BAM Forschungsberichtreihe
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Alle mechanischen Eigenschaften haben direkt oder auch indirekt mit Spannungen und Verformungen zu tun. Die Kenntnis der elastischen Eigenschaften spielt deshalb eine sehr gewichtige Rolle. Diese lassen sich mit Hilfe verschiedener Kennwerte beschreiben. Der wichtigste unter ihnen ist der Elastizitätsmodul, den es in Kurzzeitversuchen an vorbereiteten Probekörpern festzustellen gilt. Im vorliegenden Bericht wird neben der Art der Versuchsdurchführung auf die teilweise sehr unterschiedlichen Bestimmungsmethoden zur Ermittlung des Elastizitätsmoduls von normalfestem und hochfestem Beton (C90/105) hingewiesen. Unterschiedliche Einflussfaktoren können das Ergebnis der Prüfung mehr oder weniger bedeutend verändern. Diese gestalten den Weg zu einer zuverlässigen Ermittlung sehr steinig. Alle europäischen Prüfungsvorschriften sehen eine mehrmalige Beanspruchung vor, bevor die Verformungen zur Berechnung des Elastizitätsmoduls aufgezeichnet werden. Die wiederholte Beanspruchung erfolgt in der Absicht, ein stabiles und plausibles Ergebnis zu erhalten. Doch oft sind die erzielten Werte nicht vergleichbar, denn die Ergebnisse verschiedener Prüfstellen können auch bei gleichem Prüfmaterial weit auseinander liegen. Die Ursachen dafür sind vielfältig. Im Beitrag wird auf einige Einflussfaktoren eingegangen. Vom Einfluss bei der Prüfung über die Mischungszusammensetzung und die Lagerungsart nach der Herstellung der Probekörper bis hin zur zeitabhängigen Festigkeits- und Verformungsentwicklung kommen noch weitere auf das Ergebnis Einfluss nehmende Parameter zur Sprache. Immer geht es um Veränderungen des Elastizitätsmoduls. Dabei stellt sich die Frage, ob wegen relativ aufwändiger Versuchsdurchführung und dennoch großer Versuchsstreuung die Art der Elastizitätsmodulprüfung nach DIN zwingend erforderlich ist. Im Lichte der gewonnenen Erkenntnisse lässt sich verdeutlichen, dass durchaus eine Berechtigung besteht, den Sehnenmodul, – die Steigung der Verbindungsgeraden von zwei Punkten der Spannungs-Dehnungslinie – als Kenngröße zu verwenden, ohne dass häufige Vorbeanspruchungen und Haltezeiten notwendig werden. Die Auswertung bestätigt, dass eine einmalige Vorbeanspruchung bis etwa zur Hälfte der erwarteten Bruchspannung ausreicht, um die zweite Beanspruchung zur Kennwertbestimmung zu verwenden. Diese kann zügig bis zum Versagen geführt werden ohne dass die Ergebnisse ungenauer werden als nach der DIN-Vorschrift, zumal keiner zu sagen vermag, welcher Versuch „richtige“ bzw. „gute“ Ergebnisse liefert. Die erste Beanspruchung unterdrückt weitgehend die viskosen Verformungen, so dass sich aus der zweiten Spannungs-Dehnungslinie der Sehnenmodul abgreifen lässt. Bei dieser Prüfungsmethode entfielen auch die zusätzlichen Druckversuche, die nach DIN für die vorherige Bestimmung der Beanspruchungshöhe erforderlich sind. In zahlreichen Versuchen an normalfesten und hochfesten Betonen werden Ergebnisse verschiedener Bestimmungs- und Messmethoden verglichen. Neben dem im statischen Versuch ermittelten Elastizitätsmodul wird die zeitliche Entwicklung eines hochfesten Betons bis zum Alter von fast zwölf Jahren mit der Bestimmung des dynamischen Elastizitätsmoduls verfolgt und dem statischen Elastizitätsmodul gegenüber gestellt. Darüber hinaus wurden an zahlreichen Probekörpern die Querdehnung und die Querkontraktionszahl ermittelt. In Schwingversuchen konnten an hochfesten Betonzylindern durch Aufzeichnung der Spannungen und Dehnungen mit Hilfe des Sehnenmoduls die Steifigkeitsänderungen und damit die Schädigung beurteilt werden. Schließlich wird nicht nur der elastische Bereich bei einer Druckbeanspruchung betrachtet, sondern auch vollständige Spannungs- Dehnungslinien von Normalbeton und hochfestem Beton präsentiert.
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Ein graphisch-rechnerisches Verfahren zur Beschreibung natürlicher Verteilungen. Besondere Merkmale zum Unterschied zu bekannten Verteilungsfunktionen sind dabei die Verwendung des Median anstelle des Erwartungswertes als Parameter, die mittlere Verteilungsdichten anstelle der Verteilungsdichte als Operationselement Lind die Möglichkeit der Extrapolation in die Ausläufer von Verteilungen.
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Das elastische Verhalten von Al-St-Freileitungsseilen
kann in befriedigender Weise aus dem der Drahtkomponenten hergeleitet werden. Bei voraussetzungsgemäß gleichen Drahtwerkstoffen ändert sich das elastische Verhalten von
Verbundseilen innerhalb weiter Grenzen mit dem Seilaufbau (Flechtformel, Schlagwinkel, Zahl der Drahtlagen und Drahtdurchmesser).
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Über das Brandgeschehen vor der Fassade eines brennenden Gebäudes unter besonderer Berücksichtigung der Feuerbeanspruchung von Außenstützen Die gesetzlichen Vorschriften für die äußeren Bauteile wirken insgesamt uneinheitlich. Die Unsicherheit des Gesetzgebers aus mangelnder Kenntnis von Brandverläufen wird durch die Erkenntnisse dieses Berichtes behoben, der zu einer sicheren und praxisbezogeneren Beurteilung des Brandrisikos außenliegender Bauteile führt.
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Die Schweißeigenspannungen beeinflussen den gesamten Spannungszustand einer Konstruktion, insbesondere wenn sie aus hochfestem Stahl hergestellt worden ist. Sie können sogar Ursache für sprödes Versagen sein. Die Untersuchungen befassen sich mit der Schrumpfung und Eigenspannungsverteilung an geschweißten Stahlblechen sowie mit dem Einfluss der Eigenspannungen auf das Sprödbruchverhalten.
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Zusätzliche Aussagen zum Werkstoffverhalten wie auch über werkstoffmechanischen Mechanismus von Bruchvorgängen überhaupt werden vom instrumentiert geführten Kerbschlagversuch in Kombination mit eingehender fraktographischer Auswertung erwartet. Ziel ist die Ermittlung von Schlagkraft-Durchbiegungs-Diagrammen (F) f, auch bei unterschiedlichen Temperaturen.
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Es wurden Ermüdungsversuche an großen geschweißten I-Blechträgern bei wechselnder bzw. schwellender Einstufen-Beanspruchung durchgeführt. Untersucht wurden E-Hand- Schweißungen: Querbeanspruchte Stumpfstöße und längsbeanspruchte Halsnähte, die sowohl als Werkstattschweißung als auch als Montageschweißung ausgeführt waren. Ebenfalls wurde untersucht, wie die Schwingfestigkeit von Halsnähten durch eine Automaten-Schweißung beeinflusst wird.
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Schallschutz von Außenfenstern zwischen zwei Räumen bei der Verwendung moderner Baustoffe ist Thema dieser Arbeit, in der aus einer allgemeinen Betrachtung von n- Teilflächen unterschiedlicher Größe und Transmission alle Probleme bei der Prüfung und Wertung der Luftschalldämmung in der Bau-Akustik durch jeweils modifizierte Zusatzbedingungen geschlossen abgeleitet werden.
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Entwicklung von Verfahren zur Beurteilung der Bildqualität von Radioskopie-Systemen aus der zerstörungsfreien Werkstoffprüfung nach einheitlichen, objektiven und quantitativen Kriterien, Betrachtung der physikalischen Grundlagen der Strahlungserzeugung, Strahlenreliefenstehung und -umwandlung sowie der damit verbundenen Einflussgrößen auf die Bildqualität. Herleitung und Definition von Bildqualitätsmerkmalen (radiographische Kriterien, Kenngrößen aus der Systemtheorie und allgemeine optische Abbildungseigenschaften), Beschreibung wichtiger Zusammenhänge zwischen einzelnen Bildqualitätsmerkmalen und bestimmten Geräteparametern.
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Auf der Basis von Prüfungsergebnissen an vorgegebenen einschaligen Schornsteinen mit unterschiedlichen lichten Querschnitten wurden die Oberflächentemperaturen in Abhängigkeit von dem lichten Querschnitt und jeweils gleichbleibender Wanddicke der Formstücke mit Hilfe des Computerprogramms " TASEF-2D" unter Voraussetzung stationärer Randbedingungen berechnet.
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In der vorliegenden Arbeit wurden mittels eines Rasterkraftmikroskopes (Scanning Force Microscope, SFM) nanomechanische Experimente zur Charakterisierung des Grenzbereiches (Interphase) zwischen einer polymeren Matrix und anorganischen Verstärkungskomponenten durchgeführt. Ziel der Untersuchungen war es, mit Hilfe einer sinusförmigen Modulation der Auflagekraft zwischen SFM-Spitze und Probe innerhalb der polymerseitigen Interphase vorhandene Steifigkeitsgradienten zu detektieren sowie ihren Verlauf zu charakterisieren. Es konnte gezeigt werden, dass die Steifigkeitsmessung im SFM die Möglichkeit bietet, Grenzphasen über die lokalen Änderungen im Elastizitätsmodul quantitativ zu charakterisieren.
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Zur Meßtechnik für die Sicherheitsbeurteilung und -überwachung von Spannbeton-Reaktordruckbehältern
(1978)
Die Probleme der Messtechnik für Spannbeton-Reaktordruckbehälter (SBB) lagen vor allem darin, daß die Meßwertaufnehmer bis zu 30 Jahren bei hohen Temperaturen bis zu 350 °C und unter merklichem Kernstrahungseinfluß zeitlich stabil sein müssen. Als besonders aussichtsreiches Verfahren wurde ein fluidisches Meßsystem entwickelt und untersucht, und zwar ein mit Luft oder Edelgas betriebenes Düse-Düsennadel-System mit der entsprechenden Signalverarbeitung. -Bei den elektrischen Verfahren konnten die Untersuchungen auf die Messwertaufnehmer konzentriert werden. Es wurden folgende Aufnehmer auf ihr Zeit-Temperatur-Verhalten hin untersucht: Aufschweißbare, vollständig gekapselte Hohtemperatur-Dehnungsmeßstreifen, induktive und Transformator-Wegaufnehmer sowie aufschweißbare kapazitive Dehnungsaufnehmer mit Abstandfühler. -Zum Kernstrahlungseinfluss wurde aus der Literatur der Stand der Technik erarbeitet. Für Werkstoffuntersuchungen an Betonwürfelproben wurden ein besonderer Innendehnungsaufnehmer und ein Meßsystem zur Erfassung der Querdehnungsverteilung entwickelt. -Zur Instrumentierung der SBB selbst wurde das Problem des Störeinflusses von Messhohlräumen im Beton an der Dichthaut, wie sie für Messungen an der Dichthaut notwendig sind, gelöst. -Zur Ermittlung der Betonbeanspruchung wurde eine bestehende Theorie über die Anzeigefehler von Spannungs- und Dehnungsaufnehmern im Innern von Beton erweitert und das hydraulische Kompensations-spannungsmessverfahren mit dem Ziel seiner Weiterentwicklung näher untersucht. -Zum Problem der Feuchtigkeitsmessung in Beton wurde geklärt, welche Art Feuchtgröße am ehesten kennzeichend ist, und es wurden Versuche zur Entwicklung eines kapazitiven Messverfahrens durchgeführt. -Zur Gesamtverformungsmessung wurde ein universell einsetzbares Bodenzugsystem entwickelt. -Zur Messung der Spannkräfte in den Spannsystemen wurden magnetoelastische Transformator-Kraftaufnehmer untersucht. -Schließlich wurden einige Meßsysteme im Versuchseinsatz erprobt.
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Ziel der Untersuchung war, beliebige Dämpfungsverläufe in die allgemeinen, im Zeitraum formulierten Bewegungsgleichungen zu implizieren und vor allem die numerischen Konsequenzen der Resultate aufzuzeigen. Ferner wird ein Lösungsverfahren entwickelt, das mittels komplexen Streifigkeitsansätze unter Verwendung zeitversetzter Belastung eine vollständige Erfassung allgemeiner Dämpfungsvorgaben gestattet.
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Diese Publikation berichtet einführend über Grundlagen der Wirbelstromprüfung, um dann die derzeit geläufigen Verfahren zu erörtern. Es folgen die Prüfergebnisse der Impuls- Wirbelstromprüfung, wobei nur reine Fehlersignale ohne Einfluss von Störparametern untersucht werden. Ergänzungen durch Beispiele aus dem Bereich der kerntechnischen Qualitätssicherung.
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Die Mehrzahl der bei der technischen Anwendung metallischer Werkstoffe auftretenden Versagensursachen sind Dauerbrüche. Trotz neuer grundlegender Erkenntnisse v.a. in den letzten zehn Jahren ist es bisher nicht gelungen, die zum Dauerbruch führenden Vorgänge vollständig zu erklären.
Die bisher hauptsächlich an kubisch-flächenzentrierten Metallen sowohl an Einkristallen als auch mit vielkristallinen Proben durchgeführten Arbeiten zeigen, daß dem Eintreten des Dauerbruches eine Änderung der mechanischen Eigenschaften vorausgeht. Der Ausgangszustand des Werkstoffes, die Versuchstemperatur und die Beanspruchungsamplitude (Spannungs- oder Dehnungsamplitude) sind dafür maßgebend, ob eine Verfestigung oder eine Entfestigung des Materials eintritt. Bei den kubisch-raumzentrierten Metallen werden charakteristische, von den kubisch-flächenzentrierten Metallen abweichende mechanische Eigenschaften während der Wechselbeanspruchung beobachtet. Aus den bisher bekannten Ergebnissen wird in Analogie zum Verhalten bei einsinniger Belastung gefolgert, daß die anfängliche Verankerung von Versetzungen durch geringe Mengen von Verunreinigungen und Legierungselementen auch für die mechanischen Eigenschaften während Wechselbeanspruchung von Bedeutung sind.
Das Ziel der Arbeit ist, durch die Fortführung der bisherigen Untersuchungen zu einer weiteren Klärung des Plastizierungsprozesses (und der daran beteiligten Vorgänge) beizutragen. Hierzu wurden an normalisierten Proben von St 37-3 und St 52-3 (DIN 17100) die Änderung des Spannungs-Dehnungs-Verhaltens und die Ultraschallschwächung nach dem Impuls-Echo-Verfahren untersucht.
Bei der Besprechung der Versuchsergebnisse wurde in Analogie zum Mikro-Verformungsverhalten unter einsinniger Belastung davon ausgegangen, daß oberhalb der Grenz-Spannungsamplitude für das Auftreten eines feststellbaren mikroplastischen Anteiles der Dehnungsamplitude bereits im ersten Lastwechsel infolge örtlicher Spannungskonzentrationen vereinzelt Körner sich plastisch verformen. Diese sogenannten primär plastizierten Körner können beispielsweise über Versetzungsaufstauungen in ihren sich noch elastisch verhaltenden Nachbarkörnern hohe, der Korngröße zugeordnete Spannungen induzieren, wodurch diese Körner für eine Plastizierung besonders begünstigt werden. Unter Berücksichtigung der in den primär plastizierten Körnern stattfindenden Verfestigung läßt sich mit dieser Vorstellung der beobachtete Korngrößeneinfluß auf den Beginn der Verformungsweg-Amplitudenerhöhung erklären.
Die spannungsinduzierte Diffusion längs der Versetzungslinie wurde als eine Möglichkeit erörtert, durch Teilchen verankerte Versetzungen auch bei äußeren Spannungsamplituden, die weit unterhalb der ursprünglichen Streckgrenze liegen, zu Versetzungsquellen zu aktivieren und damit den Einfluß der Spannungsamplitude, der Korngröße und der in den plastizierten Körnern bei der Verfestigung stattfindenden Reibspannungserhöhung auf den Plastizierungsprozeß zu beschreiben. Das Verhältnis aus der Spannungsamplitude, die in den sich elastisch verhaltenden Nachbarkörnern der bereits plastizierten Körner zu erwarten ist, und der Spannungsamplitude, die in allen anderen sich elastisch verhaltenden Körnern auftritt, den Verlauf des Plastizierungsvorganges bestimmt. Die Höhe der Grenz-Spannungsamplitude für das Eintreten einer merklichen Verformungsweg-Amplitudenerhöhung ergibt sich aus der Situation, daß infolge der Reibspannungserhöhung in den primär plastizierten Körnern die in den sich elastisch verhaltenden Nachbarkörnern wirksame Spannung nicht mehr ausreicht, die spannungsinduzierte Diffusion bis zur Aktivierung von Versetzungsquellen aufrechtzuerhalten. Die Diffusionskonstante entspricht ziemlich genau dem Wert für die Diffusion des Kohlenstoffes im Ferrit; es blieb dabei die Frage offen, ob dieser Wert der Diffusion im Versetzungsschlauch oder der Diffusion von der Matrix in dem Versetzungsschlauch zuzuordnen ist.
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Grundlage zur seismischen Bemessung von Kernkraftwerksbauten in der BRD ist die KTA- Regel 2201, die aktuell zur Beratung und Neufassung ansteht. Eine wesentliche Forderung zur Abänderung besteht darin, den bisherigen Doppelnachweis gegen Auslegung Erdbeben (AEB) und Sicherheitserdbeben (SEB) aufzugeben und nur noch allein eine Bemessung gegen das Sicherheitserdbeben vorzunehmen.
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Immer rationellere Energienutzung führt zu ständig höheren Beanspruchungen durch Belastung, Geschwindigkeit und Temperatur, Der tribologische Aspekt des Verschleißverhaltens bei der Paarung superharter Werkstoffe ist daher von großer Bedeutung. Die Kenntnis und Wirkung von Verschleißfaktoren und deren Mechanismen ist Voraussetzung für Problemlösungen.
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Die Wirkung von Gasexplosionen wird im wesentlichen durch den erreichbaren Enddruck und die höchste dabei auftretende Druckanstiegsrate charakterisiert. Diese Kennwerte werden darum vielfach zur Auswahl und Bemessung solcher sicherheitstechnischer Maßnahmen herangezogen,
die der Beschränkung der Auswirkungen von Explosionen dienen. Die folgenden Ausführungen befassen sich mit den
mannigfaltigen Parametern, die Druck und Druckanstiegsgeschwindigkeit bei Gasexplosionen beeinflussen können, und die deshalb bei sicherheitstechnischen Überlegungen zu berücksichtigen sind.
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Pipelinetrassen weisen auf Grund ihrer erdgedeckten Verlegung und ihrer Aufgabe, weit entfernte Orte miteinander zu verbinden, einige sicherheitstechnische Besonderheiten auf. Anlagen der chemischen Industrie haben feste und sofort erkennbare Standorte. Pipelinetrassen müssen infrastrukturellen und topografischen Randbedingungen angepasst werden, unter Berücksichtigung des Umweltschutzes als auch der Möglichkeit, dass das Rohrsystem durch äußere Einwirkungen beschädigt werden kann. Selbst kleine Stofffreisetzungen können erhebliche Auswirkungen auf Gewässer und den Boden verursachen, in vielen Fällen sind auch Personenschäden zu beklagen. Zahlreiche Ereignisse aus dem Ausland belegen dies. In der jüngeren Vergangenheit ist auch Deutschland von plötzlichen Pipelineschäden nicht verschont geblieben. Ihnen wurde jedoch keine größere Aufmerksamkeit zuteil weil die Folgeschäden relativ gering ausfielen und keine Menschenleben zu beklagen waren. Im Nachhinein, bei der Suche nach den Schadensursachen, zeigt sich oftmals, dass der Bruch einer Pipeline mit bestimmten, immer wiederkehrenden Auffälligkeiten, verbunden war. Oftmals lag der Schadensort in der unmittelbaren Nähe von Verkehrswegen. Zwangsweise müssen Pipelines Straßen und Schienentrassen kreuzen oder werden zu ihnen parallel geführt. Diese Nähe kann infolge verkehrsinduzierter Schwingungen zu einem Bruch führen. Auch Unfälle auf den Verkehrswegen, d.h. auf der Straße oder der Schiene, können zu Belastungen führen, denen die Rohrleitung nicht gewachsen ist. Das Versagen einer Pipeline ist jedoch noch von vielen weiteren Ursachen abhängig, die sich nicht sicher vorhersagen lassen und sogar regionale Besonderheiten aufweisen. Im Interesse einer sicheren Verkehrswege- und Flächennutzungsplanung wäre es darum sinnvoll, zumindest die möglichen Schadensfolgen eines Pipelinebruches abschätzen zu können. Veröffentlichungen über Pipelineunfälle sind, zumindest im deutschsprachigen Raum, kaum vorhanden; meistens handelt es sich um Einsatzberichte von Feuerwehren. Diese sind zur Darstellung der Gesamtsituation jedoch nicht ausreichend. Aus diesem Grund hat die BAM Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung viele internationale Untersuchungsberichte und Veröffentlichungen ausgewertet und hinsichtlich der Risiken, insbesondere der Schadensfolgen, eines Pipelineversagens zusammengestellt. Daraus ist dieser Forschungsbericht entstanden.
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Das Verarbeitungsverhalten kaltgewalzter, nichtrostender austenitischer Feinbleche wird entscheidend durch die Größe der Körner im Mikrogefüge beeinflusst. Um die Rekristallisationsglühung auf eine bestimmte Korngröße hin steuern zu können, ist eine kontinuierliche zerstörungsfreie Kontrolle der Korngröße im Kaltband nach der Glühung erforderlich.
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Zeitstandverhalten und strukturelle Veränderungen von vielfach wiederverarbeiteten Polyethylenen
(1985)
Wiederverarbeitung von Produktionsabfällen, möglichst in demselben Produktionsbetrieb oder Produktionszweig, in dem sie entstanden sind. Im Unterschied zu Recycling liegen hier vor Beginn der Wiederverarbeitung sortenreine, nicht verunreinigte und nicht durch Praxisbeanspruchung geschädigte Abfälle vor, sogenannte Reststoffe.
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Die beim Betrieb von Reaktoren bei Verwendung von dickwandigen Spannbeton-Reaktordruckbehältern im Beton entstehenden Temperaturen beeinflussen dessen Wärme- und Feuchtigkeitsleitung. Derartige Vorgänge wurden an je drei balkenförmigen Probekörpern aus Beton mit gebrochenem (caicitischem) Zuschlag bzw. ungebrochenem (Rhein-Kiessand-) Zuschlag untersucht. Die Erscheinungen stehen in Beziehung zu der Gefügeentwicklung des Betons, was durch Serienbestimmung des Gehaltes an nicht verdampfbarem Wasser, der Gesamtporosität sowie der Porengrößenverteilung nachgewiesen werden kann. Die örtlichen Temperatur- und Feuchtigkeitsbedingungen beeinflussen auch die technologischen Eigenschaften, von denen Druckfestigkeit, Längenänderungen infolge Schrumpfens und Schwindens sowie Wärmeausdehnung und Wärmeleitfähigkeit ermittelt worden sind.
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Keramische Werkstoffe haben auf Grund ihrer herausragenden tribologischen Eigenschaften in verschiedenen Bereichen der Produktion Anwendung gefunden und dadurch klassische Werkstoffe verdrängt. Gegenüber Matallen bieten sie bei Mangelschmierung sowohl unter Gleit- als auch grundsätzlich unter Wälz-beanspruchung Schutz vor adhäsivem Versagen. Hohe Herstellungskosten, bedingt bei der Endbearbeitung von Konturen mit verschiedenen und veränderlichen Radien, behindern die breite Marktdurchdringung. Mit der Modellverschleißprüfung - angelehnt an die DIN 50 324 - kann der bearbeitungsbedingte Einfluss auf das tribologische Verhalten unter Wälzreibung untersucht werden.
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Die beiden Schwerpunkte dieses Berichtes liegen in der Entwicklung eines numerischen Verfahrens zur quantitativen Beurteilung rissbehafteter Proben oder Bauteile nach Warmvorbelastung und in der Durchführung von, auf die numerischen Arbeiten abgestimmten, experimentellen Untersuchungen zum Einfluss der Art der Vorbelastung und des Spannungszustands (Constraint) im Rissspitzenbereich auf die Bruchzähigkeitserhöhung.
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Es wird ein Rechenverfahren vorgestellt, das die Randelementmethode zur Beschreibung des Bodens mit der Finite-Element-Methode für das Bauwerk verbindet. Am Grundproblem der Bauwerk-Boden-Wechselwirkung, der dynamischen Steifigkeit starrer Fundamente auf dem Baugrund, werden diese Verfahren und einige Verfahrensvarianten erprobt und miteinander verglichen.
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Um zu klären unter welchen Umständen eine Gefährdung von Spannstählen beim Kontakt mit verzinkten Bauteilen gegeben ist, wurden umfangreiche Laborversuche in alkalischen Lösungen und verschiedenen Betonen sowie Zeitstandversuche an Spannbetonprobekörpern durchgeführt. Dabei zeigte sich, dass Abstandsvariationen im Nahbereich nur einen geringen Einfluss auf die Polarisation des Stahles haben. Ein praxisrelevanter, unkritischer Abstand für den indirekten Kontakt des Spannstahls, z. B. über die Bewehrung, konnte daher nicht definiert werden. Aus den Versuchsreihen wurde deutlich, dass ein wesentlicher Einfluss durch das Flächenverhältnisses Stahl: Zink gegeben ist. Hier konnte eine praxisrelevante Grenze ermittelt werden. Danach führen Flächenverhältnisse größer 10 : 1 nicht zu einer Polarisation des Spannstahls in den Bereich der Wasserstoffentwicklung. Die im Labor gewonnen Ergebnisse konnten durch Untersuchungen zunächst an realen Betonfertigteilen, später auch an Spannbetonfertigteilen bei der Fa. Rekers verifiziert werden. Auf der Grundlage dieser Untersuchungen wurde für eine spezielle Spannbetonbinderausführung, bei der die Flächenverhältnisse in unkritischen Breichen lagen, für die Verwendung von verzinkten Einbau- teilen im indirekten Kontakt mit Spannstählen eine Zustimmung im Einzelfall gegeben. Während der Vorhabensbearbeitung wurde von den beteiligten Firmen eine weitere Problematik angesprochen. Dabei ging es um den Einsatz von verzinkten Einbauteilen in Spann- betonfertigteilen aus Stahlfaserbeton. Auch hier war die Frage, ob eine Gefährdung der Spannstähle durch indirekten Kontakt über die nicht verzinkten Stahlfasern möglich ist. Durch Untersuchungen an realen Fertigteilabschnitten bei den Firmen Rekers und Max Bögl konnte gezeigt werden, dass ein Kontakt über die Stahlfasern selbst über sehr kurze Entfernungen nicht vorliegt. Auf der Grundlage dieser Ergebnisse wurden für derartige Fertigteile beim Deutschen Institut für Bautechnik entsprechende bauaufsichtliche Zulassungen unter Verwendung verzinkter Einbauteile beantragt. Um eine sichere Gefährdungsabschätzung bei indirektem Kontakt für Flächenverhältnisse vornehmen zu können, bei denen eine Polarisation der Spannstähle in den Bereich der Wasserstoffentwicklung erfolgt, wurden Zeitstandversuchsreihen unter Wasserstoffbeladung durchgeführt. Diese führten an zugelassenen Spannstählen nicht zu Brüchen während der Versuchszeit. Die anschließend ermittelten mechanischen Kennwerte zeigten keine signifikanten Änderungen. Aus den Ergebnissen dieser Untersuchungen, die bezüglich der Bela- dungsmenge, der Beladungszeiten und der gewählten Vorspannung sehr konservativ ausgelegt wurden, ist ein indirekter Kontakt von Spannstählen zu verzinkten Einbauteilen als unkritisch zu bewerten. Eine entsprechende Änderung der Norm ist anzustreben. Aus grundsätzlichen Gründen der direkte Kontakt durch Einhaltung des in der DIN 1045-1 geforderten Mindestabstandes von 2 cm aber weiterhin sicher auszuschließen. Dies stellt für die Anwender aus praktischer Sicht kein Problem dar. Durch die in enger Zusammenarbeit mit der Industrie durchgeführten Forschungsarbeiten wird es den Anwendern ermöglicht, zukünftig verzinkte Einbauteile in Spannbetonfertigteilen einzusetzen. Teilweise konnte der Einsatz durch Zustimmungen im Einzelfall bzw. durch bauaufsichtliche Zulassungen bereits unmittelbar in der Praxis umgesetzt werden. Damit wurde das Ziel des Vorhabens erreicht.
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Das adhäsive Versagen von metallischen Gleit- oder Wälzpaarungen ist in der Praxis wegen des spontanen Ausfalles von Maschinen sehr gefürchtet. Dieses durch adhäsive Wechselwirkungen der Kontaktpartner bedingte Versagen wurde auf einer Amsler- Verschleißprüfmaschine mit einem Zwei-Scheiben-Prüfsystem unter Misch- bzw. Grenzreibung für Gleitbeanspruchungen untersucht.
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Die zum Vergleich der Polyethylenformstoffe für eine Bauart in der DIN EN 15507: 2009 – Verpackung – Verpackungen zur Beförderung gefährlicher Güter – Vergleichende Werkstoffprüfung von Polyethylensorten ausgewählten Materialkennwerte Schmelze-Masse-Fließrate MFR, Dichte D, Kerbschlagzähigkeit acN bei -30 °C, Spannungsrissbeständigkeit FNCT (full notch creep test) und Beständigkeit gegen oxidativen Abbau Ox (bestimmt durch den prozentualen Anstieg der MFR in 55 %-iger Salpetersäure) stehen in einer systematischen Beziehung mit Baumusterprüfungen. So stehen die mit Prüfkörpern aus gepressten Platten bestimmte Kerbschlagzähigkeit acN bei -30 °C und die Beständigkeit gegen oxidativen Abbau der Polyethylenformstoffe in einem Zusammenhang mit den Fallprüfungen der Baumuster aus diesen Formstoffen bei -18 °C, wobei die Baumuster einer 21-tägigen Vorlagerung mit der Standardflüssigkeit 55 %-ige Salpetersäure bei 40 °C unterzogen werden. Untersuchungen in der Dissertation zum Thema: Vergleich der Materialkennwerte von Formstoffen aus Polyethylen hoher Dichte mit dem Baumusterverhalten von Gefahrgutverpackungen haben gezeigt, dass bei 21-tägiger Vorlagerung der Baumuster mit 55 %-iger Salpetersäure die Grenzfallhöhen ansteigen, anstatt zu sinken. Zur Bestätigung und Erweiterung dieser Untersuchungsergebnisse wurden die Abhängigkeit der Grenzfallhöhen in den Fallprüfungen bei -18 °C, der MFR sowie der Zugeigenschaften Zugfestigkeit, Bruchdehnung und E-Modul von der Dauer der Vorlagerung mit 55 %-iger Salpetersäure bei 40 °C und 23 °C untersucht. Verpackungsbaumuster aus drei Formstoffen verschiedener Hersteller wurden mit 55 %-iger Salpetersäure 21, 42 und 84 Tage bei 40 °C sowie 6 Monate bei 23 °C vorgelagert. Die MFR und die Zugeigenschaften wurden von Kanisterwandausschnitten bestimmt. In Fallprüfungen bei -18 °C wurden die Grenzfallhöhen der Baumuster ermittelt. Die Werte der Kerbschlagzähigkeit bei -30 °C der Formstoffe stehen nicht im Zusammenhang mit den in den Kältefallprüfungen ermittelten Grenzfallhöhen. Die Grenzfallhöhen der nicht vorgelagerten Kanister aus den Formstoffen mit niedrigerer Kerbschlagzähigkeit sind höher im Vergleich zum Formstoff mit höherer Kerbschlagzähigkeit. Der oxidativ schädigende Einfluss der Salpetersäure wirkt sich in höherem Maße bei dem Formstoff mit der niedrigeren Beständigkeit gegen oxidativen Abbau in einer stärkeren Reduzierung der Grenzfallhöhen mit zunehmender Vorlagerungsdauer aus. Die 21-tägige Vorlagerung mit 55 %-iger Salpetersäure bei 40 °C bewirkte bei den Kanistern aus Formstoffen mit höherer Beständigkeit gegen oxidativen Abbau eine Erhöhung der Grenzfallhöhe in den Kältefallprüfungen. Mit Erhöhung der Vorlagerungszeit der Kanister auf 42 und 84 Tage wurden auch die Grenzfallhöhen der Kanister aus diesen Formstoffen aufgrund der mit dem längeren Zeitraum der Einwirkung verbundenen stärkeren oxidativen Schädigung durch die Salpetersäure reduziert. Die Grenzfallhöhe der Kanister aus dem Formstoff mit der niedrigeren Beständigkeit gegen oxidativen Abbau wurde dagegen durch die 21-tägige Vorlagerung erniedrigt und stieg mit zunehmender Vorlagerungsdauer wieder an. Der Formstoff wurde durch die Einwirkung der Salpetersäure über einen längeren Zeitraum elastisch. Gemäß DIN EN ISO 16101 ist die oxidativ schädigende Wirkung der 55 %-igen Salpetersäure über einen Zeitraum von 21 Tagen bei 40 °C mit der oxidativ schädigenden Wirkung der 55 %-igen Salpetersäure innerhalb von 180 Tagen (6 Monaten) bei 23 °C zu vergleichen. Der Vergleich der Grenzfallhöhen der Kanister und der MFR von Wandausschnitten aus diesen Kanistern nach 21-tägiger Vorlagerung bei 40 °C und nach der sechsmonatigen Vorlagerung bei 23 °C zeigte, dass die oxidative Schädigung der Polyethylenformstoffe nach sechs Monaten Vorlagerung bei 23 °C stärker im Vergleich zur 21-tägigen Vorlagerung bei 40 °C ist. Die Messergebnisse zeigten deutlich, dass die sechsmonatige Vorlagerung der Kanister bei 23 °C einen höheren Anstieg der MFR und niedrigere Grenzfallhöhen der Kanister in den Kältefallprüfungen im Vergleich zur 21-tägigen Vorlagerung der Kanister bei 40 °C bewirkte. Als Folge der Diffusion von Salpetersäure in die Polyethylenformstoffe und ihrer Reaktion mit dem Polymeren verändern sich die mechanischen Eigenschaften. Die prozentualen Werte der Abnahme bzw. Zunahme der Zugfestigkeit und der Bruchdehnung von Probekörpern aus der Seitenwand der Baumuster nach unterschiedlichen Vorlagerungszeiten stehen nur teilweise mit den Grenzfallhöhen der Kanister in den Kältefallprüfungen im Zusammenhang. Bemerkenswert ist, dass beim Vergleich der Zugfestigkeit und der Bruchdehnung des Formstoffes mit einer hohen Beständigkeit gegen oxidativen Abbau mit den Grenzfallhöhen der Kanister aus diesem Formstoff diese Materialkennwerte mit zunehmender Vorlagerungsdauer ansteigen, aber die Grenzfallhöhe nur nach der 21-tägigen Vorlagerung ansteigt und anschließend mit zunehmender Vorlagerungsdauer abfällt. Zugfestigkeit und Bruchdehnung der Probekörper aus dem Formstoff mit der geringeren Beständigkeit gegen oxidativen Abbau sinken in Analogie zu den Grenzfallhöhen mit steigender Vorlagerungsdauer der Kanister mit der Säure. Der Vergleich der Werte des E-Moduls mit den Grenzfallhöhen zeigte, dass bei den Kanistern aus dem Formstoff mit der niedrigeren Beständigkeit gegen oxidativen Abbau sich E-Modul und Grenzfallhöhe analog verhalten. Mit zunehmender Vorlagerungsdauer der Kanister steigen der E-Modul und die Grenzfallhöhen in den Kältefallprüfungen an. Die, durch die Einwirkung der Salpetersäure, entstandenen Eigenspannungszustände sind die Ursache für den ansteigenden E- Modul der Probekörper aus diesen Formstoffen. Bei den Probekörpern von Kanistern aus dem Formstoff mit der höheren Beständigkeit gegen oxidativen Abbau wurde ein markanter Abfall des E-Moduls nach 21-tägiger Vorlagerung der Kanister gemessen. Der E-Modul sinkt noch geringfügig nach der 42-tägigen Vorlagerung und steigt mit zunehmender Vorlagerungsdauer dagegen wieder an. Die Grenzfallhöhen verhalten sich erwartungsgemäß gegenläufig.
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