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This paper presents volume heat sources and the corresponding functional analytical Solutions for the transient temperature field. The considered energy distributions are normal, exponential and parabolic. The method follows the common approach in Computational Welding Mechanics (CWM) to account for the physics of the welding process and the resulting temperature field by phenomenological models for heat conduction. Therefore, the used heat source models are apparent heat sources that incorporate the real heat input as well as the fluid flow in the weld pool and the latent heat connected with phase transformations. The heat source models provide welding characteristics like thermal cycle and Fusion line in the cross section within short computational time. Consequently, inverse techniques on basis of optimisation algorithms enable the adaptation of the models to the experimental data efficiently. Furthermore, the direct evaluation of the energy distribution for the experimental fusion line in the cross section is demonstrated which enhances the numerical optimisation by reducing the number of unknown model Parameters and providing a reasonable initial guess within the model parameter space. The proposed temperature field models are validated with real laser beam welding experiments.
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.
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.
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.
Today polycarboxylate ether based superplasticizer (PCE) is commonly used in concrete technology when high flow properties and water reduction are specified. The ionic strength of the polymers’ backbones determines the adsorption behaviour of polymers on clinker and early hydration products. The amount of required polymers for specified flow properties and the performance over the time of casting is thus determined by the molecular structure of the superplasticizer. The time depending consumption of polycarboxylate ether polymers strongly affects the reaction of aluminates and sulphate ions as well as the hydration process in general. Hence, the choice of polymers for particular flow properties greatly affects the very early properties of cementitious materials such as setting, heat evolution and autogenous deformations.
In order to better understand how PCEs influence the early properties, mixes from cement, limestone filler, viscosity modifying agent and water were varied with a high and a low charge density superplasticizer in differing amounts. Results are presented from measurements with an automatic Vicat device, an isothermal heat flow calorimeter, and shrinkage cones. Tests were conducted at 5, 20, and 30 °C.
It is shown that in presence of PCE the final set correlates well with the inflexion point of the heat flow curve, which emphasises the interrelation between C-S-H formation and setting. No such clear correlation can be found for the initial set, which is attributed to the fact that the initial set is rather a rheological than a structural phenomenon, so that other effects overlap with C-S-H formation. The results demonstrate that for a given polymer concentration low charge density polymers yield earlier setting than high charge polymers. However, this influence is overridden by the influence of the total amount of polymers in a cementitious system. Since PCE is typically added according to rheological specifications, and low charge PCE typically requires higher amounts of polymers than high charge PCE for comparable flow performance, low charge PCE retards setting more than high charge PCE.
The paper furthermore points out that there is no significant influence of the polymer type or amount on the early deformations. Since type and amount strongly affect the hydration, it is demonstrated that early setting causes higher strain after the final set. It is hence concluded that higher PCE solid contents reduce the risk of early cracks that occur at time of setting, when a solid structure has already been formed but without resistance against cracks yet.
The application of fluorescent materials improves the visibility for of warning symbols. BAM has used a measurement device to characterize fluorescent materials, which is based on the two-monochromator method. The result of this measurement method is an illuminant independent characteristic of the fluorescent material, called the Donaldson matrix, In view of its age and speed, the measurement device had to be re-designed and re-built. The new measurement facility is explained in greater detail in the paper. First measurement results and a comparison to the older device are also described.
Fusion welding is widely used in the automotive industry to join metal structures. It is well-known that distortions and residual stresses occur during and after the welding process. Many procedures exist to decrease these negative heat effects of welding, but are often coupled with highly cost intensive experiments. The implementation of a welding Simulation tool to reduce this very expensive experimental procedures is therefore of high interest. Despite the fact that the automotive industry is a key sector for Simulation procedures, welding Simulation Software is nevertheless not yet widely implemented. This is mainly due to the complexity of the Simulation tools requiring expert users and the resulting high time to Solution.
In this study, a new fast thermo-mechanical Simulation of a complex and large laser beam welded automotive sheet metal assembly with several non linear welds is simulated. Assumptions and simplifications of the complex physical welding phenomenon, which are made to keep the computational cost and the complexity of the Simulation in an industrial frame, are discussed. The calibration time of the phenomenological heat source model has been optimized with a very fast analytical thermal model and the resulting simulated temperature fields match perfectly with the measured ones. Additionally, the user experience and the time-to-solution are kept within a reasonable time frame for arr industrial environment. All Simulation results are validated with experimental results.
In comparison with traditional measuring Systems (pressure cells, piezometers and inclinometers which produce only point measurements) fibre optic sensors are well suited for spatiallydistributed monitoring purposes. The very tiny optical fibres of a diameter of less then 1 mm can operate as sensors in strong electromagnetic fields, under “harsh” explosive and Chemical environments and under ionizing radiation.
The cement and concrete market in East, Central and Southern Africa is highly fragmented. The concrete industry in this area consists of multiple parties, including producers and suppliers of construction materials, formal and informal contractors, engineers and architects, unions of trades persons and workmen, governmental bodies and formal institutions of research and education. All these institutions mostly do not interact adequately, which makes building with cementitious materials susceptible to damage and failures. Completely opposed to the situation in Europe or North America, cement in Africa is often unaffordable, while manpower is cheap, which results in a questionable economisation of cement. Typically, there is not sufficient awareness of methods to sensibly reducing the cement content in concrete or replace Ordinary Portland Cement by adequate alternative materials. Research activities in this field of technology are often missing completely. Only few countries in the area, such as South Africa, are exempted from these issues.
This paper presents the SPIN project, which is a joint project of a consortium of 8 African and 3 European partners within the ACP Science and Technology Programme. The project is funded by the EC and ACP Secretariat is the project body. The main objective of the current project is to strengthen the cement and concrete industry in the East and Central African regions. The project shall generate reasonable solution strategies to implement clean, safe and sustainable cement and concrete technology on the African continent, including general and specific guidelines for sensible application. Furthermore it shall be the kick-off for future projects, research activities and the world-wide expansion of a European-African network.
The paper addresses special problems the cement and concrete market in Eastern, Central and Southern African countries has to face. Several options are presented in detail, which shall help overcoming the current situation. Customized solutions for the African market include rational methods for reducing the amount of cement used and the replacement of Ordinary Portland Cement with cheaper alternatives. The use of recycled concrete through a new and economically effective method, as well as the opportunity of using locally available resources is also discussed.
Despite the numerous possibilities to influence the properties of repair mortars by modifications of the mixture proportioning, it is almost impossible to change an individual property without influencing other mortar properties. When optimising a mixture, it has to be decided for each individual case, which of the mortar properties needs to be treated with the highest priority. Most properties can be altered by several different measures, which may vary in effectiveness, side effects and cost efficiency. As the prevention of shrinkage induced constraining cracks is crucial for the durability and Service life of a concrete repair task, in the presented paper special attention is paid to the influences on the mortar’s shrinkage behaviour. On the basis of parameter studies it is shown, how it may be beneficial in certain cases to accept the worsening of some general properties if by this measure another property, which is essential for the individual application task, can be enhanced significantly. In general a tailor-made approach for the mixture proportioning seems beneficial but due to the complexity of the constituents’ interactions in repair mortars, it bears a high risk of unexpected malfunctions.
This article studies the three dimensional transient weld pool dynamics and the influence of joint preparation angle on welding of low carbon structural steel plates using the ForceArc® process. ForceArc is a new gas metal arc welding technology which allows adequate fusion and penetration with a smaller V groove angle. This enhances welding efficiency significantly because of reduction of layers and low material consumption.
The deformation of the weld bead is calculated with an accurate coupling of the heat transfer with fluid flow through continuity, momentum and the energy equations combined with the effect of droplet impingement, gravity, electromagnetic force, buoyancy, drag forces and surface tension force (Marangoni effect). Four different angles of V groove are employed with the same welding parameters and their influence on the weld pool behavior and weld bead geometry is calculated and analyzed, to allow subsequent calculations of residual stress and distortion of the workpiece.
Such a simulation is an effective way to study welding processes because the influence of all the welding parameters can be analyzed separately with respect to thermal cycle, weld bead formation, and the microstructure of the weld. Good agreement is shown between the predicted and experimentally determined weld bead dimensions. It was found that with a larger groove angle, the penetration depth increases. Furthermore, a higher wire feeding rate is needed to fill the larger groove. The model presented can be used for further analyses of GMAW processes as well as input data for the numerical calculation of welding induced residual stresses and distortions using Computational Weld Mechanics CWM.
Fires on waste dumps, surface landfills, Underground stowing or storage facilities of Recycling factories may have multiple harmful effects on individuals on site and on environment.
Possibly several tens of thousands of tons flare up plunging vast areas in smoke and releasing large amounts of flue gases. Experience shows that fire fighting takes days or even weeks and moreover, as long as hidden glowing nests exist fires may break out repeatedly weeks or months later. In the light of this, fire prevention is much easier to manage than extinction. It is of internst to identify the geometrical and physical conditions under which the mid-term or long-term storage of recycling materials can be performed avoiding self-ignition. Our Guideline presents a novel method developed at BAM which combines experimental tests on lab-scale with numerical simulations in Order to obtain permissible geometries of deposits and storage times at which self-ignition can be certainly avoided (Berger 2010).
Wood and wood products are often used as construction material for buildings and even more for furniture and indoor decoration. Therefore Chemical emissions from wood have an influence on the indoor air quality. A research project financed by the Federal Environmental Agency focused on VOC emissions from oriented Strand boards (OSB) and also from plywood made from pine and spruce (Wilke et al., 2011a). This paper shows results of the plywood testing because only little information is available about plywood emission behaviour and its impact on indoor air quality.
The labelling of construction products or building materials as “low-emitting” is based on measurements using third-party emission test chambers. Unfortunately there is no method to validate the performance of such test chamber measurements. This might give a Variation of results when testing one material at different laboratories. Therefore it is necessary to hold round robin tests as part of the quality management System to ensure comparable results.
A research project financed by the Federal Environmental Agency focused on the development of an external quality management System for the detection of relevant Chemical compounds from products and in ambient air. The project was structured in four phases (Horn et al., 2009 and 2011; Wilke et al., 2009a) This paper shows results of the fourth phase of the project, which was an inter-laboratory study for VOC-emission testing by means of emission test chambers.
Product emissions chamber testing involves a complex protocol with several sources of measurement uncertainty (ASTM, 2010; ISO, 2006). Despite the potential for significant variability in measurement results within and among laboratories, there is no Standard method available to assess the accuracy of emissions chamber test results. Recently, Germany’s Federal Institute for Materials Research and Testing (BAM) started a program to evaluate the performance of laboratories testing for the AgBB (German Committee for Health-related Evaluation of Building Products) labelling scheme (Wilke et al., 2009). Test method validation was conducted through interlaboratory studies (ILS) with over 30 participants. Simultaneously, the National Institute of Standards and Technology (NIST) and Virginia Tech (VT) started a program to develop a series of reference materials that mimic real building products, can be tested in typical emissions chambers, and have independently known emission rates (Cox et al., 2010). BAM, NIST and VT subsequently joined forces to conduct a series of inter-laboratory studies using the prototype reference material. A pilot ILS was conducted with BAM and NIST followed by an expanded ILS with several participating countries. Results from these interlaboratory studies have the potential to define an internationally-accepted Standard approach to validate results from product emissions tests.
Indoor air pollutants influence the health and comfort of building occupants and consequently the energy consumption of the building. The pollutants are emitted by various sources.
Among these sources, building products are of particular importance. To control the emission of pollutants from building materials, a few different voluntary labelling Systems have been introduced in Europe. In Germany also mandatory “Principles for the health assessment of construction products used in interiors” have been applied for the technical approval of floor coverings since 2004. This procedure is based on the assessment scheine of the Committee for Health-related
Evaluation of Building Products (AgBBScheme). The sensory-limit settings for building-material label Blue Angel offer consumer to differ not only low-emission but also low-odour Building materials from another building materials.
VOC emissions from building materials accompanying sensory tests for different evaluation schemes
(2011)
Within a follow up project of a former study (Horn et al. 2005) emissions and odor from different types of construction products were investigated (financed by the German Federal Environmental Agency - FKZ 37 07 62 300).
The tested materials were mainly those used for construction of floors indoors. For this type of materials in Germany several labeling procedures exist which are based on Emission chamber testing. Two important labeling procedures in Germany are based on the AgBBevaluation scheme (Däumling et al. 2005). For some applications (flooring material) it is the mandatory Ü-mark of DIBt (German Institute for Construction Technology). Furthermore for carpets, adhesives and many other products, like sealants, mattresses, furniture and so on the voluntary blue angel mark exist. Within this scheme the volatile organic compounds (VOC) compounds are measured with well established procedures and are evaluated with LCI-values which were derived from health information.
Beyond that many complaints according to building products are caused by odors. Therefore an evaluation procedure for the odor is very important and should be implemented into all of the mentioned labeling schemes.
Quality and trueness of results received from measurements are very important for all involved parties, producers and consumers as well; for instance, if the results were used for acceptance of a product within a labeling procedure. Based on an inter-laboratory study with many German, European and US-American laboratories an extemal quality assurance System for the analysis of VOC emitting from products or the measurement in indoor air should be implemented (financed by the German Federal Environmental Agency).
A focus was set on the emission test chamber experiments and the connected analytical procedure. VOC have a dominating influence when applying the German AgBB scheme for health evaluation of building products.
Therefore it is necessary to ensure that the results between the testing laboratories are comparable. The successful participation to such round robin tests is offen essential for the acceptance of results given by an analytical laboratory.
With the implementation of glass casting in France in the second half of the 17th century, larger mirrors could be produced. So-called tin-mercury mirrors were made by coating glass with tin amalgam. Today, many historical mirrors are partly damaged, the image quality is compromised, and the material integrity of the mirror is threatened. The transformation from tin into an oxide starts at the surface of the amalgam and proceeds down to the glass surface. The mercury dissolves as a liquid or gaseous phase. The amalgam layer is destroyed, so that conservation is necessary. Conservators must follow strict safety precautions while handling amalgam mirrors because of possible mercury emissions and corrosion of the amalgam, during which elemental mercury accumulates near the mirror frame in droplets and is emitted into the air.
In a research project, the quantity of the mercury emissions from historical mirrors was examined and a technique to decrease these emissions was developed.
Correlation of aldehyde emissions and fatty acids content in pine wood and oriented strand boards
(2011)
Indoor air quality is important for human health and comfort. To ensure good indoor air quality contamination by volatile organic compounds (VOC) should be minimised. The aim of the project is the reduction of unsaturated aldehydes which can emit from oriented Strand boards (OSB): These aldehydes have an impact on the health based evaluation of emissions from products for indoor use according to the AgBB (Ausschuss zur gesundheitlichen Bewertung von Bauprodukten, Committee for Health Evaluation of Building Products) scheine (AgBB 2010). The model OSB were produced in a pilot plant using well known raw materials (Pinus sylvestris at different trunk heights) under using various processing parameters (Wilke et al. 2011).
OSB emit predominantly monoterpenes and aldehydes. Aldehydes are oxidation products of fatty acids in wood. The conditions which affect the oxidation process are the fatty acid concentration and composition, the oxygen content, the sample surface and the presence of compounds which indicate, inhibit or stop the oxidation respectively. The oxidation rate rises with an increasing number of double bounds in the fatty acid, e.g. the oxidation rate between oleic, linoleic and linolenic acid correspond to 1:12:24. One of the most important products of fatty acid oxidation is hexanal. It is generated during the oxidation of linoleic acid. This study shows a direct correlation between aldehyde emission and oxidation, hexanal can be used as an indicator for oxidation.
Formic and acetic acids are often responsible for damage of cultural objects, e. g. glass and metal corrosion or changing and fading of colours. Museums all around the world are equipped with different show cases. Display cases should protect cultural objects from dust as well as from mechanical damage. Several construction materials which are used for display cases, including wood, glue and coatings, are possible sources of very volatile organic compounds (VVOCs), volatile organic compounds (VOCs) and semi volatile organic compounds (SVOCs). These construction products can emit formic and acetic acids into the indoor or display case air. Modern display cases with small air change rates can cause higher concentrations of formic and acetic acids if any source is installed in the display case (Salthammer and Uhde, 2009). To minimize the risk of damage emissions from building products must be quantified. There is a need for a method for identification and quantification of acetic and formic acid. Some possibilities for the identification of acetic acid exist. The quantification of acetic acid for example after sampling on TENAX® or CARBOTRAP and thermal desorption-GC in accordance with ISO 16000-6 and ISO 16017-1 results in very low recovery rates. A new method should be stabile, robust, reproducible and comparable, with an easy local sampling and determination in laboratories. Miniaturised emission test chambers and model display cases were used to study the recovery rates.
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 corrosionresistant materials because of the large number of corrosive dangerous goods.
One solution to solve corrosion Problems is to line the tank with a polymeric material, an alternative solution is the application of high-alloyed stainless steels and nickel-based alloys as there are alloy 926 (1.4529), alloy 31 (1.4562) and alloy 59 (2.4605).
But there is an interest to use cost-efficient steels with high strength values and concomitant adequate corrosion resistance such as duplex Steel 1.4362 too. This Steel grade was originally developed as a substitute for the austenitic grades 1.4404 and 1.4571. 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. Due to the reduced alloying content, in particular Nickel (3.7 %) and Molybdenum (0.15 %), a lower resistance of the duplex steel 1.4362 compared to the austenitic CrNiMo-steels was observed in acidic media. The duplex Steel is an alternative to the austenitic steels, especially in alkaline media. The test results are included in the current 10th edition of the BAM-List and therefore available for the costumer.
The fire behaviour of composites clearly differs in comparison to polymers. Even though fibres and inorganic particles may be inert with respect to pyrolysis, they are clearly not with respect to fire behaviour. They change heat absorption and transfer within the Condensed phase, the melt flow/dripping behaviour of pyrolysing melts, the amount and properties of the fire residue and so on. Flame retardancy concepts tailored to composites are needed. Furthermore tasks that are specific for composites such as the structural integrity in fire get into the focus. Thus understanding of fire behaviour and flame retardancy mechanisms in composites is a key for target-oriented future development. The field is illuminated by Spotlights on different length scales. The examples are taken from different projects carried out in the group of the authors in the recent years. Flame retardancy mechanisms in nanocomposites are discussed, advanced halogen-free flame retardants for carbon and glass fibre composites presented as well as an approach to mechanical intermediate scale testing of carbon fibre composites under fire.
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.
Busbrände treten relativ häufig auf, auch wenn sich das im öffentlichen Bewusstsein nicht unbedingt widerspiegelt. Nach einer eigenen Internetrecherche brennt etwa an jedem zweiten Tag ein Bus in Deutschland.
Die grundlegenden Brandschutzvorschriften für Busse gehen auf die amerikanische
Norm FMVSS 302 zurück, die in den 60er Jahren entwickelt wurde und ist quasi weltweit noch immer in sämtlichen nationalen und internationalen Brandschutzvorschiften wiederzufinden. Ziel der FMVSS 302 ist es vor allem, Fahrzeugbrände durch das Rauchen zu verhindern. Verschiedene Untersuchungen zeigen jedoch, dass die meisten Busbrände andere Ursachen haben und zu ca. 80 % im Motorraum entstehen. Auch das Versagen von elektrischen Komponenten ist häufiger die Brandursache. Dies geschah z.B. im Jahr 2008 bei einem schweren Busbrand in der Nähe von Hannover, bei dem sich gerade einmal 13 Passagiere selber retten konnten und 20 Menschen ihr Leben verloren. Einige Brandleichen wurden sogar noch am Sicherheitsgurt angeschnallt aufgefunden.
Durch die enorme Zunahme brennbarer Kunststoffteile in Bussen entstand ein bisher unberücksichtigtes Risiko, das bei der Normentwicklung in den 1960er Jahren nicht berücksichtigt wurde. So hat sich die Brandlast seitdem etwa verzehnfacht und das toxische Potential erheblich gesteigert. Nach wenigen Minuten muss bei den Brandopfern bereits mit einem schnellen Tod durch Rauchgasvergiftungen gerechnet werden. Aufgrund der schnellen Brandentwicklung in Bussen können Passagiere in den allermeisten Fällen nicht bis zum Eintreffen der Feuerwehr warten und müssen sich selber retten. Die Zeit für die Selbstrettung muss signifikant verlängert werden, so dass auch mobilitätseingeschränkte Passagiere eine Chance zum Verlassen des Busses haben. Der Vergleich mit Brandschutzanforderungen anderer Transportsektoren (Bahn, Schiff, Flugzeug) zeigt, dass die Anforderungen dort sehr viel höher sind. Sowohl die Entflammbarkeit als auch die Wärmefreisetzung sowie die Rauchfreisetzung werden in diesen Normen begrenzt. Zudem werden Materialanforderungen hinsichtlich der Rauchgastoxizität gestellt.
Im Ergebnis dieser Arbeit sollen einerseits Brandschutzempfehlungen für die zweckmäßige und zugleich wirtschaftlich vertretbare Ausstattung von Bussen im Innenbereich unterbreitet werden. Andererseits sollen auch Überarbeitungsvorschläge für Prüftests vorgestellt werden, die den Brandschutz von Kraftomnibussen sicherstellen und erstmals auch Grenzwerte für die Rauchgastoxizität beinhalten. Dazu werden neben den Brandversuchen auch numerische Simulationen mit dem Fire Dynamics Simulator (FDS, Version 5, NIST) durchgeführt, in denen verschiedene Brandszenarien mit unterschiedlichen Buskategorien simuliert werden.
Während des Transportes sind Behälter für hoch radioaktive Abfälle durch stoßdämpfende Bauteile vor Einwirkungen, die aus Unfallszenarien gemäß den IAEA Regularien resultieren können, weitestgehend geschützt. Nach dem Entfernen dieser Komponenten im Rahmen der Einlagerung ins Zwischenlager müssen Vorkehrungen getroffen sein, um Beanspruchungen der Behälter aus möglichen Handhabungsunfällen im Empfangsbereich zu reduzieren. Die Maßnahmen müssen vor allem darauf abzielen, die stoßdämpfenden Eigenschaften der potentiellen Aufprallflächen zu optimieren. Da Standardmaterialien für Fundamente nur ein geringes Energieabsorptionsvermögen aufweisen, wurde durch die Firma HOCHTIEF eine neuartige Betonmixtur entwickelt, bei der ein spezieller Leichtzuschlag zum Einsatz kommen. Zur Charakterisierung dieses sogenannten Dämpferbetons liegen Standardkennwerte vor sowie Messwerte aus Eindringversuchen, die zur Qualitätssicherung für jede Produktcharge durchgeführt werden. Das stoßdämpfende Potential des neuen Werkstoffs kann jedoch nur dann vollkommen ausgeschöpft werden, wenn die Energieabsorption in numerischen Simulationen der Behälterabstürze über die gesamte Belastungsdauer zuverlässig wiedergegeben wird. Für die Implementierung und Anpassung eines entsprechenden Materialmodelis in einem Finite Elemente (FE) Programm
sind Daten aus systematischen Druckversuchen mit Variation der relevanten Einflussgrößen erforderlich. An der BAM werden daher im Rahmen eines werkstoffübergreifenden Forschungsvorhabens zur Untersuchung von stoßdämpfenden Strukturen auch die Eigenschaften von Dämpferbeton experimentell untersucht und zugehörige numerische Methoden entwickelt. Der aktuelle Beitrag behandelt die Ergebnisse der ersten Projektphase, in der kubische Probekörper mit der Kantenlänge 100mm bei unterschiedlichen Lagerungsbedingungen statisch und dynamisch gestaucht wurden. In nachfolgenden Versuchen wird der Einfluß der Probengröße ermittelt sowie die Eignung der verwendeten Materialmodelle anhand realistischer Belastungssituationen validiert.
Versuchsprogramm.
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.
The traceabiiity requirements for certification analyses of reference materials are much more stringent than for routine analysis, where certified matrix reference materials (CRM) can be used for calibration and to establish traceabiiity. Although the ISO-Guides related to CRM production and certification are not fully clear concerning calibration, many established CRM-producers do not accept matrix-CRMs for calibration in case of certification analyses, e.g. to avoid circular reasoning. These requirements limit the methods used for certification to those that can be calibrated using Standards of known high purity and stoichiometry or mixtures of such Standards. Powerful solid sampling techniques such as glow discharge mass spectrometry (GD-MS) or spark-optical emission spectrometry (SOES), where usually compact CRMs are used for calibration, seem not be applicable for certification analyses. Especially GD-MS is a powerful tool for trace element determination of solid samples. Beside metallic impurities the use of specific gas mixtures enables also the determination of interesting nonmetallic impurities such as sulfur and phosphorus. Within BAM a calibration approach, was developed which enables to use mixtures of Standards of known high purity and stoichiometry also for GD-MS. Analogue to matrix adaption in solution based techniques, the calibration approach is based on doped pressed powder pellets.
Approach and application on the certification analyses of copper and Steel CRMs are presented.
Die Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) führt im Rahmen einer Verwaltungsvereinbarung mit dem Bundesamt für Strahlenschutz (BfS) Bauartprüfungen für Behältertypen durch, die für die Endlagerung von nicht wärmeentwickelnden radioaktiven Abfällen in das Endlager Konrad vorgesehen sind.
Zur Erlangung einer Eignungsbestätigung einer Behälterbauart für das Endlager Konrad müssen die Antragssteller die Einhaltung der vom BfS festgelegten behälterspezifischen Anforderungen nachweisen. Zentrale Bestandteile der Bauartprüfung sind die Sicherheitsnachweise zur Behälterauslegung gegen mechanische Betriebs- und Störfallbelastungen sowie gegen thermische Störfallszenarien. Die Prüfanforderungen umfassen hierbei Stapeldruckprüfung, Hebeprüfung, Fallprüfung, thermische Prüfung (Brand), ggf. einschließlich Dichtheitsprüfung zum Nachweis der Einhaltung von Dichtheitsanforderungen.
Neben der Nachweisführung mittels sogenannter Baumusterprüfungen oder Obertragbarkeitsbetrachtungen können die Nachweise alternativ mittels numerischer Sicherheitsnachweise erbracht werden, sofern deren hinreichende Verifikation nachgewiesen wird, Dies kann u. a. durch den Vergleich mit hinreichend gesicherten experimentellen Ergebnissen geschehen, Die hier vorgestellten Untersuchungen sind Teil des internen Forschungsprojektes ConDrop der BAM, das zum Ziel hat, erweiterte Prüfmethoden zur Fallprüfung an Stahlblechcontainern für das Endlager Konrad mittels numerischer Beanspruchungsanalyse zu entwickeln. Dazu soll ein Finite-Elemente-(FE)-Modell entwickelt und mit experimentellen Daten, die in Fallversuchen ermittelt werden, verifiziert werden.
Main topics of the research project BEGLARES are the restoration of "dalle de verre" concrete Windows and the development of repair techniques and mortars. This project is executed in Cooperation between Glasmalerei Peters GmbH, the University of York and the BAM Federal Institute for Materials Research and Testing. It is funded by the Federal Ministry of Economics and Technology. The main mechanism of damages, the development of repair mortar and special test specimens are presented.
The goal of this study was to find a correlation between cleaning efficacy of substrates protected with anti-graffiti systems (AGS) and their porosity, surface roughness, and composition as well as usability of the Technical Testing Guideline for Anti-Graffiti Systems (TP-AGS, issued by BASt) for natural stone and brick/clinker masonry. The results showed that the cleaning efficacy mainly depends on the porosity of the substrate and the type of AGS. Also, higher surface roughness contributed to a lower cleaning efficacy. The results showed also that concrete panels and cement joints in masonry represented the worst case. The color change of all substrate materials compared to concrete was mostly within acceptable limits. Gloss changes were significant for a number of substrates. In particular, several of the wax-treated low-porosity substrates exceeded the threshold value of 10. The limit of water vapor permeability of the AGS prescribed in the TP-AGS might be too high for natural stone substrates. In general, the TP-AGS is useful for the determination of the efficiency factor of anti-graffiti agents on various substrates.
The concept and technical details of the implementation of the developed integrated monitoring system within the IMO-WIND project are presented. The tasks of the components of the system and its requirements are described. Selected results from the continuous monitoring during operation of the plant M5000_2 regarding the task design verification and dynamic structural analysis are given.
Although identified on the basis of so-called instationaiy creep-tests the constifrvtive model of Eurocode 3 (EN 1993-1-2, 2010) - hereinafter refened to as EC3 - represents a non-linear rateindependent relationship between stress and meclianical strain. I.e. the experimentally observed phenomenou of creep at constant stress but linear time varying temperature is described only through the temperature dependence of the material parameters characterizing the EC3 constitutive model. As a consequence some important phenomena cannot properly be described: E.g. creep or relaxation at constant temperature, creep or relaxation at non-monotonic temperature rates or sensitivity of the instationary creep process on the temperatme rate.
Die mechanische Beanspruchung von Transport- und Lagerbehältern für radioaktive Stoffe gemäß den durch die IAEA vorgegebenen Prüfszenarien oder bei Unfällen, die während der Handhabung in einer kerntechnischen Anlage auftreten können, wird maßgeblich durch das Design der Stoßdämpfer und die Eigenschaften des jeweiligen Untergrundes beeinflusst. Da der Nachweis der Behälterintegrität und -dichtheit häufig an numerische Simulationen gekoppelt ist, sind für die sicherheitstechnische Auslegung der Konstruktion zuverlässige Informationen über das Energieabsorptionsvermögen der Werkstoffe und eine geeignete Umsetzung dieser Daten in FEM - Programme erforderlich. Die im Rahmen von Falluntersuchungen bei der BAM festgestellten, teilweise erheblichen Abweichungen zwischen experimentellen und berechneten Größen sind entsprechend darauf zurückzuführen, dass die zur Verfügung stehenden numerischen Verfahren das komplexe Verhalten der stoßdämpfenden Strukturen
nicht ausreichend präzise wiedergeben. Hiervon besonders betroffen sind Bauteile aus Holz und Polyurethan-Schaum (PU-Schaum), die zur Konstruktion von Behälterstoßdämpfern für die Transportkonfiguration eingesetzt werden, sowie Dämpferbeton, der in ausgewählten Bereichen im Fundament von Standort-Zwischenlagern eingebaut wird. Um die zugehörigen Materialmodelle weiter zu entwickeln und die dafür erforderliche Datenbasis zu schaffen, hat die BAM vor knapp zwei Jahren das vom BMBF geförderte Forschungsvorhaben ENREA (Entwicklung rechnerischer Analysemethoden für stoßdämpfende Strukturen beim Anprall oder Absturz von Abfallgebinden) gestartet. Wesentlicher Bestandteil ist ein systematisches Versuchsprogramm, bei dem die drei genannten Werkstoffe statisch und dynamisch hohen Druckbelastungen ausgesetzt werden. Relevante Versuchsparameter sind, neben der Dehnrate, die Temperatur und Lagerungsbedingungen sowie die Orientierung des Werkstoffes hinsichtlich der Belastungsrichtung. Dieser Beitrag präsentiert die wichtigsten Ergebnisse aus der ersten Versuchsphase, die durch weggesteuerte Versuche mit konstanten Prüfgeschwindigkeiten von 0,02 mm/s und 3000 mm/s gekennzeichnet ist. Darüber hinaus wird die Verwertung dieser Daten zur Anpassung von Materialmodellen auf der Grundlage von Nachrechnungen gezeigt, wobei die Möglichkeiten und Grenzen der verwendeten Konzepte Umrissen werden. Aufgrund des Umfangs, den die Versuche mit Holzwerkstoffen einnehmen, und des erforderlichen Aufwandes für die numerische Modellierung werden die entsprechenden Maßnahmen und Ergebnisse in einem eigenständigen Beitrag auf der KONTEC vorgestellt.
The 9 meter drop onto an unyielding target is one of the important mechanical tests within the safety assessment of transport casks for radioactive material. In general, the cask is equipped with impact limiters to reduce the dynamic load on the cask body by absorbing a major part of the kinetic energy. The impact limiters are often made of wood or aluminium. In this study an elastic-plastic material model with volume change was used to describe the stress-strain behaviour of wood found in crush tests. For aluminium, an elastic-incremental plastic material model with Cowper-Symonds parameters for strain rate depending material hardening was used to model the adiabatic stress-strain relations measured at specimens at constant ambient temperature. Hereafter simulations with a sophisticated finite element model were carried out and compared with different drop tests. Four drop tests of a half-scale cask model equipped with wood and aluminium impact limiters with different drop positions were selected to investigate the impact limiter behaviour during a 9 meter drop test. All drop tests were simulated with the same FE mesh but under different boundary and initial conditions.
Paper is one of the most important materials representing and witnessing human culture particularly as a carrier medium for text and image. As soiling hampers the reception of information, paper cleaning techniques are needed. Traditional mechanical and chemical cleaning methods are used by conservator-restorers. In some cases, a classical cleaning procedure of paper objects yields unsatisfactory results or a conventional treatment is even impossible. Especially, fragile paper objects cause problems due to mechanical instabilities. Laser cleaning as a non-contact method might be a way to overcome some of the limitations of classical cleaning techniques. Laser parameters have to be chosen to achieve removal of the soiling without influencing the artwork. Any immediate as well as long-term effects causing an irreversible change of the artwork have to be avoided. At present, most laser applications are found in stone and metal conservation, while laser treatment of complex organic materials like paper is still not fully developed for application in conservators' workshops. This contribution describes recent work of pulsed laser cleaning of soiled model samples. Pure cellulose, rag paper and wood-pulp paper were mechanically soiled with pulverized charcoal in a standardized procedure to make model samples representing essential characteristics of contaminated real-world artworks. Afterwards, model samples were cleaned using short and ultrashort laser pulses in the nanosecond and femtosecond time domain, respectively. An extensive analysis of the model samples after laser treatment using an optical microscope and a multi-spectral imaging system allows a comparison of the cleaning results obtained with both laser sources.
Im Zuge des Forschungsvorhabens ENREA (Entwicklung rechnerischer Analysemethoden für stoßdämpfende Strukturen beim Anprall oder Absturz von Abfallgebinden) führt die BAM systematische Untersuchungen an stoßdämpfenden Werkstoffen, unter anderem an Fichtenholz, durch. Zweck der mit diesen Untersuchungen erzeugten Datenbasis ist die Erstellung und Parametrierung eines Finite-Elemente- (FE-) Materialmodells, das die Modellierung holzgefüllter stoßdämpfender Bauteile von Transportbehältern für radioaktive Stoffe in der FE-Simulation ermöglichen soll.
Anhand von Ergebnissen aus der ersten Versuchsphase werden der Einfluss der Dehnrate und der Faserorientierung auf das Kraft-Verformungs-Verhalten von Fichtenholz diskutiert. Anschließend wird die rechnerische Modellierung von Fichtenholz diskutiert und die Anforderungen an ein Materialmodell werden erläutert.
DGZfP - Merkblatt elektrochemische Potentialmessungen zur Detektion von Bewehrungsstahlkorrosion
(2011)
Im DGZfP- Fachausschuss für zerstörungsfreie Prüfling im Bauwesen - Unterausschuss Korrosionsnachweis bei Stahlbeton haben sich die Universitäten München, Aachen, Stuttgart und Braunschweig sowie die BAM Berlin an der Überarbeitung des Merkblatts B 3: „Elektrochemische Potentialmessungen zur Detektion von Bewehrungsstahlkorrosion“ beteiligt. Das Merkblatt wurde komplett überarbeitet und bietet jetzt umfangreichere Hinweise zur Durchführung der Messungen und deren Auswertung. Wesentlich stärker als zuvor geht das Merkblatt auf mögliche Einflüsse und Fehlerquellen sowie die für eine Interpretation der Daten notwendigen begleitenden Bauwerksuntersuchungen ein. Die nachfolgenden Ausführungen greifen einige wesentliche Aspekte in enger Anlehnung an die Ausführungen des Merkblatts B3 auf. Das vollständige Merkblatt ist über die DGZfP e.V. online zu beziehen.
Ingress of moisture and harmful ions (e.g. Chloride, sulfate) into cementitious materials is one of the major factors in defining their durability. Modifications of building materials by targeted deposition of surface functional agents that make the surface hydro- and/or oleophobic aim to minimize moisture and ion ingress, and thus extend Service life of the cement based structures. Water repellent and easy-to-clean coatings for inorganic Substrates have gained strong attention during the last few years and various formulations based on silicones or alkylpolysiloxanes have been developed. Cementitious building materials are highly complex Systems with many components and changing properties in the course of a building’s Service life. The interactions between the Chemical agents and the cement based materials depend on many factors. The Chemical properties of the material Substrate appear to be the most important but in the context of their influence on the functionality of silanes and/or siloxanes these characteristics have not been well understood yet. The aim of this study was to evaluate the effect of different blended cements on water repellent agents’ performance. Two organosilicon compounds
were applied on fresh blended cements containing limestone (L), fly ash (F), slag (S) and trass (T), and investigated in terms of their functionality.
The surface properties of functionalized blended cements were studied based on wettability, i.e. contact angle measurements, before and after exposure to artificial and natural weathering. The first results indicate that slag and trass more distinctly affect the water repellent Surface performance after aging.
The strength of laminates distinctly depends on the transverse strength of the laminas. The transverse failure is dominated by the adhesion between fiber and matrix. Usual strength criteria however do not take into account the adhesive strength explicitly. The determination of the interface strength is performed on the micromechanical scale using single fiber specimens. The fibers are loaded under off-axis loading while the debonding is monitored under a microscope. The stresses acting in the Interface are calculated by finite element analyses. It is found that for off-axial angles up to 35° interfacial debonding is the dominant failure mode while fiber breakage takes place at lower angles. The occurrence of fiber breakage and debonding under off-axis loading shows that the restriction to two potential failure planes - perpendicular or parallel to the fibers - as applied in common failure criteria has to be put in question.
Concrete containing lightweight aggregates has been known since ancient times. To reduce weight, natural aggregates of volcanic origin, such as crushed lava or pumice, were used in construction purposes, for example for the Pyramids during the Mayan period in Mexico or for monumental structures in the Roman Empire. The most famous examples of this first application of lightweight aggregate concrete (LWAC) in Europe are certainly the Colosseum and the Pantheon. The Roman constructors used natural as well as artificial aggregates, such as pumice, crushed lava and crushed brick, to realise lightweight concrete applications in parts of these buildings. Still today, pumice is used in Germany, Italy, Japan and Iceland as aggregate for structural lightweight concrete.
The Konrad repository for not heat generating radioactive wastes was licensed first in 2002. But due to legal actions this license has not been finally confirmed before 2007. Subsequently, the Federal Office for Radiation Protection (BfS) began scheduling backfitting of the former iron ore mine into a repository. The licensed repository volume is 303,000 m3 based on estimations of expected waste volumes to be disposed off although the mine itself would offer a much larger volume. Once the repository is ready for Operation, waste packages can be disposed, but this is not expected before the end of this decade. Nevertheless, there is already today a great interest in qualified and certified waste conditioning and packaging for disposal requiring Containers, tested, evaluated and certified by BAM and BfS.
Key points of the Konrad license concern comprehensive requirements for waste products and Containers. Details are described in BfS reports, which constitute the basic documents for the license. Following the final license confirmation a revision of these documents has been requested in order to include considerations of water poisoning substances. This work is currently done by BfS in Cooperation with the NLWKN of Lower Saxony and the Institute for Safety Technology (ISTec). Concerning the specification for Containers themselves no or only minor changes are expected.
Das Endlager Konrad wurde bereits im Jahr 2002 als Endlager für nicht Wärme entwickelnde radioaktive Abfälle genehmigt. Jedoch wurde diese Genehmigung anschließend beklagt und konnte erst 2007 in letzter Instanz bestätigt werden. Nachfolgend hat das Bundesamt für Strahlenschutz (BfS) mit der Planung und Realisierung zum Umbau des ehemaligen Eisenerzbergwerkes zum Endlager begonnen. Das genehmigte Endlagervolumen beträgt 303.000 m3 und basiert auf Abschätzungen für die zu erwartende Abfallmenge. Das Bergwerk selbst böte ein deutlich größeres Volumen. Mit der Einlagerung von Behältern kann allerdings erst nach Fertigstellung des Endlagers und nach derzeitigem Stand voraussichtlich nicht vor Ende dieses Jahrzehnts gerechnet werden. Gleichwohl besteht bereits heute ein hohes Interesse an der endlagergerechten Konditionierung und Verpackung der für Konrad vorgesehenen radioaktiven Abfälle, wofür nicht zuletzt von der BAM bauartgeprüfte und vom BfS zugelassene Behälter erforderlich sind.
Kernpunkte der Endlagergenehmigung sind umfassende Anforderungen an Abfallprodukte und Behälter. Einzelheiten sind in den vom BfS der Genehmigung zu Grunde liegenden Berichten und Endlageranforderungen definiert. Diese enthalten vor allem Anforderungen an die Abfallprodukte und an die zu deren Verpackung erforderlichen Behälter. Mit der Genehmigungserteilung wurde auch eine Überarbeitung dieser Endlageranforderungen und hinsichtlich der Berücksichtigung Wasser gefährdender Stoffe gefordert. Diese Arbeiten werden derzeit vom BfS in Zusammenarbeit mit dem Niedersächsischen Landesbetrieb für Wasserwirtschaft, Küsten- und Naturschutz (NLWKN) und dem Institut für Sicherheitstechnik (ISTec) vorgenommen. Hinsichtlich der Anforderungen an die Endlagerbehälter wird allerdings davon ausgegangen, dass die für die Behälterbauartprüfung wesentlichen abfallprodukt- und behälterspezifischen Anforderungen davon nicht oder nur unwesentlich berührt sein werden.
Unter dem Motto „Innovation und Qualitätssicherung in der (Bio)Analytik“ werden in der Arbeitsgruppe Fluoreszenzspektroskopie der BAM, Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung, funktionelle Chromophor-Systeme, einfache Signalverstärkungs- und Multiplexingstrategien sowie innovative Validierungs- und rückführbare Standardisierungskonzepte für verschiedene fluorometrische Messgrößen und Methoden entwickelt. Im Mittelpunkt stehen dabei molekulare Fluorophore, Nanokristalle mit größenabhängigen optischen Eigenschaften (sogenannte Quantenpunkte, QDs) und fluoreszierende Partikel variabler Größe sowie Sonden und Sensormoleküle für neutrale und ionische Analyte und für die Charakterisierung von funktionellen Gruppen. Dabei erfolgen auch methodische Entwicklungen für die Fluoreszenzspektroskopie, die Fluoreszenzmikroskopie, die Milcrofluorometrie, die Sensorik und die Mikroarraytechnologie. Ziele sind u. a. das Design und die Untersuchung von multiplexfähigen selektiven und sensitiven Sonden für die Biomarkeranalytik, die Entwicklung von Methoden zur Charakterisierung der signalrelevanten Eigenschaften dieser Chromophor-Systeme und zur Charakterisierung von funktionellen Gruppen an Oberflächen und ihre Validierung sowie die Entwicklung und Bereitstellung von formatadaptierbaren, flexibel ersetzbaren
Standards für die fluoreszenzbasierte Multiparameteranalytik.
The influence of paper type and state of degradation on laser cleaning of artificially soiled paper
(2011)
Lasers can be a supplemental tool for restorers to overcome some of the limitations of traditional dry cleaning techniques for works of art on paper. The laser working range has to be optimized allowing for safe removal of contamination and limitation of damage to the substrate. This paper addresses the influence of paper type and state of degradation on laser working range. Three types of new paper (pure cellulose, bleached pulp paper, rag paper) were degraded and characterized with respect their degree of polymerization. Laser-induced damage thresholds of new and degraded paper were determined using SEM and viscometry. Additionally, artificially soiled model samples were made using two kinds of soiling, namely pulverized charcoal and soot-blackened standard test dust. Cleaning thresholds of soiled paper samples were evaluated. A working range for all combinations of paper and soiling between 0.05 J/cm2 and 0.5 J/cm2 was found for the application of 8-ns laser pulses at 532 nm wavelength.
Concrete is by far the most common building material in the world. Due to its good durability it is widely used in building envelopes. One major part of the embodied energy in concrete comes from the production of Portland cement that consumes around 3,500 MJ energy per each ton of cement. Globally 2.6 billion tons of Portland cement is produced and the consumption is increasing. Since concrete will be used as main building material also in future construction, it is reasonable to develop concrete building components with lower embodied energy.Using the example of an ultra-high performance concrete (UHPC) façade element, it is demonstrated how the embodied energy can be reduced by application of hydrothermal curing.
In contrast to other simulation fields like forming simulation, welding simulation is still not widely used in industrial environments. A high user expertise, a high time-to-solution and the result accuracy are the most important problems that hinder its extensively application. Different modeling approaches influence these aspects and an analysis of their implementation is of interest especially for the automotive industry as a key user for production Simulation.
Self-ignition behavior of mixtures of methane and oxygen was investigated in a temperature range from 600 to 800°C. Variations of mixture composition, inert gas content, temperature and filling rate of the ignition autoclave were carried out in order to establish process boundaries for high temperature partial oxidation processes. The tests show that considerably high methane contents are needed to avoid an ignition. Heating-up tests show that ignition is possible at surprisingly low temperatures. This can be attributed to pre-ignition reactions that produce more instable intermediates.
Vibrationsprüfungen an sicherheitskritischen Ventilen: Zwei Beispiele aus Forschung und Anwendung
(2011)
Ventile für gasförmige Medien müssen neben dem Druck oft auch Vibrationsbelastungen durch ihren Einsatz ertragen.
Die dadurch entstehenden Massenkräfte können die Funktion des Ventils beeinflussen, indem z. B. die Anpresskraft im Ventilsitz dadurch verändert oder die Betätigungseinrichtung verstellt wird. Die schwellenden oder wechselnden Beanspruchungen können auch zu Ermüdungsschäden und damit zu dauerhaftem Funktionsverlust führen.
Bei der Vibrationsprüfung für ein pneumatisch ausgelöstes Schnellöffnungsventil eines CO2-Feuerlöschsystems wurde die relevante EN 12094-4 angewendet. Diese setzt Mindestanforderungen in Hinblick auf die Schwingfestigkeit durch eine Gleitsinusprüfung.
Im Gegensatz dazu steht die im Rahmen eines Forschungsvorhabens durchgeführte Vibrationsprüfung an einem Sicherheitsventil für Tanklastwagen, bei der ein umfangreicheres Prüfprogramm erstellt wurde, um vibrationsabhängiges Ansprechen des Ventils zu untersuchen.
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.
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.
Für Polypropylen unterschiedlicher Stabilisierung wurden in künstlichen Bestrahlungstests sowohl die spektrale Empfindlichkeit als auch die Temperaturabhängigkeit der Rissbildung quantitativ ermittelt. Dafür wurde die Dauer bis zur Rissbildung sowohl bei spektraler Bestrahlung als auch bei Bestrahlung in einem UV-Leuchtstofflampengerät bei verschiedenen Temperaturen bestimmt.
Die Temperaturabhängigkeit konnte als Arrhenius-Abhängigkeit beschrieben werden; das Wirkungsspektrum wurde an eine Stufenfunktion angepasst. Anschließend wurde auch noch der Einfluss des Stabilisatorgehalts als Potenzfit parametrisiert. Die Einzelabhängigkeiten wurden zu einer Gesamtfunktion der Wirkungen in Abhängigkeit der Dosis zusammengesetzt, die es ermöglicht die Wirkungen unterschiedlicher Dosiskombinationen abzuschätzen.
Zur Validierung der Dosis-Wirkungsfunktionen wurden Freibewitterungsergebnisse aus Phoenix/Arizona herangezogen. Mit der Dosis, die sich aus den Wetterdaten dieser Freibewitterung ergibt, wurden anhand der Dosis-Wirkungs-Funktionen die jeweiligen Lebensdauern errechnet und mit dem experimentell bestimmten Versagen in der Freibewitterung verglichen.
Die Arbeiten erfolgten im Rahmen des ViPQuali-Projektes mit dem Ziel der Bestimmung der Materialkenngrößen.
Beside such well approved residues like fly ash, blast fumace slag, silica fume and crushed concrete orbrick, other materials, like waste incineration bottom ash, steel slag, biomass ash, industrial sludge or mixed demolition waste, bear the potential to be used in high-grade mineral building materials. However, sophisticated Processing technologies and progressive applications ofthe waste products are needed. The material efficiency has to be improved by further R&D activities. This paper Shows the activities ofthe working group “Saving Resources by Material Recycling” and presents research about the use of residues from industry, incineration processes and deconstruction for the production of high-grade mineral building materials.
Für die Vorhersage der Containment Sicherheit beim Bersten von Laufrädern in Abgasturboladern müssen zum einen komplexe Verformungs- und Schädigungsvorgänge bei dynamischer Belastung einschließlich ihrer Temperaturabhängigkeit mit geeigneten Versuchen erfasst und gemessen werden, zum anderen müssen diese temperatur- und dehnratenabhängigen Kennwerte in weiterentwickelten Materialmodellen für das Verformungs- und Schädigungsverhalten abgebildet werden.
Im Rahmen dieses Vorhabens wurden drei Gusswerkstoffe untersucht. Für den Gusswerkstoff mit Kugelgrafit EN-GJS-400 wurden die weitestgehenden experimentellen Untersuchungen zur Charakterisierung des Materialverhaltens unter ein- und mehrachsigem Zug sowie unter Druck- und Scherbeanspruchung für ein breites Spektrum von Beanspruchungsgeschwindigkeiten und Temperaturen durchgeführt. Die Untersuchungen an den beiden weiteren Werkstoffen erfolgten mit auf der Basis der gewonnen Erkenntnisse optimiertem Aufwand. Der Schwerpunkt der Arbeiten lag dabei im Bereich hoher Beanspruchungsgeschwindigkeiten und höherer Temperaturen sowie deren Kombination.
Für die numerische Modellierung der Containment Sicherheit von ATLs wurde ein vorhandenes Materialmodell weiterentwickelt, so dass es in der Lage ist, das Verformungs- und Versagensverhalten von Gusswerkstoffen, wie z.B. den Zug-Druck-Unterschied, in Abhängigkeit von Spannungsmehrachsigkeit, Temperatur und Dehnrate auch für große plastische Deformationen zu beschreiben. Die Modellparameter wurden durch numerische Simulation von Experimenten an Proben bestimmt. Das Modell wurde in ein kommerzielles Finite-Elemente-Programm mit expliziter Integration implementiert und ist in der jetzigen Version auf FE-Modelle mit Volumenelementen beschränkt.
Das Materialmodell wurde im Rahmen dieses Vorhabens zunächst zur numerischen Simulation von Experimenten an gekerbten Proben unter Biegebelastung angewendet. In einem zweiten Schritt erfolgte die Verifikation des Bauteilverhaltens durch numerische Simulation der hochdynamischen Beschussversuche. Da in diesem Vorhaben das Materialverhalten jedoch nur für das Containment und nicht auch für den Rotor des ATLs untersucht wurde, hat man für das Projektil und das Bauteil den gleichen Werkstoff verwendet. Die Belastung in diesen Beschussversuchen ist vergleichbar mit dem Aufprall eines Rotorfragments auf das Containment des Abgasturboladers. Abschließend wurde die numerische Simulation eines Containment Tests an einem Abgasturbolader durchgeführt.
Die Nachrechnung dieser Experimente ist somit als ein Nachweis der Prognosefähigkeit des Materialmodells anzusehen. Numerische Stabilität der Userroutine konnte erreicht und eine gute Übereinstimmung mit den experimentellen Ergebnissen erzielt werden.
The notched impact strength at -30 °C is one of the selected properties, together with the corresponding test method 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 marginal drop heights determined with the drop test at -18 °C after pre-storage of the test samples with 55 % nitric acid at 40 °C only partly related to the notched impact strength at -30 °C. The Charpy method is only suitable for classifying the grade in relation to toughness behavior and using this classification for comparison with other grades. Notched impact strength can provide a qualitative indication if the test samples fail under shock forces.
Conditioning the design types with 55 % nitric acid for 21 days at 40 °C causes an increase in the marginal drop heights of the design types in drop tests at -18 °C when compared with design types without pre-storage. Post-crosslinking of the grades increases stiffness because of the acidic influence.
For the design of gas explosion venting systems for confinements only little guidance is given when considering the constructional boundary conditions or process conditions. For this reason conservative assumptions are prevalent in practice and in many cases the protective Systems become significantly oversized. Such safety margins in venting areas can lead to a critical acceleration of the pressure rise. Finally, a gas explosion at turbulent conditions caused by oversizing of the venting area rather leads to an under-sized system and supports the deflagration to detonation transition (DDT). The present investigation was focused especially on the influence of certain obstacles as well as the effect of the initial pressures on the explosion venting behavior of methane-air-mixtures and of hydrogen-air-mixtures.
Ultrashort pulses lasers are tools of choice for functionalizing the bulk of transparent materials. In particular, direct photoinscription of simple photonic functions have been demonstrated. Those elementary functions rely on the local refractive index change induced when focusing an ultrashort pulse in the volume of a transparent material. The range of possibilities offered by direct photoinscription is still under investigation. To help understanding, optimizing and assessing the full potential of this method, we developed a time-resolved phase contrast microscopy setup. The imaginary part (absorption) and the real part of the laser-induced complex refractive index can be visualized in the irradiated region. The setup is based on a commercially available phase contrast microscope extended into a pump-probe scheme. The originality of our approach is that the illumination is performed by using a pulsed laser source (i.e. a probe beam). Speckle-related issues are solved by employing adequate sets of diffusers. This laser-microscopy technique has a spatial resolution of 650 nm, and the impulse response is about 300 fs. The laser-induced refractive index changes can be tracked up to milliseconds after the energy deposition. The excitation beam (the pump) is focused with a microscope objective (numerical aperture of 0.45) into the bulk of an a-SiO2 sample. The pump beam can be temporally shaped with a SLM-based pulse shaping unit. This additional degree of flexibility allows for observing different interaction regimes. For instance, bulk material processing with femtosecond and picosecond duration pulses will be studied.
Der Fachbeirat beschloss im vergangenen Jahr Zulassungsrichtlinien für Kunststoffdichtungsbahnen, Schutzschichten, Kunststoff-Dränelemente und Geotextilien zum Filtern und Trennen und eine Richtlinie über Anforderungen an Verlegefachbetriebe, die von seinen Arbeitsgruppen vorbereitet worden waren, und nunmehr die Grundlage für die Zulassungstätigkeit bilden. In diesem Beitrag wird im Anschluss an die Ausführungen auf der letzten Fachtagung kurz über wesentliche Anforderungen und Zulassungsvoraussetzungen berichtet. Noch nicht verabschiedet sind die Richtlinien für Dichtungskontrollsysteme und Bewehrungsgitter aus Kunststoff. Auf den Diskussionsstand bei den Anforderungen an die Bewehrungsgitter wird etwas ausführlicher eingegangen, da sich neben den materialtechnischen auch bemessungstechnische Probleme ergeben.
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.
The formation of laser-induced periodic surface structures (LIPSS) upon irradiation of semiconductors and dielectrics by linearly polarized high-intensity Ti:sapphire fs-laser pulses (τ ~100 fs, λ ~800 nm) is studied experimentally and theoretically. In the experiments, two different types of LIPSS exhibiting very different spatial periods are observed (socalled LSFL low spatial frequency LIPSS, and HSFL - high spatial frequency LIPSS), both having a different dependence on the incident laser fluence and pulse number per spot. The experimental results are analyzed by means of a new theoretical approach, which combines the generally accepted LIPSS theory of J. E. Sipe and co-workers [Phys. Rev. B 27, 1141-1154 (1983)] with a Drude model, in order to account for transient changes of the optical properties of the irradiated materials. The joint Sipe-Drude model is capable of explaining numerous aspects of fs-LIPSS formation, i.e., the orientation of the LIPSS, their fluence dependence as well as their spatial periods. The latter aspect is specifically demonstrated for silicon crystals, which show experimental LSFL periods Λ somewhat smaller than λ. This behaviour is caused by the excitation of surface plasmon polaritons, SPP, (once the initially semiconducting material turns to a metallic state upon formation of a dense free-electron-plasma in the material) and the subsequent interference between its electrical fields with that of the incident laser beam, resulting in a spatially modulated energy deposition at the surface.
Upon multi-pulse irradiation, a feedback mechanism, caused by the redshift of the resonance in a grating-assisted SPP excitation, is further reducing the LSFL spatial periods. The SPP-based mechanism of LSFL successfully explains the remarkably large range of LSFL periods between ~0.6 λ and λ.
Analyzing damages at concrete structures due to physical, chemical, and mechanical exposures need the application of innovative non-destructive testing methods that are able to trace spatial changes of microstructures. Here, the utility of three different crack detection methods for the analysis of computed tomograms of various cementitious building materials is evaluated. Due to the lack of reference samples and standardized image quality evaluation procedures, the results are compared with manually segmented reference data sets. A specific question is how automatic crack detection can be used for the quantitative characterization of damage processes, such as crack length and volume. The crack detection methods have been integrated into a scientific visualization system that allows displaying the tomography images as well as presenting the results.
Tomography data obtained from transmission electron microscopes are especially attractive due to their unrivaled spatial resolution in the nanometer range or even less, but they require enormous efforts in sample preparation and suffer from a diverse accumulation of experimental restrictions, which unavoidably result in fundamental reconstruction artifacts. These restrictions refer to: partial opacity, a limited view (limited angle or missing wedge), very few angles (with respect to the detector size), limited to a region of interest (ROI; due to the sample size), variable angular increments as well as sample degradation due the interactions with the electron beam. An advanced version of the DIRECTT (Direct Iterative Reconstruction of Computed Tomography Trajectories) algorithm proves to cope with most of these severe deviations from ideal CT measuring conditions. However, careful data preprocessing is required in order to exploit the capabilities of the algorithm.
Nanometer sized Ruthenium catalyst particles for fuel cell applications are 3D imaged at a few Ångström resolution in order to estimate their partial free surface on carbon black supports, which rule the efficiency of the catalytic activity.
Comparisons of DIRECTT reconstructions to the conventional filtered back projection, prove the significant improvements.
The computer simulation of radiography is applicable for different purposes in NDT such as for the qualification of NDT systems, the optimization of system parameters, feasibility analysis, model-based data interpretation, education and training of NDT/NDE personnel, and others. Within the framework of the European project PICASSO simulators will be adapted to support reliability assessments of NDT tasks. The radiographic simulator aRTist developed by BAM is well suited for this task. It combines analytical modelling of the RT inspection process with the CAD-orientated object description applicable to various industrial sectors such as power generation, aerospace, railways and others. The analytic model includes the description of the radiation source, the interaction of Radiation
with the material of the part, and the detection process with special focus to DIR. To support reliability estimations the simulation tool is completed by a tool for probability of detection (POD) estimation. It consists of a user interface for planning automatic simulation runs with varying parameters, specifically defect variations.
Further, an automatic image analysis procedure is included to evaluate the defect visibility and calculate the POD therefrom.
Industrial computed tomography (CT) today is an important method to analyze defects and to measure the geometry of technical products. The measurement capability of industrial CT often depends on the knowledge of the measurement errors being present. Only with this knowledge, effective corrections are possible by manufacturers, or adapted measurement procedures become possible for the customers. Thus, there is the strong need to have adequate reference standards both for the assessment of general dependencies and for the measurement of task-specific effects. Especially the latter are difficult to assess. This paper shows the application of a versatile dismountable workpiece-near reference body for the use with CT. The reference standard was made from a miniaturized cast aluminium (one-)cylinder head. It can be dismounted into four segments, each featuring reference geometries which enable a registration of CT measured and other reference datasets (e.g. from tactile CMM). The reference standard embodies complex freeform surfaces which are a challenging measurement task for CT and other sensors. Here the application of the reference standard is the study of the influence of material mixes. This is realized by adding pieces of other materials which disturb the mono-material measurement.
Results of the application of the reference standard are presented using data from industrial micro-CT systems and CMM reference data. A special emphasis is given on the workflow of the data processing and the data analysis.
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.
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.
Abweichend von der gängigen Vorgehensweise, mit einem Bleistiftstrahl
die Lage eines Bildpunktes festzulegen und die rückgestreute Strahlung großflächig aufzunehmen, bietet die neu entwickelte Kamera Unabhängigkeit von Einstrahl- und Blickrichtung. Ausgestattet mit einer 'Optik' für hochenergetische Strahlung, wie die bereits beschriebene Schlitzblendenkamera, ist die variable Gestaltung von Einstrahl- und Blickrichtung möglich. Damit eröffnet sich die
Chance, Strahlung absorbierende Details in einem Objekt sichtbar werden zu lassen, die sonst von einer streuenden Umgebung überstrahlt würden. Zudem wird gezeigt, wie sich das Erscheinungsbild von Objekten umgebungsbedingt im Rückstreubild ändern kann.
Für die öffentliche Sicherheit wird gesorgt, indem Gefahren rechtzeitig entdeckt werden. Deren Ursprung kann im technischen oder menschlichen Versagen liegen, womit im englischen Sprachraum zwischen 'Safety' und 'Security' unterschieden wird. Hinsichtlich der Folgen verschwimmt aber dieser Unterschied, obwohl für deren Verhinderung unterschiedliche Zuständigkeiten existieren. Bezüglich des gemeinsamen Interesses und auch überlappender Methoden und Vorgehensweisen würden beide Seiten gewinnen können, wenn es eine Brücke zwischen ihnen gäbe. Eine solche zu schaffen hat sich die EFNDT Arbeitsgruppe (Working Group) 5 zur Aufgabe gestellt. Gestaltet werden soll sie durch gemeinsame Veranstaltungen und Seminaren, die zur Bildung von Konsortien und der Durchführung gemeinsamer Projekte führen sollen.
Verleimte Holzproben wurden je nach Größe mit thermischen (ANTARES) bzw. schnellen Neutronen (NECTAR) an der Forschungs-Neutronenquelle Heinz Maier-Leibnitz (FRM II) der Technischen Universität München in Garching untersucht. Entweder ließen die durchstrahlbare Schichtdicke oder die eingeschränkte Strahlgeometrie es nicht zu, das Probenteil allseitig zu durchstrahlen.
Um dennoch innere Strukturen wie Leimschichten zumindest mit einem eingeschränkten Winkelbereich tomographisch darzustellen, wurde mit Hilfe des Slice-Theorems erfolgreich rekonstruiert. Ein Brett von 2 cm Dicke wurde mit thermischen Neutronen erfolgreich untersucht, ein größeres mit schnellen.
Neutrons are absorbed particularly by hydrogen containing materials so
they can be used as a tool for visualising heterogeneous density distributions of organic materials. Penetration limits are set by the layer thicknesses and the neutron energies applied. In case of specimens with a flat shape the situation may be encountered that the object only could be penetrated in selected directions. In addition, the overall size may exceed the beam diameter and thus the viewing window if a certain region of interest should be studied by tomography without destroying the integrity of the specimen.
This study shows the capabilities and limits of thermal and fast neutrons to investigate flat wooden specimens such as boards and girders by neutron tomography under such circumstances. Taking projections was impaired either by the limits of penetrability or by the total size of the object. As a consequence, projections were included for reconstruction only from a limited angular range of 90°. It could be shown that an approach based on the slice theorem was capable to visualise structural features along the beam directions while simply omitting the perpendicular ones without causing additional artefacts.
Small samples with a thickness of up to 2 cm but several times broader could be studied with the ANTARES facility of the FRM II neutron source in Garching providing thermal neutrons while larger objects required a beam of higher energy as available in the NECTAR facility of the same institution. The fast (fission) neutrons (1.5 – 2 MeV) of this site allowed investigating an area of interest inside a girder with a cross section of 23.5 x 49 cm². Internal features such as inclusions could be detected as well as a heterogeneous density distribution in glue layers.
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 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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.