Wissenschaftliche Artikel der BAM
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Organisationseinheit der BAM
- 8 Zerstörungsfreie Prüfung (448)
- 6 Materialchemie (442)
- 1 Analytische Chemie; Referenzmaterialien (362)
- 7 Bauwerkssicherheit (228)
- 5 Werkstofftechnik (218)
- 9 Komponentensicherheit (215)
- 4 Material und Umwelt (197)
- 6.3 Strukturanalytik (168)
- 8.5 Röntgenbildgebung (139)
- 6.1 Oberflächen- und Dünnschichtanalyse (102)
- 8.2 Zerstörungsfreie Prüfmethoden für das Bauwesen (101)
- 8.0 Abteilungsleitung und andere (100)
- 5.1 Mikrostruktur Design und Degradation (80)
- 9.3 Schweißtechnische Fertigungsverfahren (79)
- 1.2 Biophotonik (74)
- 6.6 Physik und chemische Analytik der Polymere (70)
- 9.4 Integrität von Schweißverbindungen (69)
- 8.4 Akustische und elektromagnetische Verfahren (66)
- 7.5 Technische Eigenschaften von Polymerwerkstoffen (64)
- 6.2 Material- und Oberflächentechnologien (63)
- 1.1 Anorganische Spurenanalytik (61)
- 7.4 Baustofftechnologie (61)
- 6.5 Synthese und Streuverfahren nanostrukturierter Materialien (57)
- 1.4 Prozessanalytik (56)
- 4.1 Biologische Materialschädigung und Referenzorganismen (56)
- 1.7 Organische Spuren- und Lebensmittelanalytik (55)
- 3 Gefahrgutumschließungen; Energiespeicher (54)
- 1.5 Proteinanalytik (52)
- 6.0 Abteilungsleitung und andere (51)
- 8.6 Faseroptische Sensorik (50)
- 1.8 Umweltanalytik (43)
- 4.3 Schadstofftransfer und Umwelttechnologien (42)
- 5.2 Metallische Hochtemperaturwerkstoffe (42)
- 7.2 Ingenieurbau (40)
- 1.9 Chemische und optische Sensorik (38)
- 5.4 Multimateriale Fertigungsprozesse (38)
- 9.0 Abteilungsleitung und andere (35)
- 9.2 Versuchsanlagen und Prüftechnik (32)
- 4.2 Material-Mikrobiom Wechselwirkungen (30)
- 5.3 Polymere Verbundwerkstoffe (29)
- 2 Prozess- und Anlagensicherheit (28)
- 4.0 Abteilungsleitung und andere (28)
- 4.5 Kunst- und Kulturgutanalyse (28)
- 5.5 Materialmodellierung (27)
- 5.6 Glas (27)
- S Qualitätsinfrastruktur (27)
- 7.6 Korrosion und Korrosionsschutz (26)
- 2.1 Sicherheit von Energieträgern (25)
- 4.4 Thermochemische Reststoffbehandlung und Wertstoffrückgewinnung (24)
- 9.5 Tribologie und Verschleißschutz (23)
- 9.6 Additive Fertigung metallischer Komponenten (23)
- 8.1 Sensorik, mess- und prüftechnische Verfahren (22)
- VP Vizepräsident (22)
- VP.1 eScience (22)
- 7.1 Baustoffe (21)
- 1.3 Instrumentelle Analytik (19)
- 3.1 Sicherheit von Gefahrgutverpackungen und Batterien (17)
- 5.0 Abteilungsleitung und andere (17)
- 1.6 Anorganische Referenzmaterialien (16)
- S.2 Digitalisierung der Qualitätsinfrastruktur (16)
- 7.7 Modellierung und Simulation (15)
- 1.0 Abteilungsleitung und andere (13)
- 7.0 Abteilungsleitung und andere (13)
- P Präsident (11)
- 3.2 Gefahrguttanks und Unfallmechanik (10)
- 3.5 Sicherheit von Gasspeichern (10)
- P.0 Präsident und andere (10)
- 6.7 Materialsynthese und Design (9)
- 7.3 Brandingenieurwesen (9)
- 6.4 Materialinformatik (8)
- 3.4 Sicherheit von Lagerbehältern (7)
- S.3 Ökodesign und Energieverbrauchskennzeichnung (7)
- 3.6 Elektrochemische Energiematerialien (6)
- S.1 Qualität im Prüfwesen (5)
- 3.0 Abteilungsleitung und andere (4)
- 8.3 Thermografische Verfahren (4)
- 4.6 Molekulare und angewandte Entomologie (3)
- 2.0 Abteilungsleitung und andere (2)
- 2.2 Prozesssimulation (2)
- 2.3 Einstufung von Gefahrstoffen und -gütern (1)
- 2.5 Konformitätsbewertung Explosivstoffe/Pyrotechnik (1)
- 3.3 Sicherheit von Transportbehältern (1)
- KM Kommunikation, Marketing (1)
- PST Präsidiale Stabsstelle (1)
- VP.2 Informationstechnik (1)
Paper des Monats
- ja (68)
Dass die Zuverlässigkeit der ZfP eine sehr wichtige Rolle bei der Bewertung sicherheitsrelevanter Systeme spielt, ist bekannt. Laut dem modularen Zuverlässigkeitsmodell für zerstörungsfreie Prüfprozesse hängt die Zuverlässigkeit von der innewohnenden (physikalisch-technischen) Fähigkeit der Prüfsystems, den Anwendungsparametern, den menschlichen Faktoren und dem organisatorischen Kontext ab. Seit Einführung des Modells während des ersten Workshops zur Zuverlässigkeit der ZfP (European-American Workshop on Reliability of NDE) wurde das Modell in weiteren fünf Workshops stetig weiterentwickelt, diskutiert und an den Stand der Wissenschaft angepasst. Das Ziel dieser Publikation ist es, den aktuellen Stand der Diskussion und die neusten Fragestellungen der internationalen Zuverlässigkeitsgemeinschaft vorzustellen. Im Einzelnen werden die Entwicklung fortgeschrittener Modelle zur Bewertung der Probability of Detection (POD), Bewertungsansätze im Bereich Structural Health Monitoring und Fragestellungen zu den menschlichen Faktoren dargestellt. Besonderer Wert wurde sowohl auf die Entwicklung, als auch auf die Anwendung der Ansätze in der industriellen Praxis gelegt.
In unserer heutigen Zeit werden die Zwischenräume innerhalb der einzelnen Abteilungen eines Betriebs und zwischen einzelnen nationalen oder globalen Akteuren immer wichtiger: Produzierbarkeit vs. Wirtschaftlichkeit, Fortschritt vs. Nachhaltigkeit. Auch die zerstörungsfreie Prüfung (ZfP) – bisher hauptsächlich als Endkontrolle oder Wartungselement wahrgenommen – kann und sollte im Wandel der Digitalisierung und Industrie 4.0 einen neuen Stellenwert erhalten.
Die ZfP kann schon während der Konstruktion helfen, sichere und zuverlässige Produkte zu erstellen. Jedoch müssen dafür eine adäquate Informationskultur und die notwendigen Kennzahlen vorhanden sein. Objektive, probabilistische Kennzahlen (wie die POD - Auffindwahrscheinlichkeit) sind hierbei der Schlüssel. Diese müssen jedoch unbedingt an Prüfverfahren, Prüfgegenstand und Prüfbedingung angepasst werden, da sonst die gesamte Aussage in Frage zu stellen ist. Im Vortrag werden Beispiele aus der Anwendung gezeigt, die die Aussagekraft der Kennzahl aber auch die Sorgfalt, mit denen die einzelnen Aussagen genutzt werden, unterstrichen werden soll. Bewertung von Daten von realen Fehler, Anpassung an die Bruchfestigkeit und die Betrachtung von mehreren Prüfparametern am Beispiel der Bewertung von radiographischen, Ultraschall- und Wirbelstromprüfung werden in dem Vortrag gezeigt.
Im vergangenen Jahrzehnt sind gitterinterferometrische Röntgenabbildungen zunehmend in den Fokus des Interesses gerückt. Sie sind insbesondere dann Vorteil, wenn der in der Standardradiographie erreichbare Kontrast nicht genügt, schwach absorbierende Mikro- und Nanostrukturen abzubilden.
Auf Kosten mehrerer Aufnahmen gestattet die Talbot-Lau Gitterinterferometrie, die Beiträge aus Absorption, Refraktion und (refraktiver) Streuung zu trennen. Dazu werden die Störungen der Interferenzmuster von Phasengittern ausgewertet. Im Gegensatz zu einer Vielzahl anderer refraktionsbasierter Abbildungsmethoden kann diese Technik mit konventionellen Röntgenröhren (mit divergenter, polychromatischer Strahlung) angewendet werden. Damit ist die Technik geeignet, typische ZfP-Fragestellungen zu lösen.
Hier stellen wir Untersuchungen zur Effizienz von Phasengittern vor. Die Visibilität (d.h. die Höhe der Oszillation im Interferenzmuster) wird als Funktion verschiedener geometrischer Parameter verfolgt. Eine Rotation um die Achse parallel zu den Gitterstegen ändert die Form des Gitterprofils (d.h. die Verteilung der Phasenschiebungen). Die kontinuierliche Variation des Winkels und des Detektionsabstandes führt zur Identifikation von ausgezeichneten Kombinationen mit maximaler Visibilität, wobei die Abstände deutlich geringer sind als im Standardaufbau mit senkrechter Gitterbestrahlung.
Unsere Studie umfasst Simulationen für monochromatische Quelle und den Vergleich zu experimentellen Ergebnissen mit der Synchrotronstrahlung.
In der Literatur wurden die Vorteile der Talbot-Lau Interferometrie für die zerstörungsfreie Prüfung von Faserkompositen und Verbundwerkstoffen demonstriert. Hier werden als Beispiele Messungen an Aluminiumtitanat (Al2TiO5) Pulver gezeigt.
Da kohlenstofffaserverstärkte Kunststoffe (CFK) in anspruchsvollen sicherheitsrelevanten Einsatzgebieten wie im Automobilbau und in der Luftfahrt eingesetzt werden, besteht ein zunehmender Bedarf an zerstörungsfreien Prüfmethoden. Ziel ist die Gewährleistung der Sicherheit und Zuverlässigkeit der eingesetzten Bauteile. Aktive Thermografieverfahren ermöglichen die effiziente Prüfung großer Flächen mit hoher Auflösung in wenigen Arbeitsschritten. Ein wichtiges Teilgebiet der Prüfungen ist die Ortung und Charakterisierung von Delaminationen, die sowohl bereits in der Fertigung als auch während der Nutzung eines Bauteils auftreten können, und dessen strukturelle Integrität schwächen.
In diesem Beitrag werden CFK-Strukturen mit künstlichen und natürlichen Delaminationen mit Hilfe unterschiedlich zeitlich modulierter Strahlungsquellen experimentell untersucht. Verwendet werden dabei Anregungen mit Blitzlampen und mit frequenzmodulierten Halogenlampen. Mittels Filterfunktionen im Zeit- und Frequenzbereich wird das Kontrast-zu-Rausch-Verhältnis (CNR) der detektierten Fehlstellen optimiert. Verglichen werden anschließend die Nachweisempfindlichkeit, das CNR und die Ortsauflösung der zu charakterisierenden Delaminationen für die unterschiedlichen Anregungs- und Auswertungstechniken. Ergänzt werden die Experimente durch numerische Simulationen des dreidimensionalen Wärmetransportes.
Verbesserung und Qualifizierung der Ultraschallprüfung von Mischnähten im Primärkreis von KKW
(2017)
Die im Primärkreislauf von Kernkraftwerken anzutreffenden austenitischen Schweiß- und Mischnähte sind nicht nur extrem sicherheitsrelevant, sondern stellen auch sehr hohe Anforderungen an die Materialprüfung. Neben der eingeschränkten Zugänglichkeit ist das makroskopische Gefüge der Schweißnaht für die Prüfung mit Ultraschall von höchster Bedeutung.
Um Materialfehler zuverlässig in Position und Größe bestimmen zu können, müssen die Kornorientierungen und die elastischen Konstanten des anisotropen Schweißnahtgefüges bekannt sein. Für die bildgebende Darstellung möglicher Materialfehler kommen folgende Arbeitsschritte zum Einsatz: Zunächst wird die Schweißnaht durchschallt, um mit einem inversen Verfahren wichtige Schweißnahtparameter wie beispielsweise die Kornorientierung bestimmen zu können. Auf der Basis dieser Parameter werden im nächsten Schritt die Schallwege mittels Raytracing (RT) simuliert. Zuletzt werden dieser RT-Simulation die Messdaten (A-Scans) von verschiedenen Sender- und Empfängerpositionen zugeordnet und nach der SAFT-Methode (Synthetic Aperature Focusing Technique) zeitaufgelöst überlagert. Die Kombination aus inversem Verfahren, RT und SAFT gewährleistet auch in anisotropen Werkstoffen eine ortsrichtige Visualisierung der Fehler.
Wir erläutern diese drei Verfahren und stellen die Prüfanordnung von Prüfkörpern mit künstlichen Testfehlern vor. Messdaten sowie deren Auswertung werden mit den Ergebnissen einer CIVA-Simulation verglichen.
Der durch Kräfte senkrecht zur Stabachse belastete Balken ist eines der Haupttragelemente des Stahlbetonbaus. Biegebalken finden unter anderem Anwendung in Form von Brückenträgern oder Unterzügen. Die bei maximaler Beanspruchung auftretenden Versagensformen unterteilen sich dabei in Biege- und Querkraftversagen (Schubversagen). Ein Versagen des Balkens kann je nach Versagensmechanismus mit oder ohne Vorankündigung erfolgen. Gebräuchliche Bemessungskonzepte der Baupraxis zur Dimensionierung entsprechender Tragelemente zielen auf ein Versagen mit ausreichender Vorankündigung (große Verformungen oder breite Risse) ab, wie es z.B. beim sekundären Biegedruckversagen entsteht. Für die Zustandsüberwachung von Bauwerken (z.B. Brücken) mittels zerstörungsfreier Prüftechniken sind fundierte Kenntnisse zu den bei Biegebeanspruchung auftretenden Schadensmechanismen erforderlich. Im Rahmen eines BAM-internen Projektes sollen durch praxisnahe Untersuchungen an einer brückenähnlichen Referenzstruktur unterschiedliche auf das Tragwerk einwirkende thermische und mechanische Belastungen untersucht werden und in die Entwicklung eines Monitoringsystems einfließen. Anhand der aus Biegeversuchen vorliegenden Ergebnisse wird der Einsatz unterschiedlicher Methoden der zerstörungsfreien Materialprüfung gezeigt und deren Anwendbarkeit für die Analyse des Verformungsverhaltens von Stahlbetonbalken diskutiert. Hierzu wurde das Verformungsverhalten eines Stahlbetonbalkens (L = 2,75 m) in einem Vierpunkt-Biegeversuch im Labormaßstab untersucht. Das Hauptaugenmerk liegt dabei auf der Charakterisierung der ausschlaggebenden Versagensmodi durch die einzelnen zerstörungsfreien Prüfverfahren und der Vergleich zu klassischen Messmethoden (z.B. Verformungsmessung mittels induktiver Wegaufnehmer (IWA)). Die Biegeversuche wurden dazu durch Schallemissionsanalyse (SEA) und optische Verformungsanalyse mittels Stereo-Fotogrammetrie (SF) und Bildkorrelationsverfahren (BKV) begleitet.
Structural relaxation phenomena in binary and multicomponent lithium silicate glasses were studied upon irradiation with femtosecond (fs) laser pulses (800 nm central wavelength, 130 fs pulse duration) and subsequent thermal annealing experiments. Depending on the annealing temperature, micro-Raman spectroscopy analyses evidenced different relaxation behaviours, associated to bridging and non-bridging oxygen structures present in the glass network. The results indicate that the mobility of lithium ions is an important factor during the glass modification with fs-laser pulses. Quantitative phase contrast imaging (spatial light interference microscopy) revealed that these fs-laser induced structural modifications are closely related to local changes in the refractive index of the material. The results establish a promising strategy for tailoring fs-laser sensitivity of glasses through structural mobility.
Die Synchrotron-Refraktions-Topographie basiert auf der Brechung von Röntgenstrahlung an den Grenzflächen zwischen Materialien mit unterschiedlichem Brechungsindex. Refraktionseffekte verändern die Ausbreitungsrichtung der Röntgenstrahlung, welche mit Hilfe der Methode des Analyser-Based Imaging analysiert wird. Dabei wird ein Silizium-Einkristall im Strahlengang zwischen Probe und Detektor platziert. Dieser Analysator-Kristall filtert, innerhalb seiner Streuebene, die Röntgenstrahlung gemäß ihrer Ausbreitungsrichtung. Durch das Rastern verschiedener Winkelpositionen des Analysator-Kristalls erhält man das Winkelspektrum der von der Probe gebrochenen Strahlung. Aus dieser Rocking Curve lässt sich die spezifische innere Oberfläche der Probe bestimmen. Diese Information wird über einen 2D-Detektor mit einer nominellen Pixelgröße von 3,6 μm gewonnen. Die Installation einer Zugprüfmaschine ermöglicht es die Proben in verschiedenen Lastzuständen insitu zu untersuchen. Damit ist es möglich die spezifische innere Oberfläche in Abhängigkeit der Last darzustellen und so Schädigungsmechanismen abzuleiten. Der Vorteil bei der Ausnutzung des Refraktionseffekts gegenüber der einfachen Durchstrahlung ist die höhere Sensitivität gegenüber Defekten mit geringem Volumen aber großer Oberfläche. Somit werden auch Mikrorisse und, speziell bei Kompositen, die Enthaftung zwischen Matrix und Verstärkung (Partikel, Fasern) erfasst. In dieser Studie wurden Metall-Matrix-Komposite bestehend aus einer Aluminium-Matrix verstärkt mit Aluminiumoxid-Partikeln untersucht. Hierzu wurden knochenförmige Zugproben präpariert, deren Messlänge einen rechteckigen Querschnitt von 1,7 mm × 1,3 mm aufwies. Die Proben wurden einem Zugversuch unterzogen, welcher in Intervallen unterbrochen wurde. Bei jeder Unterbrechung wurde unter quasi-statischer Last die Rocking Curve gemessen und ein Radiogramm der spezifischen inneren Oberflächen berechnet. Dabei konnte ab dem Erreichen einer Last von ca. 600 N ein Anstieg der spezifischen inneren Oberfläche beobachtet werden. Demgegenüber zeigen die zum Vergleich durchgeführten Durchstrahlungsaufnahmen keinerlei Defekte. Daher belegt diese Untersuchung das Potential der Refraktion-Topographie zur frühzeitigen Erkennung von Schädigungen mit hoher Empfindlichkeit.
Artificial light harvesting complexes find applications in artificial photosynthesis, photovoltaics and light harvesting chemical sensors. They are used to enhance the absorption of light of a reaction center which is often represented by a single acceptor. Here, we present different light harvesting systems on DNA origami structures and analyze systematically the light harvesting efficiency. By changing the number and arrangement of different fluorophores (FAM as donor, Cy3 as transmitter and Cy5 as acceptor molecules) the light harvesting efficiency is optimized to create a broadband absorption and to improve the antenna effect 1 (including two energy transfer steps) from 0.02 to 1.58, and the antenna effect 2 (including a single energy transfer step) from 0.04 to 8.7, i.e. the fluorescence emission of the acceptor is significantly higher when the light-harvesting antenna is excited at lower wavelength compared to direct excitation of the acceptor. The channeling of photo energy to the acceptor proceeds by Förster Resonance Energy Transfer (FRET) and we carefully analyze also the FRET efficiency of the different light harvesting systems. Accordingly, the antenna effect can be tuned by modifying the stoichiometry of donor, transmitter and acceptor dyes, whereas the FRET efficiency is mainly governed by the spectroscopic properties of dyes and their distances.
This article provides an impression on potentials in applying nowadays welding simulation tools in construction design. This is carried out exemplary on plate girders from two structural steel grades. The calculated residual stresses are compared with measurements by sectioning method. It has been repeatedly stated that present Eurocode models fail to approximate the residual stresses. Especially for high strength steel (HSS) only limited information is available on realistic occurring residual stresses in typical I-girders. The investigations are aimed to give further guidance on these values. A few proposals on advanced models are discussed.