Die Alterung unerwünschter Ablagerungen auf wärmeübertragenden Oberflächen vermindert die thermohydraulische Effizienz von Wärmeübertragungssystemen und erschwert gleichzeitig die Reinigung technischer Oberflächen. In dieser Arbeit wurden die morphologischen, thermischen und mechanischen Alterungseffekte molkenprotein-basierter Foulingschichten mit mittleren inneren Temperaturen von 80 °C bis 110 °C untersucht. Dazu wurden spezielle apparative und experimentelle Herangehensweisen erarbeitet, sodass sich graduelle Unterschiede entlang des Querschnitts von Foulingschichten hinsichtlich der Wärmeleitfähigkeit und der Festigkeit darstellen ließen. Dabei wurde eine weniger temperatursensitive Alterung von Foulingschichten unterhalb von 90 °C aufgezeigt, während oberhalb von 90 °C eine starke Temperatursensitivität vorlag. Diese Beobachtung steht in Zusammenhang mit der temperaturabhängigen Denaturierungskinetik der Molkenproteine. Gleichzeitig wurde unterschiedliches, elastisch bis sprödes Materialverhalten analysiert, das auf verschiedene Grenztemperaturen schließen ließ und einen Einfluss auf den Abtragsmechanismen und damit die Reinigung erwarten lässt.
Aktualisiert: 2023-01-01
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The current dissertation aims to develop an efficient finite element (FE) model for the structural simulation of dissimilar St-Al overlap joints. In particular, a prediction of residual stresses and distortions after welding is of interest. In the thesis, the known computational methods were analyzed and expanded regarding their application for the deep laser welding of dissimilar St-Al joints in steel-on-aluminum overlap configuration. The influence of the mixing in the weld pool on the mechanical properties of the St-Al weld metal and the subsequent influence of the weld on the structural behavior of the joints are the central questions of the study.
The developed temperature FE model enables accurate computation of the temperature distribution in the overlap joint as well as a calculation of fractions of melted alloys in the St-Al weld.
The presented experimental investigation provides the first insight into the elastic-plastic behavior of St-Al weld metal. The mechanical properties were determined using the indentation technique and then correlated to aluminum concentration. Hardness and yield strength showed a nonlinear increase with an increasing aluminum concentration. Young’s modulus and strain hardening exponent were found to be nearly insensitive to changes in weld chemical composition. Based on the obtained relations, the weld material model was designed and coupled with the FE thermomechanical model.
The structural simulations of the St-Al overlap joints were validated on welding experiments through the comparison of measured and computed distortions. The performed sensitivity analyses indicated that the application of the developed weld material model is crucial for achieving reliable accuracy of structural simulations for St-Al joints.
Aktualisiert: 2021-03-18
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Zirkoniumoxidbasierte Werkstoffe setzen sich aufgrund ihrer mechanischen Eigenschaften und der Biokompatibilität für medizin- und dentaltechnische Anwendungen auf dem Markt immer stärker durch. Verantwortlich für den Erfolg ist die Umwandlungsverstärkung der Werkstoffe, die zu moderaten Bruchzähigkeitswerten führt. Allerdings führt ein nicht fachgerechter Umgang mit den Werkstoffen zur Schädigung und viele mögliche Anwender fühlen sich unsicher und schrecken vor einer Verwendung zurück. Aus diesem Grund war das Ziel dieser Arbeit, dem Markt einen verbesserten zirkoniumoxidbasierten Werkstoff zur Verfügung zu stellen, der sich schädigungstoleranter und schleifrobuster bei der Bearbeitung und in der späteren Anwendung verhält. Durch die Zugabe unterschiedlicher Stabilisatoren und geeigneter, biokompatibler Sekundärphasen zur Zirkoniumoxidgrundmatrix konnte das schädigungstolerante Verhalten des Werkstoffes gezielt eingestellt werden und ein Fortschritt gegenüber dem Stand der Technik erzielt werden. Zur Charakterisierung der Schädigungstoleranz wurden auf drei unterschiedliche Weisen definierte Schädigungen auf der Zugseite von Biegestäbchen eingebracht - zum einen statisch durch Vickershärteeindrücke und dynamisch über Kratzer mit Hilfe eines Rockwelldiamanten, und zum anderen über einen reproduzierbaren Schleifprozess. Die Schädigungsintensität wurde dabei sukzessive erhöht. Die gemessenen Restfestigkeitswerte als Funktion der Schädigungsintensität liefern somit Informationen über die Schädigungstoleranz des Werkstoffes. Der stetige Drang, Herstellkosten durch die Reduzierung von Prozesszeiten zu verringern, macht ein schädigungstolerantes Verhalten des Werkstoffes extrem wichtig. Letztendlich können somit Herstellkosten bei gleichbleibender Bauteilqualität verringert und die Patientensicherheit für die Zukunft gewährleistet werden.
Aktualisiert: 2020-03-04
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Zirkoniumoxidbasierte Werkstoffe setzen sich aufgrund ihrer mechanischen Eigenschaften und der Biokompatibilität für medizin- und dentaltechnische Anwendungen auf dem Markt immer stärker durch. Verantwortlich für den Erfolg ist die Umwandlungsverstärkung der Werkstoffe, die zu moderaten Bruchzähigkeitswerten führt. Allerdings führt ein nicht fachgerechter Umgang mit den Werkstoffen zur Schädigung und viele mögliche Anwender fühlen sich unsicher und schrecken vor einer Verwendung zurück. Aus diesem Grund war das Ziel dieser Arbeit, dem Markt einen verbesserten zirkoniumoxidbasierten Werkstoff zur Verfügung zu stellen, der sich schädigungstoleranter und schleifrobuster bei der Bearbeitung und in der späteren Anwendung verhält. Durch die Zugabe unterschiedlicher Stabilisatoren und geeigneter, biokompatibler Sekundärphasen zur Zirkoniumoxidgrundmatrix konnte das schädigungstolerante Verhalten des Werkstoffes gezielt eingestellt werden und ein Fortschritt gegenüber dem Stand der Technik erzielt werden. Zur Charakterisierung der Schädigungstoleranz wurden auf drei unterschiedliche Weisen definierte Schädigungen auf der Zugseite von Biegestäbchen eingebracht - zum einen statisch durch Vickershärteeindrücke und dynamisch über Kratzer mit Hilfe eines Rockwelldiamanten, und zum anderen über einen reproduzierbaren Schleifprozess. Die Schädigungsintensität wurde dabei sukzessive erhöht. Die gemessenen Restfestigkeitswerte als Funktion der Schädigungsintensität liefern somit Informationen über die Schädigungstoleranz des Werkstoffes. Der stetige Drang, Herstellkosten durch die Reduzierung von Prozesszeiten zu verringern, macht ein schädigungstolerantes Verhalten des Werkstoffes extrem wichtig. Letztendlich können somit Herstellkosten bei gleichbleibender Bauteilqualität verringert und die Patientensicherheit für die Zukunft gewährleistet werden.
Aktualisiert: 2020-07-30
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Plastische Verformung beeinflusst die Eigenschaften eines Reibkontaktes. Es ist daher wichtig, grundlegende Versetzungsmechanismen in Reibkontakten zu verstehen. In dieser Arbeit wird der Bildungsmechanismus von prismatischen Versetzungsstrukturen unter einer einzelnen Asperität und der Versetzungstransport unter einer fahrenden Asperität mit dreidimensionalen Versetzungsdynamik-Simulationen im kubisch flächenzentrierten Metall untersucht. Plastic deformation influences the properties of tribological contacts. Therefore, it is important to understand the underlying dislocation mechanisms in tribological contacts. This work focuses on the formation mechanism of prismatic dislocation structures below an asperity and dislocation transport during sliding. Three dimensional Discrete Dislocation Dynamics simulations are conducted for a cubic face centered metal.
Aktualisiert: 2021-02-11
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