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Organisationseinheit der BAM
Aluminium is still one of the most important contact metallisations for power electronic chips like MOSFETs or IGBTs. With a large difference in thermal expansion coefficients (CTEs) between aluminium and silicon and the temperatures generated in hot-spots during high power transients, these layers are prone to failure due to thermo-mechanical fatigue. Usually lifetime assessment is done by subjecting dedicated test specimens to standardised stress tests as e.g. active or passive thermal cycling. This paper proposes a novel method for accelerated stress testing and lifetime modelling of thin aluminium films in the high-cycle fatigue regime by isothermal mechanical loading. The proposed novel test method is suggested to complement or replace resource-demanding thermal cycling tests and allow simple in-situ monitoring of failure.
The High-Fidelity Generalized Method of Cells (HFGMC) is one technique, distinct from traditional finite-element approaches, for accurately simulating nonlinear composite material behavior. In this work, the HFGMC global system of equations for doubly periodic repeating unit cells with nonlinear constituents has been reduced in size through the novel application of a Petrov-Galerkin Proper Orthogonal Decomposition order-reduction scheme in order to improve its computational efficiency. Order-reduced models of an E-glass/Nylon 12 composite led to a 4.8–6.3x speedup in the equation assembly/solution runtime while maintaining model accuracy. This corresponded to a 21–38% reduction in total runtime.Thesignificant difference in assembly/solution and total runtimes was attributed to the evaluation of integration point inelastic field quantities; this step was identical between the unreduced and order-reduced models. Nonetheless, order-reduced techniques offer the potential to significantly improve the computational efficiency of multiscale calculations.
Active thermography is well suited for the detection of delaminations and cracks in façade elements like plaster and tiles. Not only artificial heating but also solar heating can be used if the adjustment of the façade and the weather conditions are suitable. Optical methods like laser scanners, photogrammetric methods and crack tracking sensors are providing geometrical 3D data which can be used for a 3D mapping of thermograms and for providing data with higher geometrical resolution. Thus, by the combination and fusion of these data, a comprehensive mapping and monitoring of damages of façade systems is possible.
Im Beitrag werden Verfahren und Strategien basierend auf optischen und thermografischen Methoden zur Lokalisierung, Erfassung und Bewertung von Putzablösungen und Ablösungen von Fassadenelementen vorgestellt. Abgelöste Fassadenbereiche zeigen dabei sowohl geometrische als auch thermische Auffälligkeiten, die im Rahmen eines Monitoring auch über größere Zeiträume verfolgt werden können. Als optische Verfahren werden die Stereophotogrammetrie und die trackingbasierte taktile 3D-Erfassung von Oberflächenmerkmalen eingesetzt. Zur Charakterisierung verdeckter Ablösungen und Bauteile wird die aktive Thermografie mit natürlicher und künstlicher Erwärmung der Bauteiloberfläche verwendet. Systematische Untersuchungen an Probekörpern und Fallstudien (Magdeburger Dom, Wandbild in Cobbelsdorf) zeigen, wie u. a. mit der Verfahrenskombination Ablösungen und Materialinhomogenitäten unterschieden werden können.
Die Bewertung des Zustandes und der Haftung von Putz und Fassadenelementen auf den darunterliegenden Bauwerksstrukturen ist eine häufig auftretende Fragestellung bei der Erhaltung und Instandsetzung von Bauwerken und Baudenkmälern. Hier müssen nicht nur wirtschaftliche und denkmalpflegerische, sondern auch sicherheitsrelevante Aspekte berücksichtigt werden. Fehlstellen und Ablösungen können, auch wiederholend, mit hoher Nachweisempfindlichkeit mit aktiven Thermografieverfahren geortet und unter bestimmten Voraussetzungen quantitativ bewertet werden. Dazu wird der zu untersuchende Bereich zunächst kurzzeitig (mehrere Minuten lang) erwärmt und anschließend die Abkühlung mit einer Infrarotkamera aufgezeichnet. Systematische Untersuchungen an Probekörpern mit einer Vielzahl unterschiedlicher Fehlstellen unterhalb von Kalkputz, Fliesen und Klinkerriemchen zeigen, dass die Fehlstellen sowohl mittels künstlicher Erwärmung durch einen Infrarotstrahler als auch mittels natürlicher Erwärmung durch die Sonne detektiert und charakterisiert werden können. ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
The evaluation of condition and adhesion of plaster and façade elements to the underlying building structure is a common issue in the maintenance and repair of buildings and monuments. Here not only economic and preservation, but also safety relevant aspects have to be considered. Voids and delaminations can be detected repeatedly with high sensitivity using active thermography methods. Under certain conditions, also a quantitative evaluation is possible. The area under investigation has to be heated up for a short time (up to several minutes). Subsequently, the cooling down is recorded using an infrared camera. Systematic studies on test specimens with a variety of defects below lime plaster, tiles and brick tiles show that the defects can be detected and even characterized both by means of artificial heating using an infrared heater, as well as by natural solar heating.
In this contribution, the development and application of optical and thermographic methods for the nondestructive evaluation of delaminations, cracks and further substructures in Connection with bulging is presented.
Since delaminated fagade elements show geometric as well as thermal anomalies, surface geometry and defects beneath the surface were investigated. As methods, Stereo photogrammetry, a tracking based method for tactile recording of geometric 3D data and active thermography were used. Two case studies were assessed with a combination of these methods: the plaster scratches at the Magdeburg Cathedral and a mural painting in Cobbelsdorf, both located in Germany. While the plaster scratches have been investigated by artificial heating with an infrared radiator, the rural painting was tested by analysing the temperature increase due to solar heating.
In diesem Beitrag werden Verfahren und Strategien basierend auf optischen und thermografischen Methoden zur Lokalisierung, Erfassung und Bewertung von Putzablösungen, Ablösungen von Fassadenelementen und Rissen vorgestellt. Abgelöste Fassadenbereiche und Risse zeigen dabei sowohl geometrische als auch thermische Auffälligkeiten, die im Rahmen eines Monitoring auch über größere Zeiträume verfolgt werden können. Als optische Verfahren werden die trackingbasierte taktile 3D‐Erfassung von Oberflächenmerkmalen und die Stereophotogrammetrie eingesetzt. Zur Charakterisierung verdeckter Ablösungen und Bauteile wird die aktive Thermografie mit natürlicher und künstlicher Erwärmung der Bauteiloberfläche verwendet. Systematische Untersuchungen an Probekörpern und Fallstudien (Magdeburger Dom, Wandbild in Cobbelsdorf, Giebichensteinbrücke) zeigen, wie u. a. mit der Verfahrenskombination die Schäden charakterisiert werden können.
Der zukünftige Eurocode 7 wird ausdrücklich die Nutzung zuverlässigkeitsbasierter Methoden in der geotechnischen Planung und Bemessung erlauben. In Deutschland gibt es bisher kaum Erfahrung in der praktischen Anwendung derartiger Verfahren und entsprechend sind die Vorbehalte gegenüber diesen Methoden oft groß. Der neue DGGT-Arbeitskreis (AK) 2.15 „Zuverlässigkeitsbasierte Methoden in der Geotechnik“ hat sich zum Ziel gesetzt, durch praxisorientierte Anleitungen und Empfehlungen sowie begleitende Aus- und Weiterbildungsangebote den praktischen Zugang zu diesen Verfahren zu unterstützen. Ziel ist es, Möglichkeiten und Grenzen zu verdeutlichen sowie vor allem ihre Potenziale zu erschließen. In dem vorliegenden Beitrag werden allgemeine Grundlagen und die zukünftigen Arbeitsfelder des AK 2.15 vorgestellt. Ausgehend von der Einführung relevanter Fachbegriffe wird zunächst die Einbettung zuverlässigkeitsbasierter Verfahren in den aktuellen Normungs- und Regelungskontext aufgezeigt. Anschließend werden anhand des Lebenszyklus eines geotechnischen Bauwerks die Unsicherheiten in den geotechnischen Prognosen und Bewertungen beschrieben. Daran anknüpfend wird aufgezeigt, an welchen Stellen zuverlässigkeitsbasierte Methoden als mögliches Werkzeug sinnvoll genutzt werden können, um Ingenieur:innen, Bauherr:innen und Prüfer:innen in Nachweis- und Entscheidungsprozessen zu unterstützen. Zu den sich daraus ableitenden Arbeitsthemen werden durch den AK 2.15 zukünftig Empfehlungen erarbeitet und sukzessive veröffentlicht
A recent approach to measure electron radiation doses in the kGy range is the use of phosphors with an irradiation dose-dependent luminescence decay time. However, the applicability of the previously investigated material NaYF4:Yb3+,Er3+ is limited as it shows pronounced fading. Therefore, in this work, a modified SrF2 synthesis is presented that results in SrF2 nanoparticles codoped with Yb and either Er, Hm, or Tm. To assess their suitability as dosimeter material, dose response, as well as its degree of fading over 50 up to 140 days after irradiation were measured. Fading rates as small as 5% in SrF2:Er,Yb and 4% in SrF2:Ho,Yb were derived, which are comparable to established dosimeter materials. A combination of spectroscopy, diffraction and DFT calculations was used to elucidate the effect of irradiation, pointing towards the formation of a secondary phase of Yb2+ that we predict could be Yb2OF2. This irreversible formation of a secondary phase is considered to be the explanation for the low fading behavior in SrF2-based phosphors compared to NaYF4:Yb, Er, a highly attractive feature for electron beam dosimetry.
The layered silicophosphate Si(HPO4)(2) was prepared via a novel synthesis approach using silicon nanopowder and ortho-phosphoric acid at 150 degrees C providing a polycrystalline product. Silicophosphate compounds with sixfold coordinated silicon atoms obtained from pyrophosphoric acid H4P2O7 and tetraalkoxysilanes via a sol-gel route exhibit the same short-range order. The solid products were analyzed with XRD, elemental analysis (ICP-AES), and detailed NMR spectroscopic studies, including H-1, C-13, Si-29, and P-31 MAS-, P-31-Si-29-REDOR, HETCOR, and CP-RFDR experiments. DFT calculations support the structure of Si(HPO4)(2) consisting of layers of [SiO6] octahedra linked by [O3P(OH)] tetrahedra. The OH groups point to the neighboring layers and may be substituted by ethoxy or other groups.