheitsgrad unzulässig. Vergleichbare Einschlüsse in diesem hochbeanspruchten Bereich der Radsatzwelle haben vermutlich den Schwingriss initiiert.
Die Prüfung von anisotropen Schweißnähten auf Querfehler stellt auch heute noch eine Herausforderung für die Ultraschallprüfung dar. Das gilt insbesondere für das Auffinden kleiner rissartiger Fehlstellen in einer unbeschliffenen Wurzel. Ursachen dafür sind zum einen das ausgeprägte Beugungs-, Streuungs- und Reflexionsverhalten solcher Nähte und zum anderen die störenden Formanzeigen aus dem Wurzelbereich, die sicher von den Fehlstellen unterschieden werden müssen, um Fehlinterpretationen bei der Bewertung der Anzeigen zu vermeiden.
In der vorliegenden Arbeit werden an einer 85 mm dicken und 6 bis 10 mm breiten Engspaltschweißnaht mit stängelkristalliner Struktur rissartige Testfehler in Form erodierter Nuten untersucht. Die 2 und 4 mm tiefen Nuten sind mit 5 mm Länge kürzer als die Wurzelbreite. Die Wurzel ist nicht beschliffen und hat eine Überhöhung von ca. 2 mm. Ziel ist es, die Fehlstellen von den Form- und Gefügeanzeigen
zu unterscheiden und sicher zu detektieren. Eine Größenbestimmung ist
nicht vorgesehen.
Durch den Einsatz der Gruppenstrahlertechnik ist es möglich, optimale Einschallparameter zu finden, mit denen diese Aufgabe gelöst werden kann. Es werden zwei azimutal schwenkende lineare Gruppenstrahlerprüfköpfe mit Vorsatzkeil in SE-Technik verwendet, die so auf beiden Seiten der Schweißnaht angeordnet sind, dass sich ihre Schallfelder unabhängig von der Einschallrichtung in der Schweißnahtwurzel überlagern. Damit ist es möglich, optimale Einschallwinkel für das Prüfproblem zu finden und in einer Prüffahrt gleichzeitig in beiden Einschallrichtungen längs der Schweißnaht zu prüfen.
Die Kombination der Synthetic Aperture Focusing Technique (SAFT) mit der Tauchtechnik stellt eine besondere Herausforderung dar. Zwei für SAFT notwendige Bedingungen – die große Schallbündeldivergenz und die Kenntnis über den Ort des Senders bzw. des Empfängers, der für die phasenrichtige Überlagerung der Echosignale genau bekannt sein muss – lassen sich einfach erfüllen, wenn kleine, fast punktförmige Sensoren direkt auf der Oberfläche des Prüfobjektes ankoppeln. Diese Anordnung ist in der Regel nicht vereinbar mit den praktischen Ansprüchen an die Signalqualität und die Flexibilität der Prüftechnik.
Werden jedoch Prüfköpfe mit üblichen Abmessungen und zudem noch mit Vorlaufstrecken verwendet, dann ist die Bestimmung der Sensororte und der Schalllaufwege durch die brechende Fläche nicht mehr trivial, wenn man die für SAFT geforderte Genauigkeit in Rechnung stellt.
Etwas anderes, aber ein im Prinzip einfacher Weg zur räumlichen Lokalisation von Echoquellen ist die Auswertung des 2D Sektorscans eines Matrixarrays und dessen dreidimensionale Darstellung. Durch gezielte Steuerung des Arrays gelingt auf einfache Weise die ortsrichtige Zuordnung.
Die steigenden Anforderungen im Schienenverkehr haben u. a. wachsende Betriebsbeanspruchungen für das Führungselement Schiene zur Folge. Auf Strecken mit hohen Belastungen wird dadurch die Entstehung von Rollkontaktermüdungsrissen, den sog. Head Checks, begünstigt. Für die Quantifizierung von Schäden im Hinblick auf eine optimierte Instandhaltung, setzt die DB AG daher seit einigen Jahren die Wirbelstromprüfung an Schienen ein. Es wurde ein Wirbelstromprüfsystem speziell für die Detektion und Bewertung von Head Checks auf der Schienenstahlsorte R260 entwickelt. Um den Instandhaltungsaufwand möglichst gering zu halten, unterliegen Eisenbahnschienen einer ständigen technologischen Weiterentwicklung durch die Hersteller. Durch Verbesserung der Schienenstahlsorten soll ein größerer Widerstand gegen die Bildung von Rollkontaktermüdungsrissen erreicht werden. Anhand von Streckenversuchen der DB AG in den letzten Jahren konnte festgestellt werden, dass tatsächlich eine Verminderung der Risswachstumsgeschwindigkeit erzielt wurde. Dafür zeigten sich im Vergleich zur Stahlsorte R260 abweichende Rissgeometrien, geringere Abstände zwischen den Ermüdungsrissen und somit eine größere Dichte des Rissfeldes. Die daraus resultierenden Folgen für die Ergebnisse der Wirbelstromprüfung werden hier erläutert. Praktische Prüferfahrungen an Schienenstahlsorten mit höherer Festigkeit werden vorgestellt.
Das Schienennetz der DB und anderer Bahngesellschaften wird regelmäßig mit Schienenprüfzügen inspiziert. Die mit den Prüfzügen aufgenommenen Messdaten werden offline zu einem späteren Zeitpunkt ausgewertet. Um Prüfbefunde manuell nachprüfen und ggf. Reparaturmaßnahmen einleiten zu können, ist eine möglichst exakte Zuordnung der Befunde zum Prüfort notwendig. Theoretisch ist jeder Ort des Schienennetzes durch Streckennummer, Richtungskennzahl und Kilometrierung exakt beschrieben. In der Praxis treten jedoch bei der Zuordnung diverse Probleme auf: Die Kilometrierung wird während der Prüfung manuell erfasst, indem die Beschriftung der Kilometer- bzw. Hektometertafeln in das Prüfsystem eingegeben und deren Position beim Vorbeifahren per Tastendruck in die Messdaten 'eingeblitzt' wird. Die Hektometertafeln stehen jedoch nicht an der aufgedruckten Position, sondern sind am nächstgelegenen Mast montiert. Dagegen ist die Ungenauigkeit des manuellen 'Einblitzens' vernachlässigbar. Außerdem ist die Kilometrierung nicht immer eindeutig, da nach Umbaumaßnahmen Kilometersprünge (sowohl fehlende als auch doppelte Kilometer) auftreten können. Abhilfe verspricht der Einsatz des satellitengestützten GPS, vorausgesetzt, die Strecken sind exakt vermessen. Um eine ausreichende Positionsgenauigkeit auch bei schlechten Empfangsbedingungen zu erreichen, ist jedoch ein erheblicher Aufwand notwendig. Die Positionsgenauigkeit eines Standard-GPS-Empfängers genügt hier nicht. Es wird ein Verortungssystem hoher Positionsgenauigkeit auf der Basis des GPS vorgestellt, das sich derzeit in der Erprobung befindet.
In diesem Beitrag werden numerische Verfahren zur Erkennung und Charakterisierung von Fehlstellen, Schichtdicken, Wanddicken und Inhomogenitäten mittels aktiver Thermografie vorgestellt. Eine uantitative Beurteilung der nicht immer zugänglichen Rückwand eines Bauteils (Minderdicken) ist durch Inversion thermografischer Messdaten möglich. Diese quantitativen Informationen können durch iterative Methoden vom Gauß-Newton-Typ (Inversion) gewonnen werden. Als reale Prüfobjekte werden ca. 2 cm dicke PVC-Platten mit örtlich variierender Rückwandgeometrie untersucht. Die Erwärmung erfolgt mit
Blitzlampen, welche die PVC-Platte kurzzeitig um mehrere K erwärmt. Ein wichtiger Teil der Inversion ist die Simulation des Experiments, welche mit Finite-Elemente-Methoden (FEM) in 2D realisiert wird. Da Inversion und active Thermografie automatisierbar sind, bietet die Kombination breite Anwendungsgebiete innerhalb der Industrie.
Technical textiles with embedded distributed fiber optic sensors have been developed for the purposes of structural health monitoring in geotechnical and civil engineering. The distributed fiber optic sensors are based on Brillouin Scattering in silica optical fibers and OTDR in polymer optical fibers. Such “smart” technical textiles can be used for reinforcement of geotechnical and masonry structures and the embedded fiber optic sensors can provide information about the condition of the structures and detect the presence of any damages and destructions in real time.
Thus, structural health monitoring of critical geotechnical and civil infrastructures can be realized. The paper highlights the results achieved in this innovative field in the framework of several German and European projects.
Fiber optic strain sensors are increasingly used and sensor Systems are provided with specifications. Even if the performance is well specified, the strain characteristics of the sensor, strain transfer factor, mechanical stability under thermal influences, the performance of applied strain sensors can seriously differ from virgin sensor’s the performance. Therefore the contribution considers validation issues to come to reliable strain measurements and how to validate strain measurements of applied sensors. A new validation facility will be presented.
Sensitive partial discharge (PD) measurements on HV/EHV cable systems are usually based on electrical or electromagnetic PD detection. Unfortunately, interferences may significantly reduce sensitivity, especially in on-site after-installation testing and, even more, in on-line PD monitoring. This paper deals with optical PD detection, which is absolutely immune to any kind of electromagnetic interference. Optical PD detection necessarily requires transparent or translucent insulation systems to be applicable. Stress cone elements for HV/EHV cable accessories meet the requirements for optical PD detection, if made from transparent silicone elastomers.
Monitoring of corrosion protection in reinforced concrete structures using an integrated pH optode
(2011)
Corrosion in steel-reinforced concrete structures is a critical issue. Corrosion appears if the pH value of the concrete matrix decreases due to deterioration of the Calcium hydroxide layer on the Steel surface. The safest Information about potential danger of Steel corrosion is the knowledge of the pH value of concrete. The paper presents a Tiber optic pH sensor for long-term monitoring of the pH value of reinforced concrete structures at risk from corrosion. The sensor probe is small (about 8 mm in diameter), can be embedded into the concrete matrix and observe changes in pH over years. Several sensor probes can be staggered to detect the progression of pH decrease. The pH values can be resolved with 0.1 to 0.2 pH value in the ränge between 12.0 and 9.5. The structure of the pH measurement System, longterm test results and the design to achieve stable probes will be explained. Experienee from test applications of pH sensors embedded in grouted anchors and in concrete components for a cooling tower will be presented.
In Operational Modal Analysis, the modal parameters (natural frequencies, damping ratios and mode shapes) obtained from Stochastic Subspace Identification (SSI) of a structure, are afflicted with statistical uncertainty. For evaluating the quality of the obtained results it is essential to know the respective confidence intervals of these figures. In this paper we present algorithms that automatically compute the confidence intervals of modal parameters obtained from covarianceand data-driven SSI of a structure based on vibration measurements. They are applied to the monitoring of the modal parameters of a prestressed concrete highway bridge during a progressive damage test that was accomplished within the European research project IRIS. Results of the covariance- and data-driven SSI are compared.
Plasma processes are used in many fields of Science and technology. While a plasma oxygen treatment produces a broad variety of different oxygen-containing functional groups, tailored - surface functionalisation demands preset functional groups in known concentration. Due to the fact that most of plasma experiments need expensive vacuum equipment increased efforts are to observe to apply atmospheric pressure plasma processes. Thus, Dielectric Barrier Discharge (DBD) and corona treatment of polymer foils have a long tradilion in industry to modify them for printing, laminating, adhesion promotion, etc. Thercibre, increasing interest is observed to make these atmospheric pressure processes more effeclive. Newly developed methods like plasma-printing were used for surfaces in biological and medical applications or for printed circuits.
Prevention of the explosion of acetylene cylinders involved in fire: experiments and simulations
(2011)
In order to assess the effectiveness of water cooling of acetylene cylinders involved in fire, a total of 13 bonfire tests with 8.9-, 10
and 50-l-cylinders were performed. During the experiments the pressure
in the cylinder and the temperature at different locations within the porous material and on the Shell surface as well as the flame temperature were measured. Overall 8 burst tests were performed, in order to determine the times to explosion for the cylinders. Cylinders failed not later than 15 minutes from the ignition of the bonfire, often with generation of a fireball. During the other 5 tests, the fire was extinguished before the expected burst and the cylinder was cooled with water. In 2 of the 5 extinction experiments, the explosion of the cylinder could be prevented. Noticeably, in one case the on-set of the decomposition of acetylene had already been observed, before the cooling was started. In spite of that, the cooling was still effective. The interpretation of the current results and of the data from previous tests with 40-l-cylinder suggests that single acetylene cylinders involved in fire might be saved by cooling, if their pressure does not exceed a value of about 45 bara. The recorded values of pressure and temperature were used to develop and validate a mathematical model for the prediction of the heat transfer in acetylene cylinders during the exposure to fire and the afterward cooling. The predictions agreed well with the experimental results.
The inhalation of 222Rn (radon) is one of the most important reasons for lung cancer, after smoking. Usually, the geological subsoil and the building ground are the dominant sources for enhanced indoor radon levels. Additionally, building materials can increase indoor radon concentrations when these materials contain higher contents of 226Ra (radium), especially in combination with low air exchange rates. For a realistic estimation of indoor radon
concentrations, it is helpful to carry out measurements of radon exhalation rates from relevant materials using emission test chambers. In Germany, it is aspired to limit the total indoor radon concentration to 100 Bq/m3, whereby building materials should contribute at most 20 Bq/m3. Within a project financed by the German Institute for Construction Technology (DIBt), a practical oriented measurement procedure of the radon exhalation of building materials in accordance to ISO 16000-9 was developed to have a means for the assessment of these materials with respect to their indoor use. Test chambers with different volumes were used. The tested materials were mainly used for wall constructions (e.g., bricks, light-weight concrete) and have known specific radium activities and radon exhalation rates.
In 1882, the East-West suburban train viaduct was built through Berlin as part of the public traffic solution in the late 19th Century. Today, the only left over iron arch bridge is a pair of two arches Crossing the Spree river in the middle of Berlin. Before dismantling the former parallel two original pairs of iron arches and rebuilding new arches for the high-speed railway line through Berlin in 1997, BAM was involved in an extensive test program of the heritage iron arch structure. Especially the estimation of accumulated damage in critical details and the verification of the old material properties at early stage was important information to the bridge owners. The testing program included two strain and displacement measurement campaigns, non-destructive testing, materials testing and microscale metallographic analysis of critical details. The measured strain cycles were significant lower in number and size than expected. Most of the cycles were compression stress cycles only. The work was planned in Cooperation with the Berlin consultancy Professor Hilbers that was responsible for the design and calculation of the reconstruction measures. Additionally, after calculation of the possible reuse of the old arches, we compared measured data from strain measurements with the results from calculation.
The measured data and the calculated data show a good qualitative correlation.
In dieser Arbeit wird ein kameragestütztes Verfahren zur Flying-
Spot-Thermografie vorgestellt. Die Anregung wird über einen Diodenlaser mit einem optischen Scanner realisiert. Bei der Auswertung kommt ein effizienter und robuster Algorithmus zum Einsatz, der direkt auf die mit der Kamera aufgenommene Thermografiesequenz angewendet werden kann, ohne auf eine
Synchronisation zwischen Kamera und Lasersystem angewiesen zu sein. Daher eignet sich diese Herangehensweise besonders zur Nachrüstung bestehender Thermografiesysteme.
Die prinzipielle Eignung dieser Methode wird anhand einer Messung an einem Schienenstück mit Rollkontaktermüdungsrissen gezeigt. Als Referenzverfahren werden die Magnetpulverprüfung und eine auf GMR (Giant Magnetoresistance)- Sensoren basierende Streufeldmessung herangezogen. Mit dem thermografischen Verfahren konnten sämtliche enthaltenen Fehler erkannt werden. Dabei wurden Risse im mm-Abstand getrennt nachgewiesen, was etwa der geometrischen Auflösung der eingesetzten Kamera entspricht.
Die aktive Thermografie wird in der Industrie zunehmend in verschiedenen Bereichen zur Qualitätssicherung, Zustandsdiagnose und Zustandsüberwachung eingesetzt. Bestehende Normen zur Thermografie beschreiben die Grundlagen, Geräte und Begriffe. In diesem Beitrag wird über ein Projekt berichtet, dessen Ziel die Erarbeitung einer Prüfnorm zur Blitzthermografie ist. Diese sollte neben der Auswahl geeigneter Gerätekomponenten, der Auswertungsverfahren und der Vorgehensweise bei der Prüfung auch die Beschreibung geeigneter Referenzprobekörper enthalten, die eine Bewertung der Messapparatur und eine Qualitätssicherung der Prüfung ermöglichen.
Leichtbaustrategien im Antriebsstrang erhöhen durch Downsizing die Hertz’schen Kontaktpressungen und die mechanischen Lasten. Dadurch müssen neben wälzbeständigen Stählen auch dazu passende reibungsmindernde Konzepte gefunden werden, in der vorliegenden Arbeit wurden alternative, hoch zähe Stähle mit einer Wälzbeständigkeit bis Pomax = 4,2 GPa untersucht, welche mit geeigneten Grundöl- und Additivkombinationen die Reibungszahlen herunter auf 0,025 reduzieren konnten. Diese alternativen Stahllegierungen erlauben nicht nur an der Zahnflanke sehr hohe Kontaktpressungen, sie bieten außerdem entsprechende Zähigkeits- und Festigkeitseigenschaften für den Zahnfuß. In vorangegangenen Untersuchungen wurde eine Vielzahl verschiedener Dünnschichten auf ihre Überrollbeständigkeit unter Extrembeanspruchungen validiert. Allerdings zeigte sich bei den meisten Dünnschichten ein Qualitätsunterschied von Charge zu Charge. Unter Verwendung verschiedener organischer, metallorganischer und anorganischer Additive konnten, sich daran anschließende Versuche, vielversprechende Ergebnisse erzielt werden. Sämtliche Versuche unter extremen Beanspruchungen wurden bei +120°C Öltemperatur auf Zwei-Scheiben-Tribometern vom Typ AMSLER und 2Disk von Optimol Instruments unter Misch-/Grenzreibungsbedingungen durchgeführt und die tribologischen Eigenschaften der neuartigen, unbeschichteten Stähle und in Relation zu leistungsstarken DLC-/ZrCN Dünnschichten gesetzt.
Recent advances in the fabrication of diffractive X-ray optics have boosted hard X-ray microscopy into spatial resolutions of 30 nm and below. Here, we demonstrate the fabrication of zone-doubled Fresnel zone plates for multi-keV photon energies (4-12 keV) with outermost zone widths down to 20 nm. However, the characterization of such elements is not straightforward using conventional methods such as knife edge scans on well-characterized test objects. To overcome this limitation, we have used ptychographic coherent diffractive imaging to characterize a 20 nm-wide X-ray focus produced by a zone-doubled Fresnel zone plate at a photon energy of 6.2 keV. An ordinary scanning transmission X-ray microscope was modified to acquire the ptychographic data from a strongly scattering test object. The ptychographic algorithms allowed for the reconstruction of the image of the test object as well as for the reconstruction of the focused hard X-ray beam waist, with high spatial resolution and dynamic range. This method yields a full description of the focusing performance of the Fresnel zone plate and we demonstrate the usefulness ptychographic coherent diffractive imaging for metrology and alignment of nanofocusing diffractive X-ray lenses.
Entwicklung einer Key Curve-Methode für Gusseisen mit Kugelgraphit bei dynamischer Beanspruchung
(2011)
Ultra high molecular weight polyethylene (UHMW-PE) - due to its high hydrogen content - is used as neutron shielding material in casks for storage and transport of radioactive materials. Besides this, UHMW-PE - as a high-performance polymer - has been used for several years in medical technology due to its excellent slip and wear properties. Due to the special properties of UHMW-PE which result basically from its extreme chain lengths and its high degree of crystallinity, it is predestinated for the aforementioned applications.
In both cases, irradiation and its impact on the molecular structure of polyethylene play an important role. In the first case, irradiation exists as a by-product of inserting the radioactive material in the cask. Hence PE has to withstand any type of degradation affecting safety relevant aspects to be applicable for long term radiation shielding purposes for instance over a period of 40 years. In the second case irradiation is applied deliberately for purposes such as sterilization and crosslinking, leading to partial improvement of the mechanical properties (e.g. fracture toughness, crack propagation resistance, wear resistance) and better Chemical stability.
Specifically concerning their use in the field of medical technology, different types of UHMW-PE have been objects of numerous publications. It is generally accepted that two parallel and competitive processes, based on chain scission and reactions of Ccentered radicals and molecular fragments, occur in PE as a consequence of radiation: radical recombination accounts for crosslinking, together with some disproportionation, formation of low molecular weight fragments, and recrystallization. Furthermore, formation of oxygenated structures in the presence of traces of oxygen is an antagonist of the C-centered radicals. Radiation induced scission preferentially takes place in the amorphous phase and noncrystalline surface of the crystals. It is followed by folding of molecular fragments, crystallinity growth and increased perfection in the crystal lamellae [4, 5]. Chain scission results in shorter polymer molecules, fewer entanglements, and consequently, increased molecular mobility.
The scope of our investigation comprises an estimation of the radiation and thermal impact on the molecular and supra molecular structure of the two types of PE used for neutron shielding cask components. A further point which is worth to explore is to what extent these changes are detectable by thermo-analytical (TA) methods, such as Differential Scanning Calorimetry (DSC), Thermo Mechanical Analysis (TMA), Dynamic Mechanical Analysis (DMA) and Thermogravimetry (TG). Additionally FT-IR and solubility measurements have been performed.
In our studies we focused on the UHMW-PE material GUR 4120 which was y irradiated at RT and compared to the untreated material.
Die Verwendung von Endlosfilamenten aus Carbon als Be-wehrungsmaterial für Beton, sogenannter Textilbeton, bietet die Möglichkeit der Sanierung und der Verstärkung bestehender Stahlbetonkonstruktionen. Dabei muss die Frage nach dem Feuerwiderstand von derart verstärkten Tragwerken be-antwortet werden. Aufschluss darüber liefern Brandversuche. Mit Textilbeton verstärkte Stahlbetonplatten haben in Brandversuchen nach der Einheits-Temperaturzeitkurve bei 33 % der Traglast mehr als 60 Minuten standgehalten. Bei 50 % der Traglast kam es nach einer Branddauer von 55 Minuten, bei 65 % nach 30 Minuten, zu einem Zugversagen der textilen Verstärkungsschicht. Bei während des Brandes unbelasteten bzw. gering belasteten Platten lagen die im Anschluss ermittelten Resttragfähigkeiten bei 65 % der Bruchlast nach 30 Minu-ten Branddauer bzw. bei 50 % der Bruchlast nach 60 Minuten Branddauer. Wäh-rend und nach der Beflammung waren zunehmende Durchbiegungen und Rissbreiten erkennbar. Es traten aber keine Abplatzungen auf, weshalb die Ver-stärkungsschicht aus Textilbeton als zusätzliche Betondeckung für die Stahlbe-wehrung angerechnet werden kann. Diese außerordentlich positiven Ergebnisse zeigen, dass für verstärkte Konstruktionen Feuerwiderstandsklassen von F60 bzw. R60 ohne zusätzliche Maßnahmen erreicht werden können. Dies ist von ho-her Relevanz für die wirtschaftliche Anwendung dieser Verstärkungsmethode. Für ein umfassendes Verständnis der Interaktion zwischen den Bewehrungen Textil und Stahl sowie der Versagensmechanismen während des Brandes, sind weitere Erkenntnisse über die mechanischen Eigenschaften von Textilbeton im Hochtemperaturbereich nötig. Auch der Einfluss der Oxidation des Carbons konnte nicht abschließend beurteilt werden. 354 HOTHAN und EHLIG: Hochtemperaturverhalten von Stahlbetonplatten mit TRC-Verstärkung Summary: Using endless carbon filaments for concrete reinforcement, so called textile reinforced concrete, the possibility of reconstruction and strengthening of existing concrete structures arises. The question concerning fire resistance of structures strengthened like this has to be answered. Fire tests provide answers. Steel reinforced concrete slabs strengthened with textile reinforced concrete load-ed with 33 % of ultimate load survived an ISO-fire for 60 minutes. Loaded with 50 % and 65 % of ultimate load the slabs failed after 55 minutes and 30 minutes of fire exposure due to tension failure of the textile reinforcement layer. Slabs not loaded or with a low load level during fire exposure showed remaining bearing resistances of 65 % of ultimate load after 30 minutes and 50 % of ultimate load after 60 minutes of fire exposure. During and after fire exposure rising deflec-tions and growing crack widths were observed. However no spalling occurred. Therefore the textile reinforced concrete layer can be taken into account as con-crete covering for the steel reinforcement. Those extraordinary positive results document, that reinforced concrete structures with additional fibre reinforced concrete can achieve fire resistance classes of R60 without additional provisions. To achieve comprehensive understanding of interaction between steel and fibre reinforcement and failure mechanisms in case of fire more knowledge concerning the mechanic properties of fibre reinforced concrete at high temperatures is es-sential. The influence of oxidation of the carbon fibres could not fully be an-swered.
Thin layers of textile reinforced concrete (TRC) can be used as strengthening for reinforced concrete (RC) slabs or beams to increase their foad-bearing capacity. The concrete matrix consists of a fine-grained concrete with a thickness of 8 to 15 mm. Information on the behaviour of strengthened structures subjected to fire is of particular inlerest for practical applications of this innovative construction method. A total of 7 RC slabs with Steel reinforcement were produced: 2 slabs were used as reference and 5 slabs were strengthened with three layers of textile reinforcement. Ultimate capacity of reference slabs and particular TRC strengthened slabs was determined from statie load results fom 4-point-bending tests.
Fire tests on these slabs were carried out with utilization fectors using a Standard temperature curve (ISO-834-1) for fire testing. Test loads varied between 0 % and 65 % ofuMmate load.
To detect temperatures during fire exposure thermocouples were arranged throughout the cross-section of the slabs. Depending on the utilization the slabs were exposed to fire for 30 minutes or for 60 minutes. In some cases bending fäilure occurred, in other cases the slabs survived. None of the specimens exhibited any visual damage or concrete spalling during fire exposure. Results of deformation measurements and residual strength measurements are presented. Even though mechanisms are not fifily understood, it is important to discuss the presumable reasons for the surprisingiy positive test results. It is presumed tbat the key mechanisms contributing to the outstanding fire resistance capability presented are: superior crack control of the TRC and load redistribution between textile and Steel reinforcement as well as the primary load transfer directly into the slabs.
Strain sensors embedded in or attached to structural components have to measure the real deformation of the structure over the whole period of use. The user must know how reliably installed sensors provide strain measurement results. For this purpose, test facilities or coupon tests are used. In order to characterize the strain transfer quality from the host structure into surface-applied strain sensors, a unique testing facility has been developed. This facility can be used both for fiber optic and resistance strain sensors. Originally developed for fiber Bragg grating based sensors, the KALFOS facility (=calibration of fiber optic sensors) uses Digital Image Correlation (DIC) and Electronic Speckle Pattern Interferometer (ESPI) as unbiased referencing methods. It is possible to determine experimentally the strain transfer mechanism under combined thermal and mechanical loading conditions. This experimental characterization method will reveal weaknesses in commonly used strain sensors, and the investigation of the material systems used for fiber optic and other strain sensors (particularly the coating/substrate - adhesive combination). The KALFOS facility allows matching of specific measurement requirements with environmental conditions.
Elutionstests im Labormaßstab werden zur Ermittlung der Freisetzung von Schadstoffen aus Böden oder mineralischen Abfällen für die Verwertung in technischen Erdbau-werken durchgeführt. Sie sollen die Feldbedingungen möglichst realitätsnah wider-spiegeln und auch die Beurteilung der Freisetzung von Schadstoffen über längere Zeiträume ermöglichen. Aus diesem Grunde werden im Entwurf der novellierten BBodSchV neue Verfahren zur Eluatgewinnung aus den genannten Materialien festgeschrieben.
In der Bundes-Bodenschutz- und Altlasten-verordnung (BBodSchV) und im Arbeits-entwurf der Novellierung ist für den Wirkungspfad Boden-Grundwasser eine Sickerwasserprognose vorgesehen, um die Gefahren, die von kontaminierten Stand-orten für das Schutzgut Grundwasser ausgehen, beurteilen zu können. Bei der Sickerwasserprognose kann u.a. auf der Grundlage von Materialuntersuchungen im Labor die Quellstärke kontaminierter Ma-terialen ermittelt werden, welche dann bei Transportmodellierungen Berücksichtigung findet. Der Entwurf der Novellierung der BBodSchV sieht für die Ermittlung der Quellstärke den Übereinstimmungstest des Säulenversuchs nach DIN 19528 bis zu einem Wasser/Feststoff - Verhältnis (W/F) von 2 l/kg für anorganische und organische Stoffe (PAK) oder den Schüttelversuch nach DIN 19529 für anorganische Stoffe und E DIN 19527 für organische Stoffe auch jeweils mit einem W/F von 2 l/kg vor. Die Zulassung beider Elutionsverfahren setzt die Gleichwertigkeit der Ergebnisse beider Verfahren voraus. Im Folgenden werden die Ergebnisse des Vergleichs der Auslaugung von polyzyklischen aromat-ischen Kohlenwasserstoffen (PAK) aus unterschiedlichen Böden mit Hilfe beider Elutionsverfahren vorgestellt.
Für eine 10 mm dicke Stahlplatte kann ein Bandpass so gesetzt werden, dass alle vorhandenen Wellenmoden mit derselben Schallgeschwindigkeit eintreffen. Anhand von Ortungsabweichungen und Ortungsunsicherheitswerten kann gezeigt werden, dass im Vergleich zu herkömmlichen Methoden der Quellenortung die Ortungsgenauigkeit durch eine Frequenzfilterung verbessert werden kann.
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.
For long-range measurements in geotechnical and industrial applications, distributed optical fiber sensors have become a tool of increasing importance throughout the past decade.
Classic deformation monitoring (performed by strain gauges etc.) and temperature monitoring (Pt100 and alike) deliver data from fixed, single spots of a structure; quasidistributed measurements (fiber bragg gratings) provide a Chain of discrete measurement points along a limited sensing length. In contrast, an opticai fiber connected to a device for distributed strain and temperature sensing (DTSS) will provide a continuous profile of strain and temperature - spatially resolved down to less than 1 m - over a ränge of several tens of kilometers.
In DTSS measurements, the nonlinear opticai effect of stimulated Brillouin Scattering (SBS) is employed: two light waves with a stable, tunable frequency offset are injected into opposite ends of the sensing fiber, where they will form a beat pattem, at which parts of the light will be scattered. By matching the frequency offset of the light waves to the propagation of acoustic fluctuation in the opticai fiber, a power transfer from one light wave to the other can be measured; since the acoustic propagation directly shifts with train and temperature of the fiber, these two quantities can be measured by tuning the light waves’ frequency offset.
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
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.
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.
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.
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.
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.
The paper presents numerical methods to detect and classify defects and inhomogeneities by means of active thermography. The objective is to determine the wall thickness of structure elements with an inaccessible back wall, for example, of pipes or Containers. As test specimens we used approximately 2 cm thick PVC samples with spatial variations in the back wall geometry. Flash lamps provided the heating. To know the thickness of the wall, we used two inversion methods and compared the results achieved. One is an iterative echo defect shape method and already tested on Steel test specimens with good reconstruction results. The second one is the Levenberg-Marquardt method, applied here to thermographic data for non-destructive testing. Since data capturing using active thermography and the presented numerical methods can easily be automated, the combination of these two procedures is a promising approach providing a broad area of application.
Untersuchung des Einflusses der Gefügedichte von Betonen auf die AKR mit neuartiger Prüftechnik
(2011)
Mineralische Sekundärrohstoffe finden im Beton als Gesteinskörnung, Betonzusatzstoff, Bestandteil von Zementen oder Spezialbindemitteln Anwendung. Für den Einsatz von rezyklierten Gesteinskörnungen, Kesselsand, Steinkohlenflugasche, Silicastaub und Hüttensand bestehen bereits Normen bzw. bauaufsichtliche Zulassungen. Für weitere Reststoffe, wie Mauerwerkbruch und beim Baustoffrecycling anfallende feinkörnige, heterogene Sandfraktionen, existieren noch keine höherwertigen Verwertungswege. In einem Forschungsprojekt werden derzeit Möglichkeiten zur Verwertung von heterogenen mineralischen Bau- und Abbruchabfällen durch Herstellung von Blähgranulaten mit maßgeschneiderten Eigenschaften (Schüttdichte, Rohdichte, Korngröße und Kornfestigkeit) untersucht. Dies eröffnet die Möglichkeit einer rohstofflichen Verwertung solcher Abfälle. Im Mittelpunkt der Untersuchungen steht der Mauerwerkbruch. Er fällt mit über 20 Tonnen pro Jahr an und weist im Vergleich zum Betonbruch größere Verwertungsdefizite auf hl. Die erzeugten Granulate sollen als leichte Gesteinskörnung im Beton, Schüttung oder Pflanzsubstrat Anwendung finden.
Die ersten Ergebnisse der Granulatherstellung mit einer thermischen Behandlung zeigen, dass sich Mauerwerkbruch als Rohstoff zur Herstellung leichter Gesteinskörnungen eignet 121. Die so erzeugten Blähgranulate weisen ähnliche Eigenschaften wie herkömmliche Blähtöne auf 131. Das Hauptziel der in diesem Beitrag vorgestellten weiteren Untersuchungen war, die Rohdichte der Granulate bei gleichbleibender oder steigender Kornfestigkeit zu senken. Aus energetischer Sicht des Blähprozesses wurde neben dem thermischen Verfahren auch die Möglichkeit einer hydrothermalen Erhärtung der Granulate untersucht.
Für eine ganzheitliche Betrachtung der Sicherheit bei der zerstörungsfreien Prüfung (ZfP) ist es unvermeidlich neben der Technik auch den Prüfer und die Prüforganisation einzubeziehen. Die Prüfung der Unversehrtheit von Endlagerbehältern ist eine eine sicherheitstechnisch wichtige Anwendung. Die Betreiber der geplanten finnischen und schwedischen Endlager, Posiva und SKB, kapseln den radioaktiven Abfall in Kupferkanistern ein und deponieren die Kanister dann in Felsgestein in einer Tiefe von ca. 500m. Die Kanister bestehen aus einem zylinderförmigen Kupfermantel mit einem Deckel und einem Boden, die zusammen die Außenumhüllung ergeben sowie einer Gusseisenmatrix für die Brennstäbe. Alle Komponenten werden auf ihre Dichtheit bzw. strukturelle Unversehrtheit mittels zerstörungsfreier Prüfmethoden geprüft, um sicher zu stellen, dass im Material und in den Schweißnähten keine kritischen Defekte vorhanden sind, die zu Freisetzungen in die Umgebung führen könnten. Vier ZfP Methoden (Ultraschall-, Wirbelstrom- und radiographische Prüfung, und die visuelle Prüfung anhand einer Kamera) werden mechanisiert durchgeführt, die gewonnenen Daten werden von qualifizierten Fachleuten ausgewertet und bieten so die Möglichkeit, dass Fehler entstehen.
Das 'Human Factor'- Untersuchungskonzept besteht aus der Identifizierung potenzieller menschlicher Fehler, deren Ursachen und Präventionsmethoden. Mit Hilfe einer abgewandelten FMEA (Failure Modes and Effects Analysis) wurden mögliche Risiken identifiziert, die die Wahrscheinlichkeit für das Auftreten menschlicher Fehler bei
der Datenauswertung erhöhen. Einige dieser Risiken sind beispielsweise
Verantwortungsdiffusion beim 4-Augen-Prinzip, Übervertrauen in die Technik bei der automatischen Identifikation von Defekten sowie der Aufmerksamkeitsverlust bei dynamischer Bildbetrachtung. Deren Wirkung wird derzeit experimentell überprüft, um Ansatzpunkte für Optimierungen zu ermitteln und damit die Gesamtzuverlässigkeit des Systems zu verbessern.
Die statistische Qualitätskennzahl 'Probability of Detection (POD)' hängt von der Anzahl der zugrunde liegenden, brauchbaren Ergebnisse ab. Ist die Datenmenge niedrig, so ist auch die Aussage der POD eher beschränkt. Dennoch heißt eine große Zahl von Daten, nicht gleichzeitig, dass die POD für den realen Einsatz in der Produktion genügt. Es muss unterschieden werden, auf welcher Basis unter welchen konkreten Bedingungen - die Daten erhoben wurden. Als wichtigste Ergebnisse zählen die Messergebnisse aus der Produktion der später verwendeten Prüfobjekte für den konkreten Einsatz. Noch bevor die zerstörungsfreien Prüfmethoden zuverlässig in der Produktion eingesetzt wurde, muss jedoch nachgewiesen werden, dass die real vorkommenden Fehler gefunden werden können. Das bedeutet, zu einem Zeitpunkt, an dem noch nicht ausreichend Daten vorhanden sind. Während für die realistische Prüfung die notwendige Anzahl der verschiedenen Fehler meist nicht erreicht wird, so fehlen bei der Bewertung der künstlichen Fehler wichtige Parameter und Einflussgrößen. Es muss somit eine Zwischenlösung gesucht werden, in der die Informationen von beiden Prüfungen kombiniert werden. Mit der Bayesschen Statistik ermöglicht die Mathematik diese Informationen miteinander zu kombinieren und somit beide Informationen mit in die Bewertung einfließen zu lassen.
Praktisch angewandt und erprobt wird die Vorgehensweise gemeinsam mit der Firma POSIVA, die sich mit dem Bau eines Endlagers für hoch-radioaktiven Abfall in Finnland beschäftigt. Hier wird als eine der technischen Barrieren ein Kupferbehälter für die Aufbewahrung der verbrauchten Brennstäbe genutzt. Dieser Kupferbehälter wird mit mehreren zerstörungsfreien Prüfmethoden geprüft. Anhand von Radiographiedaten wird gezeigt, dass die Aussagekraft der realistischen Fehlerdaten mit Hilfe der künstlichen Referenzfehlerdaten untermauert werden kann.
Selbst die modernsten ZfP-Systeme können, wenn sie bis an die Grenzen ihrer Möglichkeiten z. B. kleine Fehler zu finden beansprucht werden, nicht alle Fehler der gleichen Größe finden. Sogar wenn ein und derselbe Fehler mehrmals geprüft wird, wird er nicht immer gefunden. Deshalb wurde, besonders für solche Anwendungsfälle wo das Übersehen eines Fehlers zu schwerwiegenden Konsequenzen führt, das Konzept der Zuverlässigkeit der ZfP eingeführt. Das Konzept der BAM beinhaltet eine ganzheitliche Betrachtungsweise mittels eines modularen Models. Die Hauptmodule des Modells sind die innewohnende Fähigkeit, die die physikalisch technischen Aspekte behandelt. Weiterhin werden die Einflüsse der Umgebung betrachtet, die den Prüfprozess stören, aber nicht zum Prüfsystem selbst gehören. Einen wesentlichen Aspekt, sowohl bei manuellen als auch bei mechanisierten Prüfungen stellt der menschliche Faktor dar. Die Betrachtungen im vorliegenden Artikel beziehen sich hauptsächlich auf die innewohnende Fähigkeit.
Wegen der dem Prüfprozess innewohnenden Unsicherheit wird die Leistungsfähigkeit eines ZfP-Systems durch eine Funktion POD (a) ausgedrückt. Zu verschiedenen Fehlergrößen (a) gehören verschiedene Fehlerauffindwahrscheinlichkeiten (POD). Die Fehlergröße (a), bei der die untere 95 % Vertrauensgrenze das Niveau von 90 % POD schneidet wird α90/95 genannt. Dieser Punkt wird als Maß für das Leistungsvermögen der ZfP-Methode benutzt.
Während der letzten 10-20 Jahre wurden auf diese Weise verschiedene Inspektionssysteme für eine gewählte ZfP-Methode mit einer einfachen Anwendungsgeometrie bewertet.
Wenn man über diese einfachen Anwendungssituationen hinaus, die Zuverlässigkeit in realen industriellen Prozessen betrachtet, treten als erstes industrielle Bauteile mit komplexer Geometrie und Defekte, die mit mehr als nur einem Parameter (Größe und Tiefe, Orientierung, Oberflächenrauhigkeit) charakterisiert werden müssen, auf die Tagesordnung. Neue hochentwickelte und automatisierte ZfP-Systeme, wie z. B. Ultraschallgruppenstrahler, lassen die Möglichkeit zu die Prüfungen digital aufzuzeichnen und später erst auszuwerten. Weiterhin erlauben es moderne Modellierungswerkzeuge den ZfP-Prozess zu simulieren und damit die Einflüsse der Wellenausbreitung und deren Wechselwirkung mit Defekten sowie die Wirkung der zusätzlichen Einflussparameter (z. B. Abstand vom Prüfkopf oder Orientierung) auf die POD zu untersuchen. Damit entsteht die Möglichkeit die räumliche Verteilung der POD im Prüfstück zu ermitteln die Volumen-POD. Die Volumen-POD kann ebenso wie die konventionelle POD als Maß für die Leistungsfähigkeit des ZfP-Systems benutzt werden. Darüber hinaus kann man das ZfP-System optimieren. Wenn z. B. bestimmte Volumenelemente nur ungenügende POD-Werte aufweisen, müssen zusätzliche Prüfungen einbezogen werden. Aber auch der umgekehrte Fall, Bereiche in denen mehrere Prüfköpfe ein POD Niveau von 100 % haben und die Zahl der Prüfungen reduziert werden kann, werden mit der Volumen-POD erkannt.
Die übergeordnete Zielsetzung unserer Untersuchung bestand darin,
am Beispiel von Prüfungen mit Ultraschall eine belastbare Aussage zum Einfluss der Arbeitsbedingungen des Prüfers auf die Qualität der Ergebnisse von zerstörungsfreien Prüfungen zu ermitteln und Möglichkeiten zur Minimierung ungünstiger Einflussfaktoren aufzuzeigen.
Der Schwerpunkt der Untersuchung wurde auf die manuelle Ultraschallprüfung gelegt und der Faktor 'Zeitdruck' (in drei Stufen variiert) als die zu variierende physische Einflussgröße gewählt. Die Variation des Faktors Zeitdruck wurde gemäß dem Prozessmodell von der Erhebung psychologischer Faktoren, die das Individuum und die Organisation beschreiben, begleitet.
Die Ultraschallprüfungen erfolgten mit zehn Prüfern am Großbehälter und an Vergleichskörpern mit eingebrachten Testfehlern (Nuten, Risse). Die ausgewählten Fehler waren typisch für Prüfaufgaben, die bei wiederkehrenden Ultraschallprüfungen in Kernkraftwerken von den Prüfern zu lösen sind. Die Prüfaufgabe bestand darin, die in den vorgegebenen Prüfabschnitten vorhandenen Reflektoren aufzufinden und deren Amplituden, Ortskoordinaten und Längenerstreckungen zu ermitteln. Als Bewertungsmaßstab für die Qualität der Prüfaussage und für den Einfluss des menschlichen Faktors diente die Präzision der gemessenen Werte. Die Ergebnisse zeigen einen hohen Einfluss des menschlichen Faktors auf das Prüfergebnis und eine Einwirkung des Zeitdrucks besonders auf die Präzision der Messwerte. Hierbei war die Wirkung des individuell wahrgenommenen Zeitdrucks zusammen mit der psychischen Arbeitsbeanspruchung signifikant. Es wurde unter anderem herausgearbeitet, dass durch eine gute Vorbereitung auf die Prüfung, z.B. durch die sorgfältige Einweisung und ein vorgeschaltetes Fertigkeitstraining an Vergleichskörpern, die Zuverlässigkeit der Prüfergebnisse verbessert werden kann.
Insgesamt hatte der Faktor 'Organisation' neben der 'Erfahrung' einen hohen Einfluss auf das Leistungsvermögen der Prüfer.
Die Projektergebnisse wurden im Abschlussbericht des Forschungsvorhabens SR2514 dargestellt, es wurden drei Empfehlungen zur Vorbereitung und Einweisung der Prüfer, zur Stärkung der Verantwortung der Prüfaufsicht und zum 4-Augen-Prinzip formuliert. Die Empfehlungen wurden in der KTA- Regel 3201.4 'Komponenten des Primärkreises von Leichtwasserreaktoren; Teil 4: Wiederkehrende Prüfungen und Betriebsüberwachung (RÄE Fassung 2010-11)', umgesetzt.
In diesem Beitrag wird die numerische Modellierung und deren messtechnische Validierung der elastischen Wellenausbreitung in austenitischen Schweißnähten vorgestellt. Die Ultraschallprüfung von austenitischen Schweißverbindungen war und ist immer noch eine der schwierigsten Aufgaben der ZfP. Für eine optimierte Prüfkonfiguration ist es notwendig, verschiedene Prüfparameter wie Einschallwinkel, Prüfkopfposition und -Orientierung richtig einzustellen. Um die beste Anordnung zu ermitteln, wurde die Schallausbreitung in den austenitischen Schweißnähten mit verschiedenen Verfahren wie elastische finite Integrationstechnik (EFIT) und Raytracing simuliert. Mit Hilfe der Simulationsergebnisse wurde die verwendete Gruppenstrahlerprüftechnik optimiert. Es wurden zahlreiche Untersuchungen an anisotropen Testkörpern in V-Durchschallung und an bezüglich der Schweißnaht transversal orientierten Rissen durchgefühlt. Die Ergebnisse der auf Raytracing bzw. EFIT basierenden Simulationstools wurden untereinander und auch mit den Messergebnissen verglichen.
Die Prinzipien der Ultraschallausbreitung in festen Medien sind seit langem bekannt und können heute durch mathematische Modelle recht umfassend beschrieben und simuliert werden. In der Praxis zeigt sich aber, dass gerade bei komplexen Geometrien, sowie inhomogenen und anisotropen Materialien die Modelle immer noch an ihre Grenzen stoßen.
Das ist insbesondere in der fehlenden Möglichkeit begründet, die akustischen Eigenschaften inhomogener Prüfgegenstände vollständig mathematisch zu beschreiben.
Deshalb wird in letzter Zeit verstärkt nach Techniken gesucht, mit denen man die Schallausbreitung in solchen Materialien messen und anschaulich darstellen kann. Ziel dieser Entwicklung ist es, die Schallausbreitung in Festkörpern, insbesondere in solchen mit akustisch anisotropen Eigenschaften, besser zu verstehen und die Möglichkeit zu schaffen, die Simulationsrechnungen am realen Objekt zerstörungsfrei verifizieren zu können.
In der Literatur werden verschiedene Methoden zur messtechnischen Visualisierung der Ultraschallausbreitung in Festkörpern beschrieben. Am bekanntesten sind optische Verfahren wie die Schlierentechnik, die schon seit langem genutzt wird, um den momentanen Schallfeldverlauf im Inneren von optisch transparenten Materialien sichtbar zu machen. Heute kommen verstärkt lasertechnische Methoden, wie z. B. das Laserinterferometer, zum Abtasten von nicht transparenten Materialoberflächen zum Einsatz. Da diese Verfahren mit einem hohen technischen Aufwand verbunden sind, werden häufig auch einfachere Methoden, wie z. B. das Abtasten mit punktförmigen piezoelektrischen Aufnehmern, verwendet.