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Organisationseinheit der BAM
Thermo-mechanical fatigue (TMF) testing plays an increasingly important role in the design, the reliability assessment and the lifecycle management of safety critical components used, for instance, for power generation, in the process industry and in aeronautical and automotive applications, with a view to increasing the fuel efficiency, safety and service intervals, while reducing production (and material) costs. In a European Commission funded research project (acronym: TMF-Standard) of the 5th Framework Programme, 20 European laboratories have undertaken a joint research effort to establish a validated code-of-practice (CoP) for strain-controlled TMF testing. Starting from a survey of the testing protocols and procedures previously used by the partners, a comprehensive pre-normative research activity into various issues has been completed, addressing the dynamic temperature control, the effects of deviations in nominal temperatures and phase angles, the influences of temperature gradients, as well as the practicalities of test interruption and restart procedures. Meaningful allowable tolerances for the various test parameters were identified and practical recommendations as to the test techniques were formulated. From this a preliminary CoP was compiled and used to guide an extensive round robin exercise among the project partners. From the statistical analysis of that exercise, a validated CoP was derived dealing with strain-controlled constant amplitude TMF of nominally homogeneous metallic materials subjected to spatially uniform temperature fields and uniaxial mechanical loading. It is intended to give advice and guidance on the appropriate test setup, testing procedures and the analysis of results, in particular for newcomers in the field of strain-controlled TMF. This paper highlights some of the results of the TMF-Standard project. Moreover, commonalities and differences of the present CoP with respect to the standard documents for strain-controlled TMF, which have been developed at ISO and ASTM levels, are presented in this paper.
Der Weg zur digitalen Brücke ist eingeschlagen. Im Bereich der Planung, Bauüberwachung und -ausführung wird aktuell das Building Information Modelling (BIM) eingeführt. Ist eine Brücke in der Baulast von Bund und Ländern errichtet, wird ihr Zustand im Zuge von wiederkehrenden Bauwerksprüfungen nach DIN 1076 lückenlos überwacht. Abgespeichert werden die Informationen der Überwachung in einer Datenbank (ASB-ING Teilsystem Bauwerksdaten). Aus dieser Datenbank können anschließend relevante Informationen in ein objektspezifisches Bauwerksbuch überführt werden. In dieser Datenbank werden im Vorfeld definierte Daten abgespeichert. Reine Messdaten oder aber auch die verwendeten ingenieurtechnisch-physikalischen Modelle verbleiben in der Regel bei den beauftragen Dienstleistern. Zusammengefasst existieren verschiedene parallele Insellösungen der Informationsablage. Gegenstand verschiedener Forschungsanstrengungen ist es nun Lösungen zu finden, die einen ganzheitlichen Ansatz für den Informationsfluss von der Errichtung über den Betrieb bis hin zum Abbruch eines Bauwerkes sicherstellen. Im Rahmen einer prototypischen Entwicklung wird auf Grundlage, des für die Industrie 4.0 entwickelten open source Software Framework Eclipse BaSyx, ein möglicher Lösungsansatz – die Verwaltungsschale BBox (Bridge Box) - präsentiert. Dieser Lösungsansatz stellt das physikalisch-ingenieurtechnische Modell zur Zustandsbewertung der Brücke gedanklich in den Mittelpunkt. Unter der Voraussetzung einer durchgängigen Digitalisierung der gesamten Prozessschritte innerhalb der Lebensdauer der Brücke, kann jeder Planungs- und Fertigungsschritt, die Instandhaltung einschließlich des Rückbaus erfasst werden. Das Besondere hierbei ist, dass auch die Grundlagen der Bewertung, wie Messdaten, mit abgespeichert werden. Die Modellstruktur der Verwaltungsschale erlaubt hierbei eine bedarfsgerechte Granularität hinsichtlich der Messdaten auf allen virtuellen Ebenen, um das physikalisch-ingenieurtechnisch Modell mit Daten zu versorgen. Die gewählte Form der Datenablage bildet den Grundstein für zukünftige KI-Auswertungen z.B. mit den Methoden des Maschinellen Lernens (ML). Der Zugriff auf die dafür jeweils benötigten Daten wird durch die Ablage der Daten einschließlich Metadaten und den Einsatz einer Standard S3 Schnittstelle stark vereinfacht. Der Beitrag stellt die Entwicklung und die Systemarchitektur der BBox am Beispiel von 2 Projekten dar.
Digitaler Zwilling: Verwaltungsschale BBox als Datenablage über den Lebenszyklus einer Brücke
(2021)
Auf dem Weg zur digitalen Brücke existieren bereits erste Lösungen, die den Lebenszyklus einer Brücke abbilden können. Für die Planung, den Bau und den Unterhalt stehen unterschiedlichste Werkzeuge, z. B. BIM, DIN 1076, SIB-Bauwerke, Monitoring etc. zur Verfügung, die jeweils mit unterschiedlichen Datenformaten arbeiten. Für ein intelligentes Erhaltungsmanagement müssen aber alle Daten mit den verschiedenen Datenformaten zusammengeführt, abgelegt und so verwaltet werden können, dass über den gesamten Lebenszyklus einer Brücke die Abbildung eines ganzheitlichen digitalen Zwillings eines Bauwerks möglich ist. Die Autoren haben dafür mit BBox den Prototyp einer Verwaltungsschale (VWS) auf Grundlage von Industrie 4.0 entwickelt. Damit wird das physikalisch-ingenieurtechnische Modell zur Zustandsbewertung der Brücke in den Mittelpunkt gestellt und der gesamte Lebenszyklus einer Brücke kann unabhängig von Datenformaten digital erfasst werden. Da der Aufbau der VWS durch die Granularität optimal strukturiert ist, bietet die Ablage und Einspeisung von Messdaten sowohl die Grundlage eines Live-Monitorings als auch den Grundstein für maschinelles Lernen (ML). Der Datenzugriff via S3-Schnittstelle erleichtert die Entwicklung von eigenen Prognosemodellen mit Informationsmustern (SHIP – Structural Health Information Pattern). Am Beispiel der Heinrichsbrücke Bamberg wird die praktische intelligente Umsetzung des Bauwerksmonitorings inkl. VWS mit Informationsmustern und ML gezeigt.
To start the large-scale deployment of offshore wind in German waters, the German Federal Ministry for the Environment (BMU) supports the offshore test site "alpha ventus" in the North Sea with a research budget of about 50 million Euro in the next years. The overall objective of the research is to reduce the costs of offshore wind energy deployment in deep water. In order to provide all participating research projects with detailed data, the test site will be equipped with extensive measurement instrumentation.
This research initiative was named RAVE Research at Alpha VEntus and consists of a variety of projects in connection with the installation and operation of alpha ventus. As part of the RAVE initiative, so far the participating institutes and companies have prepared projects on the following topics:
Realization of the joint measurements and data management
Analysis of loads, modelling and further development of the different components of offshore wind turbines
Loads at offshore foundations and structures
Further development of LIDAR wind measuring techniques
Grid integration of offshore wind energy
Monitoring of the offshore wind energy deployment in Germany "Offshore WMEP"
Measurement of the operating noises and modelling of the sound propagation between tower and water
Ecologic research
Planar tomography and numerical analysis for damage characterization of impact loaded RC plates
(2020)
The damage analysis of reinforced concrete (RC) is of high interest for reasons of effective maintenance and structural safe-ty of buildings. The damage structures of RC plates loaded by an impact were investigated, applying X-ray planar tomogra-phy and finite element method (FEM). Planar tomography allows getting three-dimensional information of the RC elements and the damage including crack, spalling and scabbing. The FEM model validated on the tomography data justifies the appli-cation for further predictions of the damage description. In this study, we investigated concrete plates of three different thick-ness subjected to impacts at different low- and medium-velocity, whereby the used impactor had a flat tip, which resulted in small penetrations on the front side and scabbing on the rear side. In order to quantify the damage, the damage volume and its distribution through the plate were computed and the correlations between degree of damage and impact velocity were found out.
Due to the wide range of applications, the easy production and the large field of use, reinforced concrete (RC) is a widespread building material. This variety of applications is reflected in a wide range of physical material properties. Not only therefor it still is a technical challenge to provide all necessary test conditions for experimentally reproducing dynamic effects under impact loading of RC structures. In this paper we present investigations on the thicknesses of RC plates under low and medium high velocity impact loading by a flat-tipped impactor. The planar tomography setup at BAM is used to visualize the impact damage and to characterize the damage features such as cracks, scabbing and spalling. Further, the comparison of tomography results with those of an applied numeric simulation analysis is used to verify the numeric models for future damage prognosis under impact loading. Using the results of both, the tomographic as well as the FE analysis, different damage features were investigated and compared regarding their validity. Crack damage plays a leading part and the significance of summarized crack values as well as their distribution is analyzed. The total damage value but also the determined damage distribution both provide an input for describing damage as a function of the impactor velocity and plate thickness.
Evaluation of an interlaboratory comparison of the chemical assay of U, Th oxide coated particles
(1981)
Reinforced concrete (RC) is used as structural material in most diverse civil engineering applications. For the variability of its physical properties it is still an engineering challenge to meet all necessary requirements for the prediction of dynamic effects under impact loading. In this paper, investigations are shown within the scope of quantifying and evaluating the damage caused by an impact. The experimental investigations are performed in the field of low- and medium-velocity impact. The chosen flat nose shape results in small penetrations on the top side and scabbing on the bottom side. The plate is scanned with an adapted planar tomographic examination after the impact, and the damage is analysed, afterwards. Cracks and spalling are made visible with a reconstruction. The numerical model validated on the tomographic results justifies the application for further predictions of the damage description.