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The effect of porosity and microcracking on the mechanical properties (strength, fracture toughness,Young’s modulus, and fracture energy) and thermal expansion of diesel particulate filter (DPF) gradecordierite materials has been investigated. A method to deconvolute the effect of porosity and microc-racking on Young’s modulus is proposed. In addition, the microcrack density and the pore morphologyfactor are calculated by applying a micromechanical differential scheme. The values of the investigatedmechanical properties are shown to decrease with an increase in porosity, but the thermal expansionvalues are insensitive to porosity. The variation in mechanical properties as a function of porosity leadsto distinct porosity dependence of thermal shock resistance for crack initiation and crack propagationfor DPF grade synthetic cordierite.
Tetrafluorethen wird von der Polymerindustrie seit Jahrzenten als monomeres Ausgangsmaterial sowohl für die Herstellung von Polymeren (PTFE) als auch für Kopolymere (PCTFE) eingesetzt.
Aufgrund seiner Eigenschaft als chemisch instabiles Gas kann TFE auch ohne Luftsauerstoff oder einen anderen Oxydator explosionsartig zerfallen. Nach der Initiierung des Zerfalls kann dieser unter bestimmten Bedingungen aufgrund des exothermen Reaktionsverhaltens sich selbstständig in Apparaten und Rohrleitungen ausbreiten. Dies geht aufgrund der freigesetzten Reaktionsenthalpie mit einem schlagartigen Anstieg von Druck und Temperatur einher, was zu erheblichen Belastungen der Materialien bis hin zum Versagen und Bruch und möglichen Folgeschäden einschließlich Personenschäden führen kann und in der Vergangenheit bereits mehrfach geführt hat.
Besonders nach Wartungsarbeiten besteht die Gefahr, dass Teilabschnitte im Rohrleitungssystem mit TFE, Stickstoff oder Luft gefüllt sind mit Drücken in einem Bereich zwischen technischem Vakuum und atmosphärischem Druck wohingegen angrenzende Rohrabschnitte oder Behälter immer noch TFE bei Betriebsdrücken bis 32 bar enthalten können. Dabei sind die Abschnitte in der Praxis häufig durch Kugelhähne voneinander getrennt, die aufgrund ihrer Öffnungscharakteristik bereits bei geringen Betätigungswinkeln eine große Querschnittsfreigabe für die Strömung im Rohr ermöglichen. Dadurch können schlagartige Kompressionsvorgänge des Gases im Niederdruckbereich ermöglicht werden, die allein aufgrund der thermodynamischen Zustandsänderung zu einer erheblichen Temperaturerhöhung führen und im schlimmsten Fall zur Initiierung der Zerfallsreaktion führen können.
Es wird erstmalig ein Versuchsaufbau im Industriemaßstab, der einer explosionsartigen Zerfallsreaktion von TFE standhalten kann. Zahlreiche Sicherheitskonzepte einschließlich diverser Berstscheibenkonfigurationen als auch zeitgesteuerte Schnellschlussventile wurden eingehend untersucht und bewertet, um die optimale Versuchskonfiguration für bestmögliche Reproduzierbarkeit festzulegen. Es fand eine systematische Untersuchung der schlagartigen Kompression der Systeme Luft/Luft, TFE/Luft, TFE/TFE und TFE/N2 statt.
In der Hochdrucksektion wurden Drücke bis 30 bar realisiert und im Niederdrucksektor konnten Anfangsdrücke im Bereich weniger Millibar bis hin zu Atmosphärendruck eingestellt werden.
Als Hauptergebnis wurde ein „Hazard diagram“ erstellt, mit dessen Hilfe die Zündwahrscheinlichkeit in Abhängigkeit vom Hochdruck und Niederdruck abgeschätzt werden kann. Gefährliche Bedingungen in Rohrleitungen können dadurch auf einfachem Weg identifiziert werden.
Als Referenzsystem zur Beurteilung der maximal erreichbaren nicht reaktiven Kompressions-temperaturen wurde Luft/Luft verwendet. Die damit ermittelten Daten dienten zur Bewertung von zusätzlichen exothermen Effekten, wie sie etwa bei Vorreaktion des TFE im Falle einer Dimerisierung auftreten können.
Entgegen der ursprünglichen Annahme konnten die Systeme TFE/Stickstoff und TFE/TFE im verwendeten Aufbau nicht durch Kompressionsvorgänge gezündet werden.
Die BAM erforscht mit Partnern an der TUM und DTU Methoden und Modelle für ein optimiertes Tragwerksmanagement von Infrastrukturbauwerken. Im Rahmen des vom BMVI und der BASt aufgelegten Projektclusters „Intelligente Brücke“ wurde ein Software-Prototyps zur zuverlässigkeitsbasierten Bewertung eines konkreten Spannbetonüberbaus unter Berücksichtigung von Inspektionen und Überwachungssystemen entwickelt. Der entwickelte Software-Prototyp ermöglicht Benutzern ohne vertiefte Kenntnisse der Zuverlässigkeitstheorie eine Berechnung des Einflusses von Bauwerksinformationen auf den Systemschädigungszustand und die Tragsicherheit. Auf dieser Grundlage können effiziente Inspektions- und Überwachungsmaßnahmen identifiziert und das Erhaltungsmanagement optimiert werden.
Fraunhofer Life Science Day
(2015)
Their high affinity, selectivity and specificity make monoclonal antibodies (mAbs) very important tools in research, diagnostics and therapy. The production of mAbs is routinely performed by hybridoma technique. Hybridomas are generated by fusing antibody-producing B cells with indefinitely proliferating myeloma cells. Both, cell fusion and the indispensable identification and isolation of the desired antibody-producing hybridoma clone is still far from being trivial.
We describe a novel method that should help to optimize the cell fusion, and the screening for antibody-secreting hapten-specific hybridoma cells by using fluorescence activated cell sorting and single-cell fusion. Hybridoma cells specific for a hapten were incubated with a hapten-peroxidase conjugate (hapten-HRP), which was subsequently incubated with a fluorophore-labeled polyclonal anti-peroxidase antibody (anti-HRP-Alexa Fluor® 488). To characterize the expression of membrane-bound immunoglobulin G (IgG) a fluorophore-labeled anti-mouse IgG antibody (anti-IgG-Alexa Fluor® 647) was used. Successful staining was verified by confocal laser scanning microscopy (CLSM). We show that it is possible to specifically label hapten-specific hybridoma cells. It should also be possible to use this labelling approach for the isolation of hapten-specific B cells from the spleen and use these cells for single-cell fusion. Parallelized cell fusion chips were developed to increase fusion efficiencies.
We present a concept for assessing the system reliability of monitored jacket support struc-tures of offshore wind turbines subjected to fatigue. The concept assumes that a structural health monitoring system periodically records accelerations of the jacket structure caused by ambient excitations. The recorded data is processed by a stochastic subspace-based damage detection algorithm to provide information on the global damage state of the jacket structure. This information is generally uncertain. To determine the effect of such uncertain global monitoring information on the structural reliability, the deterioration state of the jacket structure is described by a probabilistic fatigue deterioration model of all structural elements, which considers stochastic dependence among element fatigue behavior. The system deterioration model is coupled with a probabilistic structural model to compute the system failure probability. Global damage detection information is included in the reliability assessment through Bayesian updating of the system failure probability.
Build-up strategies for generating components of cylindrical shape with laser metal deposition
(2015)
Laser Metal Deposition LMD) as additive manufacturing process offers the potential to produce near net shape components. This reduces the amount of material and post-processing. The components are composed of individual layers. Already mall irregularities within a layer can add up over multiple layers and lead to error propagation. This paper deals with the issue of build-up strategies to minimize irregularities and prevent error propagation. Different travel paths and the influence of a changing starting point regarding to error propagation are discussed. Different deposition rates between core and peripheral area are detected and successfully compensated by adjusting the build-up sequence. Stainless steel and titanium alloy Ti-6Al-4V are used in the experiments. The results are intended to illustrate the potential of an adjusted build-up strategy and provide basic information on the way to an automated deposition process. This paper is of interest for engineers in industry or science using LMD as additive manufacturing process.
Introduction to PowderCell
(2015)
The kinetic energy of keV electrons backscattered from a rutile (TiO2) surface depends measurably on the mass of the scattering atom. This makes it possible to determine separately the angular distribution of electrons backscattered elastically from either Ti or O. Diffraction effects of these backscattered electrons inside the rutile crystal lead to the formation of Kikuchi patterns. The element-resolved Kikuchi patterns of Ti and O differ characteristically, but each can be described fairly well in terms of the dynamical theory of diffraction. Qualitatively, much of the differences can be understood by considering the relative arrangement of the Ti and O atoms with respect to planes defined by the crystal lattice.
In this paper, we present a new dataset consisting of 19,407 X-ray images. The images are organized in a public database called GDXray that can be used free of charge, but for research and educational purposes only. The database includes five groups of X-ray images: castings, welds, baggage, natural objects and settings. Each group has several series, and each series several X-ray images. Most of the series are annotated or labeled. In such cases, the coordinates of the bounding boxes of the objects of interest or the labels of the images are available in standard text files. The size of GDXray is 3.5 GB and it can be downloaded from our website. We believe that GDXray represents a relevant contribution to the X-ray testing community. On the one hand, students, researchers and engineers can use these X-ray images to develop, test and evaluate image analysis and computer vision algorithms without purchasing expensive X-ray equipment. On the other hand, these images can be used as a benchmark in order to test and compare the performance of different approaches on the same data. Moreover, the database can be used in the training programs of human inspectors.
Sealing and strengthening of the subsoil by injection is a major issue in the field of geotechnical engineering. This involves also jet grouting, which allows creating columns of grouted soil by eroding and mixing the in-situ soil with a thin cement suspension. A general difficulty of this method is to predict the column diameter and its material strength. Here, we present two-dimensional finite-difference numerical simulation results of a promising non-destructive quality assurance testing tool to evaluate the diameter of jet grout columns. This approach incorporates crosshole and downhole seismic measurements. Preliminary tests showed that this tool is applicable under real site conditions.
For absorption processes with fluctuating feed gas compositions it is vital to continuously adjust
the operation point to achieve energy efficiency. In this contribution a Raman-based advanced
process control (APC) is introduced for the absorption of carbon dioxide (CO2) using an aqueous
solution of monoethanolamine (MEA). The APC is based on a Raman spectroscopic analysis of
the composition and CO2 load of the scrubbing liquid and a non-linear model predictive control
(NMPC) to adjust the scrubbing liquid cycle. In addition, an outer real-time optimization loop is
set in place to update the set points for the absorption process depending on the current feed gas composition minimizing the energy consumption of the process. Implementation and testing of the APC have been carried out in a mini-plant at TU Berlin. During a plant operation of more than 160 hours robustness and stability of the APC were shown.
In the near future, it will be important to adopt innovative approaches and technologies in order to further guarantee the reliability and availability of the highway network. New tools are therefore needed in order to obtain in-depth information about the condition of bridges and its development early enough before significant, precarious damage cases occur. In 2011, the research program “Intelligente Brücken (Smart Bridges)” was launched by the BASt together with the BMVI to evolve systems for information and holistic evaluation for Bridge structures as a supplement to the current inspection-based maintenance management. Several projects dealt with the topic in the last few years and provided guidelines and a solid basis to move towards a first implementation considering the input of all research projects carried out so far.
In this paper we present results of our recent efforts to understand the mechanical interface behaviour of single-walled carbon nanotubes (CNTs) embedded in metal matrices. We conducted experimental pull-out tests of CNTs embedded in Pd or Au and found Maximum forces in the range 10 - 102 nN. These values are in good agreement with forces obtained from molecular Dynamics simulations taking into account surface functional Groups (SFGs) covalently linked to the CNT material. The dominant failure mode in experiment is a CNT rupture, which can be explained with the presence of SFGs. To qualify the existence of SFGs on our used CNT material, we pursue investigations by means of fluorescence labeling of surface species in combination with Raman imaging. We also report of a tensile test system to perform pull-out tests inside a transmission electron microscope to obtain in situ images of CNT-metal interfaces under mechanical loads at the atomic scale.
The intention of this compilation of articles was to introduce brand-new developments in the field of chemical imaging which have not been discussed in previous review articles. These include the design of new sensor nanomaterials based on photon uponversion crystals which convert near-infrared excitation light into sensor signals in the visible wavelength range highlighted by Christ and Schäferling. Sun, Ungerböck and Mayr describe the state of the art in oxygen imaging in microreactors and microfluidic devices. Miniaturized sensors for the imaging of oxygen, pH and temperature in microchips, microfluidic platforms and microbioreactors are reviewed by Pfeiffer and Nagl. Furthermore, Dmitriev and Papkovsky present a critical assessment of the applicability of probes for intracellular oxygen sensing.
I hope these articles provide an interesting insight into advanced luminescent sensor materials and the applications of optical micro- and nanosensors in fluorescence imaging today and will be inspiring for the reader. Finally, I would like to thank all authors and referees for spending their time to enable this collection of articles.
Themenschwerpunkt des 11. Kolloquiums war „Vom Sensor zur Prozessintelligenz“. Diskutiert wurde damit über die neusten Fortschritte in der Messtechnik und deren Implementierung sowie über neue Aspekte der Modellierung und das Umsetzen, also das Leben des daraus generierten Wissens im Prozess.
Das 11. Kolloquium Prozessanalytik in Wien startete mit einem Konferenzvorkurs zum Thema Ressourcenanalytik. Bei der Erschließung, Förderung und Umsetzung von natürlichen Rohstoffen gewinnen analytische Online-Verfahren eine immer größere Bedeutung. Gleichzeitig liegen die Analyte jedoch in sehr heterogenen Matrizes vor, sodass die Ressourcenanalytik ein sehr herausforderndes, für Fachleute damit aber auch sehr spannendes Thema ist.
Für diesen interdisziplinären Brückenschlag fanden an den beiden Hauptveranstaltungstagen vier Sessions mit jeweils drei Fachvorträgen und anschließender Diskussion statt: Im ersten Vortragsblock Sensoren – „messen“ wurden beispielhaft neue Messtechniken sowie übergeordnet deren Einbindung in die digitale Welt über Zukunftstrends wie Industrie 4.0 oder die Technologieroadmap Prozess-Sensoren 4.0 beschrieben. Mit Automatisierung – „implementieren“ wurden in einer zweiten Session Herausforderungen aber auch konkrete Lösungswege bei der Implementierung von Messtechnik im industriellen Umfeld aufgezeigt. Die Vortragsreihe Modelle – „erkennen“ widmete sich am zweiten Veranstaltungstag der Fragestellung, wie Messergebnisse in Wissen transferiert werden können, wobei insbesondere entsprechende Erfahrungen aus der Bioprozesstechnik zugänglich gemacht wurden.
Ebenfalls am zweiten Tag war schließlich Life-Cycle-Management – „leben“ Titel der „österreichischen Session“ zum Schwerpunktthema des Kolloquiums. In den drei Vorträgen wurde gezeigt, wie einmal generiertes Prozesswissen durch gutes Wissensmanagement und dessen Werkzeuge nicht nur tradiert sondern auch transferiert werden kann.
Besondere Berücksichtigung fanden beim diesjährigen Kolloquium auch die fast 40 hochqualitativen Posterbeiträge. Neben den ausgedehnten Postersessions an beiden Veranstaltungstagen erhielten die Autoren in zwei Posterslams jeweils eineinhalb Minuten Zeit, ihre Arbeit vorzustellen und das Fachpublikum zu vertiefenden Gesprächen im Anschluss einzuladen. Damit rückten nicht nur diese wertvollen Beiträge noch mehr ins Zentrum der Aufmerksamkeit, auch das Auditorium hatte so Gelegenheit, die Posterausstellung noch gezielter wahrzunehmen.
Das interdisziplinäre Doktorandenseminar, das unter den Teilnehmerinnen und Teilnehmern mittlerweile als echter Geheimtipp gehandelt wird, startete dieses Mal gleich in medias res mit einem Design-Thinking-Workshop zum Thema "Prozessanalytik für Industrie 4.0". Das Thema ist derzeit in aller Munde, erfährt eine eigene Dynamik und es wird hierzulande kräftig an Roadmaps und White Papers gestrickt. So kam aus Fachkreisen der VDI/GMA und NAMUR der Vorschlag, die Generation der zukünftigen Kolleginnen und Kollegen zu dem Thema zu befragen, die die heute verbrochenen Konzepte zukünftig selber ausbaden müssen.
Die Vorträge der nächsten beiden Tage umfassten wieder ein sehr breites und interdisziplinäres Themen-, Methoden- und Anwendungsspektrum. Neben lumineszenten Temperatursensoren in Mikrochipreaktoren, Mikromischer NMR-Detektion und in Arbeitsschutzkleidung integrierte Chemosensorik folgten einige Vorträge zu Verbesserungen und neunen Konzepten von Biosensoren sowie für Immuno-Micorarray-Verfahren. Die ebenfalls diskutierten Identifizierungs- und Quantifizierungsverfahren reichten von der Kokskohle bis zur Arzneitablette. Desweiteren wurde der Bogen von lumineszenten Nanopartikeln zu Kalibrationsstandards für Trübungssonden gespannt. Neben den Erzeugen der Daten ist ein intelligentes Datenmanagement notwendig um die Informationen auch zu verarbeiten und entsprechend dem User zu präsentieren.
Die interdisziplinäre Ausrichtung und Vielfalt der verschiedenen Forschungsbereiche spiegelte sich auch in den Postersession wieder. Die Themen umfassten etwa Softsensoren für die Regelung von CHO-Zellkultivierungen, Prozessanalytik für die Reaktivabsorption von CO2 aus industriellen Gasströmen oder Alkoholmarker in menschlichem Haar, um nur einige zu nennen.
The NanoMag project brings together various leading experts in magnetic nanoparticle synthesis as well as nanoparticle analysis and characterization from research institutes, companies, universities and metrology institutes that will perform cutting-edge research and develop applications in the field of magnetic particles. This work is supported by the European Commission Framework Programme7 under the NanoMag project [grant agreement no 604448].
Nach mehr als 15-jähriger Anwendung und mit der zwischenzeitlichen Einführung europäisch harmonisierter Normen für Fugenmaterialien war eine Anpassung Qualitäts- und Gütesicherungsanforderungen für Fugenfüllungen im Bundesfernstraßenbereich erforderlich. Hierbei ging es insbesondere darum, Maßnahmen und Verfahren zu entwickeln, um das nationale Qualitäts- und Gütesicherungsniveau weiter zu entwickeln und weiterhin sicher stellen zu können. Nach den Untersuchungserfahrungen im Labor und im Feld ging darum, neuartige Material- und Stoffkombinationen qualitätssicher dem Bauprozess zur Verfügung stellen zu können. Erforderliche Anforderungskriterien und zulässige Toleranzen der Lieferqualität wurden neu gefasst. Es wurde ein Verfahren entwickelt, europäische Bauprodukte qualitätsgesichert in den Bauprozess im Bundesfernstraßenbericht zu überführen.
Unter Berücksichtigung praktischer und wissenschaftlich-technischer Erkenntnisse der letzten 15 Jahre - insbesondere auch auf der Basis verschiedener BAM-Forschungsergebnisse und Zulassungsverfahren - erfolgte eine Überarbeitung der Grundlagen, Bauprinzipien, Ausführungs- und Einbaukriterien sowie der Zulassungs- und Gütesicherungsmaßnahmen für insgesamt 4 Bauarten von Fugenfüllsystemen für hochbeanspruchte Verkehrsflächen. In diesem - für den Bundesfernstraßenbereich verbindlichen bautechnischen Regelwerk - finden insbesondere auch die Ergebnisse mehrerer wissenschaftlicher Vorhaben der BAM bezüglich labortechnischer Untersuchungen und Felduntersuchungen zum Funktionsverhalten und zur Dauerhaftigkeit erste baurechtliche Konsequenzen. Auf der Basis von Untersuchungen u.a. im Brückenbau wurden Regelungen für die Fugenausbildung in Asphalt und bei Befestigungskombinationen erarbeitet und umgesetzt. Damit konnten umfassende Regelungen für die maßgebenden Fahrbahnbeläge im Bundesfernstraßenbereich der Straßenbauverwaltung und ausführenden Industrieunternehmungen zur Verfügung gestellt werden. Die Neufassung dieser Regelungen dient darüber hinaus dem Ziel, den von der BAM vertretenen Wechsel hin zu einer performance-bezogenen Bewertungsmethodik, vorzubereiten.
Bei der Freisetzung von brennbaren und/oder toxischen Stoffen mit einem Siedepunkt nahe der Umgebungstemperatur (z.B. Fluorwasserstoff) oder von erhitzten Flüssigkeiten, findet die Verdunstung bei höheren Dampfdrücken statt. In diesem Bereich ist der Massenstrom beim Stoffübergang von der flüssigen in die gasförmige Phase mit herkömmlichen Modellen nur noch schwer zu beschreiben. Während der Annäherung an den Siedepunkt findet ein gleitender Übergang von der konzentrationsgradient-dominierten Verdunstung in die wärmestrom-dominierte Verdampfung statt. Die meisten Verdunstungsmodelle wurden entwickelt, um den Stoffübergang bei geringen Dampfdrücken zu beschreiben. Der Verdunstungsmassenstrom berechnet sich aus dem Stoffübergangskoeffizienten, der anhand der Grenzschichtparameter, wie die charakteristische Länge, Windgeschwindigkeit und die Stoffeigenschaften bestimmt wird, und einem Druckterm, der je nach Modell in linearer oder logarithmischer Formulierung vorliegt.
Während letztere am Siedepunkt zu einem unendlichen Massenstrom führt, liefert der lineare Ansatz (unterschiedliche) finite Werte. Obwohl unbestritten sein dürfte, dass die Annahme eines unendlichen Massenstromes nicht plausibel ist, stellt sich die Frage welcher Ansatz die Realität in der Nähe der Siedetemperatur am besten wiedergibt.
Da für den hier diskutierten Dampfdruckbereich keine veröffentlichten Daten zu finden waren, wurden in der BAM neue Messreihen durchgeführt. In einer beheizbaren Wanne mit 90 cm Durchmesser wurde in Freilandversuchen der Massenstrom für verschiedene Substanzen bei unterschiedlichsten Temperaturen und somit Dampfdrücken bestimmt. Zusammen mit den Ergebnissen früherer Experimente in der BAM zur Verdunstung unter Freilandbedingungen liegt jetzt eine ausreichende Datenbasis für die Bewertung der Modelle und insbesondere der Ansätze für den Druckterm vor.
The numerical simulations of high power laser keyhole welding at different welding positions are performed by using Volume-Of-Fluid (VOF) method. The main material is SS400. The multi-physics phenomenon is considered using several models, such as the heat flux of Gaussian heat source, the recoil pressure with Clausisus-Clapeyron equation, the Marangoni flow considering temperature gradient, the buoyancy force with Boussinesq approximation, the additional shear stress and heat source due to metallic vapor ejected through keyhole entrance, the bubble formation assumed as adiabatic bubble, and the multiple-reflection by solving proper discriminant, are used. To analyze the fluid flow pattern, the concept of streamline formed by reconstructing the value of the velocity vector is applied.
Partial and full penetration cases at different welding positions are considered. The welding position seems to have only a minor influence on bead formation characteristics in both cases. This is probably due to the fact that the recoil pressure has a major influence when compared to other driving forces. The flow characteristics and fluid velocity in weld pool are analyzed to compare the gravity direction effect at different welding positions. It is observed that the clockwise flow pattern is mainly formed by the recoil pressure on the keyhole surface in the case of partial penetration. The laser energy can't maintain the whole weld pool when the weld pool size becomes too large. And then the solidification starts from the middle part of weld pool and a necked weld pool shape is formed. In the full penetration welding, the weld pool flow patterns are affected by the leakage of laser power through the full penetration keyhole and also by surface tension. Furthermore, the numerical simulation of full penetration welding with AISI316L is also performed to analyze the effect of material properties. The weld bead shapes obtained by simulations were compared with the corresponding experimental results to confirm the validity of the process models adopted and the CFD simulation tool.
Die Anforderungen der modernen Infrastruktur machen schnell ausführbare Abdichtungs- und Brückenbelagssysteme für den Bundesfernstraßenbereich erforderlich. Dazu gibt es innovative Systemansätze, in denen unter Ausnutzung neuer asphalttechnologischer Erkenntnisse und Weiterentwicklungen innovative Belagsaufbauten in Ergänzung zum bestehenden technischen Regelwerk erarbeitet werden. Diese neuartigen Asphaltmaterialien mit verbesserten Asphalt-Gebrauchseigenschaften (Standfestigkeit; Tieftemperaturverhalten) werden durch Kombination mit neuartigen Flüssigkunststoffen zur Aufnahme von schnelle wiederholten Bewegungen (Rissüberbrückungseigenschaften) nochmals verbessert. Durch das optimierte Gebrauchsverhalten und die systembedingten technologischen Verbesserungen ist es bei Einhaltung besonderer materialtechnischer Anforderungen möglich, leistungsfähige Brückenabdichtungs- und Belagssysteme in deutlich schnellerer Bauzeit instandzusetzen bzw. im Neubau auszuführen. Die vorliegende Veröffentlichung verallgemeinert u. a. wissenschaftlich-technische Erkenntnisse der BAM und Erfahrungen im Umgang mit den spezialisierten Baustoffen in eine für die Straßenbaubehörden des Bundes und der Länder praktisch umsetzbare Weise.
Glass has different outstanding material-specific properties which offer theoretically the application of thin-walled hollow fibers in the field of high pressure gas storage. Especially the storage of hydrogen as renewable and environmental friendly energy carrier is possible. Glass is an amorphous material which is characterized by a theoretical tensile strength much higher than this of other materials. However, in practice the tensile strength is decreased significantly by defects on the glass surface or in the material and its network structure. As part of this thesis the burst pressures of hollow glass fibers were determined. The burst pressure correlates very well with the tensile strength of hollow glass fibers. By using the Weibull statistic the results of different test series were evaluated in respect to failure probabilities and compared to each other. Thereby the influence of various parameters on the pressure resistance was investigated. Beside the influence of the chemical composition of the material the aging by environmental and their effect on the pressure resistance was investigated. Additionally hollow glass fibers were loaded dynamically and statically with different gases. Afterwards the burst pressure was determined and the effect of used gas on the pressure resistance could be determined as well as the impact of method and duration of loading. A further influence of the dimension of hollow glass fibers on their resistance against inner pressure load is the ratio between wall thickness and inner diameter which was investigated as well as the combination of different glasses and the utilization of their disparate coefficient of thermal expansion which lead to prestressing of the hollow glass fiber. Finally, the impact of the variation of several production parameters on the pressure resistance was determined experimentally as like as the influence of surface coatings. These shall protect the glass surface from subsequently procured defects and, hence, increase the pressure resistance. As essential part of current thesis the defect analysis of test samples of various series was done whereby the differentiation between material and production dependent defects was important. Not only a light microscope but a scanning electron microscope was used for the investigation, as well. Beside volume defects like bubbles or inclusions surface defects in the form of scratches or spalling can be detected and observed. A calculation of the failure-causing defect size from measured burst pressure is possible. Dependent on the dimension and determined burst pressure value of each single fiber defect sizes of less than one micron were calculated. Particularly the geometry of the test samples inappropriate for many examination methods and the fact that the calculated defect size occurs only under loaded conditions at actual burst pressure the local detection of corresponding defect rendered impossible. In the end, the present thesis shows the pressure resistance of hollow glass fibers and their potential to store safely gases under high pressure.
Die quantitative Bestimmung der Haftfestigkeit von Beschichtungen ist von entscheidender Bedeutung sowohl für die Entwicklung als auch für die Qualitätssicherung. In einer Vergleichsstudie zur Haftfestigkeit von optischen und ophthalmischen Schichten wurde mit Hilfe der Zentrifugentechnologie der Einfluss verschiedener Parameter (Substratdicke, Oberflächenvorbehand-lung, Haftvermittler) auf die Haftfestigkeit optischer Schichten auf silikatischen und ophthalmischer Schichten auf polymeren Substraten untersucht.
Zur Bestimmung der Haftfestigkeit in der physikalisch korrekten Dimension Kraft pro Fläche im Stirnabzug stehen die Ein-Proben-Prüfung mit der Zugprüfmaschine und die Mehr-Proben-Prüfung mittels Zentri- fugentechnologie zur Verfügung. Die Zentrifugentechnologie wurde ausgewählt, da die Prüfung von bis zu acht Proben unter nahezu identischen Versuchsbedingungen und somit eine statistisch gesicherte Bestimmung der Haftfestigkeit möglich sind.
Es konnte nachgewiesen werden, dass die Substratdicke einen erheblichen Einfluss auf die gemessene Haftfestigkeit hat. Dies entspricht den Erwartungen, da es sich bei der Haftfestigkeit um eine System- eigenschaft des Schicht-Substrat-Systems handelt. Bei den Delaminationsbrüchen (DF) konnte zwischen Delamination des metallischen Reflektors (DF-R) und Delamination des Dielektrikums (DF-D) unter- schieden werden. Im Fall hinreichender Haftfestigkeit der Beschichtung traten auch Adhäsionsbrüche am Interface zum und Kohäsionsbrüche im Klebstoff auf. Nachfolgende Untersuchungen werden sich mit alternativen Klebstoffen und weiterentwickelten Fügestrategien befassen.
The influence of temperature and counterbody material on the tribological properties of a-C:H
coatings deposited on Cronidur 30 steel has been investigated in a lubricated ball on disk
contact situation with alpha-alumina and silicon nitride as counterbodies. The results show, that the wear volumes of the systems increase exponentially with increasing temperature, for alpha-alumina more than for silicon nitride. Two different wear mechanisms seem to have a
major influence: First, the abrasive action due to materials hardness and second, the tribo-oxidation when silicon nitride is counter material.
Many industrial processes are run at non-atmospheric conditions (elevated temperatures and pressures, other oxidizers than air). To judge whether and if yes to what extent explosive gas(vapor)/air mixtures will occur or may be generated during malfunction it is necessary to know the safety characteristic data at the respective conditions. Safety characteristic data like Explosion limits, are depending on pressure, temperature and the oxidizer. Most of the determination methods are standardized for ambient conditions.
In order to obtain determination methods for non-atmospheric conditions, particularly for higher initial pressures, reliable ignition criteria were investigated. Ignition tests at the explosion Limits were carried out for mixtures of methane, propane, n-butane, n-hexane, hydrogen, ammonia and acetone in air at initial pressures up to 20 bar. The tests have been evaluated according to different ignition criteria: visual flame propagation, temperature and pressure rising. It could be shown that flame propagation and occasionally self-sustained combustion for several seconds occurred together with remarkable temperature rise, although the pressure rise was below 3%. The results showed that the combination of a pressure rise criterion of 2% and a temperature rise criterion of 100 K seems to be a suitable ignition criterion for the determination of explosion limits and limiting oxidizer concentration at higher initial pressures and elevated temperatures. The tests were carried out within the framework of a R&D project founded by the German Ministry of Economics and Technology.
It is important to protect critical buildings (shopping centres, government buildings and embassies), infrastructure and utilities, train and underground stations from being damaged, destroyed or disrupted by deliberate acts of terrorism, criminal activity and malicious behaviour. Normal regulations and building guidelines do not generally take into account these threats. The introduction of appropriate regulations or guidelines, where deemed necessary, should enhance the resilience of buildings and infrastructures against explosion incidents. In order to protect the built infrastructure, testing methods are required which can answer the question whether certain building elements can withstand certain loading conditions created by an explosive event. The applicable state-of-the-art techniques may include either experimental or numerical methods, or a combination of both. Therefore, the thematic group (TG) on the resistance of structures to explosion effects was formed in order to bring the required expertise together, to make it commonly available and to find and define harmonised methods and solutions which can be provided to the decision-makers responsible for critical infrastructure protection. The TG described in a fist report JPC87202 the physical phenomena which have to be understood in order to ensure a proper testing of the elements and a correct interpretation of the results. In a second step, the differences between the existing standards for testing blast-resistant glazing and windows have been derived, and a basis for fundamental recommendations for the future development of the suite of European standards has been addressed JRC94930. Based on the prior findings, this report now formulates the proper enhancements of the existing standards in terms of actual recommendations for the improvement of the test standards.
The determination of the blast protection level of laminated glass windows and facades is of crucial importance, and it is normally done by using experimental investigations. In recent years numerical methods have become much more powerful also with respect to this kind of application. This report attempts to give a first idea of a possible standardisation concerning such numerical simulations. Attention is drawn to the representation of the blast loading and of the behaviour of the material of the mentioned products, to the geometrical meshing, as well as to the modelling of the connections of the glass components to the main structure. The need to validate the numerical models against reliable experimental data, some of which are indicated, is underlined.
The economic use of chemical admixtures depends on supply chains. Therefore, in most regions ins sub-Saharan Africa (SSA), the use of admixtures is not common practice. This amplifies the unfavorable framework for concrete construction such as fragmentary supply chains, high local cement prices, and unfavorable construction site facilities in this region significantly. The use of superplasticizer (SP) and stabilizing agents (STA) can enhance the concrete technology in SSA, since they can disassociate the concrete quality from external boundary influences. After providing a general overview of the peculiarities of the SSA boundary framework, economic concepts are provided, how existing material solutions can be significantly improved by the use of SPs and STAs based on locally available materials such as lignosulphonates and cassava starch. Finally a three step optimization process is described that helps developing flowable concrete based on materials that can be accessed in most locations in SSA.
Polysaccharides modify the rheological properties of cement based systems. Depending upon their chemistry, molecular architecture, and adsorption tendency, they have different modes of action. Some polysaccharides like diutan gum have strong effect on the fluid phase; others like starch strongly interact with particles. This paper presents effects of diutan gum and starches in presence of polycarboxylates. Rheometric investigations with varied particle volume fractions and increasing coarse aggregate diameters were conducted. The results show that starches have stronger influence on the rheology at high particle volume fractions than diutan gum. At lower particle volume fractions this trend is inverted. Experiments with aggregates sizes up to 16 mm (0.63 in.) indicate that stabilizing agent influences on the effects of aggregates on yield stress were small; however up to 1.0 mm (0.04 in.), a significant effect on the plastic viscosity could be observed, which levelled off at larger diameters.
In the past few years, the share of earthen building materials used in constructions in Central Europe has increased. That is due to growing acknowledgement of its qualities regarding balancing of humidity, absorption of odours and acoustical insulation.
To regulate these (mostly indoor) uses, the German Institute for Standardization (DIN) has published norms for adobe, earth mortar for masonry and earth plaster. In addition to these traditional building materials, earthen panels have been developed. As an ecological alternative to gypsum plaster boards, they combine climatic advantages of traditional materials with economic advantages of industrial processing, i.e. prefabrication and drywall techniques. Earthen panels are a composite layered material, comparable to Textile Reinforced Concrete (TRC). Most products contain an inner layer of reed tubes which improve the tensile strength and reduce the weight. Often, one or both surfaces are reinforced with a fibrous net to prevent cracks in the plastering that is usually applied on top. Additives range from straw to expanded clay. Special panels contain waxes that improve their heat storage capacity or water pipes to allow the usage as flat heating and cooling systems.
Als schweizweit einziger Hersteller produzierte die Gesellschaft der Ludwig von Roll'schen Eisenwerke seit den 1870er Jahren granulierte Hochofenschlacke. Im Blashochofen von Choindez im Schweizer Jura wird bis Mitte der 1920er Jahre Bohnerz aus dem Delsberger Becken, das kontemporär publizierten Analysen zufolge als Spuren- bzw. Schwermetalle Titan, Chrom, Blei und Vanadium enthält, zu grauem Roheisen verhüttet. In zementgebundenen Mörtelmischungen des 19. und frühen 20. Jahrhunderts aus verschiedenen Regionen der Schweiz finden sich neben reliktischen Hüttensandsplittern vereinzelt bis zu fünfhundert Mikrometer große scharze Kugeln mit grünlichem Schimmer, wohl nicht gemahlener Schlackensand. Deren mittels Ramanmikroskopie (Phasenbestand) und energiedispersiver Röntgenspektroskopie am Rasterelektronenmikroskop (Elementanalytik) ermittelte Mineralogie ergibt in Form von Plattnerit PbO2, Rutil TiO2 und vermitlich Chromit Fe(II)Cr2O4 bzw. Nichromit (Ni,Co,Fe(II))(Cr,Fe(III),Al)2)4 Übereinstimmungen mit den nur die Elementzusammensetzung berücksichtigenden historischen Resultaten. Ebenfalls im Zusammenhang mit dem das Bohnerz begleitenden Boluston samt Huppererde zu sehen sind die Minerale Coelestin SrSO4 und Zirkon ZrSiO4, des Weiteren der Siliciumcarbidpolymorph Moissanit SiC als Reaktionsprodukt von Quarzsand und Brennstoff. Die Kohärenz zwischen um die Jahrhundertwende durchgeführten Analysen von Rohmaterial als auch Ofenbruch aus dem in Choindez betriebenen Hochofen und den in diesem Beitrag diskutierten Resultaten moderner analytischer Methoden spricht für den Gebrauch von granulierter Schlacke aus dem Hause Ludwig von Roll als Mörtelzuschlag. Die Hüttensandkörner, eigentlich latent hydraulisch, sind aufgrund der fehlenden Aufbereitung zu grob für eine effektive Hydratation und deshalb trotz reaktiver Glasphase und Klinkermineralien (Belit Ca2SiO4 und Monocalciumaluminat CaAl2O4) intakt in der Bindemittelmatrix erhalten.
Diclofenac (DCF) wird als nicht-steroidales-antientzündliches Arzneimittel gegen Fieber, Entzündungen, rheumatische Erkrankungen und Schmerzen eingesetzt. 70 % werden nach Einnahme wieder ausgeschieden. Aufgrund unvollständiger Elimination in den Kläranlagen lassen sich Rückstände im Trinkwasser und im Oberflächengewässer nachweisen. Diclofenac wird in der Umweltanalytik v.a. mittels GC-MS oder LC-MS nachgewiesen. Bioanalytische Methoden machen sich die spezifische Antigen-Antikörper-Wechselwirkung zunutze, so z.B. Immunoassays. Die hierfür erforderlichen Antikörper werden durch Immunisierung mit einem Konjugat aus dem Analyten und einem Trägerprotein gewonnen. Die Kopplung kann direkt über die Carboxylfunktion von Diclofenac erfolgen. Um Abschirmungseffekte zu vermeiden, kann zwischen Protein und Analyt ein Spacer sinnvoll sein.
The design of sample flow cells, commonly used in online analytics and especially for medium resolution NMR spectroscopy (MR-NMR) in low magnetic fields, was experimentally and theoretically investigated by 1H-NMR and numerical simulations. The flow pattern was characterised to gain information about the residence time distribution and mixing effects. Both 1H-NMR imaging and spectroscopy were used to determine the characteristics of flow cells and their significance for on-line measurements such as reaction monitoring or hyphenated separation spectroscopy. The volume flow rates investigated were in the range from 0.1 to 10 ml/min, typically applied in the above mentioned applications. When compared to those commonly used in high-field NMR, the special characteristics of flow cells for MR-NMR were revealed by various NMR experiments and compared with CFD simulations. The influence of the design of the inlet and outlet on the flow pattern was investigated as well as the effect of the length of the cell. For practical use, a numerical estimation of the inflow length was given. In addition, it was shown how experiments on the polarisation build-up revealed insight into the flow characteristics in MR-NMR.
Experimental study and numerical simulation of hot crack formation for novel laser weldability test.
(2015)
Laser beam welding is a widely established manufacturing process in several industries. The solidification cracking seriously effecting the safety of welded joints could arise during the beam welding of stainless steels caused by high solidification rates. In this study the controlled tensile weldability test (CTW) was used to investigate the solidification cracking susceptibility the fully austenitic stainless steels CrMnNi (1.4376), CrNi (1.4301), CrNiMo (1.4404) and CrNiSi (1.4828) during laser beam welding. The test facility allows welding of specimens with simultaneous application of tensile load along or cross to the welding direction while the speed of tensile force application is either constant or increases linearly. The tensile force increment and/or the displacement are set by means of a CNC controller. Trials were conducted by varying the ultimate tensile strain and cross-head speed while keeping the welding parameters constant. By observing the crack-no crack behaviour and estimating the generated crack length for each trail using a new optimized experimental procedure the influence of the two important conditions (the strain and the strain rate) for the formation of solidification cracks can be investigated, the critical values of strain and strain rate that are responsible for solidification cracking formation have been determined. In the present study a three-dimensional FEM using the contact element technique was developed to simulate the solidification cracking during laser full penetration welding under external load conditions for the steel 1.4376 in order to get a better understanding of the mechanisms of hot crack initiation and the theoretical results were compared to the experimental ones. By comparing the resulting solidification crack with simulated crack, it is possible to determine the critical condition of solidification crack formation in the region where the strains and the strain rates cannot be measured due to the high temperature. The results show a good agreement between numerical calculation and experiment. It is proposed that the solidification cracking susceptibility may be predicted by FEM analysis by using the correct mechanical and thermo-physical constants of the materials.
An experimental investigation has been carried out to characterize and discriminate seven saffron samples and to verify their declared geographical origin using a voltammetric electronic tongue (VE-tongue). The ability of multivariable analysis methods such as Principal Component Analysis (PCA), Hierarchical Cluster Analysis (HCA) to classify the saffron samples according to their geographical origin have been investigated. A good discrimination has reached using PCA and HCA in the VE-tongue characterization case. Furthermore, cross validation and Partial Least Square (PLS) techniques were applied in order to build suitable management and prediction models for the determination of safranal concentration in saffron samples based on SPME-GC-MS and UV-Vis Spectrophotometry. The obtained results reveals that some relationships were established between the VE-tongue signal, SPMEGC-MS and UV-Vis spectrophotometry methods to predict safranal concentration levels in saffron samples by using the PLS model. In the light of these results, we can say that the proposed electronic system offer a fast, simple and efficient tool to recognize the declared geographical origin of the saffron samples.
The new standard ‘ISO 17636-2:2013: Non-destructive testing of welds — Radiographic testing — Part 2: X- and gamma-ray techniques with digital detectors’, defines the practice for radiographic inspection of welded pipes for manufacturing and in-service inspection. It is applied in Europe for inspections of pipe welds in nuclear power plants as well as in chemical plants and allows a faster inspection with digital detector arrays (DDA) than with film. Nevertheless, it does not allow the evaluation of the depth and shape of volumetric and planar indications. In 2001 a planar tomography scanner, TomoCAR, was introduced for mechanized radiographic testing (RT) inspection and non-destructive measurement of cross sections. The project TomoWELD is based on a new concept of the scan geometry, an enhanced GPU based reconstruction, and the application of a new generation of photon counting DDAs based on CdTe crystal CMOS hybrids. The new detector permits the selection of energy thresholds to obtain an optimum energy range and reduction of the influence of scattered radiation. The concept and first measurements are presented. Flaw depth and shape of volumetric and planar irregularities can be determined.
Properties and application areas of photon counting and energy resolving digital detector arrays
(2015)
Since a few years the direct detection of X-ray photons into electrical signals is allowed by usage of highly absorbing photo conducting materials (e.g. CdTe) as detection layer of an underlying CMOS semiconductor X-ray detector. NDT energies up to 400 keV are today also possible. The image sharpness and absorption efficiency is improved by the replacement of the unsharp scintillation layer (as used at indirect detectors) with a photo conducting layer of much higher thickness and a high voltage across it. If the read-out speed is high enough (ca. 50 – 100 ns dead time) single X-ray photons can be counted and their energy measured. Read-out noise and dark image correction can be avoided. By definition of energy thresholds selected energy ranges of the X-ray spectrum can be detected or also suppressed. This allows material discrimination by dual-energy technique or the reduction of image contributions from scattered radiation, which results in an enhanced contrast sensitivity. To use these advantages in an effective way, a special calibration procedure has to be developed, which considers also time dependent processes in the detection layer. This contribution presents some of these new properties of direct converting DDAs in comparison to the conventional indirect converting detectors for fiber composites and thick walled steel pipes (up to 35 mm wall thickness). Possible new application areas of NDT will be discussed for material discrimination especially within fiber reinforced composites (e.g. CFRC und GFRC).
Laser welding is a widely established manufacturing process in many industry sectors. Solidification cracking represents one of the most inadequately solved problems in welding and has major economic implications. The avoidance of hot crack is for most fusion welding processes a key challenge for an important range of metallic construction materials and affects not only the manufacturers of welding equipment and material manufacturers, but also a large number of customers using welding technologies, as well as welding standardization and research. In this study a new investigation programme has been developed to qualify the hot cracking susceptibility of a variety of austenitic stainless steels. The results show the possibility of using this technique to determinate the critical values that occur with initiation of solidification cracking during laser beam welding