Das Projekt "Quantifizierung des spröd-duktilen Versagensverhaltens von Reaktorstählen mit Hilfe des Small-Punch-Tests und mikromechanischer Schädigungsmodelle" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Bergakademie Freiberg, Institut für Mechanik und Fluiddynamik durchgeführt. Ziel ist die vollständige Beschreibung des Bruchverhaltens ferritischer Reaktorstähle in der Hoch- und Tieflage der Zähigkeit sowie im Übergangsbereich durch den Einsatz des Small-Punch-Tests. Die Charakterisierung des Bruchverhaltens erfolgt durch die Ermittlung der Parameter zweier Schädigungsmodelle zur Beschreibung des Spaltbruchs und der duktilen Schädigung anhand vorliegender Versuchsergebnisse aus einem aktuellen Forschungsvorhaben zum Small-Punch-Test. 1. Implementierung/Entwicklung nichtlokales duktiles Schädigungsmodell, Erweiterung Beremin-Modell, 2. Simulation SPT, Training Neuronaler Netze, Bestimmung Materialparameter, 3. Vorhersage bruchmechanischer Kenngrößen, 4. Verifikation bm. Kenngrößen. Die Anwendung der Methodik bietet durch das minimale benötigte Werkstoffvolumen und die Verwendung eines nichtlokalen Ansatzes zur Beschreibung duktiler Schädigung in Kombination mit einem mikromechanischen Schädigungsmodell zur Quantifizierung der Sprödbruchwahrscheinlichkeit erhebliche Vorteile gegenüber konventionellen Prüfmethoden. Die Ergebnisse erbringen damit einen wesentlichen Fortschritt zur Überwachung des aktuellen Werkstoffzustandes in kerntechnischen Anlagen.
Das Projekt "Teilvorhaben: Reihenfolgeeffekte und Amplitudenwechsel sowie Verbundverhalten unter Druckschwellbeanspruchung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von RWTH Aachen University, Lehrstuhl und Institut für Massivbau durchgeführt. Das Teilvorhaben des IMB der RWTH Aachen umfasst zwei Arbeitspakete aus dem Verbundvorhaben WinConFat. Ziel des Arbeitspakets 1.5 'Amplitudenwechsel und Reihenfolgeeffekte' ist zum einen die Überprüfung bestehender Modelle zur Abschätzung des Ermüdungsverhaltens und zum anderen deren Weiterentwicklung mit dem Ziel einer besseren Erfassung der elementaren Schädigungseffekte unter zyklischer Belastung sowie einer deutlich höheren Qualität der Modellprognose. Insbesondere die Abbildung von Reihenfolgeeffekte erfordert wegen des großen experimentellen Aufwands und der nichtlinearen Zusammenhänge eine Weiterentwicklung und Verbesserung vorhandener Modelle. Ziel des Arbeitspakets 2.1 'Beton Verbund unter sehr hohen Lastwechselzahlen ' Druckschwellbeanspruchung' sind Bemessungsvorschläge und Konstruktionsregeln, die den Verbund zwischen Betonstahl und Beton auch bei hohen Lastwechselzahlen sicherstellen. In AP 1.5 erfolgt die Formulierung, Implementierung und Kalibrierung einer versuchsgestützten Modellierungsstrategie zur ausführlichen Analyse von Reihenfolgeeffekten bei Beton unter Druckschwellermüdung. Zur Modellkalibrierung wird auf Referenzversuche zum Maßstabseffekt aus AP 1.1 (BAM) und AP 1.3 (IfMa) zurückgegriffen. Zur Validierung werden eigene Versuchsreihen mit variierter Reihenfolge der Amplituden und Mittelspannung durchgeführt. Die Untersuchungen dienen zur Formulierung von Schädigungsmodellen und -ansätzen. In AP 2.1 werden Untersuchungen des Verbunds zwischen Betonstahl und Beton unter zyklischer Beanspruchung durchgeführt. Es werden grundlegende Phänomene der Verbundwirkung bei Druckschwellbeanspruchung experimentell isoliert untersucht, sowie anhand theoretischer und numerischer Modelle analysiert. Mit diesen Untersuchungen soll gemeinsam mit AP 2.2 (TUD) ein Ingenieurmodell zur Beschreibung des Verbundes unter zyklischer Belastung hergeleitet werden, mit dem Bemessungsansätze und Konstruktionsregeln in die Praxis abgeleitet werden können.
Das Projekt "Entwicklung eines In-vitro-Modells der Keratoconjunctivitis sicca als Tierversuchsersatz für pharmakologische Screenings" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Aachener Centrum für Technologietransfer in der Ophthalmologie e.V. (ACTO) durchgeführt. Die Erforschung der auslösenden Faktoren der Keratoconjunctivitis sicca ('trockenes Auge') sowie die Untersuchung von Möglichkeiten zu deren Therapie ist ein Feld intensiver medizinischer und pharmakologischer Forschung. Die Modellierung und Bewertung des 'trockenen Auges' basiert derzeit auf In-vivo-Tiermodellen. Den ethischen Bedenken gegenüber Tierversuchen steht momentan der vollständige Mangel an geeigneten Alternativen für mechanistische und therapeutische Untersuchungen der Keratoconjunctivitis sicca entgegen. Die wichtigsten Kriterien für ein solches Modell sind ein Untersuchungszeitraum von mehreren Tagen und die Analysierbarkeit des Therapieverlaufes. In diesem Forschungsprojekt soll ein von uns bereits realisiertes Schädigungsmodell des trockenen Auges um den entscheidenden Faktor der Heilung ergänzt werden. In Vorarbeiten konnte ein Schädigungsmodell des trockenen Auges basierend auf enukleierten Kaninchenbulbi entwickelt werden. Unter kontrollierten Bedingungen konnte die für das Krankheitsbild typische Belastung der Zellmembranen durch osmotischen Stress realistisch simuliert werden. Dies gelingt durch gezielte Verdunstung des Tränenfilms in Kombination mit einem definierten Benetzungsintervall zur Simulation des Lidschlages. Dabei kommt die optische Kohärenztomographie als Werkzeug zur zeitaufgelösten quantitativen Erfassung der Hornhautschichtdicken zum Einsatz. Dadurch ist eine vollständige Kontrolle der zur Schädigung führenden Prozesse erreichbar. Im Rahmen dieses Projekts soll das Schädigungsmodell erstmals auf eine In-vitro-Plattform basierend auf einer vitalen Organkultur übertragen werden. Wir erwarten, dass damit unterschiedliche Schweregrade der Keratoconjunctivitis sicca reproduzierbar modelliert und deren Heilung unter therapeutischen Bedingungen analysiert werden können. Nach erfolgreicher Etablierung des Modellsystems soll innerhalb des Forschungsvorhabens die Anwendbarkeit des Verfahrens durch einen Vergleich handelsüblicher Tränenersatzstoffe exemplarisch demonstriert werden. Bei erfolgreicher Umsetzung des Vorhabens können signifikante Einsparungen tierexperimenteller Untersuchungen erreicht werden. Darüber hinaus ist eine längerfristige Ausweitung des Modells auch auf andere Hornhauterkrankungen wie Keratitis, Endotheldystrophie und Keratokonus möglich. Dadurch soll der Wissenschaft als Fernziel ein universelles, tierversuchsfreies Werkzeug für die Entwicklung und Bewertung von Therapieverfahren von Hornhauterkrankungen zur Verfügung gestellt werden.
Das Projekt "Sheacoat: Selbstheilende, elektrische isolationsschichten für Hochtemperaturbrennstoffzellen (SOFC) für Automobile" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Stuttgart, Institut für Materialprüfung, Werkstoffkunde und Festigkeitslehre (IMWF) durchgeführt. Aufgrund ihres hohen elektrischen Wirkungsgrades von etwa 60Prozent und ihrer Treibstoffflexibilität - sie können sowohl mit Wasserstoff als auch mit Kohlenwasserstoffen betrieben werden - besitzen Hochtemperaturbrennstoffzellen (SOFC) ein hohes Potential als Bordstromaggregat (auxiliary power unit (APU)) für Automobile. Jedoch müssen SOFC-Stacks als APU stark wechselnden Bedingungen widerstehen, die ihre Haltbarkeit, Zuverlässigkeit und Lebensdauer beschränken. Die Dichtungen von Stacks, welche typischerweise aus Glaskeramiken bestehen, reagieren am empfindlichsten auf thermische Schwankungen. ElringKlinger hat aus diesem Grund ein alternatives Dichtkonzept entwickelt, bei dem eine plastische, Silber-basierte Legierung und elektrische Isolationsschicht aus einer Keramik zwei aufeinander folgende Zellen verbinden. Die Isolationsschicht muss sowohl bei Betriebstemperatur als auch bei Raumtemperatur elektrisch isolierend sein. Dabei kann es verfrüht zu Schäden in der Keramikschicht kommen, welche im Stack zu einem Leistungsverlust und im schlimmsten Fall zum Totalausfall des Stacks führen. Es muss eine Methode entwickelt werden, die die Spannungsfestigkeit der Isolationsschicht erhöht und ein Versagen verhindert oder zumindest deutlich verzögert. IMWF-Beitrag: Das IMWF (Universität Stuttgart) führt hierzu mikrostrukturmechanische Untersuchungen der Isolationsschicht durch, die zu einem Versagensverständnis führen sollen. Gemeinsam mit den Projektpartnern wird damit ein leistungsfähiges Schädigungsmodell entwickelt, das detaillierte Hinweise über mögliche Versagensmechanismen liefern kann. Hierfür werden u.a. Gefüge/Eigenschaften-Korrelationen bereitgestellt, welche auch zur Bauteil-Simulation benötigt werden. Das am IMWF entwickelte Modell wird es somit ermöglichen, aufgrund von mikrostrukturmechanischen Simulationen Erkenntnisse des Versagensverhaltens der Keramikschicht sowie Ansätze für deren Optimierung zu gewinnen. Projektziel: Das Projekt zielt darauf ab, selbstheilende, hochtemperaturfeste, keramische Materialien und Schichten für verbesserte Dichtungen in SOFC-Stacks zu entwickeln.