Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
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- 5.1 Mikrostruktur Design und Degradation (26)
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- 8.4 Akustische und elektromagnetische Verfahren (13)
- 2 Prozess- und Anlagensicherheit (12)
- 7.5 Technische Eigenschaften von Polymerwerkstoffen (11)
- 8.1 Sensorik, mess- und prüftechnische Verfahren (9)
- 6.2 Material- und Oberflächentechnologien (8)
- 3.4 Sicherheit von Lagerbehältern (7)
- 5.3 Polymere Verbundwerkstoffe (7)
- 6.6 Physik und chemische Analytik der Polymere (7)
- 1 Analytische Chemie; Referenzmaterialien (6)
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- 8.6 Faseroptische Sensorik (6)
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- 3.1 Sicherheit von Gefahrgutverpackungen und Batterien (5)
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- 1.2 Biophotonik (4)
- 4.1 Biologische Materialschädigung und Referenzorganismen (4)
- 6.1 Oberflächen- und Dünnschichtanalyse (4)
- 7.2 Ingenieurbau (4)
- 7.7 Modellierung und Simulation (4)
- 2.0 Abteilungsleitung und andere (3)
- 4.5 Kunst- und Kulturgutanalyse (3)
- 5.0 Abteilungsleitung und andere (3)
- 5.4 Multimateriale Fertigungsprozesse (3)
- 6.3 Strukturanalytik (3)
- 2.2 Prozesssimulation (2)
- 3.2 Gefahrguttanks und Unfallmechanik (2)
- 6.5 Synthese und Streuverfahren nanostrukturierter Materialien (2)
- 7.0 Abteilungsleitung und andere (2)
- 8.2 Zerstörungsfreie Prüfmethoden für das Bauwesen (2)
- 1.4 Prozessanalytik (1)
- 1.9 Chemische und optische Sensorik (1)
- 2.4 Prüfung und Bewertung von Explosivstoffen/Pyrotechnik (1)
- 2.5 Konformitätsbewertung Explosivstoffe/Pyrotechnik (1)
- 3.5 Sicherheit von Gasspeichern (1)
- 4.3 Schadstofftransfer und Umwelttechnologien (1)
- 5.6 Glas (1)
- 7.3 Brandingenieurwesen (1)
- 8.3 Thermografische Verfahren (1)
Paper des Monats
- ja (1)
For the design of laminates the knowledge of the failure behaviour of plies under multiaxial stresses is a necessary precondition. The strength of plies under multiaxial stresses commonly is determined by standard off-axis tests using fixed clamps. By varying the off axis angle the ratio of shear to normal stresses can be prescribed. However, by preventing the rotation a complex stress field develops which strongly varies with the off axis angle as well. While these effects are not crucial when determining the elastic material parameters since the stress state in the center of the specimen is not far from the ideal uniaxial stress state they have a great influence on the failure behaviour.
IBESS steht für „Integrale Bruchmechanische Ermittlung der Schwingfestigkeit von Schweißverbindungen“ und ist das Ergebnis eines DFG-AiF-Clusters, an dem acht Partner beteiligt waren. Kernstück ist eine analytische Methode zur bruchmechanischen Beschreibung der Rissausbreitung unter Schwingbelastung, die im IBESS-Teilprojekt A3 entwickelt wurde. Da man es im Bereich der Schwingfes-tigkeit mit kurzen Rissen zu tun hat, auf die die etablierten Methoden der Langriss-bruchmechanik nicht anwendbar sind, wurden Lösungen entwickelt, die es erlauben, sowohl die rissnahen Plastizitätsverhältnisse als auch die mit wachsendem Riss gra-duell zunehmenden Rissschließeffekte quantitativ zu beschreiben. Unter Einbeziehung der sogenannten „zyklischen R-Kurve“, deren experimentelle Methodik ebenfalls im Rahmen des Projekts weiterentwickelt wurde, ist es zudem möglich, Ausgangsrissgrö-ßen vorherzusagen, die auf Dauerfestigkeitsniveau gerade so noch arretieren würden. Dies erlaubt umgekehrt eine Abschätzung der Dauerfestigkeit an den Schweißverbin-dungen sowie die statistisch basierte, analytische Vorhersagen des Zeitfestigkeitsas-tes der Wöhlerkurve. In diesem Aufsatz wird die Methodik vorgestellt und ihre Validie-rung an einem ausgewählten Beispiel diskutiert.
A fracture mechanics model which shall be applied to the fatigue strength determination of weldments has to focus on various aspects such as: (a) the description of mechanical and physical short fatigue crack extension which is characterised by yielding conditions which do not permit the application of the common ΔK concept and by the gradual build-up of the crack closure effect, (b) a consistent methodology for determining the initial crack size, (c) based on this, the determination of a fatigue limit, (d) the treatment of multiple crack propagation at load levels above this limit, (e) the variation of the local geometry along the weld toe, and (f) statistical effects.The paper gives alimited overview of the work the authors did in this field during the last years within the German project cluster IBESS. A model is presented and briefly discussed which covers the questions above.
We describe the fabrication of a polycarbonate (PC) micro-structured polymer optical fiber (mPOF) and the writing of fiber Bragg gratings (FBGs) in it to enable strain and temperature measurements. We demonstrate the photosensitivity of a dopant-free PC fiber by grating inscription using a UV laser. We further show that PC Bragg gratings can be extended up to at least 3% without affecting the initial functionality of the micro-structured fiber. The response of PC FBGs to temperature up to 125°C is also investigated. Polycarbonate has good mechanical properties and its high temperatureresistance might extend the range of application of polymeric FBGs.
The burning behaviour and thermal radiation of pool fires of organic peroxides (OP) have been studied by several authors in the past. It was shown that mass burning rates, flame temperatures and thus the Surface Emissive Power (SEP) of OP exceed to that of hydrocarbons considerably. These facts lead to further investigations of even dangerous worst case scenarios i.e. related to storage and transportation. A metal drum containing 200 l of DTBP (Di-tert-butyl peroxide) is investigated under a surrounding wood fire. Due to a higher heat flux to the substance, the mass burning rate reaches multiples of an equivalent pool fire and results in several fireballs. The analyses of thermographic camera images and radiometer measurements show higher flame lengths, higher temperatures and thereforeincreased thermal radiation compared to OP pool fires. The resulting greater safety distances for a DTBP fireball event are discussed.
In diesem Forschungsvorhaben erfolgte eine Überprüfung der Übertragbarkeit der Werkstoff- und Rechenmodelle für die Lebensdauervorhersage von ATL-Heißteilen unter TMF-Beanspruchung auf eine andere Werkstoffklasse, d. h. auf eine austenitische Gusseisenlegierung mit Kugelgraphit. Dafür wurde die Legierung EN-GJSA-XNiSiCr35-5-2 (Ni-Resist D-5S) ausgewählt. Zunächst wurde für diesen Werkstoff eine experimentelle Datenbasis geschaffen, da diese vor Beginn des Vorhabens nicht ausreichend war. Dazu wurden Zug-, Kriech-, LCF- und TMF-Versuche durchgeführt, die der Kalibrierung der Modelle dienten. Unter TMF-Belastung zeigte der untersuchte Werkstoff ein stark abweichendes Verhalten von den im vorangegangenen Vorhaben untersuchten ferritischen SiMo-Legierungen: Der Werkstoff Ni-Resist zeigte insgesamt eine vergleichbare Festigkeit unter OP- und IP-Bedingungen, während die ferritischen Legierungen unter IP-Beanspruchung eine deutlich höhere Festigkeit aufweisen. Mit zunehmenden Temperaturen und Haltezeiten unter Zugspannungen wurden dagegen beim Werkstoff Ni-Resist Hinweise auf Kriechschädigung gefunden, die schädigungsrelevant sind. Auch dies ist ein deutlicher Unterschied zu den SiMo-Legierungen. Das Spannungs-Verformungs-Verhalten in den LCF- und TMF-Versuchen wird durch das Modell auch für den neuen Werkstoff überwiegend gut beschrieben. Das Gleiche gilt für die Lebensdauervorhersage, die mit Ausnahme der Prüftemperatur 900 °C innerhalb eines Fak-tors zwei liegt. Eine Verifikation des Modells erfolgte mit Hilfe eines Bauteilversuchs an einem Abgassammler, der abwechselnd mit heißem und kaltem Gas durchströmt wurde. Ziel der Bauteilsimulation war insbesondere die Vorhersage der Rissbildungsorte. Eine Vorhersage der exakten Lebensdauer wurde nicht erwartet, da das Bauteil mit einer Gusshaut behaftet war, während die für die Kalibrierung des Lebensdauermodells verwendeten Versuche an bearbeiteten, glatten Proben ohne Gusshaut durchgeführt wurden. Die überwiegende Anzahl der experimentell ermittelten Rissorte wurden vorhergesagt. Schließlich war ein wesentliches Ziel des Vorhabens, den Einfluss von HCF-Schwingungen auf die TMF-Lebensdauer vertieft experimentell zu untersuchen und das bereits bestehende Lebensdauermodell auf HCF-Überlagerung zu erweitern. Dazu wurde zunächst die Daten-basis aus dem Vorgängervorhaben am Bespiel von SiMo 4.05 deutlich ausgebaut, um die verschiedenen Einflussparameter zu erfassen. Es wurde ein Ansatz entwickelt, in dem die Lebensdauerminderung durch die überlagerten HCF-Schwingungen abgebildet wird. Dabei wird davon ausgegangen, dass ab einer bestimmten Risstiefe die Überlagerung der HCF-Schwingungen die Rissausbreitung stark beschleunigt. Der Zeitpunkt, wann diese Beschleunigung eintritt, wird als maßgeblich für die Lebensdauerminderung angesehen. Mit diesem Ansatz lassen sich die Lebensdauern für beide Werkstoffe in guter Übereinstimmung mit dem Experiment vorhersagen.
The generation of active disinfectants by electrochemical processes gains market share due to the lack of need for transportation and storage of dangerous goods as well as the ease of operation. Usually the process involves the use of specific electrodes for electrolysis of water to produce active chlorine species, sometimes supported by addition of chlorides to the process water. The resulting ECA (ElectroChemically Activated) solutions can cause corrosion due to the content of free active chlorine (FAC) or due to the chloride content of the process solution. These fluids are widely used because they show a good chemical and microbiological stability, are well suited for the standard cleaning procedures and allow reducing germ concentrations to meet hygienic standards. The influence of the respective agents to alloy 1.4301 is investigated by storage experiments and by electrochemical investigations. The results show, that the influence of chlorides is higher for short-term experiments. ECA-Fluids with low chloride concentrations are preferable. The goal of the investigations is to creat evaluation guidelines for the application parameters to provide a sufficient cleansing effect without causing corrosion of the surfaces.
The stress vs. strain curve of materials is affected the rate of imposed straining. Among the methods for dynamic testing the technique known as 'split Hopkinson pressure bar' (SHPB) has evolved into the most widely used one to exert high-speed straining. The theory behind it comprises simple equations to compute stress and strain. The reliability of the strain analysis can be assessed by digital image correlation (DIC). The present results indicate that the visually observed strain is smaller than predicted by theory.
Bei elektrochemischen Untersuchungen von atmosphärischen Korrosionsreaktionen an deckschicht- und passivschichtbildenden Werkstoffen stößt man elektrolytseitig an Grenzen. So erweisen sich sowohl das Nachempfinden eines dünnen Feuchtfilms als auch die Interpretation von elektrochemischen Messungen in so genannten Bulk-Lösungen (eine „Masse“ an Elektrolyt) hinsichtlich des Korrosionsverhaltens unter atmosphärischen Bedingungen häufig als schwierig. Eine neue Herangehensweise an diese Problemstellung in der Korrosionsforschung beinhaltet den Einsatz von gelartigen Elektrolyten als Alternative zu den Bulk-Elektrolyten. Gelartige Elektrolyte bilden einen dünnen Feuchtfilm auf der Werkstoffoberfläche aus, wodurch die natürlich gebildete Deckschicht ähnlich wie an Atmosphäre beeinflusst wird und nahezu zerstörungsfrei untersucht werden kann. Durch eine elektrochemische Instrumentierung können geeignete Kennwerte wie Polarisationswiderstände und Korrosionsströme ermittelt werden, die Aussagen zur Kinetik der Deckschichtbildung und zur Stabilität der gebildeten Deckschichten unter Einwirkung eines dünnen Feuchtfilms ermöglichen.
Anhand von auf Polysaccharid basierenden Gelpads werden im vorliegenden Beitrag verschiedene Zinkschichtsysteme und Aluminiumlegierungen untersucht, die natürlich gebildeten Deckschichten elektrochemisch charakterisiert und korrosionsrelevante Kennwerte bestimmt. Die ermittelten Kennwerte erlauben eine Differenzierung verschiedener Schichtsysteme und beschreiben die momentane Schutzwirkung der Deckschichten unter atmosphärischen Bedingungen.
Impact of biocomponents in the fuel and heating oil on the compatibility of sealing materials
(2016)
The objective of this research was to determine the resistance of frequently used sealing materials such as FKM, FVMQ, VMQ, EPDM, CR, CSM, IIR, PA, NBR and PUR in fuels and heating oil with and without admixtures of biogenic sources such as E10, diesel fuel with 5 % biodiesel, non-aged and 2 year aged B10 (heating oil with 10 % biodiesel), pure diesel, standard heating oil and premium grade fuel Super plus at 20 °C, 40 °C and 70 °C.
Mass, tensile strength and breaking elongation of the test specimens were determined before and after the exposure for 84 days in the fuels. The visual examination of some elastomer test specimens clearly showed the great volume increase until break or partial dissolution. Shore hardness A and D (for PA) were determined before and after exposure of the test specimens in the biofuels for 42 days.
There is not determined a threshold for the reduction in tensile properties and Shore hardness in the international standards. Therefore a threshold of 15 % was determined for the evaluation of the compatibility.
In summary, it can be therefore stated that the chemical resistance of the fluoropolymers FKM and FVMQ in fuels and biofuels is the best one.
The use of supplementary cementing materials (SCMs) added to concrete mixtures can avoid the alkali-silica reaction. Such materials have a wide range of composition and therefore the inhibition mechanisms can be very differently.
The effectiveness of SCMs which provide silica and alumina into the alkaline solution cannot only be explained by reducing the OH--concentration of the pore solution. From dissolution experiments in potassium hydroxide solutions, an interaction was noted between the aggregate and five SCMs via the alkaline solution. Under specific conditions, no silica is released from the aggregate grains.
Mineralogical investigations (XRD, SEM+EDX) of the grain surfaces confirm that quartz is the main source of silica. In the presence of alumina providing SCMs, the quartz dissolution is strongly reduced or even sometimes stopped. On surfaces of grains a very thin layer can be observed which is probably responsible for reduction or stopping of the silica dissolution and therefore for the inhibition of ASR.
The knowledge of dissolution processes of aggregates and supplementary cementing materials (SCMs) in alkaline solutions can help to describe the expansion of concretes caused by alkali-silica reaction (ASR) and the effects to avoid ASR by using SCMs in more details. Therefore, dissolution experiments in alkaline solutions under different pH values and different temperatures were performed using aggregates in the original grain size and SCMs in different ratios. The concentrations of soluble silica and additionally alumina were determined by ICP-OES. The investigations showed that up to now the “best” conditions to explain the damage behavior of concrete structures are a pH value of 13 (e.g. 0.1 M KOH solution) and a temperature of 80 °C. The evaluation bases on the parameter “excess silica” which is calculated from the dissolved silica and alumina of the aggregates and the SCMs. It was demonstrated that SCMs reduce and sometimes stop the dissolution of aggregates. The efficiency of the SCMs depends on their amount and chemical composition.
Rising importance of composite lightweight structures in aircraft and automobile industries increases the demand on reliable non-destructive testing methods for these structures. Air-coupled ultrasonic testing emerged to suit these requirements as it does not require any liquid coupling medium. In conventional air-coupled ultrasonic transducers, matching layers are used in order to decrease the impedance mismatch between transducer and air. Matching layers can be omitted by using ferroelectrets, which are charged cellular polymers having ferroelectric and piezoelectric properties. Especially a low Young’s modulus, low density and low sound velocity of cellular polypropylene (cPP) are properties being required for well-matched air-coupled ultrasonic transducers.
In our contribution we show recent enhancements of cPP transducers resulting in focused sound fields and thus improved lateral sensitivity. The influence of different transmitter apertures was evaluated using measurements of the emitted sound field. Further we show a transmission of a test specimen of carbon-fiber-reinforced plastic (CFRP) containing artificial damages. Results of focused transducers were compared to planar ferroelectret transducers, as well as to conventional air-coupled transducers.
Durch ein thermodynamisch konsistentes Phasenfeldmodell kann die Rißinitiierung sowie das Rißwachstum in einem spröden Material mit Hilfe der Finite-Elemente-Methode simuliert werden. Ein diskreter scharfer Riß wird durch einen Regularisierungsansatz in ein Phasenfeld überführt, das einen kontinuierlichen Übergang zwischen Riß und Restmaterial abbildet. Modelle von C(T) - Bruchmechanikproben konnten unter monoton wachsender Belastung simuliert werden. Die Ergebnisse konnten mit analytischen Ergebnissen der linear-elastischen Bruchmechanik verglichen werden. Ablenkungen des Rißpfades konnten durch Modelle von gelochten Proben simuliert werden. An dem Modell eines Dreipunktbiegeversuchs konnte die Rißinitiierung demonstriert werden. Die Kenntnis und Modellierung eines vordefinierten Rißpfades ist bei Verwendung dieses Modells nicht erforderlich, was insbesondere zur Untersuchung von komplexen Rißpfaden von Vorteil sein kann.
The use of high-performance concretes holds great promise for many structural applications. This paper investigates the performance of these materials when used in combination with traditional reinforcing bars. An improved understanding of failure during reinforcing bar pull-out from high-performance concretes is needed in order to better predict the embedment length required to develop full reinforcing bar pull-out strength and the required thickness of reinforcing bar cover for adequate corrosion protection. The cracking structures surrounding the reinforcing bars were analyzed using x-ray computed tomography (CT) in order to determine the stress states causing failure. This was accomplished by conducting in-situ reinforcing bar pull-out experiments during CT scanning. A conventional concrete, a high-strength concrete, and a high-strength fiber reinforced concrete were all tested during the experiments. The results of these experiments showed that the levels of brittleness of the different concrete materials had a major impact on the failure mechanisms that they experienced during reinforcing bar pull-out. It was also clear that the specimen geometry and the casting method had a major impact on fiber orientation. The inclusion of fibers within concrete was also found to significantly improve strength and corrosion protection during reinforcing bar pull-out.
In order to estimating the amount and kind of emissions from polymeric sporting tracks a laboratory test was developed in BAM that combines artificial weathering and subsequent batch and column tests [1, 2, 3]. The goal consisted in nvestigating a possible change of emissions into soil and groundwater of a new sporting ground as a function of ageing and egradation of the system. At various stages of the weathering, the samples were removed and subjected to especially designed column extraction tests for the solid samples. Both these extracts and the accumulated rainwater run-off of the weathering device were subjected to analytical tests of their ingredients. The overall aim of the test consisted in developing ontrollable, reproducible, and standardisable conditions and methods of investigation that would allow an estimation of the emissions in the course of outdoor application of about five years.
Increasing performance and energy efficiency of Gas Metal Arc Welding by a high power tandem process
(2016)
Standard Gas Metal Arc Welding (Standard GMAW) and a high power Tandem GMAW (TGMAW) process are evaluated with respect to energy efficiency. Current, voltage and overall equipment power are measured and energy consumption is determined. The new key performance indicator Electrical Deposition Efficiency is introduced to reflect the energy efficiency of GMAW processes. Additionally, wallplug efficiency of the equipment is determined in order to identify the overall energy consumption. Results show that energy efficiency as well as economic process performance can be significantly increased by application of the TGMAW process. Furthermore findings indicate that wall-plug efficiency of the equipment is independent of power level and material transfer mode. A metal plate of 30 mm thick structural steel is joined by Standard GMAW and TGMAW to demonstrate the total energy savings for a real weld. Electricity consumption is reduced by more than 20 % using the high power TGMAW process.
Selecting a welding process for a given application is crucial with respect to the sustainability of part manufacturing. Unfortunately, since welding processes are evaluated by a number of criteria, preferences for one or the other process can be contradictory. However, the prevalent procedure of weight assignment for each criterion is subjective and does not provide information about the entire solution space. From the perspective of a decision maker it is important to be able to assess the entire set of possible weightings and answer the question which welding process is optimal for which set of weights. This issue is investigated by means of a weight space partitioning approach. Two welding processes are considered with respect to three criteria that reflect their economic and environmental performance. In order to find the most sustainable welding process the underlying weight space partition is evaluated.
Spot welding is one of the most important joining technologies, especially in the automotive industry. Hitherto,the quality of spot welded joints is tested mainly by random destructive tests. A nondestructive testing technique offers the benefit of cost reduction of the testing procedure and optimization of the fabrication process, because every joint could be examined. This would lead to a reduced number of spot welded joints, as redundancies could be avoided. In the procedure described here, the spot welded joint between two zinc-coated steel sheets (HX340LAD+Z100MB or HC340LA+ZE 50/50) is heated optically on one side. Laser radiation and flash light are used as heat sources. The melted zone, the so called “weld nugget” provides the mechanical stability of the connection, but also constitutes a thermal bridge between the sheets. Due to the better thermal contact, the spot welded joint reveals a thermal behavior different from the surrounding material, where the heat transfer between the two sheets is much lower. The difference in the transient thermal behavior is measured with time resolved thermography. Hence, the size of the thermal contact between the two sheets is determined, which is directly correlated to the size of the weld nugget, indicating the quality of the spot weld. The method performs well in transmission with laser radiation and flash light. With laser radiation, it works even in reflection geometry, thus offering the possibility of testing with just one-sided accessibility. By using heating with collimated laser radiation, not only contactfree, but also remote testing is feasible. A further convenience compared to similar thermographic approaches is the applicability on bare steel sheets without any optical coating for emissivity correction. For this purpose, a proper way of emissivity correction was established.
Mit dem KorroPad Verfahren ist es dem Anwender möglich den Zustand der Passivschicht nichtrostender Stähle auf sehr einfache und schnelle Weise einschätzen zu können. Das Verfahren eignet sich dazu, den Grad der Passivität in Abhängigkeit der Umgebungsbedingungen und der Zeit nachzuvollziehen. Dies ermöglicht dem Anwender und Verarbeiter von nichtrostenden Stählen, die Lagerungsbedingungen und –zeiten einer frisch bearbeiteten Stahloberfläche zu ermitteln, welche für die Ausbildung einer stabilen Passivschicht notwendig sind, bevor diese risikoarm eingesetzt werden kann. Wie die hier dargestellten Beispiele und auch weitere zahlreiche praktische Anwendungen gezeigt haben, eignet sich das KorroPad ebenfalls für die Identifikation kritischer Prozessparameter bei der Verarbeitung nichtrostender Stähle. Mit dem Verfahren lassen sich viele prozessbedingte Einflussfaktoren auf die Oberflächengüte wie auch auf den Werkstoff charakterisieren. Aufgrund der schnellen und einfachen Auswertung der Prüfergebnisse können positive wie auch negative Veränderungen hinsichtlich der Passivschichtstabilität zügig erkannt werden. Dies ermöglicht es dem Anwender schnell zu reagieren, um kritische Einflüsse zu korrigieren und um eine Optimierung von Inhouse-Prozessen durchzuführen. Weitere Einsatzgebiete sind im Bereich der Wareneingangs- und/oder Warenausgangskontrolle denkbar, überall wo es um die Frage der Passivschichtstabilität einer nichtrostenden Stahloberfläche geht.