Wissenschaftliche Artikel der BAM
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To increase the competitiveness of jacket substructures compared to monopiles a changeover from an individual towards a serial jacket production based on automated manufactured tubular joints combined with standardized pipes has to be achieved. Therefore, this paper addresses fatigue tests of automatically welded tubular X-joints focusing on the location of the technical fatigue crack. The detected location of the technical crack is compared to numerical investigations predicting the most fatigue prone notch considering the structural stress approach as well as the notch stress approach. Besides, the welding process of the automated manufactured tubular X-joints is presented.
Flame retardants (FR) are inevitable additives to many plastics. Halogenated organics are effective FRs but are controversially discussed due to the release of toxic gases during a fire or their persistence if landfilled. Phosphorus-containing compounds are effective alternatives to halogenated FRs and have potential lower toxicity and degradability. In addition, nitrogencontaining additives were reported to induce synergistic effects with phosphorus-based FRs. However, no systematic study of the gradual variation on a single phosphorus FR containing both P−O and P−N moieties and their comparison to the respective blends of phosphates and phosphoramides was reported. This study developed general design principles for P−O- and P−N-based FRs and will help to design effective FRs for various polymers. We synthesized a library of phosphorus FRs that only differ in their P-binding pattern from each other and studied their decomposition mechanism in epoxy resins. Systematic control over the decomposition pathways of phosphate (PO(OR)3), phosphoramidate (PO(OR)2(NHR)), phosphorodiamidate (PO(OR)(NHR)2), phosphoramide (PO(NHR)3), and their blends was identified, for example, by reducing cis-elimination and the formation of P−N-rich char with increasing nitrogen content in the P-binding sphere. Our FR epoxy resins can compete with commercial FRs in most cases, but we proved that the blending of esters and amides outperformed the single molecule amidates/diamidates due to distinctively different decomposition mechanisms acting synergistically when blended.
Entwicklung eines luftgekoppelten Ultraschall-Echo-Prüfverfahrens mittels fluidischer Anregung
(2019)
In vielen technischen Bereichen werden Ultraschallverfahren zur zer-störungsfreien Werkstoffprüfung eingesetzt. Dabei wird ein Schallpuls von einem Prüfkopf in ein Prüfobjekt eingebracht. Der Puls kann unter anderem durch Membra-nen oder Piezoelemente erzeugt werden und wird in der Regel durch direkten Kontakt oder über ein Koppelmittel an das Objekt übertragen. Luftgekoppelter Ultraschall spielt in kommerziellen Anwendungen bisher eine untergeordnete Rolle, da die Dif-ferenz der akustischen Impedanzen von Luft und Festkörpern immense Verluste beim Übergang des Schallsignals hervorruft.
In diesem Beitrag soll ein neuartiges Anregungsprinzip vorgestellt werden, mit dem ein Großteil dieser Verluste vermieden wird. Anstelle eines Festkörpers soll mit Hilfe einer fluidischen Düse Druckluft zur Signalerzeugung eingesetzt werden. In die-ser Düse wird eine selbsterhaltende Strömungsinstabilität erzeugt, die einen Schall-puls von bis zu 100 kHz hervorruft, sodass der Impedanzverlust in die Umgebungsluft entfällt. Da die charakteristische Frequenz eines fluidisch generierten Pulses maßgeb-lich von der Bauform der Düse und dem anliegenden Druck abhängt, lässt sich mittels einer geeigneten Strömungsregelung ein breiter Frequenzbereich zur Abtastung nut-zen. Die so emittierten Pulse werden auf das Prüfobjekt gerichtet und die reflektierten Signale mit einem Laservibrometer an der Oberfläche des Objekts im Echo-Verfahren abgetastet. Von drei signalmindernden Materialübergängen bei gewöhnlichem luftge-koppeltem Ultraschall bleibt in dem hier vorgeschlagenen Messystem lediglich die Grenzfläche von Luft zu Prüfkörper, sodass eine höhere Signalausbeute als bisher er-wartet werden kann.
Computational methods for lifetime prediction of metallic components under high-temperature fatigue
(2019)
The issue of service life prediction of hot metallic components subjected to cyclic loadings is addressed. Two classes of lifetime models are considered, namely, the incremental lifetime rules and the parametric models governed by the fracture mechanics concept. Examples of application to an austenitic cast iron are presented. In addition, computational techniques to accelerate the time integration of the incremental models throughout the fatigue loading history are discussed. They efficiently solve problems where a stabilized response of a component is not observed, for example due to the plastic strain which is no longer completely reversed and accumulates throughout the fatigue history. The performance of such an accelerated Integration technique is demonstrated for a finite element simulation of a viscoplastic solid under repeating loading–unloading cycles.
Composite-Druckgefäße für den Gefahrguttransport sowie für Wasserstoff- und Erdgasfahrzeuge bestehen aus einem lasttragenden Composite und einer gasdichten, metallischen oder polymeren Barriereschicht (Liner). Zur Untersuchung des Alterungsverhaltens solcher Composite-Druckgefäße wurde in der BAM das interdisziplinäre Themenfeldprojekt COD-AGE durchgeführt. Ziel des Projektes war die Entwicklung von Methoden und Modellen zur Beschreibung und Bestimmung des Alterungsverhaltens von Carbonfaser-Compositen am Beispiel von Druckgefäßen, um eine bessere Vorhersage der Alterung und der sicheren Gebrauchsdauer zu ermöglichen. Ein Schwerpunkt in diesem Projekt war die Bereitstellung geeigneter ZfP-Methoden. Dabei ging es sowohl um versuchsbegleitende Prüfungen, als auch um die mögliche Entwicklung von Prüfeinrichtungen für den späteren praktischen Gebrauch.
In dem Vortrag werden Prüfergebnisse der alterungsbegleitenden Wirbelstromprüfung an Composite-Druckgefäßen vorgestellt.
In Alterungsversuchen wurden Druckgefäße aus einem ca. 4 mm dicken Aluminiumliner und ca. 8 mm dicker CFK-Ummantelung untersucht. Typisches Einsatzgebiet solcher Druckgefäße sind Atemschutzgeräte der Feuerwehr. Die Druckgefäße wurden sowohl mit konventioneller Wirbelstromtechnik von außen und von innen als auch mit hochfrequenter Wirbelstromtechnik von außen geprüft. Es konnten sowohl Beschädigungen des metallischen Liners, als auch Strukturen des CFK-Geflechts nachgewiesen werden. Eine besondere mechanische Herausforderung bestand in der Prüfung der Innenseite der Liner, da hier eine zylindrische Fläche mit einem Innendurchmesser von 150 mm durch einen Zugang von nur 15 mm Durchmesser geprüft werden muss.
Trotz moderner Sensortechnologien und Rekonstruktionsmethoden, findet die manuelle und automatisierte Ultraschallprüfung durch konventionelle Senkrecht- und Winkelprüfköpfe vielfach industriellen Einsatz.
Um einen flexiblen Prüfeinsatz und die Prüfbarkeit von einfachen sowie komplexen Geometrien zu gewährleisten, werden dort oftmals Vorlaufkeile für die Winkelprüfung mit Longitudinalwellen angewendet um eine Anzeigenschräglage und deren Reflektivität auszugleichen bzw. zu verbessern. Durch den unterschiedlichen Aufbau, im Vergleich zu integrierten Scherwellen-Winkelprüfköpfen, können jedoch während der Prüfung Fehlanzeigen generiert werden. Diese fehlerhaften Anzeigen beruhen auf Mehrfachreflexionen und Wellenumwandlungen innerhalb des Vorlaufkeils, aufgrund der Geometrie und können im Feld nur bedingt von realen Anzeigen unterschieden werden. Dieser Beitrag zeigt die geometrische Betrachtung bei der Verwendung von Vorlaufkeilen und wurde experimentell durch die Bestimmung der Richtcharakteristik und dem Einsatz von elektrodynamischen Sonden validiert. Des Weiteren ermöglichen die so gewonnenen Abhängigkeiten einen vom Keilwinkel abhängigen Verstärkungsausgleich und somit eine korrekte Größenbestimmung durch einen geeigneten Vergleichsfehler.
Cancer cell lipid class homeostasis is altered under nutrient-deprivation but stable under hypoxia
(2019)
Background: Cancer cells modify the balance between fatty acid (FA) synthesis and uptake under metabolic stress, induced by oxygen/nutrient deprivation. These modifications were shown to alter the levels of individual triglyceride (TG) or phospholipid sub-species. To attain a holistic overview of the lipidomic profiles of cancer cells under stress we performed a broad lipidomic assay, comprising 244 lipids from six major classes. This assay allowed us to perform robust analyses and assess the changes in averages of broader lipid-classes, stratified on the basis of saturation index of their fatty-acyl side chains.
Methods: Global lipidomic profiling using Liquid Chromatography-Mass Spectrometry was performed to assess lipidomic profiles of biologically diverse cancer cell lines cultivated under metabolically stressed conditions.
Results: Neutral lipid compositions were markedly modified under serum-deprived conditions and, strikingly, the cellular level of triglyceride subspecies decreased with increasing number of double bonds in their fatty acyl chains.
In contrast and unexpectedly, no robust changes were observed in lipidomic profiles of hypoxic (2% O2) Cancer cells despite concurrent changes in proliferation rates and metabolic gene expression.
Conclusions: Serum-deprivation significantly affects lipidomic profiles of cancer cells. Although, the levels of individual lipid moieties alter under hypoxia (2% O2), the robust averages of broader lipid classes remain unchanged.
The antibacterial features of natural pine/spruce rosin are well established, yet the functionality in various thermoplastics has not been surveyed. This work focuses on the processing of industrial grade purified rosin mixed with polyethylene (PE), polypropylene (PP), polylactic acid (PLA), polyamide (PA) and corn starch based biopolymer (CS). Homopolymer masterbatches were extrusion-compounded and melt-spun to form fibres for a wide range of products, such as filters, reinforcements, clothing and medical textiles. Due to the versatile chemical structure of rosin, it was observed compatible with all the selected polymers. In general, the rosin-blended systems were shear-thinning in a molten condition. The doped fibres spun of PE and PP indicated adequate melt-spinning capability and proper mechanical properties in terms of ultimate strength and Young's modulus. The antibacterial response was found dependent on the selected polymer. Especially PE with a 10 wt% rosin content showed significant antibacterial effects against Escherichia coli DH5α and Staphylococcus aureus ATCC 12598 when analysed in the Ringer's solution for 24 h.
Preactivation Crosslinking - An Efficient Method for the Oriented Immobilization of Antibodies
(2019)
Crosslinking of proteins for their irreversible immobilization on surfaces is a proven and popular method. However, many protocols lead to random orientation and the formation of undefined or even inactive by-products. Most concepts to obtain a more targeted conjugation or immobilization requires the recombinant modification of at least one binding partner, which is often impractical or prohibitively expensive. Here a novel method is presented, which is based on the chemical preactivation of Protein A or G with selected conventional crosslinkers. In a second step, the antibody is added, which is subsequently crosslinked in the Fc part. This leads to an oriented and covalent immobilization of the immunoglobulin with a very high yield. Protocols for Protein A and Protein G with murine and human IgG are presented. This method may be useful for the preparation of columns for affinity chromatography, immunoprecipitation, antibodies conjugated to magnetic particles, permanent and oriented immobilization of antibodies in biosensor systems, microarrays, microtitration plates or any other system, where the loss of antibodies needs to be avoided, and maximum binding capacity is desired. This method is directly applicable even to antibodies in crude cell culture supernatants, raw sera or protein-stabilized antibody preparations without any purification nor enrichment of the IgG. This new method delivered much higher signals as a traditional method and, hence, seems to be preferable in many applications.
Draft standards for the determination of organic pollutants in the solid matter of environmental matrices such as sludge, treated biowaste and soil have been basically developed in the framework of the European standardization project HORIZONTAL. A research project financed by the German Federal Environment Agency was initiated to finalize some of these CEN standard drafts, since fully validated standard procedures are crucial for the evaluation of their reliability in the context of implementation in legislation on environmental health.
Approach: Appropriate test materials (< 2mm particle size) were prepared and homogenized from contaminated soils, sludge and treated biowaste containing polycyclic aromatic hydrocarbons (PAH), polychlorinated biphenyls (PCB), dioxins, furans and dioxin-like-PCB and served, along with reference solutions, as the basis for international interlaboratory comparisons. Performance data of three analytical standard procedures were obtained by the statistical evaluation of results received from 11 to 29 participants per test material.
Results: The overall variation coefficients of reproducibility (between-lab standard deviations) for the sum parameters were roughly between 10 and 35 %. The variation coefficients of repeatability (within-lab standard deviations) range between 3 % and 8 % and show no trend considering the substance groups or matrices.
The highest coefficients of reproducibility were found for the analysis of PAHs, which were between 26 and 35 %, depending on the matrix, whereas 7-17 % reproducibility was observed for toxicity equivalents (TEQ) comprising dioxins, furans and dl-PCB.
Conclusions: Overall, the results confirm that the procedures described in the Technical Specifications are fit for purpose for all three matrices and that the feasibility of the HORIZONTAL approach, to cover several matrices with one standard per analyte, was thereby proven.