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Compared with most common construction materials, fiber reinforced cementitious materials are well known to exhibit better physical, working and mechanical properties. In this study, three fibers were selected: polypropylene fiber (PPF) and polyvinyl alcohol fiber (PVAF), which represented synthetic fibers, and sisal fiber (SF), which represented natural fibers. Effects of these fibers on the flowability, rheological properties, and adsorption behavior of the cement paste with polycarboxylate superplasticizer (PCE) were investigated. Furthermore, the above experimental results were verified by measuring the contact angle of the fiber with water and PCE solution and the apparent morphology of the fiber. Results revealed that the addition of fibers significantly reduces the fluidity of the cement paste, while the yield stress and plastic viscosity of the cement paste increase with the addition of fibers. From the contact angle and scanning electron microscope, the surface of SF was relatively rough, and the contact angle of SF with water or PCE solution was the smallest. It can be concluded that the plant fiber has a significant influence on the fluidity and rheology of cement paste.
Structural health monitoring systems have been widely implemented to provide real-time continuous data support and to ensure structural safety in the context of structural integrity management. However, the quantification of the potential benefits of structural health monitoring systems has not yet attracted widespread attention. At the same time, there is an urgent need to develop strategies, such as optimizing the monitoring period, monitoring variables, and other factors, to maximize the potential benefits of structural health monitoring systems. Considering the continuity of structural health monitoring information, a framework is developed in this article to support decision-making for structural Health monitoring systems arrangement in the context of structural integrity management, which integrates the concepts of value of information and risk-based inspection planning based on an approach which utilizes a conjugate prior probability distribution for updating of the probabilistic models of structural performances based on structural health Monitoring information. An example considering fatigue degradation of steel structures is investigated to illustrate the application of the proposed framework. The considered example shows that the choice of monitoring variables, the Monitoring period, and the monitoring quality may be consistently optimized by the application of the proposed framework and approach. Finally, discussions and conclusions are provided to clarify the potential benefits of the proposed Framework with a special view to practical applications of structural health monitoring systems.
Digital radiographic images were analysed to predict the visibility of image quality indicators (IQI), based on normalized noise power spectra (NNPP) and modulation transfer function (MTF) measurements. The fixed pattern noise of some digital detectors result in different noise spectra, which influence the visibility of different IQIs, depending on the hole diameter. Studies, based on measurement of basic spatial resolution and contrast to noise ratio were performed together with presampled MTF measurements and the NNPS in dependence on the spatial frequency. Plate hole IQIs, step hole IQIs, and equivalent penetrameter sensitivity (EPS) IQIs based on ASTM E 746 were measured to verify the influence of the different parameters. Modelling of digital images was used to verify the applied numeric tools. A study has been performed for imaging plates and digital detector arrays to analyse differences. Formulas for the prediction of the visibility functions for hole type IQIs are derived. In consequence the standards for characterization and classification of computed radiography (ASTM E 2446) and radiography with DDAs (ASTM E 2597) need to be revised.
Im Rahmen des Forschungsvorhabens AIFRI „Arteficial Intelligence for Rail Inspection“ wird der Prozess der mechanisierten Schienenprüfung in einem digitalen Zwilling abgebildet, um in einem zweiten Schritt mit KI-Algorithmen eine automatisierte Defekterkennung und -klassifizierung trainieren zu können. Hierzu werden relevante Schienenschädigungen und in der Schiene vorhandene Artefakte analysiert und in skalierbare Modelle übertragen.
Die Norm DIN EN 16729-1 „Bahnanwendungen - Infrastruktur - Zerstörungsfreie Prüfung an Schienen im Gleis - Teil 1: Anforderungen an Ultraschallprüfungen und Bewertungsgrundlagen“ gilt für die Prüfausrüstung von Schienenprüffahrzeugen und handgeführten Rollgeräten und legt die Anforderungen an die Prüfgrundsätze und -systeme bei der Prüfung verlegter Eisenbahnschienen fest, um vergleichbare Ergebnisse in Bezug auf Lage, Art und Größe der Unregelmäßigkeiten in den Schienen zu erhalten.
Um die Performance von Prüfsystemen in der Simulation zu evaluieren, wurden die in den Anhängen der DIN EN 16729-1 angegebenen Bezugsreflektoren als künstliche Reflektoren (nach Anhang A) und simulierte Reflektoren (nach Anhang B) in einem digitalen Zwilling mit einem Schienenprofil 54E4 nach DIN EN 13674-1 sowie mit vereinfachter Geometrie als virtuelle Testschienen abgebildet.
Die Simulationen wurden mit den in den Tabellen 3 und 4 nach DIN EN 16729-1 definierten Prüfkopfwinkeln durchgeführt. Die Rechnungen wurden im Labormaßstab an Testkörpern verifiziert und die Signal-Rausch-Abstände für Untersuchungen im Feld ermittelt.
Ergebnisse der Untersuchungen und Möglichkeiten der Anwendung werden vorgestellt.
Das Forschungsvorhaben wird durch das Bundesministerium für Verkehr und digitale Infrastruktur (BMVI) im Rahmen von mFund unter dem Förderkennzeichen 19FS2014 gefördert.
Bei der zerstörungsfreien Prüfung verlegter Eisenbahnschienen werden die Rohdaten derzeit in proprietären Datenformaten gespeichert und auf Datenträgern zwischen den Prüfzügen und den auswertenden Stellen versendet. Die proprietären Datenformate sind in der Regel nur den Herstellern der Prüfsysteme bekannt und deren Dokumentation nicht allgemein zugänglich.
Die „Standard Practice for Digital Imaging and Communication in Nondestructive Evaluation“ (DICONDE), basierend auf dem medizinischen Standard „Digital Imaging and Communication in Medicine“ (DICOM), ermöglicht es, sowohl Prüfdaten als auch Prüfergebnisse und Streckeninformationen in einem standardisierten Format zu speichern und zwischen verschiedenen Endpunkten zu übertragen.
Das Poster gibt zunächst einen kurzen Überblick über die hierarchische Struktur von DICONDE und zeigt dann, wie DICONDE bei der Prüfung verlegter Eisenbahnschienen verwendet werden kann. Die geometrischen Besonderheiten (mehrere Kilometer Länge pro Prüffahrt, kurviger Streckenverlauf) stellen dabei eine besondere Herausforderung dar. Im Rahmen des mFUND-geförderten Projektes „Arteficial Intelligence for Railway Inspection (AIFRI)“, Förderkennzeichen 19FS2014C, wurde ein Vorschlag für eine Erweiterung des DICONDE-Standards für die Schienenprüfung erarbeitet und bei der ASTM eingereicht.
We report the results of a Versailles Project on Advanced Materials and Standards interlaboratory study on the intensity scale calibration of x-ray photoelectron spectrometers using low-density polyethylene (LDPE) as an alternative material to gold, silver, and copper. An improved set of LDPE reference spectra, corrected for different instrument geometries using a quartz-monochromated Al Kα x-ray source, was developed using data provided by participants in this study. Using
these new reference spectra, a transmission function was calculated for each dataset that participants provided. When compared to a similar calibration procedure using the NPL reference spectra for gold, the LDPE intensity calibration method achieves an absolute offset of ∼3.0% and a systematic deviation of ±6.5% on average across all participants. For spectra recorded at high pass energies (≥90 eV), values of absolute offset and systematic deviation are ∼5.8% and ±5.7%, respectively, whereas for spectra collected at lower pass energies (<90 eV), values of absolute offset and systematic deviation are ∼4.9% and ±8.8%, respectively; low pass energy spectra perform worse than the global average, in terms of systematic deviations, due to diminished count rates and signal-to-noise ratio. Differences in absolute offset are attributed to the surface roughness of the LDPE induced by sample preparation. We further assess the usability of LDPE as a secondary reference material and comment on its performance in the presence of issues such as variable dark noise, x-ray warm up times, inaccuracy at low count rates, and underlying spectrometer problems. In response to participant feedback and the results of the study, we provide an updated LDPE intensity calibration protocol to address the issues highlighted in the interlaboratory study. We also comment on the lack of implementation of a consistent and traceable intensity calibration method across the community of x-ray photoelectron spectroscopy (XPS) users and, therefore, propose a route to achieving this with the assistance of instrument manufacturers, metrology laboratories, and experts leading to an international standard for XPS intensity scale calibration.
Im Rahmen des Forschungsprojekts "Artificial Intelligence for Rail Inspection" (AIFRI) wird ein KI-Algorithmus entwickelt, um die Fehlererkennung und Bewertung bei der Auswertung von Schienenprüfungen mittels Ultraschall- und Wirbelstromprüfverfahren zu verbessern. Je nach Prüfverfahren werden relevante Schienenschädigungen (z. B. Head Checks) und Artefakte (z. B. Bohrungen) entsprechend analysiert und in einem parametrisierbaren digitalen Zwilling abgebildet, um anschließend die KI-Algorithmen trainieren zu können. Mit der Simulation können Prüffahrten virtuell durchgeführt und Schadensbilder für das KI-Training erzeugt werden, die das Verhalten komplexer Systeme reproduzieren, ohne dass das reale System benötigt wird. Die Modellannahmen sind dabei von erheblicher Bedeutung, denn unzureichende Modellannahmen führen leicht zu falschen Simulationsergebnissen. Um die Ergebnisse einer Simulation ordnungsgemäß darstellen zu können, ist das Simulationsmodell selbst zu überprüfen.
Die Vollständigkeit, Richtigkeit und Genauigkeit der Simulationsergebnisse werden anhand von realen Prüfungen verifiziert. Für die Verifikation der Ultraschallsimulation werden hier Stegbohrungen als Referenzreflektoren herangezogen. Als Testkörper stehen Schienensegmente mit unterschiedlichen Profiltypen sowie speziell angefertigte Testkörper mit schienenähnlicher Geometrie zur Verfügung. In den Testkörpern befinden sich künstliche und reale Schädigungen in Kopf-, Steg- und Fußbereich, sowie Bohrungen mit Nuten. Die Validierung der Wirbelstromsimulation erfolgt an Testkörpern, die aus Schienenköpfen gefertigt sind. Dabei werden die Signale für unterschiedliche Nuttiefen und Nutenpaare mit unterschiedlichen Abständen untersucht.
Für die Modellierung der Simulationsergebnisse verweisen wir auf das ebenfalls eingereichte Poster „Simulation von Ultraschall- und Wirbelstromprüfdaten für die Schienenprüfung“.
Das Projekt AIFRI wird im Rahmen der Innovationsinitiative mFUND unter dem Förderkennzeichen 19FS2014 durch das Bundesministerium für Digitales und Verkehr gefördert.
Rechargeable sodium–oxygen batteries (NaOBs) are receiving extensive research interests because of their advantages such as ultrahigh energy density and cost efficiency. However, the severe failure of Na metal anodes has impeded the commercial development of NaOBs. Herein, combining in situ synchrotron X-ray computed tomography (SXCT) and other complementary characterizations, a novel electro-chemo-mechanical failure mechanism of sodium metal anode in NaOBs is elucidated. It is visually showcased that the Na metal anodes involve a three-stage decay evolution of a porous Na reactive interphase layer (NRIL): from the initially dot-shaped voids evolved into the spindle-shaped voids and the eventually-developed ruptured cracks. The initiation of this three-stage evolution begins with chemical-resting and is exacerbated by further electrochemical cycling. From corrosion science and fracture mechanics, theoretical simulations suggest that the evolution of porous NRIL is driven by the concentrated stress at crack tips. The findings illustrate the importance of preventing electro-chemo-mechanical degradation of Na anodes in practically
rechargeable NaOBs.