bluuebunny/crossref_metadata_2025 huggingface dataset:
Properties and Behaviour of an Orthopedic Implant
Authors: Drǎgulescu + Doina , Demian Camelia , Rusu Lucian , Rǎduţǎ Aurel , Pepescu Mihaela , Cucuruz Laurenţiu Roland , Prejbeanu Radu , Simiti Ioan Vida
Published: December 2013

The aim of the paper is to analyze a very common orthopedic implant fractured during its use and removed from the human body. The implant was analyzed by using optical and electronical metallography. The results of this study revealed the existence of nonmetallic inclusions which could promote the fracture initiation. The microstructural aspect indicates significant plastic deformations near the holes and the presence in the same places of crevice corrosion. In order to develop new types of plate implants, a Finite Element Analysis was performed on a similar plate. The optimal conditions for fixture were established by studying the stresses and strains distributions in the modeled plate. The three dimensional design of the surgical implants and the mechanical behaviour simulation under the external load will be useful to avoid the implant fracture and to better solve any problem concerning long bones implantation.
Characterization of the Heat Affected Zone in Gas Tungsten Arc Welds of Unalloyed Austempered Ductile Iron
Authors: Karaaslan Ahmet , Akca Cem
Published: December 2013

Austempered ductile iron (ADI) exhibits a wide range of mechanical properties depending on the austempering conditions. It is thus extremely important to evaluate the different characteristics of ADI welds where joining is inevitable. In this study, unalloyed ferritic-pearlitic ductile iron specimens which contain 3.69% C, 2.47% Si and 0.2% Mn were austempered in different temperatures to obtain an upper and lower bainitic microstructure and then welded using Gas Tungsten Arc Welding (GTAW) without filler. The results showed that the lower and upper bainitic ADIs can be welded successfully without any crack formation in the heat affected zone (HAZ). It was also observed that the HAZ of the specimen which have been austempered at 275°C for 60 min exhibit a higher hardness than that austempered at 375°C. As the critical austempering time for a homogeneous HAZ characteristic 100 min has been identified.
Computertomographische Rekonstruktion mit DIRECTT
Authors: Lange Axel , Hentschel Manfred P. , Kupsch Andreas
Published: December 2013

Kurzfassung

Das neuartige Rekonstruktionsverfahren DIRECTT (Direkte iterative Rekonstruktion computertomographischer Trajektorien) verarbeitet die Objektprojektionen im Unterschied zur bekannten gefilterten Rückprojektion als selektiv gefilterte inverse Radontransformation in einer iterativen Prozedur. Damit kann die Ortsauflösung des Detektors weit übertroffen werden, weil die Limitierungen des Abtasttheorems durch Überabtastung umgangen werden. Zweidimensionale Modellrechnungen demonstrieren auch die Vorzüge für lokale (ROI-) Rekonstruktionen und fehlende Projektionen (Limited-View-Problem) im Vergleich zur gefilterten Rückprojektion.
Characterization of Thermal Oxides on Austenitic Stainless Steel
Authors: Alar Vesna , Alar Željko , Rede Vera
Published: December 2013

In this paper, phases, chemical compositions and size of thermal oxides on an austenitic stainless steel AISI 316L were investigated. The steel specimens were subjected to isothermal heating at 200 °C up to 1000 °C in order to simulate production conditions and then compared with unheated specimens. X-ray diffraction analysis, Auger electron spectroscopy, Scanning electron microscopy and optical micrography have been used for characterization of the thermal oxides on the steel specimens.
Abrasive and Sliding Wear Characteristics of Al-Si Cast Alloys Before and After Coating by Plasma Electrolytic Oxidation Process
Authors: Aydin Hakan , Bayram Ali , Uguz Agah
Published: December 2013

The wear resistance of a series of Al-Si cast alloys with 5%, 8% and 11% silicon contents have been investigated after spheroidising heat treatments, and after coating these alloys by a plasma electrolytic oxidation (PEO) process for comparison. The alloys were subjected to wear tests by using SiC and steel counterfaces. The most remarkable observation is the increase in the wear resistance of the 5% Si containing alloy against SiC counterface, which is 70 times. However, the increase in the wear resistance is 5 times in the 11% Si containing alloy under same conditions, and only about 50% increase is observed when the counterface is steel. It is argued that, coating of these alloys by plasma electrolytic oxidation improves the wear resistance more effectively if the silicon content of the alloy is low, since the silicates (or aluminosilicates) in the coating layer has deleterious effect on wear resistance.
Chemical Stability of Alumina Ceramics in Sulphuric Acid
Authors: Ćurković Lidija , Fudurić Mirjana , Kurajica Stanislav
Published: December 2013

The study of chemical stability of ceramics in acid and alkalis makes it possible to predict their service properties in these media. For this reason, the chemical resistance of cold isostatically pressed (CIP) high-purity alumina ceramics (99.8% Al2O3) was studied in different concentration of sulphuric acid (2 wt. %, 10 wt. % and 20 wt. %) at room temperature. Chemical stability was monitored by the determination of the amount of Al3
%, Mg2
%, Ca2
%, Na% Si4
%, and Fe3
% ions eluted in different concentrations of sulphuric acid by means of atomic absorption spectrophotometry (AAS). The corrosion rate constants for CIP-alumina specimens after immersion in H2SO4 solution using different concentrations were determined. Increasing the concentration from 2 to 20 wt. % it was notified that the corrosion susceptibility in H2SO4 solutions for the CIP-alumina specimens at room temperature decreases.
Intelligenter Zünderprüfplatz
Authors: Teitge Jens , Krebs Holger
Published: December 2013

Kurzfassung

Bei der Arbeit mit zivilen Sprengstoffen, wie etwa im Bergbau, in Steinbrüchen und bei Abbrucharbeiten, kommen elektrische Zünder zum Einsatz. Um deren Sicherheit und Zuverlässigkeit zu gewährleisten, werden die Baumuster neuer oder veränderter Zünder bei der Bundesanstalt für Materialforschung und Prüfung (BAM) getestet. Zu diesem Zweck realisierte die Berliner Ingenieurgesellschaft Aucoteam für die BAM einen intelligenten Zünderprüfplatz, der die mess- und gerätetechnischen Norm-Anforderungen automatisch berücksichtigt. An der Prüfeinrichtung können bis zu fünf Zünder gleichzeitig getestet werden, was den Einrichtungs- und Testaufwand erheblich reduziert.
Vorschlag zur Lebensdauerabschätzung von Kehlnähten mit ebenen und volumenbasierten FEM-Modellen
Authors: Willen Johannes , Esderts Alfons
Published: December 2013

Kurzfassung

Mit dem Kerbspannungskonzept mit einem fiktiven Ersatzradius von r = 0,05 mm werden die besten Berechnungsergebnisse erzielt. Es können dabei die Laser- wie auch die MSG-Nähte für fast alle Versuche unter schwellender Beanspruchung bei demselben Grundwerkstoff in eine Masterwöhlerlinie unter geringer Streuung vereint werden. Zusätzlich können auch Steppnähte und Durchgangsnähte mit ungleichmäßiger Beanspruchung als Volumenmodell berechnet werden und in die oben genannte Masterwöhlerlinie eingefügt werden.
Lastannahmen, Kollektivbeanspruchung, Dimensionierung und Bauteilprüfung
Authors: Fischer William
Published: December 2013

Kurzfassung

Die Lastannahmen sind ein wesentlicher, wenn nicht der bedeutendste Teil der Vorarbeiten von Berechnung, Konstruktion, Fertigung, Prüfung und Überlegung zu Nutzungszeit und Lebensdauer von Komponenten, Maschinen und Anlagen. Die Ausgangslage bildet das „System‟ mit einer gedachten Funktion. Sein Verhalten ist Grundlage der Festigkeit unter Betriebsbedingungen. Lastannahmen haben viele Randbedingungen zu berücksichtigen und sollen auch besondere Ereignisse einbeziehen, die sich dem „schnellen‟ Denken gern entziehen. Beispiele für Annahmen bei auftretenden und ertragbaren Beanspruchungen werden bildhaft dargestellt. Über diese Thematik hat der Autor häufig mit H. Zenner diskutiert. Er und seine Mitarbeiter haben auch die FVA-Forschungsvorhaben „Sonderereignisse‟ bearbeitet. Jegliche Zusammenarbeit war fruchtbar und erfreulich, so dass der Dank auch an dieser Stelle zu Recht steht. Die nachstehenden Ausführungen sind insbesondere für Jüngere, Nachfolgende gedacht; Gespräche mit solchen haben gezeigt, dass einige Hinweise auf Zusammenhänge zwischen den Begriffen des Themas zweckdienlich sein können. Zum Thema ist auch der DVM-Bericht 134 des DVM-AK „Betriebsfestigkeit‟ zu „Lastannahmen und Betriebsfestigkeit‟ im Oktober 2007 in Wolfsburg zu empfehlen.
Festlegung von Inspektionsintervallen an Radsatzwellen auf der Grundlage bruchmechanischer Methoden
Authors: Lütkepohl Kai , Esderts Alfons , Luke Michael , Varfolomeyev Igor
Published: December 2013

Kurzfassung

Um die Erhöhung der Wirtschaftlichkeit von Radsatzwellen bei gleichzeitig höchster Sicherheit zu ermöglichen, besteht die Anforderung, Inspektionsintervalle mithilfe der Bruchmechanik festzulegen. Dabei spielen sowohl Ergebnisse von Betriebsmessungen als auch die Werkstoffuntersuchungen an M(T)-Proben eine bedeutende Rolle. Ergänzt und validiert werden diese Untersuchungen mit Versuchen an bauteilähnlichen Proben im Maßstab 1:3 und 1:1. Die Untersuchungen zum Rissfortschrittsverhalten unter konstanter Beanspruchung sind abgeschlossen. Der Vergleich zwischen den berechneten Restlebensdauern für Radsatzwellen und den Versuchen zeigt bei einstufiger Beanspruchung eine gute Übereinstimmung.
Mittelspannungseinfluss bei Strukturen aus umgeformtem Blech
Authors: Masendorf Rainer , Marquardt Christoph , Nikkel Karsten
Published: December 2013

Kurzfassung

Überlagerte Mittelspannungen können einen erheblichen Einfluss auf die Lebensdauer von Bauteilen unter schwingender Beanspruchung haben. Im Verlauf einer Lebensdauerberechnung kann ihr Einfluss auf die ertragbare Spannungsamplitude mithilfe der Mittelspannungsempfindlichkeit berücksichtigt werden. Nach verschiedenen Ansätzen wird die Mittelspannungsempfindlichkeit als konstant angenommen oder in Abhängigkeit von Zug- oder Wechselfestigkeit abgeschätzt. Die Treffsicherheit dieser Ansätze bei Feinblechen wird anhand von Wöhlerversuchen untersucht. Ein neuer Ansatz zur Abschätzung der Mittelspannungsempfindlichkeit mithilfe künstlicher neuronaler Netze zeigt, dass die Mittelspannungsempfindlichkeit neben der Zugfestigkeit auch von der Formzahl bzw. vom Spannungsgradienten abhängt. Die Übertragbarkeit der Mittelspannungsempfindlichkeit vom Probestab auf eine Struktur aus umgeformtem Feinblech wird abschließend durch den Vergleich von Berechnung und Versuch überprüft.
Schwingfeste Bemessung von Schweißverbindungen nach dem Kerbspannungskonzept mit den Referenzradien rref = 1,00 und 0,05 mm
Authors: Sonsino C. M.
Published: December 2013

Kurzfassung

Zulässige Spannungen (FAT-Werte) für die schwingfeste Bemessung von Schweißverbindungen nach den Kerbspannungskonzepten mit den Referenzradien rref = 1,00 mm für dickwandige Bauteile (t ≥ 5 mm) bzw. 0,05 mm für dünnwandige Konstruktionen (t < 5mm) werden in der Literatur angegeben, ohne zu präzisieren, für die Anwendung welcher Vergleichsspannungshypothese sie gültig sind. Da die örtlichen Vergleichsspannungen sowohl nach der Hauptspannungs- als auch nach der Gestaltsänderungsenergiehypothese (von Mises) berechnet werden können, ist bei der Angabe der zulässigen Spannungen eine Differenzierung nach beiden Hypothesen erforderlich, um je nach angewendeter Hypothese die zutreffende Auswahl zu ermöglichen. Aufgrund bisher verfügbarer Ergebnisse werden FAT-Werte für Stahl, Aluminium und Magnesium für die o.g. Referenzradien nach der Hauptspannungs- und Gestaltsänderungsenergiehypothese sowohl ausgehend von Normal- als auch ausgehend von Schubspannungen zusammengestellt und vorgeschlagen. Die nach den verschiedenen Festigkeitshypothesen ermittelten Kennwerte sind nicht in allen Fällen miteinander kompatibel. Bezüglich der Bewertung von örtlichen mehrachsigen Spannungszuständen unter kombinierten Normal- und Schubbeanspruchungen wird die Anwendung der modifizierten Gough-Pollard-Beziehung empfohlen, um die festgestellte Inkompatibilität zu überwinden.
Untersuchung der wassergasgeschweißten Druckrohrleitung Kaprun
Authors: Enzinger Norbert , Heber Simon J. , Cerjak Horst , Gubeljak Nenad , Mayrhuber Josef
Published: December 2013

Kurzfassung

Die Druckrohrleitung (DRL) des Kraftwerks Kaprun wurde während und nach dem 2. Weltkrieg unter teilweise sehr schwierigen Bedingungen hergestellt und nach über 60 Jahren 2004 außer Betrieb genommen. Zur Verschweißung der Rohrlängsnähte wurde unter anderem die Wassergasschweißung herangezogen, zu der es bislang keine vollständigen Untersuchungen gibt. Die Schweißverbindung wurde durch mechanische Bearbeitung (Hämmern oder Walzen) des knapp unter Schmelztemperatur erwärmten Grundmaterials hergestellt und ist durch eine sehr begrenzte WEZ gekennzeichnet. Die an über 80 Klein- und zwei Großproben durchgeführten Untersuchungen lassen eine Charakterisierung des Grundwerkstoffs und der Schweißverbindung zu. Weiter sind in dieser Arbeit bruchmechanische Kennwerte ermittelt worden, die anhand der Großprobenversuche validiert wurden und so die Eingangsgrößen für eine möglichst realistische Bewertung von Fehlern in solchen Verbindungen ermöglichen.
Visualisierung dreidimensionaler magnetischer Feldverteilungen mit spin-polarisierten Neutronen
Authors: Manke Ingo , Kardjilov Nikolay , Hilger André , Strobl Markus , Dawson Martin , Banhart John
Published: December 2013

Kurzfassung

Röntgenstrahlen und Neutronen sind zueinander komplementäre Sonden, die sich in vielen Bereichen der Werkstoffforschung gegenseitig ergänzen. Neutronen zeichnen sich im Besonderen durch eine sehr hohe Sensitivität gegenüber Magnetfeldern aus. Vor kurzem konnte gezeigt werden, dass diese Eigenschaft auch für die Bildgebung genutzt werden kann. In Verbindung mit der teilweise hohen Eindringtiefe von Neutronen ist es dadurch möglich, magnetische Feldverteilungen im Inneren massiver Materialien (wie zum Beispiel in Metallen) zwei- und dreidimensional zu visualisieren und zu quantifizieren. Auch Stromdichteverteilungen in elektrischen Leitern können auf diese Weise indirekt über das Magnetfeld untersucht werden. Dies ermöglicht die Erschließung neuer Anwendungsbereiche in der Werkstoffforschung. Einige Beispiele hierfür werden in diesem Artikel vorgestellt.
Synchrotron-Refraktions-Computertomografie — eine neue Methode zur Erkennung von Grenzflächen
Authors: Müller Bernd R. , Lange Axel , Harwardt Michael
Published: December 2013

Kurzfassung

Röntgenstrahlung eignet sich besonders gut zur zerstörungsfreien Charakterisierung von Werkstoffen. Mit ihrer Hilfe lassen sich z.B. Risse und Poren in Werkstoffen erkennen. Die Risserkennbarkeit ist jedoch von der Rissgröße im Vergleich zum Auflösungsvermögen des Detektors abhängig. Risse, Poren oder Einschlüsse können in Radiogrammen nur dann erkannt werden, wenn sie größer sind als das Detektorelement, das die Röntgenstrahlen registriert. Das hier vorgestellte neuartige Synchrotron-Refraktions-Computertomografie-Verfahren ist jedoch in der Lage, auch Risse zu erkennen, deren Größe weit unterhalb des Auflösungsvermögens des Detektors liegt. Das Verfahren basiert auf dem bisher wenig genutzten Phänomen der Kleinwinkelstreuung durch Brechung von Röntgenstrahlen an den inneren Grenzflächen mikroskopisch strukturierter Objekte. Durch den Vergleich zwischen absorptionsbasierter und refraktionsbasierter Computertomografie-Untersuchungen mit Synchrotronstrahlung an einer geschädigten Faserverbundprobe wird das Potenzial der Synchrotron-Refraktions-Computertomografie demonstriert.
Simulation kundennaher Betriebslasten für Fahrwerkkomponenten*
Authors: Kollmer Hermann , Janßen Andreas , Küçükay Ferit
Published: December 2013

Kurzfassung

In diesem Beitrag wird eine systematische Vorgehensweise zur schnellen und zuverlässigen Simulation kundennaher Betriebslasten für Fahrwerkkomponenten vorgestellt. Aus umfangreichen Messungen im realen Straßenverkehr wurden Korrelationen zwischen der Verhaltensweise des Fahrers und fahrzeug- und fahrbahnspezifischen Parametern identifiziert und für die Simulation aufbereitet. Diese Erkenntnisse dienen zur Abschätzung von Betriebslasten in der frühen Phase des Entwicklungsprozesses, in der nur wenige Daten des Fahrzeugs vorhanden sind. Es wird gezeigt, dass durch die Vorgabe einiger Gesamtfahrzeugparameter bereits realitätsgetreue, kundennahe Betriebslasten ermittelt werden können, ohne dass Messungen am realen Fahrzeug notwendig sind.
Lastdatenannahme an Rädern und Komponenten auf Basis einer systematisch angelegten Lastdatenbank*
Authors: Rötterink Jan , Schmudde Norbert , Steinkamp Uwe , Tiesler H.
Published: December 2013

Kurzfassung

ZF Lemförder und ZF Sachs haben mit der ZF Friedrichshafen AG eine vorhandene, auf Getriebeanwendungen basierende Lastdatenbank auf die Bedürfnisse der Fahrwerke umgearbeitet. In diese Lastdatenbank werden standardmäßig bereinigte, freigaberelevante Lastdaten für die betriebsfeste Entwicklung von Fahrwerk- und Lenkungskomponenten eingepflegt. Anhand von Ähnlichkeitsbetrachtungen von Fahrzeugen lassen sich für Neuprodukte Belastungen zumindest für eine Erstauslegung abschätzen oder vom Kunden bereitgestellte Lastdaten auf ihre Plausibilität prüfen. Die Lastdatenbank (Roadload-Database) basiert auf drei wesentlichen Teilsystemen: UNIdot stellt ein mächtiges, selbstorganisierendes Datenmanagementsystem dar. Innerhalb dieses Systems arbeitet ALOA (Automated LOad Analysis) als effizientes, wenig interaktives und vor allem flexibles Auswertesystem. Das Versuchsdaten- Suchsystem (VERSUS) sorgt für ein schnelles Selektieren der gewünschten Daten. Anhand von praktischen Beispielen werden im vorliegenden Artikel die Anwendung und der Nutzen der Werkzeuge aufgezeigt. Generell lässt sich die Aussage treffen, dass unter bestimmten Randbedingungen ein Fahrzeugvergleich hinsichtlich der auftretenden Betriebs- und Sonderlasten zulässig ist. Wichtig ist dabei die Erkenntnis, auf einer nicht exakten, aber verifizierbaren Basis zu arbeiten.
Schadenstoleranz- und Lebensdauernachweise von Hubschrauberfaserverbundrotoren*
Authors: Bansemir Horst
Published: December 2013

Kurzfassung

Die Faserverbunde haben im Hubschrauberbereich von MBB, jetzt Eurocopter Deutschland, immer eine entscheidende Rolle gespielt. Die modernen gelenk- und lagerlosen Rotorkonzepte konnten erst durch die Verwendung von Rotorblättern in FVW-Bauweise verwirklicht werden. Die herausragend hohe statische und dynamische Festigkeit hat eine große Bedeutung für die Sicherheit. Schlagartige Belastungen, Temperatur und Feuchtigkeit wirken sich fes—tigkeitsmindernd auf die Schadenstoleranz von Faserverbundstrukturen aus und sind bei den Nachweisen zu berücksichtigen. Die Grundlagen der Festigkeitsnachweise sind gesetzlich festgelegt. Die neue Gesetzgebung, die in einer Zusammenarbeit zwischen Gesetzgeber und Industrie entstanden ist, erlaubt eine transparente und eindeutige Nachweisführung.
Wirtschaftliche Fahrzeugleichtbaukonzepte großer Baureihen*
Authors: Klose Peter L. M. , Gänzle Steffen
Published: December 2013

Kurzfassung

Unter innovativem Fahrzeugleichtbau wird nicht nur die Wahl leichter Werkstoffe verstanden. Es ist ein integriertes Gesamtkonzept und erfordert die ganzheitliche Betrachtung der Wirkzusammenhänge in der Entstehungskette eines Fahrzeuges. In einem Überblick werden die Zusammenhänge und Anforderungen zwischen Rohstofflieferanten, Verarbeitern, Systemlieferanten und Fahrzeugherstellern aufgezeigt. Es wird ein Einblick in die wichtigsten Trends der Karosseriebauweisen, Werkstoffkonzepte, Fügetechnologien unter ganzheitlicher Systembetrachtung gegeben. Ansätze einer wirtschaftlichen Umsetzung durch Bildung von Systempartnerschaften zwischen OEM/Lieferanten und Refinanzierung des Entwicklungsaufwandes im Generationenprogramm werden aufgezeigt.
Untersuchung von Faserverbund-Sandwich- Strukturen mit armierten Krafteinleitungsstellen*
Authors: Krämer René , Roth Alexander , Xiao Di
Published: December 2013

Kurzfassung

Im Rahmen der hier dargestellten Untersuchung wurden Faserverbund-Sandwich-Strukturen mit kohlenstofffaserverstärkten Kunststoff-(CFK-)Decklagen und einem Polymethacrylimid- (PMI-) Schaumstoffkern unter statischer und zyklischer Beanspruchung untersucht. Ziel war es, die eingebrachten Verstärkungsfasern (Armierungen) in der Sandwich-Struktur hinsichtlich der daraus resultierenden besseren mechanischen Eigenschaften zu untersuchen. Die Untersuchung beinhaltet unter konstanten Lastamplituden ermittelte Wöhlerlinien für verstärkte und unverstärkte Prüfobjekte. Als Versagensbild war das Kernversagen im Bereich des Kernes mit niedrigerer Dichte zu erkennen, was typisch für Stumpfstoßverbindungen ist. Durch Einsatz von Armierungsmaterialien kann vor allem bei Sandwich-Strukturen die Lebensdauer von zyklisch beanspruchten Sandwich-Strukturen verbessert werden.
Two Dimensional Thermography Analysis of Temperature Distributions of Samples in the Gleeble Machine
Authors: Falahati Ahmad , Wode Sven
Published: December 2013

An infrared camera with InSb detector has been used for measurements of the temperature distribution along tensile and compression samples to be tested at elevated temperatures. Three different materials (titanium, magnesium and carbon steel alloys) with different geometry and heating cycles have been tested simultaneously with thermocouples. The results of the temperature measurements with infrared camera are compared with the measurements by thermocouples. The advantages of using infrared thermal images are discussed in detail. There exist also some obstacles in using an infrared camera for precise measurements of the samples temperature distribution in a Gleeble machine. The IR camera serves as a complementary device and can not substitute thermocouple measurements.
Untersuchungen der Anlass-Sprödigkeit von Aluminiumbronzen
Authors: Cucuruz Laurentiu Roland , Lita Marin , Nicoara Mircea , Demian Camelia , Antel Raduta
Published: December 2013

Kurzfassung

Im vorliegenden Beitrag wird dargestellt, dass in Mehrstoffaluminiumbronzen vom Typ CuAl9Fe5Ni4Mn1 mit einem α + χ-Gleichgewichtsgefüge, die vergütet oder thermomechanisch durch Warmverformung, Abschrecken, gefolgt von Anlassen wärmebehandelt wurden, eine Anlasssprödigkeit im Temperaturbereich 300—400°C auftritt. Die Untersuchungen, hauptsächlich mithilfe eines Transmissionselektronenmikroskops durchgeführt, zeigen, dass im besagten Temperaturbereich zuerst kohärente, sehr feine χ-Ausscheidungen in den beim Aufheizen nicht vollständig gelösten α-Kristallen ausgeschieden werden. Diese Ausscheidungen blockieren die Versetzungen und verursachen die Anlasssprödigkeit. Eine nennenswerte Präsenz oder ein bemerkenswerter Einfluss der geordneten β1-Phase konnte nicht festgestellt werden, nicht einmal in den thermomechanisch behandelten Proben. Insgesamt führt die Vermeidung des kritischen Temperaturbereichs zu guten mechanischen Eigenschaften.
Effect of S2Cl2 Addition on the Sulfate Attack of Hydrated Portland Cement
Authors: Yeprem H. Aygül , Gökmen Selahattin
Published: December 2013

In this study the resistivity effect of laboratory-produced S2Cl2 as an additive in Portland cement PC 32.5 which was hydrated at the water/cement ratio of 0.5 and room temperature against sulfate attack in the curing solution of 0.35M sodium sulfate was investigated. Hydrated cement products were determined by using X Ray Diffraction (XRD) and Thermogravimetry—Differential Thermal Analyses (TG-DTA) techniques. The additive substance, S2Cl2 in Portland cement, was used 5 and 10 percent by weight. The highest compressive strength value was found as 36.7 MPa in case of hydrated cement PC 32.5, samples containing 5% S2Cl2 (additive) after curing time of 28%21 days.
Wasserverteilung in PEM-Brennstoffzellen
Authors: Manke Ingo , Hartnig Christoph , Kardjilov Nikolay , Hilger André , Lange Axel , Kupsch Andreas , Banhart John
Published: December 2013

Kurzfassung

In-situ-Neutronenradiografie wird erfolgreich eingesetzt, um flüssiges Wasser in Niedertemperatur-PEM-Brennstoffzellen während des Betriebs zerstörungsfrei abzubilden und das sogenannte Wassermanagement — eine der größten Herausforderungen der Entwicklung — durch Anpassung der Materialeigenschaften zu optimieren. Dabei werden die besonderen Eigenschaften der Neutronen genutzt, die metallische Bauteile relativ leicht durchdringen, während selbst kleine Wassermengen durch ihre starke Streuung leicht nachweisbar sind. Die relativ langen Messzeiten für die Neutronentomografie werden durch den Betrieb der Zelle im „angehaltenen‟ Zustand realisierbar, sodass die dreidimensionale Wasserverteilung darstellbar wird.
Mechanical Material Properties of Polymethylmethacrylate (PMMA) for Medical Applications
Authors: Thielen Thomas , Maas Stefan , Zuerbes Arno , Waldmann Danièle , Kelm Jens
Published: December 2013

Polymethylmethacrylate (PMMA) also known as bone cement is a frequently used material for medical applications. This study investigated the material properties of the bone cement Palacos R. Flexural, tensile, and compression tests on Palacos R, following common standard, revealed typical brittle material behaviour with high compression (83 MPa) by rather low tension stress (35 MPa). No significant difference was measured between dry stored and 37°C saline solution stored specimens regarding tensile, compression and flexural properties. As bone cement can be considered as a visco-elastic material, additional tests under varied strain rates revealed an increasing Young's modulus and ultimate strength of Palacos R with increasing strain rate. To evaluate long-term load-cycling behaviour an S-N curve was determined. The material parameters of Palacos R may help to predict and evaluate failure of bone cement and improve its medical application.
Energy as a Damage Factor in Fatigue
Authors: Charkaluk Eric
Published: December 2013

Computer-aided fatigue design supposes many ingredients among which a damage indicator is considered. Since many years, energy based approaches have been considered as good candidates and many propositions have been done. However, as energy can be split in several parts which conduct to the definition of elastic, plastic, dissipated or stored energies, a discussion on the role of each of them is necessary. This is the objective of this paper in order to synthesize the different propositions which have been made during the last decades.
Fatigue Life According to Cyclic Strain Characteristics Determined from Variable-Amplitude Loading*
Authors: Walat Karolina , Łagoda Tadeusz , Karolczuk Aleksander
Published: December 2013

The paper includes the analysis of influence of cyclic stress-strain curve parameters on the fatigue life estimation. The parameters of cyclic stress-strain curve, described by the Ramberg-Osgood relation, were determined by a new method from the variable-amplitude loading histories. The variable-amplitude stresses were used to calculate strain courses based on different values of cyclic stress-strain curve parameters. The calculated and experimental strain courses were applied to calculate fatigue life with use of damage accumulation hypothesis by Serensen-Kogayev.
Cyclic Softening Behaviour of a Duplex Stainless Steel
Authors: Alvarez-Armas Iris , Evrard Pierre , Aubin Véronique , Degallaix-Moreuil Suzanne
Published: December 2013

This first part aims to study the correlation between the cyclic softening observed during low-cycle fatigue in a 2507 duplex stainless steel (DSS) alloyed with 0.17% N and the dislocation structure development. Tension-compression and tension-compression- torsion fatigue tests were carried out under total strain control at Δεteq/2 = 0.5%. The dislocation structures were characterized by transmission electron microscopy during cycling with interrupted tests. The austenite showed planar arrangements of dislocations during all the fatigue life, the ferrite showed evolution from a homogeneous distribution of dislocations to a structure of dislocation bundles in tension-compression, and to a refined wall structure in tension-compression-torsion. It is proposed that the evolution of the dislocation structure in the ferrite plays an important role during the cyclic softening in the DSS.
LCF Mechanisms of the 25 Cr 7 Ni 0.25 N Duplex Stainless Steel Investigated by Atomic Force Microscopy*
Authors: Serre Ingrid , Salazar Daniel , Vogt Jean-Bernard
Published: December 2013

Surface relief evolution during the fatigue life has been studied by Atomic Force Microscopy in a duplex stainless steel fatigued at a total strain range Δεt = 1.6%. In austenite, hill-like extrusions, observed since the beginning of the fatigue life, were the basic morphology. For ferritic grains, the modification took place later and the disposition of the persistent slip markings was irregular in a given grain. Highly rugged areas were the more developed surface morphology in ferrite after 60 percent of the fatigue life. These areas seemed to be connected with the austenitic neighbour grain in terms of surface activity and disorientation, and are proposed as the possible crack nucleation sites in the ferrite, near the ferrite austenite interfaces. It is shown that the origin of crack nucleation in ferrite is strongly dependent on the relative crystallographic orientation of the austenite and its plastic activity.
Für die Bestimmung nicht metallischer Einschlüsse in Stählen mit Richtreihenbildern gilt jetzt DIN EN 10247:2007-07
Authors: Moll Damian , Wehrstedt Alois
Published: December 2013

Kurzfassung

Im vorliegenden Beitrag wird dargestellt, wie das Normungsbedürfnis aus verschiedenen europäischen Länder zu einem neuen genormten Verfahren zur Bestimmung nicht metallischer Einschlüsse in Stählen mit Richtreihenbildern geführt hat. Die Anwender der Reinheitsgradbestimmung werden über die grundlegende Verfahrensweise informiert und es werden dazu Beispiele gegeben.
Design Optimization of the Central Distance of Two Holes in a Plate for Different Types of Materials and Laminates
Authors: Hedia Hassan S. , Aldousari S. M. , El Midany T. T. , Kamel M.
Published: December 2013

A stress concentration due to the presence of holes is a problem often encountered in the design of structures. The aim of the current investigation is to optimize the central distance between two holes in a plate subjected to pressure in x-direction in case of isotropic material plate, laminated plate, and FGM plate to minimize stress concentration around holes. The finite element analysis (FEA) and optimization technique are used to calculate the optimal central distance between two holes in a plate subjected to pressure in the x-direction for different types of materials and laminates. The investigations have shown that as long as the central distance is small, the minimum the stresses around the hole are. In addition, for all the material types used, the optimal central distance is not affected by the type of material.
Eine thermische Prüftechnik zur Oberflächenrissprüfung leitfähiger Materialien
Authors: Walle Günter , Valeske Bernd , Netzelmann Udo , Bessert Steffen , Strauß Holger , Wolf Florian
Published: December 2013

Kurzfassung

Die induktiv angeregte Thermografie stellt eine Alternative zu klassischen Oberflächenrissprüftechniken wie der Magnetpulverprüfung oder auch der Farbeindringprüfung bei leitfähigen Materialien, insbesondere ferromagnetischen und austenitischen Stählen dar. Im vorliegenden Beitrag sollen die Grundlagen des Verfahrens, einige Anwendungsbeispiele sowie die Nachweisgrenzen und besonderen Vorteile der Prüftechnik dargestellt werden. Die thermische Prüftechnik hat sich als ein Verfahren erwiesen, das eine objektive Oberflächenrissprüfung mit hoher Nachweisempfindlichkeit, Prüfgeschwindigkeit und Zuverlässigkeit ermöglicht. Da die Prüftechnik vollkommen berührungslos und schnell arbeitet und eine relativ einfache Automatisierung ermöglicht, eignet sie sich insbesondere für vollautomatische Prüfanlagen zur 100%-Prüfung von Bauteilen im Rahmen der industriellen Qualitätssicherung.
Verkürzung von Versuchszeiten beim expimentellen Betriebsfestigkeitsnachweis von Abgasanlagen*
Authors: Tipkemper Ulf , Bruder Thomas
Published: December 2013

Kurzfassung

Abgasanlagen erfüllen eine Vielzahl von Funktionen wie die Abgasreinigung, Geräuschreduzierung und die bestmögliche Ausnutzung der vorhandenen Motorleistung. Sie sind dabei einer komplexen thermischen und mechanischen Beanspruchung ausgesetzt und werden daher bei BMW zur Reduzierung von Kosten und Entwicklungszeit an einem thermomechanischen Aggregate- und Abgasanlagenprüfstand (THEMA) erprobt. Die Prüfzeiten für einen derartigen Versuch würden bei Verwendung einer ungekürzten Prüf- strecke mehrere Monate betragen. Daher wird ein schädigungsäquivalentes verkürztes Nachfahrprogramm ermittelt, das sowohl das Schwingungsverhalten und die thermomechanischen Beanspruchungen der Abgasanlage als auch die Lastwechselreaktion des Verbrennungsmotors berücksichtigt. Mit diesem Verfahren wird die Versuchsdauer auf wenige Wochen reduziert und somit eine schnelle Identifikation von Schwachstellen ermöglicht. In diesem Beitrag wird das Prüfverfahren zur Versuchszeitverkürzung erläutert und das Optimierungspotenzial aufgezeigt. Anhand eines Praxisbeispiels wird die Anwendbarkeit im Entwicklungsprozess nachgewiesen.
Optimierte Betriebsfestigkeitsauslegung durch Verwendung virtuell ermittelter Betriebslasten für Prüfstandsversuche*
Authors: Warnecke Ulrike , Osterhage Klaus , Lieven Wolfram
Published: December 2013

Kurzfassung

Die Verwendung virtuell ermittelter Betriebslasten anstelle von im Fahrbetrieb gemessenen Betriebslasten als Eingangssignale für Prüfstandsversuche stellt eine geeignete Methode dar, die Betriebsfestigkeitsvalidierung von Fahrzeugen hinsichtlich des Zeitpunktes der Prüfung, der Prüfdauer, der Qualität der Betriebsfestigkeitsprüfung sowie der Vergleichbarkeit und Reproduzierbarkeit der Prüfergebnisse zu optimieren. Bei General Motors Europe im Internationalen Technischen Entwicklungszentrum der Adam Opel GmbH ist zur Weiterentwicklung dieser Methode und zu deren Validierung ein Pilotprojekt für Gesamtfahrzeugprüfungen auf einem 27-Kanal-Prüfstand durchgeführt worden. In diesem Projekt ist es gelungen, ein schädigungsäquivalentes zeitoptimiertes Dauerlaufprogramm auf einem virtuellen Prüffeld zu entwickeln und dieses in die Mehrkörpersimulation (MKS) zu implementieren. Es wurde die Möglichkeit geschaffen, das Verfahren hochgradig automatisiert und somit schnell und prozesssicher einzusetzen. Die Methode wird mittlerweile in der Produktentwicklung weltweit eingesetzt.
Verbesserungspotenzial bei der Durchführung von Systemprüfungen an Fahrwerksmodulen beim Lieferanten*
Authors: Sprenger Burkhard , Stastny Peter , Leontaris Georgios , Wingenbach Michael
Published: December 2013

Kurzfassung

Im Rahmen des Betriebsfestigkeitsnachweises von Fahrwerksmodulen hat sich die Systemprüfung etabliert. Bei dieser Art der Prüfung werden die auf den Teststrecken gemessenen Lasten auf das Fahrwerk aufgebracht. Für die Erfassung der Lasten werden Messräder eingesetzt, mit welchen die Kräfte und Momente an den Rädern gemessen werden. Eine gleichwertige Sensorik kommt anschließend auf dem Prüfstand zum Einsatz. In diesem Beitrag werden mögliche Fehlerquellen bei diesem Prozess identifiziert und Empfehlungen vorgestellt, wie die Aussagekraft von Systemprüfungen verbessert werden kann bzw. was berücksichtigt wer- den sollte, um eine Korrelation zwischen Fahrzeug und Prüfstand sicherzustellen. Dies geschieht insbesondere unter dem Aspekt in der Beziehung zwischen OEM und Lieferant.
Validation of a Constitutive Material Model with Anisothermal Uniaxial and Biaxial Experiments*
Authors: Simon Andreas , Scholz Alfred , Berger Christina
Published: December 2013

The dynamic behaviour of steam turbine components is currently a key issue in terms of the discontinuity in the power supply from regenerative energy systems like wind-mills. These systems call for a combined and flexible use of conventional steam power plants. The influence on fatigue behaviour with superimposed creep on lifetime of large plant components is still unknown. Fatigue loading of such components is induced by temperature transients during start-up and shut-down processes. This requires an anisothermal inspection of the thermo-mechanical fatigue (TMF) loading at design. Hence, a viscoplastic constitutive material model of the Chaboche type was adapted to a 10% Cr forged steel. As a verification of the constitutive material model, uniaxial TMF experiments were performed. These experiments were derived from a temperature cycle on the surface of a turbine rotor during a hot start. The mechanical loading depends on the start temperature and the temperature rate of the start up, and the induced loading of the surface is biaxial. Therefore, a biaxial experiment with variable amplitude loading was also used for the purpose of material model verification. In order to recalculate deformation and to predict lifetime, the constitutive material model was implemented in a FEM calculation. In the present contribution it is shown that the constitutive material model of type Chaboche introduced can be applied to the recalculation of the deformation with an implicit evolution of damage under service-type conditions. Further efforts are necessary to investigate innovative parameter identification procedures and routines for the extrapolation of the inner variables of the constitutive material model under cyclic loading.
Crack Growth in a Parallelepipedic Specimen Subjected to a Cyclic Temperature Gradient*
Authors: Nam Le Hoai , Gardin Catherine , Benoit Guillaume , Bertheau Denis
Published: December 2013

A parallelepipedic coupon containing an edge notch has been submitted to cyclic edge temperature evolution, implying a cyclic temperature gradient in the specimen thickness. Associated analytical calculation of the stress intensity factor is also carried out using Duhamel's theory and weight functions: this allows the study of the influence of geometric and thermal parameters on crack development. Moreover, an automatic procedure using scripting language introduced in a tridimensional numerical ABAQUS simulation leads to a prediction of the crack shape evolution in good agreement with experimental observations.
On the Fatigue Behaviour of Wrought Magnesium Alloys*
Authors: Fuskova Lenka , Bohlen Jan , Yi Sangbong , Letzig Dietmar
Published: December 2013

The influence of crystallographic texture on the mechanical properties of magnesium alloys is already well-known. However, it is not clear how the crystallographic texture affects the fatigue properties in the sense of cyclic deformation behaviour of magnesium alloys. The objective of this study is to investigate and compare the deformation processes of the extruded magnesium alloys AZ31 and AZ80 during static and cyclic tensile testing. The influence of the loading condition and chemical composition on the evolution of the microstructure and the crystallographic texture has been observed. Changes of the plastic strain have been observed and have been interpreted for both AZ alloys with cyclic hardening curves. However, the maximal stress during the fatigue test was higher than the TYS for both alloys. Both experimental materials exhibited significant lower plastic deformations and lower density of tensile twins compared to static tensile test. The microstructure and texture analyses have been performed before and after experiments.
Klassische und neue Verfahren der Ultraschallmikroskopie für Anwendungen in der zerstörungsfreien Materialprüfung
Authors: Köhler Bernd , Schubert Frank , Barth Martin
Published: December 2013

Kurzfassung

Mit kommerziellen Ultraschallmikroskopen kann das Innere eines Bauteils mittels Ultraschall untersucht werden. Üblicherweise fokussiert ein Schallwandler Ultraschallwellen auf eine Tiefe im Volumen und empfängt die reflektierten Schallwellen. Durch Scannen können Schnittbilder des Bauteils erzeugt werden. Das Erstellen von Volumenabbildungen ist auf diese Weise jedoch sehr aufwendig und auch nur bedingt möglich. In diesem Artikel wird ein Ultraschall-Tomografieverfahren vorgestellt, welches das Volumen aus den Daten eines einzigen Flächenscans rekonstruieren kann. Im Körper befindliche Fehler, wie z.B. Poren, Einschlüsse und auch schräg liegende Risse können räumlich oder in Schnittbildern ortsgenau dargestellt werden.
Moderne 2-D und 3-D abbildende Röntgenverfahren mit Synchrotronstrahlung
Authors: Baumbach Tilo , dos Santos Rolo T. , Ershov A. , Helfen Lukas , Lübbert Daniel , Modregger P. , Pelliccia Danielle , Vagovic Patrik , Xu Feng
Published: December 2013

Kurzfassung

Mikrotomographie erlaubt die hochauflösende Abbildung verdeckter Mikrostrukturen und den Nachweis von Mikrorissen und Mikroporen in vielfältigen Bereichen, darunter die Untersuchung von mikroporösen Materialien und Fasernetzwerken, der Mikrostruktur biokompatibler Materialien (Implantate), der Entwicklung der Struktur von Metallgefügen u.v.m. Synchrotron-Laminographie erweitert das Anwendungsspektrum der 3-D-Methoden auf die zerstörungsfreie Bauteiluntersuchung ohne Probenentnahme bzw. Probenpräparation, und erweitert die hoch auflösende Inspektion z.B. in der Mikrosystemtechnik, der Paläontologie Archäologie etc. Ultraschnelle Radiographie, Computertomographie und Laminographie erlauben die In-situ-Untersuchung von Proben und Bauteilen in Echtzeit und unter betriebsnahen Bedingungen verschiedenster Probenumgebung. Phasenkontrast erweitert die Anwendungsbreite der 2-D und 3-D abbildenden Synchrotronverfahren auf leichte Materialien und führte die Methoden damit in die Leichtbautechnologien und die Lebenswissenschaften. Die Kombination der Techniken mit Röntgenoptiken treibt die Grenzen der Ortsauflösung in den Bereich weniger 10 nm.
Hardware für ein Ultraschall-Sampling-Phased-Array-System
Authors: Hentschel Dieter
Published: December 2013

Kurzfassung

Das im IZFP-D entwickelte Ultraschall-Front-End-System verfügt je nach Ausbaustufe über 16 bis 64 Ultraschallkanäle. Dieses System kann in den Betriebsarten (a) Mehrkanal-Ultraschall (jeder Ultraschall-Kanal wertet ein separates Sensorsignal aus), (b) Ultraschall-Phased-Array (bis zu 16 Ultraschall-Kanäle werden phasenverschoben angesteuert und aufsummiert) und (c) Sampling-Phased-Array (Ultraschalldaten aller Kanäle werden aufgenommen und im Rechner zu einem Phased-Array-Bild zusammengefügt) arbeiten. Die beschriebene Hardware der Ultraschallkanäle ermöglicht durch hohe Sendespannung und große Verstärkungsdynamik die Ultraschallprüfung auch stark dämpfender Materialien. Durch ihren kompakten Aufbau kann die Hardware des Ultraschallsystems in unmittelbarer Nähe der Sensoren platziert werden. Sie ist damit für den Aufbau automatisierter Ultraschall-Prüfsysteme prädestiniert.
Rasterkraftmikroskopie mit akustischer Probenanregung als Verfahren zur höchstaufgelösten Charakterisierung verborgener Strukturen und von Schichteigenschaften
Authors: Striegler André , Kopycinska-Müller Malgorzata , Bendjus Beatrice , Köhler Bernd , Meyendorf Norbert , Wolter Klaus-Jürgen
Published: December 2013

Kurzfassung

Die Rasterkraftmikroskopie mit akustischer Anregung der Probe (AFAM) ist eine dynamische Erweiterung der Rasterkraftmikroskopie. Als kontaktbasierte Methode liefert sie Informationen über effektive elastische Eigenschaften aus einem oberflächennahen Volumengebiet. Das Potenzial von AFAM zur Detektion verdeckter Strukturen wurde an drei idealisierten Testobjekten mit verdeckten Hohlräumen mittels qualitativer Bildgebung evaluiert. Eine Probe ist eine dünne, speziell präparierte Siliziumnitridmembran. Weitere Strukturen sind eine Gruppe neun quadratischer Membranen mit Kantenlänge 3,7 μm und linear abgestuften Dicken von 30 nm bis 270 nm, sowie eine Keilstruktur mit Breite 1,6 μm, Länge 50 μm und linear steigender Membrandicke von 0 μm bis 2,7 μm. In den AFAM-Abbildungen sind die verdeckten Strukturen jeweils bis zu Tiefen detektierbar, die deutlich über den Annahmen der Kontaktmechanik für homogene Proben liegen. An dünnen Siliziumdioxidschichten mit Dicken und Dickenunterschieden im Bereich weniger Nanometer konnte gezeigt werden, dass AFAM das Potenzial zur Schichtcharakterisierung besitzt. Sowohl die Dickenunterschiede waren detektierbar als auch die Abhängigkeiten des elastischen Verhaltens der drei Schichtsysteme bei steigenden Spannungsfeldtiefen.
A Numerical Study of the Inclusion Problem in Electromagnetic Testing
Authors: Kreutzbruck Marc , Thomas Hans-Martin , Sickert Roland , Casperson Ralf , Boehm Rainer , Allweins Kai , Lemke Gertrud
Published: December 2013

The determination of magnetic distortion fields caused by inclusions hidden in a conductive matrix using homogeneous current flow needs to be addressed in multiple tasks of electromagnetic non-destructive testing and materials science. This includes a series of testing problems such as the detection of tantalum inclusions hidden in niobium plates, metal inclusion in a nonmetallic base material or porosity in aluminum laser welds. Unfortunately, easy tools for an estimation of the defect response fields above the sample using pertinent detection concepts are still missing. In this study the Finite Element Method (FEM) was used for modeling spherically shaped defects, and an analytical expression was developed for the strength of the response field including the conductivity of the defect and matrix, the sensor-to-inclusion separation, and the defect size. Finally, the results were adapted to Eddy Current Testing problems, in which the skin effect was taken into consideration for an appropriate estimation of the signal strength.
Degradation of Material Properties Significant for Lifetime Extension of Nuclear Power Plants
Authors: Erhard Anton , Otremba Frank
Published: December 2013

The discussion about the right energy sources or alternative energy generation goes around the world, mostly in connection with greenhouse gas reduction. Therefore, some countries have started to consider extending operation of nuclear power plants. This demands an extensive plant life management as well as the knowledge of the degradation in material properties. The Basis Safety Concept (BSC) in Germany observed this circumstance. Still, lifetime extension is not an issue in Germany due to phase out of nuclear energy. Part of the BSC is the application of non-destructive examination (NDE) methods from the beginning, i.e. from component manufacture, to the end of life. The application of a NDE method to detect and size defects in components in nuclear power plants is presented. Some material properties and their degradation during increase of operation time are also in the focus of this paper.
Three-Dimensional Optimal Material Distributions for Micro-Gripper with Straight-Line Path and Parallel Movement Arms
Authors: Helal Mahmoud , Sun Lining , Chen Liguo
Published: December 2013

The development of micro-electro-mechanical systems (MEMS) is a subject of intense research due to the significant impact of miniaturization. The assembly of micro-devices involves handling of parts that are extremely small. A micro-gripper compliant mechanism is one of the key elements in micro-robotics as well as micro-assembly technologies for handling and manipulating micro-objects without damage. Topology optimization has proven to be a power- ful method for the conceptual design of structures and mechanisms. This paper presents topology optimization of three-dimensional micro-gripper compliant mechanism with straight-line path and with parallel movement gripping arms. A three-dimensional finite element analysis model using ANSYS is constructed for the propose design domain. The optimal configuration micro-grippers, which can realize a straight-line path and parallel movement of the gripping arms, are demonstrated.