BAM Forschungsberichtreihe
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244
Die zerstörungsfreie Werkstoffprüfung mittels Ultraschall ist für akustisch anisotrope Medien vergleichsweise schlecht entwickelt: Schallbündel werden in diesen Materialien in charakteristischer Weise verändert, in dem Divergenz, Ausbreitungsrichtung und Modenwandlung von ihrem Verhalten in isotropen Medien abweichen. Demgemäss werden Komponenten aus glasfaserverstärktem Kunststoff (GFK) wenn überhaupt nur mit simpelsten Methoden ultraschallgeprüft: Longitudinalwellen in Senkrechteinschallung. In der vorliegenden Arbeit wird gezeigt, dass auf einfache Weise Vorhersagen über Schallbündelablenkung, Richtung der Energieausbreitung und Brechungswinkel für Ultraschall ableitbar sind, die sich auch am Beispiel einachsig (unidirektional) glasfaserverstärkten Kunststoffes (UD-GFK) experimentell verifizieren lassen.
243
In dem Forschungsvorhaben „Das Fahrzeug-Fahrweg-Verhalten“ im Hinblick auf die Prognose von Zugerschütterungen und die Optimierung von Minderungsmaßnahmen – Förderkennzeichen BMBF 9346 - wurden sehr komplexe, vielfältig ineinander verzahnte und simultane Fahrzeug-, Fahrweg-, Brücken- und Zugmessungen durchgeführt. Mit diesem umfangreichen Arbeitsprogramm wurde die Relevanz verschiedener Anregungs- und Beanspruchungsanteile untersucht und eine Reihe von Messmethoden für diese Anteile herausgearbeitet, sowie Minderungsmöglichkeiten für die dynamischen Radlasten und für die Erschütterungen in der Umgebung von Bahnlinien zusammengestellt und bewertet.
241
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.
240
Die sicherheitstechnische Auslegung von Behältern aus duktilem Gusseisen mit erhöhten Reststoffanteilen wird untersucht. Ausgehend von den zu gewährleistenden Anforderungen an Transport- und Lagerbehälter für radioaktive Abfälle werden Referenzbeanspruchungs- situationen definiert. Für einen ausgewählten Referenzfall (bestehend aus der Kombination der Behälterbauart Gusscontainer Typ VI, einem Absturz aus 5 m Höhe auf ein hartes Endlagergestein simulierendes Betonfundament als repräsentativer Störfall und vorgegebenen Werkstoffeigenschaften) wird eine numerische Spannungsanalyse durchgeführt. Die Berechnungen erfolgen mit der Methode der finiten Elemente an dreidimensionalen Modellen, deren numerische Stabilität und Genauigkeit überprüft wird. Zur Berechnung der Behälterbeanspruchungen in Abhängigkeit vom Reststoffanteil werden dynamische Fließkurven für definiert legierte Testabgüsse angegeben.
239
Auf Basis einer Literaturstudie werden der Stand und die Perspektiven des Recyclings beschichteter Bauteile vorgestellt. Die Studie ist verfahrens-, branchen- und produktübergreifend angelegt. Die gesetzlichen Rahmenbedingungen werden erläutert, eine Auswahl beschichteter Bauteile und Materialkombinationen bezüglich ihrer Recyclingfähigkeit untersucht und unterschiedlichste Recyclingverfahren diskutiert. Auf die Bedeutung des Recyclings beschichteter Bauteile als spezieller Verbundwerkstoff wird eingegangen.
238
Durch die Auswahl einer geeigneten Rezeptur werden hochzähe Polyethylen/Polypropylen- Mischungen mit Haftvermittlerzusatz entwickelt, deren Morphologie analysiert sowie die für die hohe Kerbschlagzähigkeit verantwortlichen Deformations- und Bruchmechanismen erläutert. Im Vordergrund der Betrachtungen stehen dabei werkstoffseitige Einflussfaktoren auf das Zähigkeitsverhalten der PE/PP-Mischungen, wobei die Abhängigkeit vom Volumenanteil der einzelnen Komponenten, der Einfluss der Phasenmorphologie und der Beitrag der Phasenhaftung untersucht werden. Zum Einsatz kommen u.a. die Elektronenmikroskopie, mechanische und bruchmechanische Prüfmethoden sowie die Schallemission. Durch die Zugabe eines Haftvermittlers werden feindisperse Morphologien und bessere Phasenhaftung in der Grenzschicht erzielt. Damit werden Zähigkeitsverbesserungen gegenüber den Homopolymeren um den Faktor 5 bis 8 erreicht.
237
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.
236
Nach der Beschreibung der Grundlagen der Wärmeübertragung und des Finite-Differenzen- Programms IOPT2D werden zuerst Anwendungen auf Brandprüfungen an unbekleideten Stahlstützen behandelt. Bei insg. fünf unterschiedlichen Stahlprofilen werden die Kennwerte des Wärmeübergangs ermittelt sowie Abhängigkeiten vom Profilfaktor aufgezeigt. Im zweiten Schritt wird das Programm auf Brandprüfungen an bekleideten Stahlstützen angewendet. Hier sind thermische Kennwerte mit und ohne Berücksichtigung der Verdampfungsvorgänge infolge des in der Bekleidung enthaltenen Wassers abgeleitet worden. Der Einfluß der Diskretisierung auf das Ergebnis wird diskutiert.
234
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.
233
Im Mittelpunkt dieser Arbeit stehen die konjugierten Polymere, die sich durch äußerst interessante elektrooptische Eigenschaften auszeichnen. Die sich daraus ergebenden Anwendungen liegen vor allem auf dem Gebiet der Elektrolumineszenz, z. B. als LED- Materialien. Ein Hauptproblem für die Einsatzfähigkeit ist die Stabilität der konjugierten Polymere. Dabei spielen Oxida-tionsprozesse sowie strukturelle und morphologische Veränderungen eine entscheidende Rolle. Zur Untersuchung der thermooxidativen Stabilität wurde die Chemilumineszenz-Methode (CL) und zum Nachweis der strukturellen und morphologischen Defekte die Thermolumineszenz-Methode (TL) eingesetzt. Um die Stabilität der konjugierten Polymere zu erhöhen, wurden im Rahmen dieser Arbeit zahlreiche Einflussfaktoren auf die thermooxidative Stabilität sowie auf die molekulare Beweglichkeit mit Hilfe der CL und der TL untersucht und diskutiert.