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A continuum damage model for concrete is developed with a focus on fatigue under compressive stresses. This includes the possibility to model stress redistributions and capture size effects. In contrast to cycle based approaches, where damage is accumulated based on the number of full stress cycles, a strain based approach is developed that can capture cyclic degradation under variable loading cycles including different amplitudes and loading frequencies. The model is designed to represent failure under static loading as a particular case of fatigue failure after a single loading cycle. As a consequence, most of the material parameters can be deduced from statictests. Only a limit set of additional constitutive parameters is required to accurately describe the evolution under fatigue loading. Another advantage of the proposed model is the possibility to directly incorporate other multi-physics effects such as creep and shrinkage or thermal loading on the constitutive level. A multiscale approach in time is presented to enable structural computations of fatigue failure with a reduced computational effort. The damage rate within the short time scale corresponding to a single cycle is computed based on a Fourier based approach. This evolution equation is then solved on the long time scale using different implicit and explicit time integration schemes. Their performance and some limitations for specific loading regimes is discussed.
Der praktische Einsatz von SHM-Verfahren mit geführten Ultraschallwellen basiert auf einem fundierten Verständnis der speziellen physikalischen Zusammenhänge der Wellenausbreitung. Das umfasst nicht nur das multimodale Verhalten, welches von den Dispersionsdiagrammen repräsentiert wird, sondern auch die Vorhersage der Interaktion zwischen verschiedenen Wellenmoden und den zu erwartenden Fehlstellen.
Ziel des Workshops ist es, das Verständnis der Ausbreitung geführter Wellen zu verbessern und die vielfältigen Anwendungsmöglichkeiten, die sich aus der multimodalen Wellenausbreitung ergeben, an praktischen Beispielen zu demonstrieren. Die vorgestellten Szenarien beschränken sich dabei nicht nur auf eine Anregung grundlegender Dehnungs- und Biegewellen, sondern beziehen auch geführte Wellenmoden höherer Ordnung zur Verbesserung der Aussagekraft des Prüfergebnisses mit ein.
Nach einer theoretischen Einführung werden ausgewählte Demonstratoren, vorrangig mit Bezug zum Automobilbau, vorgestellt. Diese schließen Fragestellungen der Integration der Sensorik in gekrümmte Faserverbundbauteile ebenso mit ein, wie die Überwachung von Metall-Faserverbund-Komposit-Materialien, die in Drucktanks zum Einsatz kommen.
Ultrasonic guided waves (UGW) have been shown to be suitable for non-destructive testing (NDT) and structural health monitoring (SHM) of many engineering structures. Development of a technique based on UGWs requires careful understanding obtained through modelling and analysis of wave propagation and mode-damage interaction due to their dispersion and multimodal character. This presentation will provide insights into the Scaled Boundary Finite Element Method and its applicability for tackling wave propagation problems. Features and limitations of the SBFEM will be presented on an example of a multi-layered plate structure consisting of isotropic and anisotropic materials bonded together. You will be guided through the process of picking up the wave modes for your application. Starting from the calculation of dispersion curves and mode shapes to the analysis of wave propagation and mode-damage interaction. The main highlight of the presentation lies in the ability to detect damage in a certain layer depending on the mode used. The resulting deeper understanding of the wave propagation in multi-layered structures is the key to further developments of NDT and SHM for engineering structures consisting of multiple layers.
Quasi-brittle materials exhibit strain softening. Their modeling requires regularized constitutive formulations to avoid instabilities on the material level. A commonly used model is the implicit gradient-enhanced damage model. For complex geometries, it still Shows structural instabilities when integrated with classical backward Euler schemes. An alternative is the implicit–explicit (IMPL-EX) Integration scheme. It consists of the extrapolation of internal variables followed by an implicit calculation of the solution fields. The solution procedure for the nonlinear gradient-enhanced damage model is thus transformed into a sequence of problems that are algorithmically linear in every time step. Therefore, they require one single Newton–Raphson iteration per time step to converge. This provides both additional robustness and computational acceleration. The introduced extrapolation error is controlled by adaptive time-stepping schemes. This paper introduced and assessed two novel classes of error control schemes that provide further Performance improvements. In a three-dimensional compression test for a mesoscale model of concrete, the presented scheme was about 40 times faster than an adaptive backward Euler time integration.
Auf der Grundlage der in DIN EN 61757-2-2:2017 beschriebenen Standardisierungsmethoden wurden in dieser Arbeit wichtige Leistungsparameter von vier kommerziellen Messsystemen zur ortsaufgelösten faseroptischen Erfassung der temperatur- und dehnungsabhängigen Brillouin-Frequenzverschiebung untersucht. Gemäß der oben genannten Norm konzentrierte sich hier die Ermittlungsprüfung auf messtechnische Aspekte reiner Temperaturmessungen. Dabei diente die Ermittlung von einem festgelegten Satz dreier Betriebsverhaltenskenngrößen in Form von quantitativen Angaben des Messfehlers, der Wiederholgenauigkeit sowie der räumlichen Unsicherheit einem Vergleich der getesteten Messsysteme.
Alle faseroptischen Messungen wurden mit einer Faserschleife ausgeführt, d. h. als Sensorkonfiguration der Messfaser wurde eine Schleifenanordnung gewählt. Die Messverfahren der getesteten Messysteme basierten somit auf der Brillouin-optischen Zeit- bzw. Frequenzbereichsanalyse. Die Betriebsverhaltenskenngrößen wurden ferner bei unterschiedlichen Werten zweier messtechnischer Parameter, des Frequenzschrittes und der Mittelungsrate, für Standardeinstellungen der Laserleistungswerte der in die Sensorfaser einzukoppelnden Laserlichtsignale ermittelt. Auf diesem Weg lassen sich relevante Aussagen zur Optimierung der Messgenauigkeiten in Bezug auf Messdauer treffen.
Auf der Grundlage der in DIN EN 61757-2-2:2017 beschriebenen Standardisierungsmethoden wurden in dieser Arbeit wichtige Leistungsparameter von vier kommerziellen Messsystemen zur ortsaufgelösten faseroptischen Erfassung der temperatur- und dehnungsabhängigen Brillouin-Frequenzverschiebung untersucht. Gemäß der oben genannten Norm konzentrierte sich hier die Ermittlungsprüfung auf messtechnische Aspekte reiner Temperaturmessungen. Dabei diente die Ermittlung von einem festgelegten Satz dreier Betriebsverhaltenskenngrößen in Form von quantitativen Angaben des Messfehlers, der Wiederholgenauigkeit sowie der räumlichen Unsicherheit einem Vergleich der getesteten Messsysteme.
Alle faseroptischen Messungen wurden mit einer Faserschleife ausgeführt, d. h. als Sensorkonfiguration der Messfaser wurde eine Schleifenanordnung gewählt. Die Messverfahren der getesteten Messysteme basierten somit auf der Brillouin-optischen Zeit- bzw. Frequenzbereichsanalyse. Die Betriebsverhaltenskenngrößen wurden ferner bei unterschiedlichen Werten zweier messtechnischer Parameter, des Frequenzschrittes und der Mittelungsrate, für Standardeinstellungen der Laserleistungswerte der in die Sensorfaser einzukoppelnden Laserlichtsignale ermittelt. Auf diesem Weg lassen sich relevante Aussagen zur Optimierung der Messgenauigkeiten in Bezug auf Messdauer treffen.
Ziel des Projektes ist die Qualifizierung von Duplexstählen in Tunnelbauwerken um die Einsatzmöglichkeiten alternativer nichtrostender Stähle zu den bislang gebräuchlichen rostfreien Edelstählen 1.4404 und 1.4571 zu eruieren. Da Duplexstähle im Vergleich zu austenitischen Stählen über eine doppelt so hohe Festigkeit verfügen, können Bauteile schlanker konstruiert werden, wodurch Material eingespart werden kann. Neben der Wirtschaftlichkeit muss die Dauerhaftigkeit untersucht werden. Dazu wurden speziell konzipierte Wand- und Deckenracks mit unterschiedlichen metallenen Werkstoffen und Oberflächen hergestellt und in den Tunnelbauwerken montiert. Nach bestimmten Auslagerungszeiten von bis zu drei Jahren werden die Proben demontiert und auf ihr Korrosionsverhalten untersucht. Ein weiteres Ziel neben der Qualifizierung der Werkstoffgruppe sind die Reduktion der Instandsetzungs- und Wartungsmaßnahmen der Tunnelbetreiber.
Tetrafluoroethylene (TFE) is an industrial scale starting material e.g. for polymer production (PTFE, FEP). When ignited the chemically unstable TFE is capable to decompose in an explosive way. Explosion propagation through pipe systems of production plants have led to damage and fatalities within the last 7 decades.
Incident analyses identified compression heat a relevant source of ignition. Chemical plants consist of pipes, vessels, separating valves, strainers and other components. Before restarting the process after maintenance work different parts of the plant components could be filled with TFE, Nitrogen or Air at different initial pressures ranging from vacuum or atmospheric to TFE at operating pressure. Valve opening procedures may cause a temperature increase in the gas phase. Compression takes place at polytropic conditions. Heat losses cannot be neglected. Therefore the temperature development in the gas depends upon the surface-to-volume-ratio of the enclosure, geometrical influences, the state of gas flow, how fast the valve opens and the heat capacity of the gas being compressed.
In the present work initial test results from a 2.5” pipe will be compared with existing 1.1” pipe data. Geometrical effects will be briefly discussed as well as some first results concerning the influence of orifices are reported. Furthermore a method allowing for the identification of hazardous initial conditions is discussed.
Motivation:
- Reduktion der CO 2 Emissionen von Verbrennungsmotoren durch den Einsatz von LNG als alternativer Kraftstoff
- Aktuell werden doppelwandige Edelstahltanks mit Vakuumisolation für den Transport eingesetzt
- Reduktion des Tankgewichts und Vereinfachung der Konstruktion soll durch die Substitution mit GFK inklusive einer Isolationsschicht erreicht werden
- Leichtere Überprüfung von einwandigen Tankkonstruktionen
- Günstiges Versagensverhalten von GFK im Brandfall
Zusammenfassung:
- Thermische Performance kann mit Isolation aus PU Schaum erreicht werden
- Messung der Abdampfrate bildet einfache Möglichkeit zur Bestimmung der thermischen Performance
- Mikrorisse in der Matrix führen zur Leckage -> Liner notwendig
- Biegemodul bis 30 MPa vergleichbar, danach Abfall um ca. 50 % bei tiefen Temperaturen
Ausblick:
- Prüfung von GFK Proben mit Fasern in 0°-Orientierung
- Prüfung der thermischen Performance mit Demonstratoreinheiten verschiedene Größen
- Entwicklung einer Skalierungsfunktion, um Ergebnisse von druckloser Prüfung auf Druckanstieg zu übertragen