Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
Filtern
Erscheinungsjahr
- 2016 (907) (entfernen)
Dokumenttyp
- Vortrag (379)
- Zeitschriftenartikel (220)
- Beitrag zu einem Tagungsband (149)
- Posterpräsentation (116)
- Dissertation (11)
- Buchkapitel (9)
- Beitrag zu einem Sammelband (5)
- Sonstiges (5)
- Zeitschriftenheft (Herausgeberschaft für das komplette Heft) (4)
- Tagungsband (Herausgeberschaft für den kompletten Band) (3)
Sprache
- Englisch (697)
- Deutsch (206)
- Mehrsprachig (3)
- Italienisch (1)
Schlagworte
- NDT (25)
- Reliability (22)
- Corrosion (19)
- Welding (17)
- Friction (16)
- Korrosion (14)
- Mechanochemistry (14)
- POD (14)
- Building materials (13)
- Degradation (13)
Eingeladener Vortrag
- nein (379)
Online (passive) thermographic inspection of overlap joints of aluminium and zinc coated steel sheets made by cold metal Transfer weld brazing process was explored. Different experimental Trials were conducted for demonstrating the feasibility of thermographic inspection to detect the porosities, improper weld bead and to differentiate the pre weld temperature. The whole process was monitored using infrared cameras in different wavelength region.
Image analysis algorithms were developed to reconstruct the thermal images that contain the signatures of the weld defects and to extract the pre weld temperature and ist evolution with distance from the centre of the weld torch. Post-weld radiography lends strong Support to the observations.
Numerical Sensitivity Analysis of TRIP-Parameter K on Weld Residual Stresses and Weld Distortion
(2016)
A combined experimental numerical approach is applied for a sensitivity analysis of the transformation induced plasticity (TRIP)-parameter K on welding residual stresses and welding distortion for the welding of the low-alloyed high-strength S960QOL with the high-alloyed hig-strength filler material CN13-4-IG. A thermo-mechanical FE model of a real GMA welding process was experimentally validated against termperature field, X-Ray stress measurments and optical distortion measurement. Within the sensititvity analysis K was varied and the influence on the calculated welding residual stresses and welding distortion is evaluated by performing corresponding FEA. The correct order of K magnitude is necessary in order to reproduce the residual stresses qualitatively and quantitatively. For the sufficient reproducing of the welding distortion the transformation induced plasticity can be neglected.
The field of human factors has been concerned with prevention of organisational accidents and the maintaining of the highest safety standards in organisations with high hazard potential since its beginnings. Whereas it is known that human error has contributed to some well-known accidents and events in various safety-critical applications, as well as in railway, and that human factors have an impact on how reliable our non-destructive inspections are, very little has been done so far to address human factors, especially in the railway sector.
The first steps in addressing human factors in the inspection of railway axles has been carried out by analysing the results of manual ultrasonic inspection of the railway axles during requalification in the education centre of the German Society for Non-Destructive Testing (DGZfP). In addition to the inspection, 160 participants were asked to fill out a questionnaire with the aim of identifying potential factors influencing their performance. The results showed that no correlation between the possible influencing factors (i.e. experience, level of qualification, satisfaction with the conditions during the re-qualification as well as in the daily practice and mental workload) and the inspection results. The explanation for this result was found in the fact that questionnaires can be used only to identify indirectly influencing factors. The only way to identify directly influencing factors and establish cause-effect relationships is by experimental study. The limitation of this study was the inability to influence the participants in any way during the requalification examination. Another angle used to identify potential influencing factors was the use of human-oriented Failure Modes and Effects Analysis. Carried out together with 4 experts from the field practice, two lecturers and two scientists, this analysis provided with an extensive list of possible failures, their causes, consequences and possible barriers. The largest benefits for the reliability of manual ultrasonic railway axle inspections in the practice can be found in attending to the organisational aspects of the inspection (e.g. processes, procedures, communication, education, supervision etc.).
Starting from an introduction into important Basic questions of failure analysis and fracture mechanics, the author specifies what kind of questions in failure analysis can be effectively solved by fracture mechanics (and which can't). He illustrates his discussion with a number of case studies. Much more pronounced than in the design stage the benefit of fracture mechanics in failure analysis depends on ist accuracy. This is limited by both, intrinsic factors of the method and the availability and quality of the input information. The author discusses the various aspects and provides the participants with background information helpful for better understanding the prospects and limitations of fracture mechanics in failure analysis and the conditions of its application.
Using channeling-enhanced energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDX), we demonstrate polarity sensitive orientation determination of a non-centrosymmetric crystal in the scanning electron microscope. The authors observe a characteristic asymmetry in the channeling-enhanced, angle-dependent EDX data of a GaAs sample, which is in good agreement to simulations using the dynamical theory of diffraction for the incident electron beam. This allows us to assign the orientation of the GaAs crystal according to the non-centrosymmetric point group. The method shown here overcomes the limitation of a reduced point-group sensitivity of electron backscatter diffraction Patterns and electron channeling patterns for crystalline phases that contain atoms of approximately equal electron scattering cross sections.
Nondestructive flaw detection in polymeric materials is important but difficult to achieve. In this research, the application of magnetite nanoparticles (MNPs) in nondestructive flaw detection is studied and realized, to the best of our knowledge, for the first time. Superparamagnetic and highly magnetic (up to 63 emu/g) magnetite core-shell nanoparticles are prepared by grafting bromo-end group-functionalized poly(glycidyl methacrylate) (Br-PGMA) onto surface-modified Fe3O4 NPs. These Fe3O4-PGMA NPs are blended into bisphenol A diglycidylether (BADGE) based epoxy to form homogeneously distributed magnetic epoxy nanocomposites (MENCs) after curing. The core Fe3O4 of the Fe3O4-PGMA NPs endows the MENCs with magnetic property, which is crucial for nondestructive flaw detection of the materials, while the shell PGMA promotes colloidal stability and prevents NP aggregation during curing. The eddy current testing (ET) technique is firstly applied to detect flaws in the MENCs. Through the brightness contrast of the ET image, surficial and sub-surficial flaws in MENCs can be detected, even for MENCs with low content of Fe3O4-PGMA NPs (1 wt %). The incorporation of Fe3O4-PGMA NPs can be easily extended to other polymer and polymer-based composite systems and opens a new and very promising pathway toward MNP-based nondestructive flaw detection in polymeric materials.
Unterschiedliche Werkstoffeigenschaften reagieren auf jeweils spezifische Weise auf Gittertyp, Gefüge und Defekte. Für die schadenstolerante Betrachtung von Werkstoff und Bauteil ist das Verständnis dieser Zusammenhänge essentiell. Der Beitrag gibt mit Hinblick auf additiv gefertigte metallische Bauteile(Selective Laser Melting) einen kurzen, keineswegs vollständigen Überblick über Faktoren, die die Steifigkeit, Festigkeit, Duktilität, Zähigkeit, Ermüdungsrissausbreitung und Schwingfestigkeit beeinflussen. Es wird aufgezeigt, wie die bruchmechanische Betrachtung zur Quantifizierung der Zusammenhänge beitragen kann
Die zerstörungsfreie Prüfung (ZfP) ist aus solchen Bereichen unseres Lebens nicht mehr wegzudenken, in denen Schäden mit hohen Folgekosten oder Gefährdungen von Menschenleben entstehen können (Beispiele: Transportwesen, Energieerzeugung, Chemieindustrie). In der Praxis kann ein Prüfsystem an seine Grenzen geraten, z.B. bei kleinen Defekten. Defekte mit kritischer Größe werden möglicherweise nicht detektiert. Daher müssen probabilistische Bewertungsverfahren das Prüfsystem beschreiben.
Es wird eine objektive Qualitätskennzahl gesucht, auf deren Basis die Anwendbarkeit der Prüfmethode definiert werden soll. Die Auffindwahrscheinlichkeit (engl. probability of detection - POD) erfüllt diese Anforderung. Die POD zeigt auf Basis des Zusammenhangs und der Streuung der Daten, ob das Verfahren für die Prüftätigkeit akzeptiert werden kann oder noch verbessert werden muss.
Das ursprüngliche POD-Verfahren wurde für quasi eindimensionale Defekte in dünnen Luftfahrtbauteilen entwickelt. In der industriellen Realität ist diese Bewertung ein Balanceakt zwischen Statistik und Durchführbarkeit: Die Prüfung soll mit realen Defektdaten für die spätere Produktion des Bauteils (bzw. wiederkehrende Wartungsprüfung) bewertet werden. Doch die notwendige Gegenüberstellung zwischen Schliffdaten, für die Erfassung der wahren Defektgröße von räumlich ausgeprägten Defekten und dem Signal eines ZfP-Systems stellt sich als herausfordernde und kostenintensive Aufgabe heraus. Sowohl die Aufstellung eines gemeinsamen Koordiantensystems als auch die Beschreibung und Angleichung der Daten stellen eine notwendige Vorarbeit dar. In dieser Arbeit wird ein mögliches Vorgehen entwickelt, dass im Weiteren eingesetzt werden kann. Während in der Literatur zum Thema POD häufig die Begrenzung des Einsatzes einer eindimensionalen POD (POD mit einem Defektparameter) für reale Defekte bereits erkannt wurde, soll außerdem in dieser Arbeit das Verfahren auf der Signalseite umfassender erweitert werden, um die Einbeziehung realer Defekte in die POD-Bewertung zu ermöglichen. Hierfür werden mit Hilfe dieser Arbeit zwei wesentliche Neuerungen in der POD-Bewertung eingeführt:
1. Die Anzeigenfläche wird als wichtiges Indiz zur Detektion in die Bewertung eingeführt. Dabei zeigt der Ansatz einer Observer-POD, bei dem der Detektierbarkeit eines Defekts beschrieben wird, eine Möglichkeit in die Bewertung zu erweitern. Jedoch wird die notwendige Datenanzahl die für eine Observer-POD selten mit Experimenten erreicht. Daher schlagen wir die Einführung eines Glättungsalgorithmus vor, um auch auf der Basis von wenigen Daten die Flächenabhängigkeit zu erfassen. Der Algorithmus wird hierbei durch simulierte Daten auf seine Funktionsfähigkeit überprüft, bevor er auf reale Defekte angewendet wird. Gleichzeitig helfen die simulierten Daten einen Vergleich zu den vorhergegangenen Ansätzen zu ermöglichen.
2. Darüber hinaus reichen die Daten der realen Defekte häufig nicht aus, um die statistische Forderung zu gewährleisten, so dass es notwendig, wird künstliche Defekte mit einzubeziehen. Deshalb sollen die vorhanden künstlichen Defekte in Form von Referenzdefekten mit einbezogen werden, um die statistische Grundlage zu erhöhen. Für die Prüfung von Referenzdefekten sind jedoch wichtige Einflussgrößen (z.B. Oberflächenrauhigkeit) nicht vorhanden. Wegen der unterschiedlichen Aussagekraft der Daten und zur Vermeidung einer zu optimistischen Abschätzung, ist eine einfache Mischung der Daten ausgeschlossen. Um realen Defekten eine Möglichkeit dafür zu schaffen, dass die Eigenschaften der realen Defekte angemessen auf das Ergebnis der Bewertung des Verfahrens Einfluss nehmen können, wird eine gewichtete Kombination der Defektdaten für die Bewertung vorgestellt. Das Vorgehen wird am Beispiel der radiographischen Prüfung einer elektronenstrahlgeschweißten Naht durchgeführt. Die Schweißnaht verbindet den Deckel zur Außenwand eines Kupferbehältern, der für die spätere Endlagerung von verbrauchten Brennstäben aus Kernkraftwerken entwickelt wurde. Die Messergebnisse stammen aus von der Firma Posiva Oy, dem zuständigen Unternehmen für die Endlagerung von verbrauchten Brennstäben aus Kernkraftwerken in Finnland. Hierbei stellt die POD-Bewertung ein wichtiges Element in der Gesamtrisikobewertung für das Endlagersystem dar.
Vertebroplasty or kyphoplasty of osteoporotic vertebral fractures bears the risk of pulmonary cement embolism (3.5%–23%) caused by leakage of commonly applied acrylic polymethylmethacrylate (PMMA) cement to spongious bone marrow or outside of the vertebrae. Ultraviscous cement and specific augmentation systems have been developed to reduce such adverse effects. Rapidly setting, resorbable, physiological calcium phosphate cement (CPC) may also represent a suitable alternative.
PURPOSE: This study aimed to compare the intravertebral extrusion of CPC and PMMA cement in an ex vivo and in vivo study in sheep.
STUDY DESIGN/SETTING: A prospective experimental animal study was carried out. METHODS: Defects (diameter 5 mm; 15 mm depth) were created by a ventrolateral percutane-ous approach in lumbar vertebrae of female Merino sheep (2–4 years) either ex vivo (n = 17) or in vivo (n = 6), and injected with: (1) CPC (L3); (2) CPC reinforced with 10% poly(l-lactide-co-glycolide) (PLGA) fibers (L4); or (3) PMMA cement (L5; Kyphon HV-R). Controls were untouched (L1) or empty defects (L2). The effects of the cement injections were assessed in vivo by blood gas analysis and ex vivo by computed tomography (CT), micro-CT (voxel size: 67 µm), histology, and biomechanical testing.
The combination of tomographic, microstructural data with other experimental techniques and with modeling is paramount, if we want to extract the maximum amount of information on material and component properties. In particular, quantitative image analysis, statistical approaches, direct discretization of tomographic reconstructions represent concrete possibilities to extend the power of the tomographic 3D representation to insights into the material and component performance. This logic thread equally holds for industrial and academic research, and valorizes expensive experiments such as those carried out at synchrotron sources, which cannot be daily repeated.
I will show a few examples of possible use of X-ray tomographic data for quantitative assessment of damage evolution and microstructural properties, as well as for non-destructive testing. Examples of micro-structured inhomogeneous materials will be given, such as Composites, Ceramics, Concrete, and Additively manufactured parts. I will also show how X-ray refraction computed tomography (CT) can be highly complementary to classic absorption CT, being sensitive to internal interfaces.
Additionally, I will present a new technique in our portfolio, Neutron Diffraction, which is extremely well suited to the study of internal stresses, both residual and under external load.
We investigated the efficiency of phase gratings, i.e., the visibility upon variation of different parameters. Rotating around an axis parallel to the grid lines of the phase grating changes the grating’s shape and thereby the initial distribution of phase shifts. This yields high visibilities for shorter propagation distances than derived from box shapes. Tilting the grating in the scattering plane allows continuous tuning of the grating’s height that corresponds to an ideal phase shift for a particular photon energy. This opens the way for tuning the design energy suitable for the material under investigation. Our study included simulations for monochromatic sources with the sampling procedure for rectangular and triangular phase gratings.
Der Beitrag präsentiert einen Vergleich zwischen verschiedenen numerischen Modellierungsansätzen die dazu dienen sollen, das flächige Verhalten von Stampflehmwänden, genauer unter axialer, diagonaler und zyklischer Scherkraftbelastung zu simulieren.
Im ersten Teil der Studie werden die mechanischen Eigenschaften der Wandscheiben, die unter einachsiger und diagonaler Druckbelastung getestet wurde und der Wände, die in flächigen, zyklischen Scherkraftbelastung getestet wurden, dargestellt. Die Ergebnisse werden verwendet, um die Finite Elemente Simulation anzuwenden und zu bewerten. Die numerische Modellierung der getesteten Stampflehmproben
wird dann im zweiten Teil diskutiert. Ein nichtlineares Materialgesetz basierend auf dem Gesamtdehnungsrissmodell (total strain rotating crack model – TSRCM) wurde, wie durch die Software DIANA® verwendet, angesetzt. Ziel dieser hier präsentierten numerischen Analyse ist es, das Verhalten von Stampflehm unter verschiedenen Lasteinflüssen
zu simulieren. Für die Wandscheiben wurden Versuche unter linearer Last, sowohl in Makro- als auch Mikromodellansätze für die Simulation der experimentellen Versuche gewählt. Für die Wände, welche zyklischer Belastung ausgesetzt waren, wurden nur die Mikromodellansätze für die Simulation der experimentellen Versuche gewählt. Das betreffende FEM Modell wurde mit den experimentellen Ergebnissen kalibriert. Die Stampflehmlagen wurden mit durchgehenden Elementen, die Kontaktflächen zwischen den Lagen mit Oberflächenelementen repräsentiert.
Dieser Ansatz erlaubte die Bewertung des Einflusses der auftretenden Schwächung in den Oberflächen zwischen den Lagen auf das Scherverhalten des Stampflehms. Ziel der numerischen Simulation von zyklischen Versuchen war es, die Eignung allgemeiner Analysemethoden (z. B. für Mauerwerk) für die Analyse von Stampflehm einzuführen und anzuwenden. Stampflehm zeigt brüchige Eigenschaften vergleichbar zu Mauerwerksbaustoffen und wird in geometrischen Formen, wie Wänden, genutzt, die im Mauerwerk üblich sind.
The paper presents a comparison between two different numerical modelling approaches aimed to simulate the in-plain behaviour of rammed earth walls, namely under axial, diagonal and cyclic shearcompression loading. In the first part of the study the mechanical characterisation of wallets tested under uniaxial compression and diagonal compression and walls tested under in-plane cyclic shear-compression loading is presented. The results were used to implement and validate the finite element simulations.
The numerical modelling of the rammed earth samples tested is then discussed in the second part. A non-linear constitutive law based on the total strain rotating crack model (TSRCM) was employed as implemented in the DIANA® software. The aim of the numerical analyses presented here is to simulate the behaviour of rammed earth under different inplane loading conditions. For the wallets, tests under static loading both macro- and micro-modelling
approaches were considered for the simulation of the experimental tests. For the walls subjected to cyclic loading only the micro-modelling approach was applied for the simulation of the experimental tests.
The respective FEM model was calibrated with the experimental results. The rammed earth layers were represented by continuum elements, the contact surfaces between layers by interface elements. This approach allowed assessing the influence of the apparent weakness of the interfaces between layers on the shear behaviour of rammed earth.
The goal of the numerical simulation of the cyclic tests was to establish the adequacy of common analytical methods (e. g. used for masonry) applied to the analysis of rammed earth. Rammed earth exhibits brittle characteristics similar to masonry materials and is used in geometrical typologies, such as walls, common in masonry construction.
Im Rahmen des EU-Forschungsvorhabens [H]house wurden Holz, Lehm und Naturfasern in Bezug auf Feuchtesorption und Schadstoffe untersucht und mit konventionellen Materialien verglichen. Weiter entwickelte Innenwandsysteme und Innendämmungen wurden ebenfalls untersucht. Auf dieser Basis wurden Holz- und Lehm-Bausysteme ohne Lüftungsanlage entwickelt und angewendet.
Low-κ dielectric LTCC was developed, to realize successful co-firing with NiCuZn ferrite tapes. A critical high-temperature process in the production of highly integrated LTCC modules is the migration of silver from inner conductors into the LTCC glass phase. Intensive silver migration causes strong deformation of LTCC multilayers during firing in air.
Silver migration into the LTCC glass phase depends on oxygen content of the sintering atmosphere and can be minimized by sintering in nitrogen atmosphere. However, partial decomposition of NiCuZn-ferrite and formation of cuprite was observed during sintering in nitrogen and, consequently, the permeability of the ferrite decreases. As shown by a combined XRD/thermogravimetric study the co-firing of LTCC modules with silver metallization and integrated ferrite layer demands precise adjustment of oxygen partial pressure.
Current efforts for lightweight design result in a growing application of high-strength fine-grained structural steel in modern steel constructions, e.g. mobile cranes, with yield strength from 960 MPa. The design of welded structures and the welding process become more challenging with increasing material strength due to higher elastic ratios. The formation of high residual stresses, which are able to diminish lifetime, load capacity and component safety, has to be avoided. Recent numerical and experimental analyses have shown a strong influence of the heat control and the rigidity of the weld on the welding stresses. Global reaction stresses due to an external shrinkage restraint superimpose with local residual stresses in the weld seam. Modern inverter technologies allowed the development of numerous modified spray arc processes driven by the power source manufactures with almost equal characteristics. They provide several well-known technical and economic benefits, like the possibility of welding narrower seam configurations. As a result a smaller weld volume, total heat input and, therefore, reduced welding stresses are achievable. This research focuses on the welding loads due to modified weld seams. The global reaction forces in welded components due to an external shrinkage restraint were investigated in a special in-house developed testing facility. Additionally, the superposition of the local residual stresses, global stresses and bending moments were analysed with the help of X-ray diffraction. The intensity of the restraint, the weld seam configuration and the weld process (transitional arc and modified spray arc) were varied for a statistical evaluation of the resulting welding loads. It was observed that under restraint a smaller weld seam volume affects reduced reaction stresses.
In dem Vortrag wurden die wesentlichen Ziele und Ergebnisse zu dem IGF-Vorhaben 17978 N "Bauteilbeanspruchung modifizierter Sprühlichtbögen" vorgestellt. Mit dem modifizierten Sprühlichtbogen ist das Schweißen einer schmaleren Nahtkonfiguration realisierbar. Die Effekte, die sich aufgrund der angepassten Nahtkonfiguration und reduzierten Wärmeinbringung auf die Eigenspannungen und Gesamteigenbeanspruchung einer Schweißkonstruktion ergeben, konnten im Vergleich zu konventionellen Schweißprozessen und Nahtkonfigurationen analysiert werden. Ferner ließen sich realitätsnahe Untersuchungen unter Variation von Bauteildimension und -steifigkeit durchführen, um Aussagen zur Beeinflussung schweißbedingter Beanspruchungen in hochfesten Bauteilen zu erarbeiten. Es zeigte sich, dass bei optimaler Wärmeführung eine Absenkung des Nahtöffnungswinkels und damit Nahtvolumens signifikant geringere Reaktionsspannungen und -momente bewirkt. Dies führt gerade bei Hemmung des Winkelverzugs zu deutlich reduzierten Quereigenspannungen in der Wärmeeinflusszone aufgrund geringerer Biegespannungen. Die Erkenntnisse erlauben eine gezielte Reduzierung der Eigenspannungen sowie einer erhöhte Risssicherheit bei der Montage und dem Betrieb von Bauteilen aus hochfesten Stählen. Weiterführend ist durch die Quantifizierung der am realen Bauteil auftretenden Eigenspannungen bzw. mithilfe einer planmäßigen Beeinflussung des Eigenspannungsniveaus eine verbesserte Ausnutzung der Materialeigenschaften bei der Auslegung hochfester Schweißkonstruktionen möglich. Dadurch sind ressourceneffiziente Stahlkonstruktionen mittels Reduktion von Material- und Fertigungskosten erzielbar. Mit der gegenwärtig bereits verfügbaren Anlagentechnik ist die Anwendung der gewonnen Forschungsergebnisse kurzfristig realisierbar und angesichts der ökonomischen Vorteile rentieren sich gegebenenfalls notwendige Neuanschaffungen schnell.
Im Vortrag wurden die wesentlichen Ziele und Erkenntnisse des IGF-Vorhabens 17267 N "Wärmeführung und Kaltrisssicherheit" vorgestellt. Der Einfluss der Wärmeführung auf die schweißbedingte Eigenspannungsausbildung in geschweißten Konstruktionen konnte in Abhängigkeit der konstruktiven Steifigkeit und der Bauteildimensionen quantifiziert werden. Ferner wurden Aussagen zur Beeinflussung und Absenkung der Eigenspannungen und der Gesamteigenbeanspruchung von Schweißkonstruktionen erarbeitet. Es zeigte sich, dass eine Reduktion der lokalen Eigenspannungen und der Eigenbeanspruchung von geschweißten Konstruktionen durch eine geringere Wärmeeinbringung möglich ist. Eine Absenkung der Zwischenlagentemperatur erwies sich dabei unter anderem als besonders günstig. Damit ist es möglich vorhandene Wärmeführungskonzepte für hochfeste Stähle zu optimieren und dadurch die Kaltrissbildung zu vermeiden. Weiterführend ist durch die Quantifizierung der im realen Bauteil auftretenden Eigenspannungen bzw. mithilfe gezielter Beeinflussung des Eigenspannungsniveaus eine bessere Ausnutzung der Materialeigenschaften bei der Auslegung von Schweißkonstruktionen aus hochfesten Stählen möglich. Dadurch können ressourceneffizientere Stahlkonstruktionen durch Reduktion von Material- und Fertigungskosten erzielt werden.
Today’s efforts for lightweight design result in a growing application of high-strength structural steels from 960 MPa. In welded structures of these steels increased demands regarding component safety and a high elastic ratio should be considered. Hence, the prevention of an evolution of high welding induced tensile residual stresses is required. Recent studies showed that component related restraint conditions of welds are able to elevate welding induced stresses to critical values, depending on material characteristics, the welding process and parameters. This work involves multi-axial welding loads as a consequence of the superposition of local residual stresses, global reaction stresses and moments, varying the welding parameters under different restraint conditions. The global welding loads are measured via GMA-weld tests in a special testing facility and via a DIC(Digital Image Correlation)-system in a slot weld. Local transverse residual stresses were analysed by means of X-ray diffraction. The application of a less amount of weld runs due to a modified welding parameters and welds seam configurations revealed as a beneficial approach to reduce welding loads in high-strength steels.
Im Forschungsprojekt wurden unter gezielter definierter Schrumpfbehinderung Schweißexperimente an hochfesten Feinkornbaustählen durchgeführt, um den Einfluss der Wärmeführung sowie den Einsatz modifizierter Sprühlichtbogenprozesse verbunden mit schmaleren Nahtfugen auf die lokalen Eigenspannungen und die Gesamteigenbeanspruchungen an geschweißten Bauteilen zu analysieren. In dem Vortrag wurden für das IGF-Vorhaben 17978 N "Bauteilbeanspruchung modifizierter Sprühlichtbögen" die wesentlichen Zusammenhänge zu schweißbedingten Beanspruchungen an hochfesten Schweißverbindungen sowie einige der erarbeiteten Erkenntnisse und erreichten Ziele des Forschungsprojektes in Bezug auf die wasserstoffunterstützte Kaltrissbildung vorgestellt.
Current efforts for lightweight design result in a growing application of high-strength fine-grained structural steel in modern steel constructions, e.g. mobile cranes, with yield strength from 960 MPa. The design of welded structures and the welding process become more challenging with increasing material strength due to higher elastic ratios. The formation of high residual stresses, which are able to diminish lifetime, load capacity and component safety, has to be avoided. Recent numerical and experimental analyses have shown a strong influence of the heat control and the rigidity of the weld on the welding stresses. Global reaction stresses due to an external shrinkage restraint superimpose with local residual stresses in the weld seam. Modern inverter technologies allowed the development of numerous modified spray arc processes driven by the power source manufactures with almost equal characteristics. They provide several well-known technical and economic benefits, like the possibility of welding narrower seam configurations. As a result a smaller weld volume, total heat input and, therefore, reduced welding stresses are achievable. This research focuses on the welding loads due to modified weld seams. The global reaction forces in welded components due to an external shrinkage restraint were investigated in a special in-house developed testing facility. Additionally, the superposition of the local residual stresses, global stresses and bending moments were analysed with the help of X-ray diffraction. The intensity of the restraint, the weld seam configuration and the weld process (transitional arc and modified spray arc) were varied for a statistical evaluation of the resulting welding loads. It was observed that under restraint a smaller weld seam volume affects reduced reaction stresses.
When welding super duplex stainless steels a non-admissible pore formation can occur even if recommended processing guidelines are followed strictly. To investigate this phenomenon and to determine the influencing factors different claddings were produced using gas metal arc welding and submerged arc welding. The welding consumables, the shielding gas and the welding flux were varied. As shielding gases several mixtures, based on argon and 30 % helium, with various amounts of nitrogen, nitric oxide, carbondioxid and oxygen were applied. As welding flux agglomerated fluoride basic fluxes and aluminate fluoride basic fluxes were used. Different batches of the similar solid filler wire G 25 9 4 N L were used to produce the claddings on the base material UNS32750. To determine the pore formation X-ray examinations and microsections were used, to analyze the chemical composition of the claddings melt extractions and spectrometric examinations were applied. Additionally, the microhardness and the ferrite number were detected. The studies have shown the shielding gas, the welding flux and the filler metal possess a great influence on the pore formation. Even small variations in the chemical composition of the welding consumables lead to totally different results. In addition, the ferrite number and the chemical composition of the claddings depend strongly on the used gases and filler metals.
We report on the in situ investigation of mechanochemical syntheses of metal phosphonates. The metal phosphonates are formed in milling reactions starting from a metal acetate and a phosphonic acid. The conversions are observed by synchrotron PXRD and Raman spectroscopy to shed light on the reaction mechanisms including possible intermediates.
Zur Definition geeigneter Prüfbedingungen und zur Auswahl geeigneter Holzwerkstoffe für die im Vorhaben (UFOPLAN-Vorhaben Standardisierte Formaldehyd- und VOC-Messungen bei Holzwerkstoffen FKZ 3714 95 310 0) geplanten Untersuchungen wurde eine Recherche zu Forschungsergebnissen bezüglich realer Bedingungen (Luftwechsel, Beladung, klimatische Bedingungen im Sommer) durchgeführt. Zu bekannten Fällen von Überschreitungen wurde recherchiert, welche Produkte als Emissionsquellen in Frage kommen. Unter diesem Gesichtspunkt wurden auch Berichte abgeschlossener Forschungsvorhaben ausgewertet.
1. Steel Production and Processing in Europe
2. Design Trends in the Automotive Industry
3. Welding Technologies in the Automotive Industry
4. Problems while Processing AHSS/UHSS
5. Challenges in Joining Multi-Material Structures
6. Mechanical Joining Technologies
7. Thermal-Mechanical Joining Processes
8. Energy Efficiency of Welding Processes
Der Innenraumluftrichtwert für Formaldehyd in Höhe von 0,1 ppm ist durch das BfR bestätigt worden und bleibt bis auf weiteres bestehen. Die Prüfbedingungen für Formaldehydemissionen aus Holzwerkstoffen dagegen sind nicht mehr aktuell. Das Prüfverfahren für Holzwerkstoffe gilt seit 1991 und basiert auf dem Gebäudestandard von 1984. Eine Definition und Anpassung der Prüfbedingungen an moderne „dichtere“ Bauweise ist notwendig. Es zeigt sich, dass für Verbraucherinnen und Verbraucher eine Unterscheidung von formaldehydbelasteten und -unbelasteten Produkten in der Praxis schwierig ist. Es kann zu fehlerhaftem Einsatz und nicht fachgerechter Verarbeitung der Holzwerkstoffe kommen. Das Ziel des Vorhabens ist die möglichst sichere Einhaltung des Schutzniveaus durch die Anpassung der Prüfbedingungen an den heutigen Gebäudestandard. Aktuelle Versuche und Ergebnisse des Projektes werden vorgestellt. Ergänzende Screening-Versuche (Prüfkammermessungen) weisen Formaldehydemissionen bei verschiedenen Holzwerkstoffen aus dem Handel nach. Für die betrachteten OSB-Platten sind die FA-Emissionen im Allgemeinen geringer als für die untersuchten Spanplatten. Die OSB-Platten zeigen höhere Emissionen für Aceton und Hexanal als die Spanplatten.
An ausgewählten Werkstoffen wurden Versuche zu den Auswirkungen einer individuellen Bearbeitung und Messungen unter veränderten Prüfbedingungen durchgeführt. Zum einem wurde schrittweise der Luftwechsel von 1 bis 0,2 1/h reduziert. Zum anderen wurden die Werkstoffe unter sommerlichen Bedingungen vermessen.
Die Reduzierung des Luftwechsels ruft einen Anstieg der Formaldehyd-Konzentration hervor, dieser Effekt ist jedoch für einige VOCs stärker ausgeprägt. Bei Luftwechseln von 0,2-0,3 1/h, welche in der Praxis in Gebäuden erreicht werden können, ist eine Überschreitung des Formaldehyd-Grenzwertes von 0,1 ppm vor allem für Spanplatten möglich. Die VOC-Emission steigt unter sommerlichen Bedingungen an, es zeigt sich aber ein schnelles Abklingen nach kurzer Zeit. Die erhöhte Formaldehydemission bleibt über einen längeren Zeitraum erhalten. Die Bearbeitung von unbeschichteten Holzwerkstoffen (in mehrere Teile zersägt) führt zu einem kurzzeitigen Anstieg der FA- und VOC-Emission, nach einer bestimmten Abklingzeit (wenige Tage) wird erneut der Ausgangswert erreicht.
Es wurden weiterhin Messungen zu Kombinationen aus OSB- und Spanplatten und einem Holzmöbel durchgeführt. Trotz Erhöhung der Beladung und Beibehalten des Luftwechsels konnte nur ein geringer Anstieg der Formaldehyd- und VOC-Konzentration beobachtet werden. Es erfolgte keine Addition der Einzelkonzentration.
Der Innenraumluftrichtwert für Formaldehyd in Höhe von 0,1 ppm ist durch das BfR bestätigt worden und bleibt bis auf weiteres bestehen. Die Prüfbedingungen für Formaldehydemissionen aus Holzwerkstoffen dagegen sind nicht mehr aktuell. Das Prüfverfahren für Holzwerkstoffe gilt seit 1991 und basiert auf dem Gebäudestandard von 1984. Eine Definition und Anpassung der Prüfbedingungen an moderne „dichtere“ Bauweise ist notwendig. Es zeigt sich, dass für Verbraucherinnen und Verbraucher eine Unterscheidung von formaldehydbelasteten und -unbelasteten Produkten in der Praxis schwierig ist. Es kann zu fehlerhaftem Einsatz und nicht fachgerechter Verarbeitung der Holzwerkstoffe kommen. Das Ziel des Vorhabens ist die möglichst sichere Einhaltung des Schutzniveaus durch die Anpassung der Prüfbedingungen an den heutigen Gebäudestandard. Es werden das Projekt (UFOPLAN-Vorhaben FKZ 3714 95 310 0) und erste Messergebnisse vorgestellt. Erste Messungen von Holzwerkstoffen im laufenden Vorhaben unter „worst case“-Bedingungen (erhöhte Beladung, geringer Luftwechsel) zeigen hohe Formaldehyd-Emissionen.
Ob in der Automobilindustrie, beim Rohrleitungs- oder beim Kraftwerksbau – anspruchsvolle und hochwertige Fügeverbindungen entscheiden oft über die Qualität des Endproduktes. Um z. B. das Verzugsverhalten von Karosseriebauteilen vorab einschätzen zu können, setzen Hersteller auf die numerische Simulation der geschweißten Komponenten. Besondere Aufmerksamkeit gilt hier den Fügestellen. Da diese oft nur wenige Millimeter klein sind, kommen konventionelle Prüfverfahren wie der Zugversuch hier jedoch nicht ohne weiteres in Frage.
Forscher des Fraunhofer IPK untersuchen deshalb eine alternative Methode, um die negativen Begleiterscheinungen des thermischen Schweißens im Vorfeld am PC zu analysieren und nötige Gegenmaßnahmen ableiten zu können.
Die Anwendung der additiven Fertigung nimmt stark zu. Eine neue Designfreiheit erlaubt es hier den Konstrukteurinnen und Konstrukteuren, die Bauteilfunktion in den Vordergrund der Entwicklungen zu stellen. Leichtbaustrukturen sowie Funktionsintegration machen es möglich, vormals Bauteile aus vielen Einzelkomponenten jetzt in einem einzigen Bauteil zu vereinigen. Experten am Fraunhofer IPK qualifizieren das Laser-Pulver-Auftragschweißen für die additive Fertigung und legen dabei besonderen Wert auf die Automatisierung des Verfahrens.
The interest in (micro)porous systems is greater than ever before with microporous polymers finding application in areas such as gas storage/separation and catalysis. In contrast to the vast majority of publications on microporous polymers seeking ever higher values for surface area or uptake capacity for a particular gas, this work presents a means to render a microporous system responsive to electromagnetic stimuli. The incorporation of a diarylethene (DAE) derivative in the backbone of a polymer of intrinsic microporosity (PIM) produces a microporous system that exhibits photochromism as proven by UV–vis absorption and NMR studies. In the resulting DAE-PIM, surface area is not a fixed unalterable property but can be influenced by the external and nondestructive stimulus light in a reversible manner. Furthermore, in combination with Matrimid, free-standing membranes can be produced that display light-switchable diffusivity and permeability for carbon dioxide and oxygen. In this way, material scientists are offered the potential to employ only one system that can assume several states with different properties for each.
We present an in situ investigation of the mechanochemical formation of cocrystals using synchrotron XRD and Raman spectroscopy. This combination allows to study milling processes on the level of the molecular and crystalline structure thus obtaining reliable data for mechanistic studies. Thereby, mechanochemical syntheses can be optimized to isolate new crystal structures.
The current knowledge about fatigue behavior of concrete is still incomplete. This concerns especially the progress of fatigue which precedes the fatigue failure. Therefore, the process of fatigue itself under cyclic compressive loading was investigated in a systematic and comprehensive way. The aim of this investigation was to obtain a deeper insight and to provide a better understanding of the damage process occurring within the material during fatigue loading. Concrete cylinders were tested with a number of cycles to failure between 1E6 and 1E7. To investigate macroscopic and microscopic changes in the material, various methods of non-destructive and destructive testing were used. One main result was, in contrast to other authors, that the investigated changes in macroscopic material behavior could not be explained only by a development of micro-cracks. The results indicated rather, that the related changes in the fatigue behavior are mainly a result of viscous processes in the hardened cement paste, similar to the processes of creep. Based on the experimental results a description of the possible processes was derived which take place in the material structure during fatigue loading and also leads to the observed macroscopic changes in the material behavior. In this context, the results have shown that in case of isotropic material behavior a stiffness reduction related to a scalar value could not capture the damage effect on the stress-strain-relationship caused by fatigue.
Fatigue is of relevance not only for metals but also for concrete. The current knowledge about fatigue behaviour of concrete is, however, incomplete. This concerns especially the progress of fatigue which precedes the fatigue failure. Some macroscopic effects of this process are well known but the governing material changes behind them are still less studied. The focus of the present contribution lay on a systematic and comprehensive investigation of the fatigue process under cyclic compressive loading. The aim was to obtain a deeper insight and to provide a better understanding of the damage process in the material. Cylindrical specimens were tested with a number of cycles to failure between 106 and 107. Various methods of non-destructive and destructive testing were used to investigate macroscopic and microscopic changes in the material. One main result was that the changes in the macroscopic material behaviour could not be explained only by the development of micro cracks. The results indicated that the related changes in the fatigue behaviour originate rather from viscous processes in the cement stone, similar to the process of creep. A sound description of the possible processes was derived from the obtained experimental results which concerns material structure during fatigue loading. It has been shown that in case of isotropic material behaviour a stiffness reduction related to a scalar value could not capture the damage effect on the stress-strain relationship caused by fatigue.
Fatigue is of relevance not only for metals but also for concrete. The current knowledge about fatigue behaviour of concrete is, however, incomplete. This concerns especially the progress of fatigue which precedes the fatigue failure. Some macroscopic effects of this process are well known but the governing material changes behind them are still less studied. The focus of the present contribution lay on a systematic and comprehensive investigation of the fatigue process under cyclic compressive loading. The aim was to obtain a deeper insight and to provide a better understanding of the damage process in the material. Cylindrical specimens were tested with a number of cycles to failure between 106 and 107. Various methods of non-destructive and destructive testing were used to investigate macroscopic and microscopic changes in the material. One main result was that the changes in the macroscopic material behaviour could not be explained only by the development of micro cracks. The results indicated that the related changes in the fatigue behaviour originate rather from viscous processes in the cement stone, similar to the process of creep. A sound description of the possible processes was derived from the obtained experimental results which concerns material structure during fatigue loading. It has been shown that in case of isotropic material behaviour a stiffness reduction related to a scalar value could not capture the damage effect on the stress-strain relationship caused by fatigue.
Components in the Aerospace, Power and Automotive engineering sectors are frequently subjected to cyclic stresses induced by thermal fluctuations and mechanical loads. For the design of such components, reliable material property data are required which need to be acquired using well accepted and reproducible test procedures for thermo-mechanical fatigue (TMF) loading. Available materials TMF property data are limited so that there is a need for further TMF data generated by TMF testing. The TMF behaviour of materials is often desired to be simulated in models which describe the cyclic stress-strain behaviour, the fatigue life and the cyclic crack growth behaviour. There is a continuous need for the development and amendment of such models. Models can be validated by using materials in industrial applications which are subjected to TMF loading.
Die Richtlinie 2014/28/EU für zivile Explosivstoffe verlangt die Verwendung einer eindeutigen Identifizierung jedes einzelnen Explosivstoffs. Das schon 2008 durch die Richtlinie 2008/43/EG eingesetzte Verfahren, ergänzt durch eine Empfehlung der Federation of European Explosives Manufacturers (FEEM), hat im Laufe der Implementierung verschiedene Probleme und Fragen aufgeworfen. Einige Probleme technischer Natur bezüglich der Code-Inhalte werden hier dargestellt. Dabei geht es um Abweichungen von den Vorgaben, die die Verarbeitung dieser eindeutigen Kennzeichnung erschweren. Es zeichnet sich jedoch auch ab, dass sich die Probleme allmählich verringern werden.
Laser beam processes are increasingly used in the field of additive manufacturing.
Prominent methods are either powderbed-based like Laser Metal Fusion (LMF), or utilizing a powder nozzle like Laser Metal Deposition (LMD). While LMF allows the manufacturing of complex structures, build rate, part volumes and material flexibility are limited. In contrast, LMD is able to operate with high deposition rates on existing parts, and materials can be changed easily during the process. However LMD shape complexity is limited. Utilizing their respective strengths, a combination of these two additive technologies has the potential to produce complex parts with high deposition rates and increased material flexibility. In this paper, combined manufacturing with additive technologies LMF and LMD is described. Its benefit for industry with emphasis on turbomachinery is shown. As reality test for the innovation, an industrial turbine blade is manufactured.
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.
Metal additive manufacturing is often based on laser beam processes like Laser Metal Fusion (LMF) or Laser Metal Deposition (LMD). The LMF process is in particular suitable for very complex geometries. However build rate, part volume and material flexibility are limited in LMF. In contrast, LMD achieves higher deposition rates, less restricted part sizes and the possibility to change the material composition during the build-up process. On the other hand, due to the lower spatial precision of the material deposition process, the complexity of geometries is limited. Therefore, combined manufacturing with both LMF and LMD has the potential to utilize the respective advantages of both technologies.
In this paper, combined additive manufacturing with LMF and LMD is described for Ti-6Al-4V and Inconel 718. First, lattice structures with different wall thickness and void sizes are built with LMF. The influence of LMD material deposition on these LMF-structures is examined regarding metallurgical impact and distortion. Cross-sections, x-ray computer tomography and 3D-scanning results are shown.
For the titanium alloy specimen, oxygen and Nitrogen content in the deposited material are analysed to evaluate the LMD shielding gas atmosphere. The results are used to develop guidelines for a LMD build-up strategy on LMF substrates. With these findings, a gas turbine burner is manufactured as reality test for the combined approach.
Nanocrystalline fluorophores like semiconductor quantum dots and rods and recently also lanthanide-based upconversion phosphors with emission in the visible (vis), near-infrared (NIR), and IR (infrared) region are increasingly being used in bioimaging studies and fluorescence assays as well as in photovoltaics and solid state lighting. The assessment and comparison of material performance as well as the development of rational design strategies for improved systems require spectroscopic tools, which enable the determination of the signal-relevant optical properties like photoluminescence quantum yields and brightness values. In the case of nonlinear fluorescence as shown by upconversion materials, such measurements must be also performed as function of excitation power density. In this work, we report on methods for the absolute determination of the photoluminescence quantum yield and brightness of fluorescent particles in dispersion and as powders based on integrating sphere spectroscopy and underline the importance of such measurements for the understanding of the photophysics of such nanocrystals.
We discuss the dynamics of ultrashort pulsed laser excitation in bulk optical silica-based glasses (fused silica and borosilicate BK7) well-above the permanent modification threshold. We indicate subsequent structural and thermomechanical energy relaxation paths that translate into positive and negative refractive index changes, compression and rarefaction zones. If fast electronic decay occurs at low excitation levels in fused silica via self-trapping of excitons, for carrier densities in the vicinity of the critical value at the incident wavelength, persistent long-living absorptive states indicate the achievement of low viscosity matter states manifesting pressure relaxation, rarefaction, void opening and compaction in the neighboring domains. An intermediate ps-long excited carrier dynamics is observed for BK7 in the range corresponding to structural expansion and rarefaction. The amount of excitation and the strength of the subsequent hydrodynamic evolution is critically dependent on the pulse time envelope, indicative of potential optimization schemes.
Characterization of residual stress state by neutron diffraction and residual magnetic field mapping
(2016)
Based on the residual stress characterization of tungsten inert gas welded S235JRC+C plates by means of neutron diffraction, the evaluation of residual stress with high spatial resolution GMR (giant magneto resistance) sensors is discussed. The experiments performed indicate a correlation of residual stress changes and local residual magnetic stray fields.
Die vorgestellte Studie, die ihm Rahmen des EU finanzierten Forschungsvorhaben H-House entstanden ist schafft eine breite wissenschaftliche Basis für das Bauen mit reduzierter bzw. ohne mechanische Lüftung. Sie geht davon aus, dass es ressourcenschonendere Lösungsansätze gibt, die nicht nur die Anforderungen an die oben aufgeführten Aspekte erfüllen, sondern auch zu einer ganzheitlich verbesserten Wohngesundheit beitragen. Es soll nachgewiesen werden, dass sich durch den Einsatz von emissionsarmen, klimasteuernden Naturbaustoffen in Verbindung mit einer dampfdiffusionsoffenen Gebäudehülle und einem angemessenen Glasanteil, eine stabile Raumluftfeuchte und ein gesundes Raumklima in Wohngebäuden einstellen lässt.
Healable materials could play an important role in reducing the environmental footprint of our
modern technological society through extending the life cycles of consumer products and constructions. However, as most healing processes are carried out by heat alone, the ability to heal damage generally kills the parent material’s thermal and mechanical properties. Here we
present a dynamic covalent polymer network whose thermal healing ability can be switched ‘on’ and ‘off’ on demand by light, thereby providing local control over repair while retaining the advantageous macroscopic properties of static polymer networks. We employ a photoswitchable furan-based crosslinker, which reacts with short and mobile maleimidesubstituted poly(lauryl methacrylate) chains forming strong covalent bonds while simultaneously allowing the reversible, spatiotemporally resolved control over thermally induced de- and re-crosslinking. We reason that our system can be adapted to more complex materials and has the potential to impact applications in responsive coatings, photolithography and microfabrication.
Self-healing polymers
(2016)
This talk gives an overview about self-healing polymers. A classification of the three self-healing approaches “capsule based”, “vascular” and “intrinsic” self-healing is explained. Research in these fields is demonstrated by showing current work from different research groups. Followed by an outlook of non-polymeric self-healing in the field of concrete and asphalt. The talk ends with a short overview of prospective applications.
Der Einsatz von nichtrostenden Duplexstählen im Bauwesen findet in den letzten Jahren zu-nehmende Verbreitung. Insbesondere die Lean-Duplexstähle sind aufgrund geringerer not-wendiger Legierungszuschläge von Nickel und Molybdän eine kostengünstigere Alternative zu den jahrzehntelang etablierten austenitischen Stahlsorten. Verschiedene Korrosionsuntersu-chungen an der BAM sowie Erfahrungen aus der Anwendung konnten nachweisen, dass Lean-Duplexstähle unter verschiedenen Einsatzbedingungen ein vergleichbar gutes, in man-chen Fällen sogar besseres Korrosionsverhalten aufweisen als austenitische Referenzwerkstoffe der gleichen Korrosionswiderstandsklasse. Im Hinblick auf die technisch-mechanischen Eigenschaften konnten von der Fa. Modersohn initiierte Untersuchungen zeigen, dass unter Beachtung der gefügebedingten Einsatzgrenzen eine gute Verarbeitbarkeit und mechanische Sicherheit bei gleichzeitiger Materialeinsparung gewährleistet werden kann. Die positiven Ver-suchsergebnisse haben wesentlich zur Akzeptanz und einer damit einhergehenden Erweiterung der Einsatzgebiete dieser alternativen Werkstoffe im Bauwesen beigetragen.
Additive Manufacturing (AM) by Selective Laser Melting (SLM) offers ample scope for producing geometrically complex parts as compared to the traditional subtractive manufacturing strategies. However, the residual stresses developed during the processing can reduce the load bearing capacity as well as induce unwanted distortion, limiting the application of SLM parts.
IN718 manufactured by SLM process can show high tensile residual stresses in the surface as high as the yield strength of the wrought alloy. On the other hand, residual stresses in the bulk Show considerably lower stress values, even in compression, indicating a stress re-distribution during deposition of the SLM layers.
Rekonfigurierbare Mikrowellenkomponenten spielen in modernen Kommunikationssystemen eine wichtige Rolle, um den zunehmenden Anforderungen in Bezug auf Funktionalität und Flexibilität der Systeme gerecht zu werden. Für die Realisierung steuerbarer Mikrowellenbauteile eignen sich verschiedene Technologien, wie z. B. die Halbleitertechnik, mikroelektromechanische Systeme (MEMS) oder ferroelektrische Dünn- und Dickschichten. Prinzipiell zeichnen sich ferroelektrische Materialien durch hohe Schaltgeschwindigkeiten, einen vernachlässigbaren Leistungsverbrauch und geringe Prozesskosten aus. Insbesondere ferroelektrische Dickschichten auf Basis von Barium-Strontium-Titanat (BaxSri-xTiCb, BST) stellen aussichtsreiche Systeme für den Einsatz im Frequenzbereich bis ca. 12 GHz dar. Allerdings unterliegt die Herstellung dieser BST-Dickschichtvaraktoren einer Einschränkung: Aufgrund der erforderlichen hohen Sintertemperatur von über 1100°C ist die Anordnung der Varaktoren auf planare Strukturen begrenzt.
In diesem Beitrag wird zum einen die Entwicklung von BST-ZnO-B203 Komposit-Dickschichten zur Verringerung der Sintertemperatur auf 850-900°C präsentiert und die Material- und Bauteileigenschaften der Komposite bzw. entsprechender MIM-(metal-insulator-metal) Varaktoren mit planar strukturierten Varaktoren auf Basis von BST-Dickschichten verglichen. Zum anderen wird die Integration solcher MIM-Varaktoren auf Basis der niedrigsinternden BST-Komposite in LTCC Module aufgezeigt.
Selective Laser Melting (SLM) technique allows to produce parts with complex geometry. Due to the rapid solidification and heat gradient during production, SLM results in presence of residual stress. The present study shows the influence of manufacturing parameters on surface residual stress of Ti-6Al-4V SLM parts. High tensile stresses in the front surface are found. Heat Treatment conditions relax residual stresses almost to zero. High scanning speed during manufacturing results in higher tensile stresses in the surface.
An automatic sample changer chamber for total reflection X-ray fluorescence (TXRF) and X-ray absorption near-edge structure (XANES) analysis in TXRF geometry was successfully set up at the BAMline at BESSY II. TXRF and TXRF-XANES are valuable tools for elemental determination and speciation, especially where sample amounts are limited (<1 mg) and concentrations are low (ng ml⁻¹ to μg ml⁻¹). TXRF requires a well defined geometry regarding the reflecting surface of a sample carrier and the synchrotron beam. The newly installed chamber allows for reliable sample positioning, remote sample changing and evacuation of the fluorescence beam path. The chamber was successfully used showing accurate determination of elemental amounts in the certified reference material NISTwater 1640. Low limits of detection of less than 100 fg absolute (10 pg ml⁻¹) for Ni were found. TXRF-XANES on different Re species was applied. An unknown species of Re was found to be Re in the +7 oxidation state.
A Multi-scale temporal integration scheme for viscoplatic solids subjected to fatigue deterioration
(2016)
Using a continuum mechanics framework for lifetime prediction requires numerical integration of evolving damage until the onset of failure. The primary challenge for the simulation of structural fatigue failure is caused by the enormous computational costs due to cycle by cycle temporal integration throughout the whole loading history, which is in the order of 10^3 - 10^7 cycles. As a consequence, most approaches circumvent this problem and use an empirical method such as Wöhler curves. They are well suited for approximation of the lifetime, but they are not capable to capture a realistic degradation of the material with a redistribution of the stresses. The main objective of the paper is to provide a technique for the long time response of a finite element (FE) model while reducing computational costs.
A multi-scale temporal integration scheme is proposed, which adapts the conventional FE method for realistic modeling of deterioration in a structure subjected to cyclic loading. For a particular case of two-scale temporal homogenization, the displacement field is assumed to satisfy scale separation: a short time scale arises from the oscillatory loading and a long time scale is due to the slow response relating to yielding and damage evolution. The original boundary value Problem (BVP) is approximated by the time-Independent BVPs on the short time scale. Alternation of the displacement field on the long time scale is correlated with the damage evolution by means of the adaptive cycle jump method. The significant acceleration of FE simulations is demonstrated for a constitutive damage model where the progressive damage accumulation under fatigue loading is driven by viscoplastic deformation.
Strain hardening ultra high performance fibre reinforced cementitious composites (UH-PFRCC) exhibit increased strength, ductility, and energy absorption capacity when compared to their quasi-brittle, unreinforced counterparts. A mesoscale finite element model can depict the underlying causes for the structural response of UHPFRC and thus help to optimize the fibre content, the fibre dimensions, and the fibre orientation.
Furthermore, it facilitates the investigation of strain rate effects in UHPFRCC under dynamic loading. The mesoscale model can either be used directly or as a representative volume element for a macroscale model.
This work proposes a two-dimensional and a three- dimensional mesoscale finite element model to simulate the structural response of strain hardening UHPFRCC. The mesoscale model employs an implicit gradient enhanced damage model, proposed by Peerlings et al., for the cement matrix and a local bond stress-slip model, proposed by Elige-hausen, Popov, and Bertero, for the bond between the cement matrix and the steel fibres. The steel fibres are modeled discretely as one-dimensional truss elements that are coupled to the cement matrix via bond elements. The implementation of hooked end fibres is realized in the constitutive equations of the bond elements.
The tensile stress-strain response of UHPFRCC is a consequence of local matrix cracking and bond failure. Both phenomena can be depicted when modeling the cement matrix, the steel fibres, and the fibre-to-matrix bond explicitly. In this work, the parameters for the constitutive equations of each constituent are determined through uniaxial Tension tests, bending tests, and fibre pullout tests. Additionally, UHPFRCC specimens are simulated with the same parameters and compared to experimental results.
The characterization of the optical properties of photoluminescent systems, that scatter, like dispersions of nanoparticles with sizes exceeding about 25 nm or solid nanophosphors is of increasing importance for many applications in the life and material sciences. Examples present nanoscale optical reporters and dye-doped microparticles for bioimaging, fluorescence assays or DNA sequencing as well as nanocrystalline emitters like semiconductor quantum dots and rods or lanthanide-based nanophosphors embedded into solid matrices for solid state lighting, display technologies, or barcoding/security applications. The assessment and comparison of material performance as well as the development of rational design strategies for improved systems require spectroscopic tools, which enable the determination of the signal-relevant optical properties like photoluminescence quantum yields and brightness values.
This encouraged us to built up an integrating sphere setup enabling absolute measurements of photoluminescence spectra and quantum yields of transparent and scattering photoluminescent dispersions and solid samples in different measurement geometries, i.e., direct and indirect illumination and the combination of both geometries and perform first measurements with selected emitters. Here, the design of this setup is presented and first recommendations concerning suitable measurement geometries are given.
A reversed phase high performance liquid chromatography coupled to an inductively coupled plasma mass spectrometer (HPLC-ICP-MS) approach in combination with isotope dilution analysis (IDA) for the separation and parallel quantification of nanostructured and ionic silver (Ag) is presented. The main focus of this work was the determination of the ionic Ag concentration. For a sufficient stabilization of the ions without dissolving the nanoparticles (NPs), the eluent had to be initially optimized. The determined Ag ion concentration was in a good agreement with results obtained using ultrafiltration. Further, the mechanism of the NP separation in the HPLC column was investigated. Typical size exclusion effects were found by comparing results from columns with different pore sizes. Since the recovery rates decreased with increasing Ag NP size and large Ag NPs did not elute from the column, additional interactions of the particles with the stationary phase were assumed. Our results reveal that the presented method is not only applicable to Ag NPs, but also to gold and polystyrene NPs. Finally, IDA-HPLC-ICP-MS experiments in single particle mode were performed to determine the particle cut-off size. The comparison with conventional spICP-MS experiments resulted in a similar diameter and particle size distribution.
The interface between materials and the environment is populated by microorganisms which organize on surfaces to form specially adapted and resistant microbial associations, so-called biofilms. Surface-bound biofilm growth is associated with substantial secretion of metabolic products that can significantly influence material corrosion. Here, a group of material-inhabiting fungi are presented, which colonize and weather air-exposed materials such as building façades, roofs and solar systems. A selected model fungus is used to carry out genetic and molecular biology experiments, which are microbiologically cutting-edge and allow for the development of novel time-saving techniques for material testing. The degree of material damage under the influence of this model fungus shows a measure of the aggressiveness of the biofilm under defined environmental conditions - and thus explores fundamental components of the interaction between material and biofilm.
Atemluftflaschen aus Faserverbundwerkstoffen werden im Feuerwehrbetrieb hohen thermischen Belastungen ausgesetzt. Der thermisch sichere Bereich dieser Behälter ist jedoch heutzutage noch nicht einschätzbar. Deshalb haben es sich die Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) im Austausch mit der Bergischen Universität Wuppertal zur Aufgabe gemacht, die Auswirkungen dieser Betriebslasten zu untersuchen. Die Erkenntnisse dieser Untersuchungsreihe werden genutzt, um einzuschätzen, ob es sicherheitstechnisch notwendig ist, besondere thermische Betriebsbedingungen in normativen Prüfkriterien zu berücksichtigen.
In einem ersten Schritt wurden Typ-III-Atemluftflaschen der Berliner Feuerwehr Umgebungsbedingungen des typischen Belastungsprofils der Brandbekämpfung (130 °C bis 250 °C, 10 Minuten) ausgesetzt, um die Erwärmung des Behältermaterials zu erfassen. Da die Größe der bestrahlten Oberfläche in einem Brandeinsatz nicht bekannt ist, erfolgte zusätzlich eine Variation der Strahlungsexposition. Strömungsprozesse, die in einem Brandeinsatz den Behälter von innen kühlen, wurden in diesem ersten Untersuchungsabschnitt noch nicht betrachtet.
Es konnte gezeigt werden, dass der Aluminium-Liner einer Typ-III-Atemluftflasche einen erheblichen Einfluss auf die Temperaturverteilung im Behältermaterial ausübt. Die hohe Leitfähigkeit des Aluminiums führt bei Verringerung der bestrahlten Behälteroberfläche zu hohen Temperaturgradienten innerhalb der Behälterwand. Die Materialtemperaturen in der Atemluftflasche konnten für das Belastungsprofil der Brandbekämpfung auf ein typisches Temperaturintervall eingegrenzt werden. Die Grenzen liefern Aussagen zur exponierten Behälteroberfläche und liegen zwischen einseitiger und Vollbestrahlung.
Ultrafast laser processing can be used to realize various morphological surface transformations, ranging from direct contour shaping to large-area-surface functionalization via the generation of “self-ordered” micro- and nanostructures as well as their hierarchical hybrids. Irradiation with high-intensity laser pulses excites materials into extreme conditions, which then return to equilibrium through these unique surface transformations. In combination with suitable top-down or bottom-up manufacturing strategies, such laser-tailored surface morphologies open up new avenues toward the control of optical, chemical, and mechanical surface properties, featuring various technical applications especially in the fields of photovoltaics, tribology, and medicine. This article reviews recent efforts in the fundamental understanding of the formation of laser-induced surface micro- and nanostructures and discusses some of their emerging capabilities.
Trans-Zearalenone(ZEN)is a non-steroidal estrogenic mycotoxin which frequently contaminates cereal grains worldwide. Ingestion of food and feed containing ZEN causes numerous mycotoxicoses in animals and possibly humans with pronounced estrogenic effects. Due to the trans-configurated double bond, ZEN isomerizes to the cis-configuration upon the influence of light. This work investigates the instrumental analysis, metabolism and toxicity of ZEN and cis- ZEN. The first part focused on the determination of ZEN in edible oils. Due to a maximum level of 400 µg/kg ZEN in the European Union (EU), reliable analytical methods are needed. A comprehensive method comparison proved dynamic covalent hydrazine chemistry (DCHC) to be the most suitable approach. Thus, an automated solid phase extraction (SPE) coupled online to high performance liquid chromatography (HPLC) was developed with the novelty of a covalent SPE step comprising the DCHC principle. The automated online system allows an accurate, selective and reliable quantification of ZEN in edible oils in compliance with EU performance criteria while significantly reducing workload and thereby personnel costs. In contrast to ZEN, reference standards and analytical methods are missing for cis- ZEN which causes a lack of data on the occurrence, fate and risks of cis-ZEN. Therefore, a native and an isotopically labeled cis-ZEN standard were synthesized and implemented in an existing stable isotope dilution analysis HPLC tandem mass spectrometry (HPLC-MS/MS) method. Using this method, a large extent of cis-ZEN formation was observed for ZEN contaminated maize germ oils when exposed to daylight which confirms that cis-ZEN can be a relevant food contaminant and should be considered in the analysis of food and feed. Furthermore, this work investigated the in vitro phase I metabolism of ZEN and cis-ZEN in rat and human liver microsomes by using HPLC-MS and -MS/MS analyses. The metabolic pathways of cis-ZEN were found to be essentially similar to ZEN including reduction and oxidation reactions generating α- and β-cis- zearalenol as well as 13- and 15-OH-cis-ZEN. A previously unidentified oxidative metabolic pathway for both isomers of ZEN results in the formation of cis-ZEN-11,12-oxide and ZEN-11,12-oxide in human liver microsomes. The estrogenicity of cis-ZEN and its reductive metabolites was assessed using the E-Screen assay. cis-ZEN proved to be slightly more estrogenic than ZEN. Biotransformation of cis-ZEN to β-cis-ZEL corresponds to a detoxification, whereas metabolism to α-cis-ZEL resembles a metabolic activation as its estrogenicity considerably exceeds that of cis-ZEN. The catecholic metabolites can be expected to show a decreased estrogenicity as demonstrated for 15-OH- ZEN. Independent of the estrogenic effects, the catecholic and epoxidic metabolites identified in this work can be expected to act genotoxic and carcinogenic. The epoxides in particular could fundamentally change the widely accepted view of ZEN causing adverse effects exclusively through endocrine disrupting actions.
Mechanische Eigenschaften von Materialien im Mikro- und Nanobereich werden heute mit der Instrumentierten Eindringprüfung bestimmt. Das Verfahren ist bereits umfangreich in der DIN EN ISO 14577 Teil 1-4 genormt. Im Ergebnis des EU EMRP Projekts Dynamic mechanical properties and long-term deformation behavior of viscous materials (MEPROVISC)“ wurden die zwei neuen Normprojekte für die Instrumentierte Eindringprüfung „Linear elastische dynamische Eindringprüfung“ und „Eindringkriechen und zeitabhängige Eigenschaften“ vorgeschlagen und mit deren Bearbeitung im ISO/TC 164/SC3 Hardness Testing begonnen.
Ausgehend von der Darstellung der wesentlichen Ergebnisse des Projekts MEPROVISC werden die Grundzüge der neuen Normen in Bezug auf Kalibrierung, Methodik, Auswertung und Bestimmung der Messunsicherheit erläutert. Weiterhin werden die Möglichkeiten der aktiven Mitarbeit an diesen Normprojekten aufgezeigt.
In der Keramikfertigung werden verschiedene druckunterstützte Sintertechnologien wie heißisostatisches Pressen, Gasdrucksintern und uniaxiales Heißpressen eingesetzt. Eine Variante des uniaxialen Heißpressens stellt das druckunterstützte Sintern von LTCC-Modulen dar. Es wird mit einem gegenüber dem klassischen Heißpressen deutlich reduzierten Druck von nur etwa 1 MPa operiert. Mit der Einführung der Drucksintertechnik wurde es möglich, großflächige, ebene LTCC-Schichtverbunde ohne laterale Schwindung dicht zu sintern und so eine kostengünstige Fertigung im Nutzen zu realisieren.
Mit dem Trend zur Miniaturisierung und Funktionserweiterung von Schaltungsträgern sind Applikationskonzepte entwickelt worden, die eine Integration von Mikrowellen-, Kondensator-, Piezo- und Ferritmaterialien durch Co-Sinterung beinhalten. Kavitäten und Kanäle werden benötigt, um LTCC-Schichtverbunde auch in der Sensorik und Mikrofluidik einzusetzen. Die Umsetzung dieser Konzepte erfordert häufig diffizile Sinterprogramme mit temperaturgesteuerter Einstellung von uniaxialem Druck und Sauerstoffpartialdruck.
Basierend auf den Ergebnissen zahlreicher F+E-Vorhaben werden Möglichkeiten und Grenzen der Drucksintertechnologie für die Herstellung dieser LTCC-Schichtverbunde illustriert. Vorgestellt wird ein weiterentwickeltes Drucksinteraggregat. Durch Integration von in-situ Schwindungsmessung sowie Mess- und Regeleinrichtungen für den Sauerstoffpartialdruck stehen erweiterte Möglichkeiten für die Optimierung des Drucksinterprozesses von LTCC-Schichtverbunden zur Verfügung.
Binäre Sprengstoffe sind Explosivstoffe die direkt am Einsatzort aus nicht explosionsfähigen Chemikalien zubereitet werden können. Diese Explosivstoffe werden bereits seit vielen Jahren in unterschiedlichen Formen angeboten. Besonders Interessant ist der Einsatz in Bereichen, die die Lagerung oder den Transport von Explosivstoffen ausschließen. Beispielhaft sei hier der Lufttransport von Sprengladungen zur Beseitigung von Landminen und UXO. Der Vortrag gibt einen Überblick über die Geschichte, Funktionsweise und Einsatzmöglichkeiten von binären Sprengstoffen.
Ermüdungsverhalten, Lebensdauer und Schädigungsprozesse von P92 unter zyklischen Betriebsbedingungen
(2016)
Schnelle Lastwechsel mit hohen Temperaturgradienten führen zu thermischen und mechanischen Beanspruchungen v.a. in dickwandigen Bauteilen. Daraus ergibt sich ein komplexes Lastkollektiv, bei dem der Werkstoff sowohl durch Kriechermüdung als auch durch thermomechanische Ermüdung (TMF) geschädigt wird. Welche Auswirkungen hat eine gleichzeitige Änderung von Temperatur, mechanischer Beanspruchung und Arbeitsmedium auf die Schädigungsprozesse?
Einsatzkräfte des THW und anderer humanitärer Einrichtungen sind insbesondere im Rahmen von Auslandseinsätzen verstärkt Gefährdungen durch Kampfstoffe, unkonventionelle Brand- und Sprengvorrichtungen (USBV) und sog. Blindgängern und zurückgelassener Munition (UXO) ausgesetzt. Dieses Seminar richtet sich insbesondere an Einsatzkräfte ohne militärische oder sprengtechnische Vorkenntnisse und soll primär für diesen Gefährdungsbereich sensibilisieren und den Eigenschutz verbessern. Es handelt sich hierbei ausdrücklich nicht um eine Heranführung an den Umgang mit Explosivstoffen, sondern um eine Information zur Gefahrenabwehr und Gefahrenvermeidung.
Prägeverfahren bieten eine interessante Alternative zur Strukturierung keramischer Folien und Laminate. Im Gegensatz zur etablierten Stanz- oder Laserbearbeitung von Einzelfolien sind damit einerseits Strukturtiefen realisierbar, die nicht einem Vielfachen der Einzelfoliendicke entsprechen, andererseits können Strukturierungsgrade erzielt werden, bei denen perforierte Einzelfolien nicht mehr handhabbar sind. Heißprägen grüner Folien und Laminate erfolgt bei Temperaturen um 130 °C mit Metallstempeln. Die plastische Verformung erfolgt zeitabhängig. Dabei sind die Fließeigenschaften des polymeren Binders der Grünfolie maßgeblich für die Konturtreue der Prägung. Randeinzug und Gründichtegradienten um den Eindruck können zu Defekten im Sintergefüge führen. Je nach Sinterverfahren muss die Schwindung der geprägten Struktur berücksichtigt werden, eine Kombination dieses Verfahrens mit zero-shrinkage Techniken ist aber möglich. Sinterprägen stellt eine Erweiterung der Drucksintertechnologie für glaskeramische Komposite dar. Dabei wird ein Pressstempel aus glasartigem Kohlenstoff während des Brandes in die erweichte Glasphase des Komposits gedrückt. Die Abformung erfolgt durch viskosen Fluss der Glasphase. Mit Kenntnis des Dichte- und Viskositätsverlaufs des Werkstoffs kann das Verfahren so gestaltet werden, dass die Pressform konturtreu abgeformt wird. Mittels Sinterprägen lassen sich auch erhabene Strukturen realisieren, wobei diese häufig eine erhöhte Porosität aufweisen.
Korrosionsuntersuchungen mit gelartigen Elektrolyten an natürlich gebildeten Zinkdeckschichten
(2016)
Ein neuer Ansatz bei elektrochemischen Korrosionsuntersuchungen kann durch den Einsatz von gelartigen Elektrolyten als Alternative zu wässrigen Prüfelektrolyten beschritten werden. Gelartige Elektrolyte ermöglichen minimalinvasive Untersuchungen an natürlich gebildeten Zinkdeckschichten.
Dadurch können korrosionsrelevante Kennwerte ermittelt werden, die Aussagen zur Deckschichtbildung und zur Stabilität der gebildeten Deckschichten erlauben. In diesem Beitrag wird anhand verschiedener Deckschichtzustände an Zink der Mehrwert von gelartigen Elektrolyten für die Korrosionsforschung verdeutlicht.
Korrosionsuntersuchungen mit gelartigen Elektrolyten an natürlich gebildeten Zinkdeckschichten
(2016)
Ein neuer Ansatz bei elektrochemischen Korrosionsuntersuchungen kann durch den Einsatz von gelartigen Elektrolyten als Alternative zu wässrigen Prüfelektrolyten beschritten werden. Gelartige Elektrolyte ermöglichen minimalinvasive Untersuchungen an natürlich gebildeten Zinkdeckschichten. Dadurch können korrosionsrelevante Kennwerte ermittelt werden, die Aussagen zur Deckschichtbildung und zur Stabilität der gebildeten Deckschichten erlauben. In diesem Beitrag wird anhand verschiedener Deckschichtzustände an Zink der Mehrwert von gelartigen Elektrolyten für die Korrosionsforschung verdeutlicht.
This talk presents multi-wavelength, multi-material prediction tools serving as useful models for researchers working in the field of laser-induced periodic surface structures (LIPSS). These models explain the role of surface plasmon polaritons (SPPs) in the formation of LIPSS. They particularly consider the cases of (i) “lossy” materials (where the imaginary part of the dielectric permittivity should not be neglected) and (ii) the excitation of SPPs in a thin film configuration (where two film interfaces become plasmonically active and couple to each other).
Targeted disruption of melanin synthesis in rock-inhabiting fungi - a new tool in material science
(2016)
Melanised rock-inhabiting fungi are found in extreme habitats and along broad spectrum of economically important man-made materials. Black fungi and accompanying organisms can weather rocks and cause significant losses in light availability to solar parks. Understanding these underlying mechanisms requires a set of modern biological techniques and approaches that are under development in our laboratory.
Were prepared four unsubstituted Pc - C60 fullerene systems, using two different synthetic strategies, via Prato (1,3 - dipolar cycloaddition) or Bingel reactions. The precursor Pcs 1 and 2 were successfully synthesized by cyclotetramerization reaction between TBDPS - protected and unsubstituted phthalonitriles. The surface studies are currently ongoing.
Die Untersuchung von Bauteilen in Großprüfeinrichtungen, die Nutzung instrumentierter Funktionskomponenten sowie der Einsatz von Monitoring -Systemen im Offshore- und Infrastrukturbereich ist verbunden mit der Messung von Kräften bis oberhalb von 30 MN. Der Einsatz eines modularen Build-Up Systems zur Messung von Kräften bis 25 MN ermöglicht die messtechnische Rückführung in diesem Lastbereich wie Vergleichsmessungen zeigen. Möglichkeiten und Anforderungen in der BAM zur Messung und messtechnischen Rückführung von Kräften bis oberhalb von 30 MN werden angesprochen.
Rubber is widely used as sealing material in various applications. In many fields the function of seal materials at low temperatures is necessary. Therefore the understanding of failure mechanisms that lead to leakage at low temperatures is of high importance. It is known that the material properties of rubbers are strongly temperature dependent. At low temperatures this is caused by the rubber-glass transition (abbr. glass transition). During continuous cooling the material changes from rubber-like entropy-elastic behaviour to stiff energy-elastic behaviour, that allows nearly no strain or retraction, due to the glass transition. Hence rubbers are normally used above their glass transition but the minimum working temperature limit is not defined precisely, what can cause problems during application. Therefore the lower operation temperature limit of rubber seals should be determined in dependence of the material properties. In the past we investigated the material properties and sealing behaviour of elastomeric seals at low temperatures. Additionally we started to study the effect of a small partial release of elastomer seals at low temperatures. To study the influence of dynamic events on seal performance and to enhance the understanding of occurring seal failure, a setup for a fast partial seal release was designed. In this contribution we focus on the correlation of material properties and component behaviour under different application conditions. It is desired to widen the understanding of the process of seal failure at low temperature.
In the last decades, numerical simulations of fresh concrete flow have gained importance in concrete industry. They showed a potential to become a tool for prediction of concrete casting and to help engineers to avoid expensive mistakes on site. A promising field for application of numerical modelling is casting of Self-Compacting Concrete (SCC), since the main area of application of SCC are complex and highly-reinforced building elements. Simulations of fresh concrete flow involve complex mathematical models and time-consuming computations. In case of casting simulations, the simulation time is additionally significantly increased because each reinforcement bar occurring in succession has to be considered one by one. This is particularly problematic in case of SCC casting, since this type of concrete is typically used for heavily-reinforced structural members. With the aim to decrease simulation time and to come closer to a practical simulation tool, we proposed an innovative modelling approach that models a zone with arrays of the reinforcement bars as a porous medium (PM). By defining characteristic parameters of the PM, its influence on the flow can be defined. This approach simplifies the geometry to be modelled and significantly decreases the computational time. The present contribution provides a brief description the proposed numerical model and of the conducted validation studies. The applicability of the model on fresh concrete is verified through the comparison between experimental measurements and numerical simulations.
The Bundesanstalt für Materialforschung und –prüfung (BAM) is a federal institute for materials research and testing in Germany and has been involved in the qualification and safety evaluation procedures of metal seals from the early beginning of the interim storage licensing procedures for radioactive materials, stored in dual purpose casks. Regarding this subject, BAM investigates the long-term behavior of metal seals under the influence of temperature using experimental data and analytical approaches. The development of numerical models is in progress as well. Systematic experimental investigations performed by BAM indicate a continuous decrease of the remaining seal force and the usable resilience considering the leak tightness. Hence, there is a fundamental interest of describing time and temperature dependency to gain predictable values for the long-term behavior and to achieve reliable results with help of short-term tests.
The paper gives an overview about the sealing principle, test program and test results of metal seals of the type HELICOFLEX® HN200. The aging effect, respectively the long-term behavior in dependency of time and temperature, are introduced for two different outer liner materials, aluminum and silver.
Rubber is widely used as sealing material in various applications. In many fields the function of seal materials at low temperatures is necessary.
Therefore the understanding of failure mechanisms that lead to leakage at low temperatures is of high importance.
It is known that the material properties of rubbers are strongly temperature dependent. At low temperatures this is caused by the rubber-glass transition (abbr. glass transition). During continuous cooling the material changes from rubber-like entropy-elastic behaviour to stiff energy-elastic behaviour, that allows nearly no strain or retraction, due to the glass transition. Hence rubbers are normally used above their glass transition but the minimum working temperature limit is not defined precisely, what can cause problems during application. Therefore the lower operation temperature limit of rubber seals should be determined in dependence of the material properties.
In the past we investigated the material properties and sealing behaviour of elastomeric seals at low temperatures. Additionally we started to study the effect of a small partial release of elastomer seals at low temperatures. To study the influence of dynamic events on seal performance and to enhance the understanding of occurring seal failure, a setup for a fast partial seal release was designed.
In this contribution we focus on the correlation of material properties and component behaviour under different application conditions. It is desired to widen the understanding of the process of seal failure at low temperature.
Konzept zur ganzheitlichen Nachhaltigkeitsbewertung des Abbruchs und der Aufbereitung von Mauerwerk
(2016)
Mit der vorliegenden Arbeit wurde ein methodisches Konzept zur ganzheitlichen Nachhaltigkeitsbewertung des Abbruchs und der Aufbereitung von Mauerwerk bereitgestellt. Das Bewertungskonzept ermöglicht einen ganzheitlichen Vergleich verschiedener Szenarien für den Abbruch und die Aufbereitung von Mauerwerk unter Berücksichtigung der Anwendung von Mauerwerkbruch und aussortierter Fremdstoffe zur Verwertung. Es kombiniert die Kosten-Wirksamkeitsanalyse, die Stoffflussanalyse, die Ökobilanzierung, die Betrachtung sozialer Aspekte und Wirtschaftlichkeitsbetrachtungen bei gleichzeitiger Berücksichtigung der Materialqualitäten. Das Bewertungskonzept basiert im Kern auf der Kosten-Wirksamkeitsanalyse (KWA) mit der Erweiterung um das Gesamtwirksamkeitswert-Kosten-Verhältnis. Hiermit können sowohl monetäre als auch nicht monetäre Effekte beurteilt werden. Ausgangspunkt der KWA ist ein klar definiertes Zielsystem. Im vorliegenden Fall wurden aus der EU-Abfallrahmenrichtlinie, dem Kreislaufwirtschaftsgesetz und der EU-Bauproduktenverordnung die vier Generalziele „Mensch und Umwelt“, „Ressourcenschonung“, „Ausreichende Materialqualität“ sowie „Wirtschaftlichkeit“ abgeleitet. Die Generalziele "Mensch und Umwelt" und "Ressourcenschonung" wurden weiter in Hauptziele, Ziele und Unterziele unterteilt. Die Quantifizierung und Beurteilung dieser beiden Generalziele erfolgt im Rahmen der Wirksamkeitsanalyse. Zur Quantifizierung der abstrakten Ziele wurden konkrete und messbare Zielkriterien ausgewählt, die üblicherweise bei der Ökobilanzierung und sozialorientierten Betrachtungen verwendet werden, z. B. Umweltauswirkungen, Material- und Energieverbrauch.
Nach Ermittlung einer Gesamtwirksamkeit und den anfallenden Kosten für jedes Szenario wird das Gesamtwirksamkeit-Kosten-Verhältnis je Szenario errechnet. Dieses Verhältnis bildet die Grundlage für die abschließende Reihung der untersuchten Szenarien entsprechend ihrer nachhaltigkeitsbezogenen Wertigkeit im Sinne der europäischen und deutschen Kreislaufwirtschaft.
Mit dem Konzept wird zukünftigen Nutzern eine strukturierte und methodische Bewertungsgrundlage als Planungsinstrument für Abbruchprojekte an die Hand gegeben. Gleichzeitig werden die Nutzer für bestehende Gestaltungsvarianten für den Abbruch und die Aufbereitung von Mauerwerk sowie für die vielfältigen Anwendungsmöglichkeiten von Mauerwerkbruch sensibilisiert.
BAM is the federal institute for materials research and testing in Germany. One of our tasks is to evaluate the safety of casks designed for transport and/or storage of radioactive waste. As elastomeric seals are used in the containers as safety-relevant parts, it is our goal to be able to evaluate the service lifetime of the seals with regard to the requirements for long-term safety (40 years and more) of the containers. For this reason, an accelerated ageing programme with selected rubbers often used for seals (HNBR, EPDM and FKM) was started. Ageing was performed at four different temperatures (75 °C, 100 °C, 125 °C and 150 °C) for up to 2 years. For assessing properties related to the sealability, O-rings were aged in compression by 25 % (corresponding to the compression during service) between plates. For comparison, uncompressed O-rings were aged as well. The aged materials were characterized with conventional polymer analysis methods such as hardness and tensile tests, but also with more seal-specific methods such as compression stress relaxation (CSR, reflecting the loss of sealing force of a compressed seal over time), and compression set (CS, representing the recovery behaviour of a seal after release from compression). CS is chosen as the property for lifetime prediction as it is both sensitive to degradation and related to the seal performance. CS data is extrapolated to 60 °C, which yields lifetimes of approximately 5 years for HNBR and 64 years for EPDM for a criterion of 85 % CS respectively, and approx. 40 years for FKM for a criterion of 65 % CS (the highest value measured so far).
Ethylene-propylenene-diene copolymer rubbers (EPDM) are used in a wide range of sealing applications e.g. in automotive industry or in containers for dangerous goods. Investigations with regard to the ageing behavior and lifetime prediction of commercial EPDM rubber seals consisting of 48 % polypropylene (PP) and 4.1 % of 5-ethylidene-2-norbornene (ENB) were conducted [1]. However, structural parameters (monomer ratio, diene type, curing agent etc.) and additives (filler, plasticizer etc.) are known to affect the ageing behavior of rubber compounds [2, 3]. The aim of the current study was to elucidate the influence of each component on the overall deterioration of material properties after thermal ageing. Therefore, different EPDM mixtures were prepared at BAM, the reference being an EPDM with 48 % PP and 4.1 % ENB reinforced with Sillitin. Five more formulations were prepared in order to assess the effect of (i) filler type (carbon black or sillitin), (ii) curing agent (sulfur or peroxide), (iii) plasticizer, (iv) ethylene-propylene ratio and (v) ENB content. Initially, the properties of the unaged materials were investigated by tensile testing, hardness and density measurements, TGA, DSC and DMA. Sulfur vulcanization resulted in higher elongation at break due to the flexibility of the sulfidic crosslinks. Carbon black resulted in better reinforcement compared to Sillitin. A higher ethylene and ENB content lead to higher hardness due to higher crystallinity and higher crosslink density, respectively.
Thermal ageing for up to 30 days (with 10 days intervals) took place in circulating hot air ovens at 125 °C. Pronounced crosslinking was found to take place in all peroxide-cured materials, as the unreacted double bonds of the ENB units acted as starting points for oxidation and crosslinking. Increasing the ethylene content resulted in an increase in the ageing resistance of EPDM. This improvement was attributed to the higher crystallinity that inhibits oxygen diffusion and to the smaller number of chain scissions which occur in the PP units. Although significant loss of the plasticizer was observed, the remaining plasticizer adequately improved the tensile properties of the material. The filler type did not significantly affect the ageing behavior of EPDM. Finally, the lower thermal stability of the sulfidic crosslinks resulted in desulfurization and, thus, in an increase in the crosslinking density.
To sum up, it has been shown that the monomer composition, curing agent and additives used in EPDM formulations greatly influence the properties and ageing resistance of these materials.
BAM is the federal institute for materials research and testing in Germany. One of our tasks is to evaluate the safety of casks designed for transport and/or storage of radioactive waste. As elastomeric seals are used in the containers as safety-relevant parts, it is our goal to be able to evaluate the service lifetime of the seals with regard to the requirements for long-term safety (40 years and more) of the containers. For this reason, an accelerated ageing programme with selected rubbers often used for seals (HNBR, EPDM and FKM) was started. Ageing was performed at four different temperatures (75 °C, 100 °C, 125 °C and 150 °C) for up to 2 years. For assessing properties related to the sealability, O-rings were aged in compression by 25 % (corresponding to the compression during service) between plates. For comparison, uncompressed O-rings were aged as well. The aged materials were characterized with conventional polymer analysis methods such as hardness and tensile tests, but also with more seal-specific methods such as compression stress relaxation (CSR, reflecting the loss of sealing force of a compressed seal over time), and compression set (CS, representing the recovery behaviour of a seal after release from compression). CS is chosen as the property for lifetime prediction as it is both sensitive to degradation and related to the seal performance. CS data is extrapolated to 60 °C, which yields lifetimes of approximately 5 years for HNBR and 64 years for EPDM for a criterion of 85 % CS respectively, and approx. 40 years for FKM for a criterion of 65 % CS (the highest value measured so far).
Bei der Bewertung der Verlässlichkeit der im Labor gewonnenen Prüfergebnisse spielen Ringversuche eine entscheidende Rolle. Die Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) unterstützt deshalb den weiteren Ausbau des Ringversuchsprogramms des im Jahr 2007 gegründeten Kompetenzzentrums zur Qualitätssicherung für Prüfungen von Gefahrgütern und Gefahrstoffen auf physikalische Gefahren (Centre for quality assurance for testing of dangerous goods and hazardous substances, CEQAT-DGHS).
Bei allen bisher untersuchten Prüfmethoden besteht ein Verbesserungsbedarf. Die RV müssen daher zunächst auf die Methodenentwicklung, -verbesserung und -validierung abzielen und nicht auf Leistungstests.
Bei der Bewertung der Verlässlichkeit der im Labor gewonnenen Prüfergebnisse spielen Ringversuche eine entscheidende Rolle. Die Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) unterstützt deshalb den weiteren Ausbau des Ringversuchsprogramms des im Jahr 2007 gegründeten Kompetenzzentrums zur Qualitätssicherung für Prüfungen von Gefahrgütern und Gefahrstoffen auf physikalische Gefahren (Centre for quality assurance for testing of dangerous goods and hazardous substances, CEQAT-DGHS).
Bei allen bisher untersuchten Prüfmethoden besteht ein Verbesserungsbedarf. Die RV müssen daher zunächst auf die Methodenentwicklung, -verbesserung und -validierung abzielen und nicht auf Leistungstests.
Bei der Bewertung der Verlässlichkeit der im Labor gewonnenen Prüfergebnisse spielen Ringversuche eine entscheidende Rolle. Die Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) unterstützt deshalb den weiteren Ausbau des Ringversuchsprogramms des im Jahr 2007 gegründeten Kompetenzzentrums zur Qualitätssicherung für Prüfungen von Gefahrgütern und Gefahrstoffen auf physikalische Gefahren (Centre for quality assurance for testing of dangerous goods and hazardous substances, CEQAT-DGHS).
Bei allen bisher untersuchten Prüfmethoden besteht ein Verbesserungsbedarf. Die RV müssen daher zunächst auf die Methodenentwicklung, -verbesserung und -validierung abzielen und nicht auf Leistungstests.
Bei der Bewertung der Verlässlichkeit der im Labor gewonnenen Prüfergebnisse spielen Ringversuche eine entscheidende Rolle. Die Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) unterstützt deshalb den weiteren Ausbau des Ringversuchsprogramms des im Jahr 2007 gegründeten Kompetenzzentrums zur Qualitätssicherung für Prüfungen von Gefahrgütern und Gefahrstoffen auf physikalische Gefahren (Centre for quality assurance for testing of dangerous goods and hazardous substances, CEQAT-DGHS).
Bei allen bisher untersuchten Prüfmethoden besteht ein Verbesserungsbedarf. Die RV müssen daher zunächst auf die Methodenentwicklung, -verbesserung und -validierung abzielen und nicht auf Leistungstests.
Benzamide has been known for its polymorphism for almost 200 years.Three polymorphic forms are described. To date,itwas only possible to crystallizeametastable form in amixture together with the thermodynamically most stable form I. Acomplete transformation of form Iinto the metastable form III by mechanochemical treatment has been achieved. Catalytic amounts of nicotinamide seeds were used to activate the conversion by mechanochemical seeding. NMR experiments indicated that the nicotinamide molecules were incorporated statistically in the crystal lattice of benzamide form III during the conversion. The transformation pathway was evaluated using in situ powder X-ray diffraction.
The device performance of polycrystalline chalcogenide thin film solar cells is strongly influenced by different kinds of defects within the material. The presence of sodium or other alkali metals like potassium during the deposition process is well known to influence the electronic properties of the solar cell and thus to improve the efficiency of the final device. Structural analysis of neutron powder diffraction data collected at low temperatures and subsequent profile analysis by the LeBail and Rietveld method demonstrates the impact of sodium on the point defect characteristics in off stoichiometric CuInSe2. The analyzed materials are powder and thin film solar absorber material with addition of NaF and free of sodium. It is illustrated, the so called “sodium effect” cannot be reduced to one single origin. A range of effects, the reduction of InCu donors with a followed increase of VCu acceptors is possible. The main effect is an increased ordered character of the chalcopyrite crystal structure at off stoichiometric composition, when containing sodium.
Der Vortrag widmet sich der „Quantifizierung der Festigkeit von Kunststoffklebungen & -beschichtungen: Vorbehandeln, Kleben und Prüfen im OKTETT“ und beschreibt das Mehr-Proben-Konzept zur Herstellung und Prüfung von Klebeverbunden. Vorgestellt werden die Mehr-Proben-Klebevorrichtung sowie die Centrifugal Adhesion Testing (CAT) Technologie zur Bestimmung der Haft- und Klebefestigkeit von Beschichtungen (Al auf PP, SiO2 auf CR39).
Application of 4Q-BSE detector and dedicated software enables 3D surface measurements of fracture samples in SEM. 3D surface measurement is independent from magnification and material invariant. Quantitative height measurements require careful detector adjustment and system calibration. Live 3D view allows a fast assessment of topographical features. In addition to SE and BSE imaging, 3D surface data help to analyse and interpret fracture samples.
Properties of pipe steels for CCS (carbon capture and storage) technology require resistance against the corrosive environment of a potential CCS-site (heat, pressure, salinity of the aquifer, CO2-partial pressure). The influence of austenitzing in heat treatment routines of two different injection pipe Steels (1.4034, X46Cr13 and 1.4021, X20Cr13) was evaluated. Steel coupons were austenitized at different temperatures (900- 1050 °C) for different lengths of time (30-90 min) before quenching and annealing prior to long term corrosion experiments (60°C, 100 bar, artificial brine close to a CCS-site in the Northern German Basin, Germany). In general, fewer pits are found on X46Cr13. Comparing steels with 13% chromium each the higher carbon content of X46Cr13 (0.46% C) results in a lower number of pits compared to X20Cr13 (0.20% C). It is found that neither the carbon content of the steels nor austenitizing temperature has much influence, but local corrosion behaviour is most susceptible towards austenitzing time.
Unterschiedliche Werkstoffeigenschaften reagieren auf jeweils spezifische Weise auf Gittertyp, Gefüge und Defekte. Für die schadenstolerante Betrachtung von Werkstoff und Bauteil ist das Verständnis dieser Zusammenhange essentiell. Der Beitrag gibt mit Hinblick auf additiv gefertigte metallische Bauteile (Selective Laser Melting) einen kurzen, keineswegs vollständigen Überblick über Faktoren, die die Steifigkeit, Festigkeit, Duktilität, Zähigkeit, Ermüdungsrissausbreitung und Schwingfestigkeit beeinflussen. Es wird aufgezeigt, wie die bruchmechanische Betrachtung zur Quantifizierung der zusammenhänge beitragen kann.
Pressurisation of full-containment pressure vessels in fire is known to be driven by thermal stratification. The predominant mode of heat transfer to the contents (convection from the shell to the liquid phase) results in formation of „hot“ boundary layers. Sub-cooled boiling may also be present. The warm layer rises to the surface through buoyancy and bubble flow, increasing the surface of the liquid above that of the bulk temperature, and hence driving a pressure rise.
For reliable prediction of the complex effects governing vessel pressurization a three-dimensional numerical model is required. Work is being undertaken on such a model by other institutions in cooperation with this project.
Talbot-Lau interferometry provides X-ray imaging techniques with significant enhancement of the radiographic contrast of weakly absorbing objects. The grating based technique allows separation of absorption, refraction and small angle scattering effects. The different efficiency of rectangular and triangular shaped phase gratings at varying detector distances is investigated. The interference patterns (Talbot carpets) are modeled for parallel monochromatic radiation and measured by synchrotron radiation. In comparison to rectangular shapes of phase gratings much higher visibility is obtained for triangular shapes which yield enhanced contrast of a glass capillary test specimen.