Ingenieurbau
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- 3 Gefahrgutumschließungen; Energiespeicher (13)
- 7.5 Technische Eigenschaften von Polymerwerkstoffen (13)
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- 9.4 Integrität von Schweißverbindungen (10)
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- 7.4 Baustofftechnologie (7)
- 3.1 Sicherheit von Gefahrgutverpackungen und Batterien (5)
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- 2.4 Prüfung und Bewertung von Explosivstoffen/Pyrotechnik (4)
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Eingeladener Vortrag
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Additive manufacturing (AM) has revolutionized the manufacturing industry, offering a new paradigm to produce complex geometries and parts with customized properties. Among the different AM techniques, the wire arc additive manufacturing (WAAM) process has gained significant attention due to its high deposition rate and low equipment cost. However, the process is characterized by a complex thermal history, dynamic metallurgy, and mechanical behaviour that make it challenging to simulate it in real-time for online process control and optimization.
In this context, a reduced order model (ROM) using the proper generalized decomposition (PGD) method is proposed as a powerful tool to overcome the limitations of conventional numerical methods and enable the real-time simulation of the temperature field of WAAM processes. Though, the simulation of a moving heat source leads to a hardly separable parametric problem, which is handled by applying a novel mapping approach. Using this procedure, it is possible to create a simple separated representation of the model, also allowing to simulate multiple layers.
In this contribution, a PGD model is derived for the WAAM procedure simulating the temperature field. A good agreement with a standard finite element method is shown. The reduced model is further used in a stochastic model parameter estimation using Bayesian inference, speeding up calibrations and ultimately leading to a calibrated real-time simulation.
Additive manufacturing (AM) has revolutionized the manufacturing industry, offering a new paradigm to produce complex geometries and parts with customized properties. Among the different AM techniques, the wire arc additive manufacturing (WAAM) process has gained significant attention due to its high deposition rate and low equipment cost. However, the process is characterized by a complex thermal history making it challenging to simulate it in real-time for online process control and optimization.
In this context, a reduced order model (ROM) using the proper generalized decomposition (PGD) method [1] is proposed as a powerful tool to overcome the limitations of conventional numerical methods and enable the real-time simulation of the temperature field of WAAM processes. These simulations use a moving heat source leading to a hardly separable parametric problem, which is handled by applying a novel mapping approach [2]. This procedure makes it possible to create a simple separated representation of the model, which allows to simulate multiple layers.
In this contribution, a PGD model is derived for the temperature field simulation of the WAAM process. A good agreement with a standard finite element method is shown. The reduced model is further used in a stochastic model parameter estimation using Bayesian inference, speeding up calibrations and ultimately leading to a calibrated real-time simulation.
Almost all building materials in civil engineering have an open porosity and interact with or are affected by the environmental conditions. Structures might suffer from effects such as moisture adsorption, carbonation, corrosion, penetration of salt ions and chemical substances, etc. In the hygroscopic range, these processes are mostly driven by diffusion. Due to the confinement of small pores ( 1 m), the Knudsen effect reduces the molecular diffusion. This reduction can become more significant in case of temporal changing pore systems because of physisorption of water vapor, carbonation, or chemisorption.
In this study, unstabilised earth blocks and earth masonry are investigated. In a first step, the pore size distribution of the blocks is measured and sorption isotherms are recorded in experiments. Besides the ordinary physisorption, the involved clay minerals undergo swelling or shrinking due to chemisorption. The following two effects must be considered: first, the reduction of the available pore space by the adsorbed water layer. For this, the Hillerborg sorption theory is used, which is a combination of the well-known Brunauer-Emmett-Teller sorption theory and the Kelvin equation. This allows the computation of adsorbed water layers even in curved pore geometries. Second, the variation of the initial pore size distribution due to chemisorption needs to be modelled. Based on these two models, the effective diffusion coefficient can be predicted. For validation, arrays of relative humidity sensors were embedded into a free-standing earth masonry wall. This monitoring was carried out over more than a year to have a broad variety of environmental conditions and was located in Berlin, Germany.
The prediction of the effective diffusion coefficient can also be transferred to other processes and allows the investigation of materials having temporarily changing pore systems. Examples are the carbonation of cementitious materials, alkali silica reaction, calcium leaching of long-lasting structures, etc. This effect becomes most prominent in the meso-pore range and might alter the effective diffusion coefficient by more than 100 %.
Der Beitrag beschreibt die Entwicklung eines neuartigen in situ Nachweisverfahrens zur Beurteilung des Feuerwiderstandes von bestehenden Stahlkonstruktionen mit gealtertem reaktivem Brandschutzsystem (RBS). Derzeit ist ein solcher Nachweis ausschließlich anhand eines Bauteilbrandversuchs möglich. Hierzu muss ein Bauteil aus der Bestandskonstruktion entnommen und einer zerstörenden Brandprüfung unterzogen werden. In Zusammenhang mit der Dauerhaftigkeitsbewertung von RBS für Zeiträume von mehr als 10 Jahren besteht in der Praxis vermehrt der Bedarf an einem minimal invasiven Prüfverfahren, mit dessen Hilfe sich direkt am Bestandsbauwerk die tatsächlich vorhandene Leistungsfähigkeit des gealterten RBS überprüfen lässt. Durch einen erfolgreichen Funktionsnachweis wäre eine Weiternutzung der Bestandkonstruktion bei Aufrechterhaltung des bestehenden Sicherheitsniveaus möglich.
Brücken sind Teil der alternden Verkehrsinfrastruktur. Um die Nutzungsdauer zu verlängern und plötzliche Schäden zu detektieren kann Bauwerksmonitoring ("Structural Health Monitoring") eingesetzt werden. Der Einfluss von Umgebungsbedingungen, beispielsweise der Temperatur, auf das Bauwerksverhalten ist meist größer als der Einfluss von Schäden. Diese Einflüsse bestmöglich voneinander zu trennen und Veränderungen im Tragverhalten korrekt Schäden oder Umgebungsbedingungen zuzuordnen ist eine offene Forschungsfrage. Diese Arbeit zeigt eine mögliche Lösung, bei der gekoppelte Modelle von Umwelteinflüssen, Schäden und Tragverhalten des Bauwerks auf Grundlage von Monitoringdaten aktualisiert werden. Das Framework dazu wird vorgestellt und an einem Laborexperiment eines Stahlbetonbalkens in der Klimakammer angewandt. Die Ergebnisse bestätigen die Vorgehensweise. In nächsten Schritten müssen komplexere Tragwerke und die Sensitivität des Ansatzes untersucht werden.
Innerhalb der Fachausbildung "Kathodischer Korrosionsschutz (KKS)" wurde dieser Vortrag im Grundlagenkurs für erdverlegte Anlagen, Stahlbeton und Innenschutz gehalten. Der 90 min Vortrag befasste sich schwerpunktmäßig mit den Grundlagen der elektrochemischen Korrosion von wichtigen Metallen im Bauwesen: Unleg. Stahl, Aluminium- und Zinkwerkstoffen sowie nichtrostenden Stählen. Galvanische Elemente sowie die Grenzen der elektrochemischen Potentialmessung wurden besprochen. Dies wird anhand einer Reihe von Beispielen verdeutlicht. Der Vortag knüpft die Verbindung zwischen den grundlegenden Korrosionsreaktionen, den äußeren Umgebungsbedingungen, der Korrosionsgeschwindigkeit, dem Faraday'schen Gesetz und den elektrochemischen Stromdichte-Potential-Kurven, mit denen in der Korrosionswissenschaft gearbeitet wird.
Im Rahmen der Fachausbildung "Kathodischer Korrosionsschutz (KKS)" fand als Pflichtmodul der Grundlagenkurs für erdverlegte Anlagen, Stahlbeton und Innenschutz statt. Im Vortrag (Teil 2 "Korrosionsschutz") wurden grundlegende Korrosionsschutzmethoden besprochen, welche sich aus dem Wissen über die Grundlagen der Korrosion ergeben. In einem 90 min Vortrag wurden planungs- und werkstoffseitige Vorgehensweisen präsentiert. Der normativ geregelte Korrosionsschutz bietet Regelwerke für verschiedene Umweltbedingungen und Metalle. Anhand einiger Beispiele wurden Normen zur Bestimmung der Korrosivität gezeigt und die Anforderungen an das spezifische Korrosionsschutzsystem erklärt. Schwerpunktmäßig ging es um den Schutz von Metallen in der Atmosphäre, in Erdböden und im Meerwasser.
Im Rahmen des BMBF-geförderten Forschungsprojekt ReMin - REALight werden in einem Projektteam aus Industriepartnern und Forschungseinrichtungen unter Koordination der Bauhaus-Universität Weimar leichte Gesteinskörnungen aus Bau- und Abbruchabfällen und industriellen Nebenprodukten auf thermischen Weg hergestellt. Die Aufgabe der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) ist es, diese im Drehrohrofen erzeugten Blähgranulate für gebundene Anwendungen in Beton und Mörtel umfassend zu charakterisieren. Gemeinsam mit der Opus Denkmalpflege GmbH wird die Applikation feiner, gebrochener Blähgranulate in leichten Steinergänzungsmörteln für die Restaurierung von Sandsteinobjekten untersucht. Hierzu wird ein zweischichtiges Mörtelsystem bestehend aus Füll- und einem Deckmörtel entwickelt. Erste Ergebnisse der Rezepturentwicklung verschiedener kalkhaltiger Leichtmörtel mit gebrochenen Blähgranulaten werden vorgestellt. Die neuen Leichtmörtel sind hinsichtlich der entwickelten Druckfestigkeit gleichwertig gegenüber herkömmlichen Restauriermörteln.
Blast injuries are among the most common injuries in military operations. Also, in civilian environments, more explosive threats are expected in the future due to emerging conflicts and threats. While the effect of fragments, which is classified as secondary blast injury, could be minimized by police and military personnel’s modern ballistic body protection systems, the effects of shock wave propagation in the body as part of the primary explosion trauma still remain a serious threat needing further research.
The detonation-physical processes of highly dynamic pressure changes within the human body, the reflection-related amplification of shock waves at organ-dermis interfaces, and the consequences of injury mechanisms have become more prominent in international research. Various approaches have been used to investigate these aspects. Animal experiments on free field test sites or shock tube setups combined with a subsequent biological evaluation and numerical simulations provided promising results and allowed the discussion of different biomechanical aspects. However, due to poor reproducibility and a lack of short-term dynamic material properties, most research approaches have significant limitations. Laboratory test setups do not represent real-scale high explosive detonation parameters with regards to pressure characteristics, impulse duration and blockage problems. Measured values are interpreted with partly outdated, selective and not validated limit values for overpressures from field tests with animals. This is due to the lack of a validated and comprehensive data set covering a variation of the crucial parameter. Injury mechanisms and their effects have not yet been sufficiently elucidated for the torso and extremities.
In order to contribute to the research efforts on the primary explosion effects, the German Federal Armed Forces established an interdisciplinary military medical research project in cooperation of the Bundeswehr Hospital Berlin and the German Federal Institute for Materials Research and Testing (BAM). The aim of the planned investigation is the development of a multidisciplinary method to investigate shock wave behavior in various generic tissue simulants under the most reproducible conditions possible with realistic loads in an experimental test series with short set-up times.
In the field of explosive reactions, there is a type of explosive effect that lacks a sufficient database and reproducible experiments regarding biomechanics. It concerns the primary explosive effect. It is defined as pure shock wave of the explosion. The physical behavior of the shock wave when interacting with different types of tissue and, in particular, the subsequent transitions of the shock wave, have barely been investigated. The transition of the shock wave into other materials is the focus of the research Therefore, the aim of the investigations is the development of a multidisciplinary method to investigate shock wave behavior in various generic tissue simulants under the most reproducible conditions possible with realistic loads in an experimental test series with short set-up times. An autoclave is used to generate the pressure waves. A simplified torso model consisting of ballistic gelatin is used as a simulant. In this paper, the influence of protective equipment on the pressure load in the tissue simulant is investigated. For this purpose, consecutive test setups are used. First, the behavior of ballistic gelatin as a tissue simulant is investigated. Then, the simplified torso model is covered with typical combat clothing consisting of four layers. Afterwards a currently used UHMWPE ballistic protective plate is placed in front of the simplified torso model. Finally, the combat clothing and the protective plate are examined in combination. Three cast-in pressure sensors are used as measuring devices, as well as an acceleration sensor attached to the protective plate. The experiments show that the maximum overpressure in a model protected by combat clothing and the protective plate can be reduced by 95%. However, the propagation speed of the shock wave within the simplified torso model increases from 1535.5 m/s to 2204.5 m/s. This shows that even protective equipment, which is not primarily intended to protect against blast, offers a significant reduction in the pressure load in the protected area. On the one hand it is caused by the media transition from air to PE and the resulting higher reflection of the acceleration of the transmitted wave within the simulant. On the other hand, it is also reduced due to the damping and dispersion caused by the clothing layers.