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Viscoelastic properties of cellular polypropylene ferroelectrets (PP FEs) were studied at low
frequencies (0.3–33 Hz) by dynamic mechanical analysis and at high frequencies (250 kHz) by laser Doppler vibrometry. Relaxation behavior of the in-plane Young’s modulus (Y´
11~1500 MPa at room temperature) was observed and attributed to the viscoelastic response of polypropylene matrix.
The out-of-plane Young’s modulus is very small (Y´33≈0.1 MPa) at low frequencies, frequency- and stress-dependent, evidencing nonlinear viscoelastic response of PP FEs. The highfrequency mechanical response of PP FEs is shown to be linear viscoelastic with Y´33≈0.8 MPa. It is described by thickness vibration mode and modeled as a damped harmonic oscillator with one degree of freedom. Frequency dependence of Y*33 in the large dynamic strain regime is described by the broad Cole-Cole relaxation with a mean frequency in kHz range attributed to the Dynamics of the air flow between partially closed air-filled voids in PP FEs. Switching-off the relaxation contribution causes dynamic crossover from the nonlinear viscoelastic regime at low frequencies to the linear viscoelastic regime at high frequencies. In the small strain regime, contribution of the air flow seems to be insignificant and the power-law response, attributed to the mechanics of polypropylene cell walls and closed air voids, dominates in a broad frequency range. Mechanical Relaxation caused by the air flow mechanism takes place in the sound and ultrasound frequency range (10 Hz–1MHz) and, therefore, should be taken into account in ultrasonic applications of the PP FEs deal with strong exciting or receiving signals.
Die Vorhersage der Beanspruchung bei plastischem Versagen von zylindrischen Druckbehältern wird häufig mittels Finite Elemente Berechnungen durchgeführt. Die Berechnung der zulässigen Beanspruchung erfordert ein elastisch-plastisches Werkstoffmodell und die Berücksichtigung von nichtlinearen geometrischen Effekten. Das plastische Versagen verursacht eine gesamte Strukturinstabilität und kann nicht direkt aus der Finite Elemente Analyse bestimmt werden. In dem vorliegenden Beitrag wird die Beanspruchung für plastisches Versagen eines zylindrischen Druckbehälters mittels eines analytischen Verfahrens basierend auf einem linear elastischen ideal-plastischen Materialmodell bestimmt. Wenn Plastizität auftritt, wird zum einen der Werkstoff als inkompressibel und zum anderen der Tensor der plastischen Dehnungen als parallel zum Spannungsabweichungstensor angenommen. In diesem Fall kann die Spannungs-Dehnungs-Beziehung von Henkel angewendet werden, um den Druck zu berechnen, bei dem plastisches Fließen und Versagen eintritt. Die analytischen Ergebnisse werden von den Finite Elemente Berechnungen vollkommen bestätigt.
Nondestructive Testing (NDT) and fracture mechanics are two different disciplines in applied engineering science. Both areas are very important for the evaluation of the component integrity. Unfortunately the technical understanding in both disciplines is not identically, what lead to misunderstandings. In the present paper, the basic ideas about fracture mechanics and the input parameters coming from the NDT side are explained, concerning the integrity evaluation of the components. The widely used NDT methods are magnetic particle, dye penetrant, electrical eddy currents, radiography and ultrasonics. But not all of these common NDT methods can deliver parameters satisfy the fracture mechanics requirements. The first two can detect only surface-breaking or immediately sub-surface defects. Eddy current can also find defects in deeper sub-surface layers, while radiography and ultrasonics can also find embedded, remote defects. These three methods have furthermore a high potential for defect sizing and are therefore predestined to provide fracture mechanics input parameters. At the example of steam generator tube inspection the interplay of eddy current and fracture mechanics as related to tube integrity will be explained.
Dieses Buch ist als Einführung für Ingenieure und Physiker in die klassischen Verfahren der zerstörungsfreien Materialprüfung wie Durchstrahlungsprüfung,
Ultraschallprüfung, Eindringprüfung, magnetische Streuflussprüfung (Magnetpulverprüfung), Wirbelstromprüfung und Sichtprüfung gedacht.
Aufbauend auf den physikalischen Gesetzmäßigkeiten wird versucht, die grundsätzlichen Überlegungen, die den einzelnen Verfahren eigen sind, aufzuzeigen,
damit die Anwendung in der Prüfpraxis nachvollzogen werden kann.
Die zerstörungsfreie Werkstoffprüfung gewinnt immer mehr an Bedeutung. Dies ist unter anderem bedingt durch die zunehmenden schädigenden Umwelteinflüsse und die wachsenden Anforderungen an die Sicherheit technischer Anlagen. Durch frühzeitiges Erkennen von Schäden an Bauteilen, Anlagen und technischen Konstruktionen soll die Sicherheit für Mensch und Umwelt erhöht werden. Das Verhindern von Schäden ist eine der zentralen Aufgaben der zerstörungsfreien Werkstoffprüfung.
Auf typische Anwendungsbeispiele wird an mehreren Stellen hingewiesen.