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- 4 Material und Umwelt (2)
- 6 Materialchemie (2)
- 8.2 Zerstörungsfreie Prüfmethoden für das Bauwesen (2)
- 1 Analytische Chemie; Referenzmaterialien (1)
- 1.7 Organische Spuren- und Lebensmittelanalytik (1)
- 2 Prozess- und Anlagensicherheit (1)
- 2.2 Prozesssimulation (1)
In this paper, the evaluation and testing of a fibre optic relative humidity sensor specifically designed for structural health monitoring is discussed in detail. The sensor is based on a polymer coated Fibre Bragg Grating (FBG) where with the increase of the moisture level, the polymer coating swells and thus applies strain to the FBG, causing a Bragg wavelength shift. The device is designed so that the temperature effect on the humidity sensor can be compensated by the inclusion of a second un-coated FBG packaged inside the same sensor probe. The sensor thus produced has been tested extensively and calibrated using both a humidity chamber and standard salt solutions. The probe has demonstrated a very good performance for relative humidity measurements.
Der Frequenzbereich der Terahertzwellen liegt im elektromagnetischen Spektrum zwischen den Mikrowellen und dem infraroten Licht – also etwa im Bereich von 0,1 bis 10 Terahertz (THz). Der VDI-Statusreport „Terahertzsysteme und Anwendungen“ stellt die unterschiedlichen Konzepte für Terahertzsysteme vor und zeigt Anwendungsbeispiele, bei denen die Terahertztechnik erfolgreich eingesetzt wird. Umfangreiche Literaturangaben ermöglichen eine intensivere Beschäftigung mit allen Themen des VDI-Statusreports.
Diese Richtlinie definiert Kenngrößen und Messverfahren, um Terahertzsysteme für die Zeitbereichsspektroskopie (TDS)zu spezifizieren. So können Hersteller ihre Systeme übereinstimmend beschreiben und Anwender einfach Systeme vergleichen. Systeme für die Terahertz-Zeitbereichsspektroskopie sind aktive Systeme und nutzen verschiedene Techniken sowohl zur Erzeugung als auch zur zeitaufgelösten Messung von breitbandigen Terahertzimpulsen. Die dazugehörigen Terahertzspektren und -Phasen werden nach einer zeitlichen Abtastung über eine Fourier-Transformation berechnet. In dieser Richtlinie wird ein Überblick über die Funktionsweisen von Zeitbereichsspektrometern gegeben, die eingesetzten Messverfahren näher erläutert sowie die benötigten Begriffe und Kenngrößen definiert. Die Richtlinie konzentriert sich dabei auf Systeme, die auf sogenannten Abtastmessverfahren (Sampling-Messverfahren) basieren.
Die nicht ionisierende elektromagnetische Strahlung im Bereich von Terahertz-Frequenzen ermöglicht berührungslose und zerstörungsfreie Mess- und Prüftechnik in zahlreichen Bereichen. Nach ersten Anwendungen in der Astronomie und der Atmosphärenforschung wurden in letzter Zeit Anwendungsfelder in der Sicherheitstechnik, der Medizintechnik, der Nachrichtentechnik und der zerstörungsfreien Prozess- und Qualitätskontrolle erschlossen. Dielektrische Materialien wie Kunststoffe und Keramiken können von Terahertz-Wellen durchdrungen werden. Das ermöglicht Untersuchungen des Objektinneren ohne spezielle Schutzmaßnahmen, wie sie z.B. beim Röntgen notwendig sind. Die Richtlinie erleichtert die Verständigung zwischen Nutzern, Herstellern und dem Vertrieb von Terahertz-Systemen. In der Richtlinie werden bekannte Einsatzgebiete sowie die eingesetzten Verfahren und Funktionsprinzipien aufgeführt, um den Leser bei der Auswahlentscheidung zu unterstützen. Nach einer kurzen Einführung in die physikalischen Grundlagen und Hinweisen zur elektromagnetischen Verträglichkeit, zum Strahlenschutz und zur regulierten Frequenzvergabe werden die verschiedenen Geräteklassen von Terahertz-Systemen ausführlich vorgestellt. Die Richtlinie gibt Hinweise zur messtechnischen Charakterisierung von Terahertz-Wellen. Einsatzgebiete von Terahertz-Systemen, wie die zerstörungsfreie Prüfung, die Dicken- und Abstandsmessung, die Tomografie und die chemische Analytik, werden mit ihren spezifischen Eigenschaften im Detail beschrieben. Umfangreiche Literaturverweise vereinfachen eine vertiefte Beschäftigung mit den Themen der Richtlinie. Eine tabellarische Übersicht mit einer Zusammenfassung, welche Terahertz-Systeme für welche Anwendungsfelder eingesetzt werden können, vervollständigt die Richtlinie.
Natural zeolite clinoptilolite CLIN with a framework ratio of Si/Al ≥ 4 containing mainly potassium and calcium ions in its internal channel system was used as a starting material. The acidic HCLIN catalysts were prepared under soft conditions avoiding the use of environmental less benign mineral acids. The starting material was ion exchanged using a 0.2 M aqueous ammonium nitrate solution at a temperature 80 ◦C for 2 h. The obtained NH4CLIN was converted into the acid HCLIN catalyst by calcination at 300–600 ◦C. The obtained samples were characterized by XRD, FTIR, SEM/TEM, AAS, and EDX element mapping. The state of aluminium and silicon was studied by 27Al- and 29SiMAS NMR spectroscopy. The textural properties of the catalysts were investigated by nitrogen adsorption and desorption measurements. The Brønsted acidity of the HCLIN catalysts was studied by temperature-programmed decomposition of the exchanged ammonium ions releasing ammonia as well as 1H MAS NMR, {1H–27Al} Trapdor, and {1H–27Al}
Redor experiments. The strongly agglomerated samples were crystalline and thermally stable up to >500 ◦C. Although a part of the clinoptilolite framework is maintained up to 600 ◦C, a loss of crystallinity is already observed starting from 450 ◦C. The specific surface areas of the starting CLIN and ammonium exchanged NH4CLIN are low with ca. 26 m2/g. The pores are nearly blocked by the exchangeable cations located in the zeolite pores. The thermal decomposition of the ammonium ions by calcination at 400 ◦C causes an opening of the pore entrances and a markable increase in the specific micropore area and micropore volume to ca. 163 m2/g and 0.07 cm3/g, respectively. It decreases with further rising calcination temperature indicating some structural loss. The catalysts show a broad distribution of Brønsted acid sites (BS) ranging from weak to strong sites as indicated the
thermal decomposition of exchanged ammonium ions (TPDA). The ammonium ion decomposition leaving BS, i.e., H+ located at Al–O–Si framework bridges, starts at ≥250 ◦C. A part of the Brønsted sites is lost after calcination specifically at 500 ◦C. It is related to the formation of penta-coordinated aluminium at the expense of tetrahedral framework aluminium. The Brønsted sites are partially recreated after repeated ammonium ion exchange. The catalytic performance of the acidic HCLIN
catalysts was tested in the etherification of glycerol as a green renewable resource with different C1 -C4 alcohols. The catalysts are highly active in the etherification of glycerol, especially with alcohols containing the branched, tertiary alkyl groups. Highest activity is observed with the soft activated catalyst HCLIN300 (300 ◦C, temperature holding time: 1 min). A total of 78% conversion of glycerol to mono and di ether were achieved with tert-butanol at 140 ◦C after 4 h of reaction.
The mono- and di-ether selectivity were 75% and 25%, respectively. The catalyst can be reused.
3-Aminovinylquinoxalines are readily accessible from (hetero)aryl glyoxylic acids or heterocyclic π-nucleophiles by consecutive four- and fivecomponent syntheses in the sense of an activation-alkynylation-cyclocondensation-addition sequence or glyoxylation-alkynylation-cyclocondensation-addition sequence in good yields. The title compounds are highly fluorescent with pronounced emission solvatochromicity and protochromic fluorescence quenching. Time-resolved fluorescence spectroscopy furnishes radiative and nonradiative fluorescence decay rates in various solvent polarities. The electronic structure is corroborated by DFT and TD-DFT calculations rationalizing the observed spectroscopic effects.
Analyse des gefügeabhängigen Löslichkeitsverhaltens potenziell AKR-empfindlicher Gesteinskörnungen
(2021)
Das gefügeabhängige Löslichkeitsverhalten wurde an folgenden vier Gesteinskörnungen unterschiedlicher Alkaliempfindlichkeitsklassen
untersucht:
• GK1 (EIII-S): quarzreicher Kies
• GK2 (EIII-S): Grauwacke (Splitt)
• GK3 (EI-S): Quarz-Feldspat-Porphyr (Splitt)
• GK4 (EI-S): sandsteinreicher Kies
DiePorenstrukturanalyse erfolgte sowohl an Einzelkörnern mittels vergleichender 3D-CT und BET- Untersuchungen als auch an Korngemengen der einzelnen Kornfraktionen (außer Fraktion 16/22 mm) über die Wasseraufnahme und mit BET. Für die Visualisierung und Quantifizierung der von außen zugänglichen Oberflächenanteile der Einzelkörner wurde ein Softwaretool entwickelt, erprobt und erfolgreich angewandt. Es gelang so u.a. den Nachweis zu erbringen, dass die gebrochenen Einzelkörner der Grauwacke und des Rhyoliths einen deutlich geringeren von außen zugänglichen Oberflächenanteil als die gleichartigen Gesteinskörner aus dem Kies besitzen. Aufgrund der limitierten Ortsauflösung der 3D-CT von 11 bis 16,5 μm wurde mit BET eine um drei Zehnerpotenzen höhere spezifische Oberfläche ermittelt.
Zu den Porositätsuntersuchungen an den Korngemengen sei angemerkt, dass zum Teil gegenläufige Trends zwischen offener Porosität und spezifischer Oberfläche festgestellt wurden. Dieses ist beim Bezug des bei den Löseversuchen in 0,1 M KOH mit definierter NaCl-Zugabe aus der Gesteinskörnung gelösten SiO2 und Al2O3 von zentraler Bedeutung. Bei den Löseversuchen an den fraktionsspezifischen Korngemengen selbst zeigte sich, dass die stufenweise Erhöhung des NaCl-Gehalts von 0 auf 10 M.-% im Eluat eine erhöhte SiO2-Löslichkeit und eine verminderte Auslaugung von Al2O3 zur Folge hat. Auffallend war hierbei, dass die Al2O3-Löslichkeit bei GK4 ohne und mit geringer NaCl-Zugabe die mit Abstand höchsten Werte annimmt. Bei den zusätzlich durchgeführten Löseversuchen an den tomografierten Einzelkörnern in 1 M KOH-Lösung mit Zugabe von 1 M.-% NaCl zeigte sich, dass nur vereinzelt bei den untersuchten Gesteinsarten eine Korrelation zwischen dem SiO2- bzw. Al2O3-Gehalt im Eluat und der absoluten BET-Oberfläche nachweisbar ist. Dies ist vermutlich darauf zurückzuführen, dass neben der Oberfläche weitere Parameter (z.B. die mineralogische Zusammensetzung der Einzelkörner) das Löseverhalten maßgebend beeinflussen. Bei den parallel zu den Löseversuchen durchgeführten Betonversuchen nach dem ARS 04/2013 zeigte sich, dass die Alkaliempfindlichkeit der GK4 bei beiden Betonversuchen mit Alkalizufuhr unterschiedlich zu bewerten ist. So ist unabhängig von der vorgegebenen pessimalen Betonrezeptur des Fahrbahndeckenbetons ausschließlich bei der Klimawechsellagerung die GK4 als alkaliempfindlich einzustufen. Allerdings konnte der Befund der stark ausgeprägten AKR bei der GK4 mit der Dünnschliffmikroskopie nicht bestätigt werden. Analoges gilt für die Bewertung der Alkaliempfindlichkeit von GK2 mit den Betonversuchen nach der Alkalirichtlichtlinie des DAfStb. So ist auch hier die GK2 nicht im 60 °C-Betonversuch sondern ausschließlich im 40 °C-Betonversuch als alkaliempfindlich einzustufen.
Dienach den verschiedenartigen Betonversuchen durchgeführten LIBS-Analysen am Vertikalschnitt der Prüfkörper zeigen, dass im Kernbereich nach dem 60 °C-Betonversuch mit 10 %iger NaCl-Lösung und nach der Klimawechsellagerung mit NaCl-Beaufschlagung annähernd gleich hohe Natrium- und Chloridgehalte vorgefunden werden. Wider Erwarten treten an den beaufschlagten Prüfflächen Abreicherungen von Natrium und Anreicherungen von Chlorid auf. Im 40°C- und 60 °C-Betonversuch wurde das Natrium bis in eine maximale Tiefe von ca. 30 mm bzw. 20 mm ausgelaugt. Die aufbauenden korrelativen Betrachtungen zwischen den Ergebnissen des 60°C Betonversuchs mit Alkalizufuhr und der Löseversuche an den fraktionsspezifischen Korngemengen in 1 M KOH-Lösung mit definierter NaCl-Zugabe sind durchaus vielversprechend. So zeigt sich beispielsweise beim Waschbeton, dass der fraktionsspezifisch gewichtete SiO2-Überschuss im Eluat nach 56 Tagen mit Zugabe von 0,5 M.-% NaCl ohne Bezug auf die BET-Oberfläche zur gleichen Einstufung der vier betrachteten Gesteinskörnungen wie bei den Dehnungen im 60 °C-Betonversuch mit 3 %-iger NaCl-Lösung führt. Außerdem korrelieren die im 60 °C-Betonversuch mit 10 %-iger NaCl-Lösung ermittelten Dehnungen mit dem gewichteten SiO2-Überschuss im Eluat bei Zugabe von 2 M.-% NaCl ohne Bezug auf die BET-Oberfläche.
Ausschließlich bei den Betonversuchen nach der Alkali-Richtlinie erwies sich der Bezug des im Eluat ermittelten SiO2-Überschusses auf die BET-Oberfläche als zielführend. Aufgrund des Potenzials der Löseversuche mit NaCl-Zugabe für die Bewertung der Alkaliempfindlichkeit der Gesteinskörnung im Fahrbahndeckenbeton wird empfohlen, die vergleichenden Untersuchungen zwischen den Löseversuchen an Korngemischen der einzelnen Fraktionen und den Betonversuchen nach dem ARS 04/2013 mit einer möglichst hohen Anzahl an Gesteinskörnungen und einem präzisierten Untersuchungsumfang fortzuführen.
Im Europäisches Übereinkommen über die Internationale Beförderung gefährlicher Güter auf Binnenwasserstraßen ist festgelegt, welche gefährlichen Güter unter welchen Bedingungen auf europäischen Binnenwasserstraßen befördert werden dürfen. Tabelle C ‚Verzeichnis der zur Beförderung in Tankschiffen zugelassenen gefährlichen Stoffe in numerischer Reihenfolge’ (ADN 3.2.2) listet für die Stoffe, Gemische und Lösungen, deren Beförderung in Tankschiffen zugelassen ist, die anzuwendenden besonderen Vorschriften entweder in vollständiger Information oder in kodierter Form auf. In dieser Tabelle C werden für die einzelnen Stoffe vor allem die zu verwendenden Tankschifftypen, deren Ausrüstung sowie Anforderungen hinsichtlich des Explosionsschutzes, des Schutzes der aquatischen Umwelt und des Schutzes der Menschen vor längerfristigen gesundheitlichen Schäden festgelegt.
Bei dem Datenmaterial handelt es sich um durch PTB und BAM bewertete, experimentell oder rechnerisch ermittelte sicherheitstechnische Kenngrößen sowie um Angaben zu den aquatoxischen Eigenschaften und zu den längerfristigen gesundheitlichen Wirkungen auf den Menschen. Die Angaben zum Wasserverunreinigungspotential und die Zuordnungen zu den aquatoxischen Gefahren N1, N2, N3 wurden im Rahmen der Arbeiten der Zentralkommission für die Rheinschifffahrt (ZKR) zu Tabelle C vom Umweltbundesamt (UBA, J. Seelisch) zusammengestellt und bewertet. Die Angaben zu den längerfristigen gesundheitlichen Wirkungen auf den Menschen entsprechen den harmonisierten Einstufungen der EU.
In this in vitro study, we got a first insight of a possible potential of Hypericin for the treatment of pediatric soft tissue sarcoma. By coupling with radioiodine, we developed a novel approach for a combined anti-tumor treatment. The in vitro experiments lay the foundation for further in vivo experiments, which are needed to study the effects of a sequential administration of 131I-HYP and HYP.
The β-secretase or β-site amyloid precursor protein cleaving enzyme 1 (BACE1) is the enzyme responsible for the formation of amyloid-β peptides, which have a major role in Alzheimer pathogenesis. BACE1 has a transmembrane sequence (TMS), which makes it unique among related proteases. We noticed that the BACE1 TMS contains an uncommon sulfur-rich motif. The sequence MxxxCxxxMxxxCxMxC spans the entire TMS, resembles metal ion binding motifs, and is highly conserved among homologues. We used a synthetic 31-mer model peptide comprising the TMS to study metal ion binding and oligomerization. Applying diverse biochemical and biophysical techniques, we detected dimer and trimer formation of the TMS peptide with copper ions. Replacement of the central Cys466 by Ala essentially abolished these effects. We show that the peptide undergoes a redox reaction with copper ions resulting in a disulfide bridge involving Cys466. Further, we find peptide trimerization that depends on the presence of monovalent copper ions and the sulfhydryl group of Cys466. We identified Cys466 as a key residue for metal ion chelation and to be the core of an oligomerization motif of the BACE1-TMS peptide. Our results demonstrate a novel metal ion controlled oligomerization of the BACE1 TMS, which could have an enormous therapeutic importance against Alzheimer disease.
This paper describes an innovation of a phased array using dry contact probes to test concrete components. Based on preceding work on pressure waves, a low-frequency ultrasonic phased array consisting of shear wave probes is used in the experiments. This configuration allows the variation and control of the sound field directivity during the measurement. The measurements are carried out on a concrete test block using a scanning laservibrometer and a scanner system in transmission mode. The laboratory measurements are compared to theoretical calculations to investigate the influence of the probes shape and dimension on the resulting sound field patterns. The comparison of the modelling and the measurements demonstrates the suitability of the point source synthesis as a tool for the optimization of probe array designs. Methods of coded are used to improve the signal to noise ratio.
Es wurden Untersuchungen hinsichtlich der Eignung und der praktischen Relevanz von codierten Sendesignalen als Anregungsimpulse für die Ultraschallprüfung von Betonbauteilen durchgeführt. Anhand von synthetischen Daten werden die theoretischen Vorteile der codierten Impulssequenzen gezeigt. Im Anschluss werden Barker- und Golay-codierte Sendesignale an einer Betonstufenplatte mit einem Größtkorn von 16 mm getestet.
Es zeigt sich das große Potenzial dieses Verfahrens, insbesondere bei Verwendung von Golay-Sequenzen als Anregung für die Ultraschallprüfköpfe. Es ergibt sich ein deutlich verbessertes Signal-Stör-Verhältnis im Vergleich zu den herkömmlichen bipolaren Rechteckimpulsen.
Flexible, niedrigdichte Schäume aus Biokunststoffen im Extrusionsverfahren herzustellen war bisher industriell noch nicht möglich. Im Verarbeitungstechnikum Biopolymere des Fraunhofer IAP wurde in einem Projekt die Eignung von PBS-basierten Biokunststofftypen für Schaumanwendungen erforscht und weiterentwickelt.
Mussel-inspired multifunctional coating for bacterial infection prevention and osteogenic induction
(2021)
Bacterial infection and osteogenic integration are the two main problems that cause severe complications after surgeries. In this study, the antibacterial and osteogenic properties were simultaneously introduced in biomaterials, where copper nanoparticles (CuNPs) were generated by in situ reductions of Cu ions into a mussel-inspired hyperbranched polyglycerol (MI-hPG) coating via a simple dip-coating method. This hyperbranched polyglycerol with 10 % catechol groups’ modification presents excellent antifouling property, which could effectively reduce bacteria adhesion on the surface. In this work, polycaprolactone (PCL) electrospun fiber membrane was selected as the substrate, which is commonly used in biomedical implants in bone regeneration and cardiovascular stents because of its good biocompatibility and easy post-modification. The as-fabricated CuNPs-incorporated PCL membrane [PCL-(MI-hPG)-CuNPs] was confirmed with effective antibacterial performance via in vitro antibacterial tests against Staphylococcus aureus (S. aureus), Escherichia coli (E. coli), and multi-resistant E. coli. In addition, the in vitro results demonstrated that osteogenic property of PCL-(MI-hPG)-CuNPs was realized by upregulating the osteoblast-related gene expressions and protein activity. This study shows that antibacterial and osteogenic properties can be balanced in a surface coating by introducing CuNPs.
Kunststoff- und Kunststoffrasenflächen kommt bei intensiv genutzten Flächen als Allwetterbeläge eine große Bedeutung zu. Sie leisten einen wichtigen Beitrag zur Absicherung eines ganzjähriger Sportangebote.
Gerade Kunststoffrasen ist aber in den letzten Jahren häufig in die Kritik geraten, insbesondere durch gefährliche Inhaltsstoffe und andere negative Einflüsse auf die Umwelt. Dies hat bei Bauherren zu einer Verunsicherung geführt und Fragen aufgeworfen, die erst teilweise beantwortet sind. Die Diskussionen rund um diesen Allwetterbelag haben bereits dazu geführt, dass von Seiten der Industrie viel verändert wurde und neue innovative Lösungen gefunden werden.
Der Fachbericht stellt eine Handreichung für Fachleute und interessierte Laien dar, um mehr Klarheit besonders hinsichtlich der Umweltanforderungen zu erzielen.
Integration of fiber reinforcement in high-performance cementitious materials has become widely applied in many fields of construction. One of the most investigated advantages of steel Fiber reinforced concrete (SFRC) is the deceleration of crack growth and hence its improved sustainability.
Additional benefits are associated with its structural properties, as fibers can significantly increase the ductility and the tensile strength of concrete. In some applications it is even possible to entirely replace the conventional reinforcement, leading to significant logistical and environmental benefits.
Fiber reinforcement can, however, have critical disadvantages and even hinder the Performance of concrete, since it can induce an anisotropic material behavior of the mixture if the fibers are not appropriately oriented. For a safe use of SFRC in the future, reliable non-destructive testing (NDT) methods need to be identified to assess the fibers’ orientation in hardened concrete. In this study,
ultrasonic material testing, electrical impedance testing, and X-ray computed tomography have been investigated for this purpose using specially produced samples with biased or random Fiber orientations. We demonstrate the capabilities of each of these NDT techniques for fiber orientation measurements and draw conclusions based on these results about the most promising areas for future research and development.
Greenhouse gas emissions caused by human activities remain one of the most important subjects of international discussions. The routine gas flaring has been estimated to be responsible for as much as 1% of global carbon dioxide emission per year. Gas flaring analysis is one of the key-interest subjects in remote sensing community. Some of the existing publications use remote sensing techniques with satellite imagery to derive information about flame temperature and further about to estimate the volume of the flared gas. The often missing element is an in-situ measurement analysis of gas flames, combining signals recorded by a camera on-ground and data on flared gas volume, temperature and gas type. In order to address this problem, an experiment was conducted, in which the gas flame was recorded by thermal cameras on-ground, simultaneously to an aerial survey and the gas flow was measured at the same time on-ground. The measurement setup was designed in cooperation between Institute of Optical Sensor Systems of German Aerospace Center (DLR) and German Federal Institute for Materials Research and Testing (BAM). Cameras recording in thermal and mid-wave IR wavelengths were used to record the burning gas on-ground and from the aerial survey. All the measurements have been compared and statistically analysed with respect to the recorded temperature. The purpose of the examination was to describe the signal changes in thermal imagery with respect to changes in energy, emitted by the burning process. This approach will allow for later calculation of the amount of energy in form of thermal radiation sent from the flame to the satellite.
Die Berechnung von Wärmebrücken unter stationären und instationären Randbedingungen, die Optimierung von Wärmespeichern, die Beurteilung sowohl wärmeschutz- als auch brandschutztechnischer Maßnahmen und Energiebedarfsrechnungen setzen die Kenntnis thermischer Eigenschaften, u.a. der Wärmeleitfähigkeit Lambda und der spezifischen Wärmekapazität c, in Abhängigkeit der Temperatur voraus. Im Rahmen einer Zusammenarbeit der EMPA-Dübendorf und der BAM-Berlin wurde ein Kurzzeit-Prüfverfahren mit anschließender numerischer Auswertung entwickelt, das eine simultane Bestimmung dieser beiden Größen ermöglicht. In dem Band wird über das Kurzzeit-Prüfverfahren, das numerische Auswerteverfahren und die Resultate der Messungen an einigen ausgewählten Baustoffen berichtet.
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.
The prediction of the plastic collapse load of cylindrical pressure vessels is very often made by using expensive Finite Element Computations. The calculation of the collapse load requires an elastic-plastic material model and the consideration of non-linear geometry effects. The plastic collapse load causes overalls structural instability and cannot be determined directly from a finite element analysis. The ASME (2007) code recommends that the collapse load should be the load for which the numerical solution does not converge. This load can be only determined approximately if a expensive nonlinear analysis consisting of a very large number of sub steps is done. The last load sub step leading to a convergent solution will be taken as the critical load for the structure. In the instability regime no standard finite element solution can be found because of the lack of convergence of the numerical procedure. Other methods for the calculation of the allowable pressure proposed by the ASME code are the elastic stress analysis and the limit load analysis. In the present paper the plastic collapse load for a cylindrical pressure vessel is determined by an analytical method based on a linear elastic perfectly plastic material model. When plasticity occurs the material is considered as incompressible and the tensor of plastic strains is parallel to the stress deviator tensor. In that case the finite stress-strain relationships of Henkel can be used for calculating the pressure for which plastic flow occurs at the inside of the vessel wall or in the case of full plasticity in the wall. The analytical results are fully confirmed by finite element predictions both for axisymmetric and high costs three dimensional models. The analytical model can be used for fast predictions of the allowable load for the design of a large variety of pressure vessels under safety considerations. The accuracy of the predicted collapse load largely depends on the quality of the temperature dependent wall material data used both in the analytical and numerical calculations.
For stowage and retention during transport, the International Atomic EnergyAgency (IAEA) Transport regulations (SSR-6) only require that the package shall be securely stowed. Additional information is given in the IAEA guidance material (SSG-26), that includes specific load factors that should be considered in the safety demonstrations.
Nevertheless, applicants commonly use other load factors to justify the design of the packaging attachment points. In particular, acceleration values vary between different countries and this may lead to difficulties during the validation of foreign approval certificates.
Discussions with applicants identified that the load factors presented in the IAEA guidance material are not necessarily relevant for the different transport modes. For some modes, the load factors are representative of situations occurring in routine conditions of transport. For other modes, the load factors are more representative of situations occurring in normal or accident conditions of transport.
Furthermore, the origins of the specified values are not clear. In this context, some IAEA TRANSSC members decided to review the stowage guidance. An international working group was constituted in 2013, including representatives of competent authorities, technical support organizations, and transport stakeholders. Several topics were discussed
and many questions were raised during the two year review. For example, some discussions focused on Paper No.1031 2 the conditions which have to be considered for stowage design, both as relevant to the load factors used for strength and fatigue analysis, as well as the criteria which have to be considered for the package attachment points. In addition, related questions on operational aspects were also discussed. Overall, the working group concluded that new guidance material was warranted as input into SSG-26.
As a result of those discussions, the international working group produced new guidance material for stowage in transport, addressing each of these topics. The proposal to modify the IAEA guidance material (SSG-26, Appendix IV), presented by France to the TRANSSC in the 2015 initiated Review cycle of the Regulations, was unanimously accepted and will be implemented in the next edition of the guidance material.