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- 6 Materialchemie (8)
- 4 Material und Umwelt (7)
- 5.2 Metallische Hochtemperaturwerkstoffe (7)
- 4.5 Kunst- und Kulturgutanalyse (5)
- 6.6 Physik und chemische Analytik der Polymere (5)
- 9 Komponentensicherheit (5)
- 6.2 Material- und Oberflächentechnologien (3)
- 7.4 Baustofftechnologie (3)
China
(2017)
The contributions included in the book provide a reconnaissance on the conservation rules and current protection policies of more than 100 countries, with particular attention to the emerging nations and twentieth-century architecture. The contributions illustrate the critical issues related to architectural listings, with a brief history of national approaches, a linkography and a short bibliography. The book also provides a short critical lexicography, with 12 papers written by scholars and experts including topics on identities, heritages, conservation, memories and the economy. By examining the methods used to designate building as heritage sites across the continents, this book provides a com¬prehensive overview of current protection policies of twentieth-century architecture as well as the role of architectural history.
In diesem Beitrag werden numerische Analysen der mechanischen Eigenschaften von Lehmsteinmauerwerk unter Druck- und Schubbeanspruchung vorgestellt. Ergebnisse von einachsigen Druck- und Schubversuchen an Wandprüfkörpern lieferten dafür grundlegende mechanische Kennwerte im elastischen Bereich und im nichtelastischen Versagenszustand.Die Testergebnisse zeigten, dass verschiedene Vorlasten keinen wesentlichen Einfluss auf die Schubfestigkeit haben. Außerdem bestätigten die Ergebnisse das spröde Verhalten von Lehmsteinmauerwerk unter einachsiger Druckbelastung und es zeigte sich, dass das Versagen des Lehmsteinmauerwerks unter Scherbelastung entlang der Mörtelfugen erfolgt.
Die experimentellen Ergebnisse wurden verwendet, um das Verhalten von Lehmsteinmauerwerk durch nichtlineare Finite-Elemente-Methoden auf der Basis von Makro- und Mikro-Modellierungsansätzen zu simulieren. Entsprechendes konstitutives Materialverhalten und Zwängungen, die in den Versuchen durch die Art der Lasteinleitung in Form von Stahlprofilen und Stahlschuhen verursacht wurden, wurde in den Modellen berücksichtigt. Es wurde zuerst ein auf der Grundlage der experimentellen Daten kalibriertes Makro-Modell entwickelt, was zu einer brauchbaren Vorhersage des Versagensverhaltens der Mauerwerksprüfkörper führte. Die simulierten Spannungs-Dehnungs-Kurven, berechnet unter einachsiger Druckbelastung, zeigten eine gute Übereinstimmung mit den Ergebnissen der geprüften Mauerwerkskörper, sowohl im elastischen als auch im nichtelastischen Bereich. Ein vereinfachter Ansatz, basierend auf der Makro-Modellierung und einem homogenisierten Prüfkörper, kann für die Untersuchung größerer Tragsysteme oder ganzer Gebäude angewendet werden, wobei eine zufriedenstellende Genauigkeit bei geringerem Rechenaufwand erreicht wird. Obwohl das globale Spannungs-Dehnungs-Verhalten zufriedenstellend wiedergegeben wurde, ist ein solches nichtlineares isotropes Kontinuumsmodell für Lehmsteinmauerwerk nicht in vollem Umfang geeignet, um das bei den Versuchen beobachtete Rissbild an den Prüfkörpern zu simulieren.
Eine detailliertere Analyse des mechanischen Verhaltensdes Mauerwerks wurde mit einem Mikro-Modellierungsansatz durchgeführt. Das Modell, in dem ein Wandabschnitt nicht mehr homogenisiert, sondern in konkrete Stein- und Fugenelemente diskretisiert wird, hat sich insbesondere für das Verhalten von Lehmsteinmauerwerk unter Schubbeanspruchung als geeignet erwiesen. Die Auswertung der Spannungsverteilungen bei der nichtlinearen Analyse lieferte Informationen über die tatsächlichen Mechanismen der Lastübertragung zwischen Steinen und Mörtelfugen. Mit dem Mikro-Modell war es möglich, das nichtlineare Verhalten von Lehmsteinmauerwerk vorherzusagen. Es stellt somit ein geeignetes Werkzeug für die Untersuchung der Versagensmechanismen von Lehmsteinmauerwerk dar. Allerdings sind aufgrund der Komplexität des Modells für die Beschreibung der Stein/Mörtel-Schnittstelle und die hohe Anzahl an erforderlichen mechanischen Parametern umfassendere Untersuchungen notwendig. Die zukünftige Forschung wird sich daher einerseits auf die Verfeinerung der numerischen Modelle und andererseits auf die Simulation komplexer Belastungssituationen und Gebäudekomponenten konzentrieren.
Ziel der vorliegenden Untersuchung war es zu überprüfen, inwiefern eine Bemessungsvorschrift auf Basis von Teilsicherheitsbeiwerten im Lehmmauerwerksbau möglich ist. Bemessungsvorschriften im konventionellen Mauerwerksbau und im Lehmmauerwerksbau waren aufgrund des prinzipiell gleichen Tragverhaltens stets eng miteinander verknüpft. Die im Rahmen dieser Arbeit durchgeführten Druckversuche an Lehmmauermörtel, Lehmsteinen und Lehmmauerwerk konnten zeigen, dass die Streuungen der Festigkeiten von Lehmbaustoffen aufgrund der industriellen Herstellung sehr gering sind. Es konnte festgestellt werden, dass eine Bemessung auf Grundlage des semiprobabilistischen Bemessungskonzeptes in Anlehnung an den konventionellen Mauerwerksbau möglich ist. Neben einem ersten Vorschlag des Teilsicherheitsbeiwertes für den Lastzustand Druck werden Vorschläge für Prüfvorschriften im Lehmbau beziehungsweise deren Modifikation unterbreitet und künftige Forschungsschwerpunkte herausgearbeitet.
Gravity has significant effects on alloy solidification, primarily due to thermosolutal convection and solid phase buoyancy. Since 2004, the European Space Agency has been supporting investigation of these effects by promoting in situ X-ray monitoring of the solidification of aluminium alloys on microgravity platforms, on earth, and in periodically varying g conditions. The first microgravity experiment-investigating foaming of liquid metals - was performed on board a sounding rocket, in 2008. In 2012 the first ever X-ray-monitored solidification of a fully dense metallic alloy in space was achieved: the focus was columnar solidification of an Al-Cu alloy. This was followed in 2015 by a similar experiment, investigating equiaxed solidification. Ground reference experiments were completed in all cases. In addition, experiments have been performed on board parabolic flights-where the effects of varying gravity have been studied. We review here the technical and scientific progress to date, and outline future perspectives.
Im Frühjahr 1969 wurde bei Ausgrabungen der Universität Bonn unter Leitung von Elmar Edel auf der Qubbet el-Hawa ein außergewöhnliches Depot mit Materialien einer antiken Gusswerkstatt gefunden. Im Zuge der Fundteilung gelangten die meisten Stücke des Konvolutes in das Ägyptische Museum der Universität Bonn und werden dort aufbewahrt.
Die Deponierung des für die Forschung zur antiken Metallurgie bisher einzigartigen Konvoluts geschah im Zuge der Nachnutzung von Grabanlagen aus dem Alten Reich (um 2100 v. u. Z.) in der ägyptischen Spätzeit (um 550 – 400 v. u. Z.). Das Depot enthält Objekte, die alle Fertigungsstufen von Metallgegenständen im Wachsausschmelzverfahren dokumentieren. Es wurden Stücke von Rohwachs sowie Wachsmodelle und die zu deren Herstellung genutzten Negativformen gefunden. Weiterhin enthielt es vollständige Gussformen, die in einem aufwendigen Mehrschalenverfahren hergestellt wurden und teilweise bereits für den Guss ausgebrannt worden sind. Schließlich zählen einige Metallfiguren sowie weitere figürliche Objekte zum Konvolut, die alle in den Bereich einer kunsthandwerklichen Werkstatt deuten. Eine Besonderheit stellen zudem Gussformen dar, in denen Fragmente von Metallfiguren zur Reparatur im Überfangguss vorbereitet waren.
Das Depot wurde in der Gesamtpublikation der Bonner Grabungen bisher nur summarisch vorgestellt. 2014/15 initiierten die Abteilung Ägyptologie der Universität Bonn und das LVR-LandesMuseum Bonn unter Ludwig D. Morenz und Michael Schmauder ein gemeinsames und von der Fritz-Thyssen-Stiftung gefördertes Forschungsprojekt, das von Martin Fitzenreiter, Johannes Auenmüller und Frank Willer geleitet wurde. In Kooperation mit Dietmar Meinel (Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung Berlin / BAM, Fachbereich 8.5 Mikro-ZfP), Roland Schwab (Curt-Engelhorn-Zentrum Archäometrie gGmbH, Mannheim), Gerwulf Schneider (FU Berlin, Exzellenzcluster TOPOI), Ursula Baumer und Patrick Dietemann (beide Doerner-Institut / München), Thorsten Geisler-Wierwille (Steinmann Institut für Geologie, Mineralogie und Paläontologie der Universität Bonn) sowie Ursula Tegtmeier (Labor für Archäobotanik der Universität Köln) wurden die Objekte des Konvolutes eingehend und mit zeitgemäßen Verfahren untersucht. Die Ergebnisse dieses Forschungsprojekts werden in dieser Publikation vorgelegt.
Welding is the most important joining technology. In the steel construction
industry, e.g. production of windmill sections, welding accounts for a
main part of the manufacturing costs and resource consumption. Moreover, social
issues attached to welding involve working in dangerous environments. This aspect
has unfortunately been neglected so far, in light of a predominant focus on economics
combined with a lack of suitable assessment methods. In this chapter,
exemplary welding processes are presented that reduce the environmental and
social impacts of thick metal plate welding. Social and environmental Life Cycle
Assessments for a thick metal plate joint are conducted for the purpose of
expressing and analysing the social and environmental impacts of welding.
Furthermore, it is shown that state-of-the-art technologies like Gas Metal Arc
Welding with modified spray arcs and Laser Arc-Hybrid Welding serve to increase
social and environmental performance in contrast to common technologies, and
therefore offer great potential for sustainable manufacturing.
Cylinder valves for oxygen service that meet the standard DIN EN ISO 10297 should be safe, if properly handled by the user. In the last few years, however, the number of incidents with oxygen valves that has been reported to Federal Institute for Materials Research and Testing (BAM) has increased. According to the incident reports, incorrect handling can be ruled out. People were seriously injured and in most cases, the causes of these incidents were not clear. Very often, such incidents occurred during opening and closing of the valves. Therefore, the technical-scientific community has put the existing test methods for type testing more and more into question. Besides other mandatory tests, the above-mentioned standard allows to perform the endurance test with air or with nitrogen. This is appropriate for all other gases but not for oxygen. Up to now, this test does not consider the fact that cylinder valves also contain nonmetallic seat materials and lubricants that may react with oxygen in a dangerous way. Because of this unsatisfactory situation, BAM initiated a research project to perform endurance testing of cylinder valves for oxygen service much more practice related with oxygen. This test simulates very well real life situations when the cylinder valve is opened or closed. The first part of this project was the development of a new oxygen operated endurance tester in accordance with DIN EN ISO 10297. In a second part, endurance testing of valves with air and with oxygen was performed and the results were compared. In addition, another mandatory test of the standard, the oxygen pressure surge test was carried out on new valves and on valves that had undergone endurance tests with air or oxygen, to see the influence on the burn-out safety of such pre-stressed valves. This paper presents the main results of the project. The findings clearly speak for implementing the oxygen endurance test not only to DIN EN ISO 10297 but also to various other standards to increase the burn-out safety of oxygen cylinder valves.
Reference nanomaterials
(2016)
This chapter reviews relevant aspects of the still less explored field of RNMs. In the first part, definition of RMs according to different metrological levels was presented as well as the general strategy on their development. In the second part, the importance of RNMs in material science and nanotoxicology is explained and considerations on the use of silica nano-objects as potential future reference material was discussed. Overall, several points should be highlighted from this chapter: Definition of a reference material depends on the level of standardization. Certified reference material represents the highest level of traceability. Different types of reference materials, standard materials and certified reference materials are available, as shown in Table 3.1. The preparation of nano-objects with well-defined mechanical properties is still an unsolved issue and thus needs further R&D activities. Nevertheless, amorphous silica seems to be a promising candidate for reaching this objective. Traceable properties of nanomaterials are still limited to few cases such as primary particle size and thickness measurements of very thin films. In general, developed RMs are monoparametric thus, only one characteristic of the nano-objects is reported. In nanotoxicology, the challenge is in the development of suitable RNM that bears similarities to the measurements made on the sample analysed.
The one-phase methods described in Chapter 2 were shown to be able to predict casting to some extent, but could not depict segregation, sedimentation and blockage occurring during flow. On the other hand, the distinct element methods described in Chapter 3 did not take into account the presence of two phases in the system and describes concrete as distinct elements interacting through more or less complex laws. A reliable numerical model of a multiphase material behaviour shall take into account both phases (solid and liquid). From the numerical point of view, concrete flow shall be seen therefore as the free surface flow of a highly-concentrated suspension of rigid grains.
Alumina thin films
(2016)
This chapter gives an overview over preparation, properties and applications of alumina thin films. The preparation of polymeric and colloidal alumina sols and their deposition on diverse substrate materials with different geometries are described first. Consideration of properties (surface tension, particle size, viscosity, aging of the sols and their optimization by using certain additives) is included, too. A description of post-treatments of the coatings, which initiate phase transformations and also determine their microstructure, completes the part on coating preparation. Data on adhesion, thickness, surface roughness and mechanical, textural as well as optical properties of alumina thin films are provided in a further paragraph. In a third main part experience concerning possible applications, such as (i) membranes for catalysis, separation and filtration, (ii) barrier layers against electrochemical and high temperature corrosion or inter-diffusion of ions between different phases, (iii) mechanical protection, (iv) sensor construction, (v) improvement of optical properties, as well as (vi) achieving water repellency is summarized.
Im Rahmen des abgeschlossenen EU-Projekts NIKER (www.niker.eu) wurden die mechanischen Eigenschaften von Lehmsteinmauerwerk untersucht. Im ersten Teil wurde das mechanische Verhalten unter statischer Druck- und Schubbeanspruchung bestimmt. Ziel dieser Untersuchungen war es, grundlegende Daten zum Verformungs- und Versagensverhalten von Lehmbauteilen zu erhalten und dieses mit einem numerischen Modell zu beschreiben. Die Versuchsergebnisse belegten das spröde Verhalten von Lehmmauerwerk bei uniaxialer Druckbelastung und zeigten, dass das Versagen von Lehmmauerwerk infolge Schubbelastung nach Erstrissbildung in Mörtelfugen und Lehmsteinen durch Gleiten der Lehmsteine entlang der Mörtelfugen erfolgt. Mit der Software DIANA® wurden numerische Modelle entwickelt. Eine Makromodellierung erbrachte zufriedenstellende Resultate hinsichtlich des Spannungs-Dehnungs-Verhaltens unter statischem Druck, während mit einer Mikromodellierung zufriedenstellende Ergebnisse hinsichtlich des Spannungs-Dehnungs-Verhaltens unter statischer Schubbeanspruchung erzielt wurden. Für beide Fälle, d.h. Makromodellierung von statischem Druck und Mikromodellierung von statischem Schub, wurde eine gute Übereinstimmung der simulierten Rissbildung mit den tatsächlichen Rissbildern beobachtet.
Im zweiten Teil des Projekts wurden Verfahren zur experimentellen Beurteilung von Verpressankern für Lehmsteinmauerwerk erprobt. Die Versuchsergebnisse zeigten, dass die gewählten Versuchsabläufe mit Betrachtung der Verformungen bzw. Relativverschiebungen der Ankerkomponenten und des Mauwerwerks geeignet sind, die am häufigsten wiederkehrenden Versagensarten zu bestimmen und Traglastkurven für Verpressanker zu erstellen.
Anhand von Versuchsergebnissen und zuverlässigkeitstheoretischen Grundlagen erfolgte die Ermittlung eines Teilsicherheitsbeiwertes für Lehmmauerwerk unter dem Lastzustand Druck nach der Kalibrationsmethode der DIN EN 1990. Darüber hinaus fanden Untersuchungen zur Ermittlung der Parameter zur Bestimmung der rechnerischen Mauerwerksfestigkeit statt. Aufgrund der derzeit noch ungenügenden Datengrundlage konnten lediglich erste Empfehlungen für Teilsicherheitsbeiwerte ausgesprochen werden. Ein Bemessungskonzept im Lehmmauerwerksbau auf Basis von Teilsicherheitsbeiwerten, welches sich an der gültigen Mauerwerksnormung anlehnt, scheint aber prinzipiell möglich. Es bedarf allerdings noch weiterer Forschung, insbesondere im Hinblick auf andere Lastzustände und auf das Feuchtigkeitsverhalten von Lehmmauerwerk.
This study presents diagnostic techniques to assess the structural vulnerability of earthen buildings. Medieval structures at Ambel (near Zaragoza, Spain), once a preceptory or monastic house belonging to the Military Orders, provide a useful case study. After more than a thousand years of construction, failure and repair from the 10th century to the present day, Ambel preceptory today is characterised by marked inhomogeneities: construction materials and structural typologies are juxtaposed, with structural discontinuities at the interfaces between construction phases. This paper argues that, while static analysis is an essential prerequisite before a suitable maintenance program can be defined, no evaluation of the structural behaviour of any historic building can ignore an understanding of the building’s history.
A new technique to fix bioceramic powder on a titanium alloy by using femtosecond laser pulses is presented. It is shown that gentle fixation of a bioactive dielectric material on a metallic model implant is successful. This is potentially a new tool for the improvement of bone prostheses. An advantage of the ultrashort pulses is the very low heat influx into the whole sample. There is only a very thin interaction zone during the fixing, which is the metal surface in contact with the ceramic layer. Neither the fixed ceramic particles nor the major part of the metal suffer any modification. The stability of the model implant (ceramic on metal) is investigated by rotating bending fatigue tests. No indication of a reduction of the mechanical stability compared to untreated metallic reference samples was found.
Neutron imaging
(2016)
Neutron imaging methods are appropriate to investigate hydrogen distributions in several metallic systems. The large total neutron cross section of hydrogen compared to those of elements or isotopes, respectively, in usual structural materials like steels or zirconium alloys allows the detection even of small amounts of hydrogen in such materials. The dependence of the total macroscopic neutron cross section of the sample or component on the hydrogen concentration can be determined experimentally by means of calibration specimens with known hydrogen concentrations. Such a calibration allows for a full quantitative determination of the local hydrogen concentration with a spatial resolution better than 20 μm. Because neutron radiography is fast and non-destructive, in situ investigations of time-dependent processes like hydrogen absorption and release or hydrogen bulk diffusion can be performed. This chapter gives an introduction into the main neutron imaging methods, radiography and tomography, and gives as examples results of neutron imaging investigations of hydrogen in different steels and in zirconium alloys,respectively.
In the last two decades, the solubility of gases in ionic liquids has attracted a lot of attention. While at the beginning most publications dealt with the solubility of a single gas in a pure ionic liquid, recently the interest starts to shift to the – from an application-oriented point of view – more challenging area of the simultaneous solubility of several gases in an ionic liquid and/or the solubility of a single gas in solvent mixtures with ionic liquids. The current state of information on experimental data (and the phenomena encountered) in such systems is summarized and discussed.
Pyrolysis, flammability, fire behavior, melt viscosity, and gas diffusion of bisphenol A polycarbonate/acrylonitrile-butadiene-styrene (PC/ABS) were investigated, with bisphenol A bis(diphenyl phosphate) (BDP), with 10 wt.% talc and with BDP in combination with 5, 10 and 20 wt.% talc, respectively. Compared to PC/ABS, PC/ABS + BDP results in an increased decomposition temperature of PC, a higher char yield, a significantly increased LOI, a V-0 classification in UL 94, a reduced peak heat release rate (pHRR), and a reduced total heat release (THR) in the cone calorimeter. This efficient flame retardancy is due to mechanisms in both the gas and condensed phases. PC/ABS + 10 wt.% talc shows a decrease in the PC decomposition temperature. The fire behavior is improved in part compared to PC/ABS, with an increased LOI and reduced pHRR. PC/ABS + BDP + 10 wt.% talc shows a strong synergism in LOI, a V-0 classification, and a decrease in pHRR, whereas THR is slightly increased compared to PC/ABS + BDP. Talc decreases the gas diffusion and enhances the flow limit for low shear rates, both of which influence the pyrolysis and flammability results. Further, talc improves the protection properties of the fire residues. Nevertheless it also partly suppresses flame inhibition and the charring effect of BDP. The synergism between BDP and talc in LOI is obtained even for low talc loadings in PC/ABS + BDP + talc, whereas for higher loadings saturation is observed.