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Item Open Access Untersuchung von GFK-Bauteilen mit akustischen Verfahren am Beispiel der Rotorblätter von Windenergieanlagen(2010) Jüngert, Anne; Große, Christian (Prof. Dr.-Ing.)Im Hinblick auf den Klimawandel und die endlichen Reserven fossiler Rohstoffe kombiniert mit der wachsenden Energienachfrage, gewinnt die Nutzung erneuerbarer Energien an Bedeutung. Die Europäische Union hat beschlossen, die Treibhausgase um 20 Prozent zu reduzieren und den Anteil der erneuerbaren Energien am Gesamtenergieverbrauch bis 2020 auf 20 Prozent zu erhöhen. In Deutschland und Mitteleuropa wird vor allem die Windenergienutzung eine große Rolle spielen. Die Nutzung der Windenergie hat eine lange Tradition. Windkraft wird zum segeln, Wasser pumpen und Korn malen seit Jahrhunderten verwendet. Die ersten Windmühlen zur Stromerzeugung wurden im 19. Jahrhundert gebaut. Moderne Windkraftanlagen nutzen den Auftrieb um Windenergie in elektrische Energie umzuwandeln und existieren seit dem frühen 20. Jahrhundert. Üblicherweise haben moderne Windenergieanlagen drei aerodynamisch geformte Rotorblätter. Windenergieanlagen sind großen Kräften ausgesetz. Verschleiß tritt an Maschinenteilen, der Gondel, dem Turm und den Rotorblättern auf. Alle diese Teile müssen regelmäßig überprüft werden. Obwohl Unfälle an Windkraftanlagen sehr selten sind, ist immer ein großer finanzieller Schaden damit verbunden. Um Ausfallzeiten zu verringern, ist der Einsatz moderner Prüftechniken sinnvoll. Rotorblätter von Windkraftanlagen bestehen aus glasfaserverstärkten Kunststoffen (GFK) und Leichtbaumaterialien wie Kunststoffschäumen oder Holz. Sie werden alle zwei bis vier Jahren von Sachverständigen begutachtet. Diese Untersuchungen sind auf Sichtprüfungen und einfache Klopfprüfungen beschränkt. Mit zerstörungsfreien Prüfmethoden können Schädigungen in den Rotorblättern bereits in einem frühen Stadium erkannt werden. Zerstörungsfreie Prüfungen an GFK sind in der Luft- und Raumfahrttechnik gängige Praxis. Leider können etablierte Techniken nicht unmittelbar auf die Nutzung an Rotorblättern übertragen werden. Darüber hinaus sind Schäden in Rotorblättern andersartig. Rotorblätter werden in Halbschalenbauweise gefertigt. Die Verklebungsbereiche sind sicherheitsrelevant und können nicht visuell von außen geprüft werden. Darüber hinaus können Delaminationen der unterschiedlichen Schichten im gesamten Blatt durch Erosion oder durch Ausbreitung von Vorschädigungen auftreten. In dieser Arbeit werden zwei zerstörungsfreie Prüfverfahren vorgestellt, die Schall- und Ultraschallwellen verwenden. Das erste Verfahren ist das Ultraschall-Echo-Verfahren, das auch für die Schadensdetektion in Metallen oder Beton Anwendung findet. Der Einsatz an GFK erfordert spezielle Anpassungen. Aufgrund der Faserlagen werden die Ultraschallwellen im Material stark gestreut und gedämpft. Daher ist die Verwendung von niederfrequenten Ultraschallwandlern sinnvoll. Mit einem energiereichen Ultraschallimpuls können mehrere Zentimeter GFK durchdrungen und Schäden detektiert werden. Insbesondere die Verklebungen können mit diesem Verfahren geprüft werden. In dieser Arbeit werden die Unterschiede zwischen verschiedenen Ultraschallsensoren aufgezeigt. Ein trockener Ankopplung der Sensoren ist ein Vorteil beim Einsatz an Rotorblättern von Windenergieanlagen.Der Energieverlust durch eine trockenen Ankopplung im Vergleich zur Nassankopplungen wird in dieser Arbeit quantifiziert. Das Ultraschall-Echo-Verfahren wird an Rotorblattprobestücken und an einem kompletten Rotorblatt angewandt. Es wird deutlich, dass die Verklebungsbereiche detektiert und bewertet werden können. Schließlich wird das Messsystem mit einem automatisierten Prüfsystem verknüpft. Zur Detektion von oberflächennahen Delaminationen und Luftblasen wurde ein zweites Verfahren angewandt. Aus einfachen Klopfprüfungen wurde die sogenannte lokale Resonanzspektroskopie weiterentwickelt. Mit einem instrumentierten Impulshammer wird die Oberfläche abgeklopft und der erzeugte Klang mit einem Mikrofon aufgezeichnet. Aufgrund der Anregung beginnt die Struktur zu schwingen und ein Klang wird erzeugt. Dieser Klang hängt von der Kontaktsteifigkeit zwischen der Struktur und den Hammer ab. Eine Materialänderung bewirkt eine Änderung in der Kontaktsteifigkeit und somit eine Veränderung des erzeugten Klangs. Die Änderung kann über das Frequenzspektren der Mikrofondaten dargestellt werden. Darüberhinaus ist es möglich, die Anregungskraft und -dauer des Hammer auf der Oberfläche aufzeichnen. Eine Änderung der Kontaktsteifigkeit, bewirkt auch eine Änderung der Kontaktzeit. Dies liefert zusätzliche Informationen über den Zustand des Materials. Das Verahren ist sehr einfach anzuwenden und das Messystem ist klein, so dass es von Experten, auch beim Abseilen von der Rotornabe mitgeführt werden kann. Beide Verfahren werden verglichen und die Stärken und Schwächen werden in dieser Arbeit diskutiert. Abschließend wird ein Ausblick zur weiteren Verwendung der Verfahern, sowohl manuell als auch automatisiert, gegeben.Item Open Access Processing of meshes and geometry for visualization applications(2010) Bidmon, Katrin; Ertl, Thomas (Prof. Dr.)The fast increase of computational power not only enables the simulation of complex non-linear and highly dynamic processes but also allows for further increase of the problem sizes and makes parameter studies with numerous simulation runs affordable. One of the often underrated consequences of this development is the resulting rampant amount of simulation data that has to be processed, analysed and evaluated accordingly. Therefore, the development of powerful and capable analysis tools likewise gains in importance with visualization playing an increasingly crucial role. The visual conditioning of data both in simulation pre- and post-processing provides intuitive and fast insight. Hence, appropriate visualizations have to be developed and, where required, tailored to the specific needs of the particular application. As in visualization applications the principal purpose is not a visually pleasing appearance itself although marvellous visual uality of course is preferable but to provide an ideal blend of data compensation and emphasis on relevant features in order to enable and support intuitive data handling and analysis. In many application fields, geometry plays a crucial role in analysis. The major contributions of this work are on the geometric aspects of visualization methods in the application fields of virtual prototyping in car industry on one hand and molecular dynamics on the other hand. In both, the challenge is to comply with application needs while satisfying the required correctness of the shape, geometry and topology in order to ensure reliable analysis support, while providing superior visual quality in interactive methods, elaborating the data characteristics without concealing relevant features. But still the focus with respect to geometry is different in both application fields. On one hand, as in the area of car prototyping, reliable geometric models are of superior importance for both robust simulation set-ups and trustable results, since the evaluation of the geometric properties of the model is the principal purpose of simulation. The simulations in this field are usually based on finite element (FE) methods, thus the visualization is mesh-based accordingly. In this thesis new methods for processing, customization and (re-)construction of geometry and geometric characteristics are presented, tailored to the specific needs of automotive pre-processing. On the other hand, as in the application field of molecular dynamics, the geometric shape of the simulation entities often is not relevant but dictates the simulation constraints and, thus, still plays an essential role in analysis tasks. Therefore, the work presented in this field emphasises the power of geometric concepts as essential foundation for data structuring and intuitive evaluation during simulation data analysis. Since the molecules themselves do not have an intrinsic shape, geometric molecular representations always entail abstraction up to a certain extent. This fact, in turn, can be exploited to create semantically expressive molecular visualizations based on very different intrinsic and geometric properties of the data. Being developed in close collaboration with scientists in the dedicated application fields, the methods presented in this thesis found their way into recent research in the case of molecular dynamics as well as into commercial application tools in the case of the finite element analysis methods.Item Open Access Mischungsentwurf und Fließeigenschaften von Selbstverdichtendem Beton (SVB) vom Mehlkorntyp unter Berücksichtigung der granulometrischen Eigenschaften der Gesteinskörnung(2010) Huß, Andreas; Reinhardt, Hans-Wolf (Prof. Dr.-Ing. Prof. h.c. Dr.-Ing. E.h.)In der Dissertation wurde ein Prüfverfahren zur Bestimmung der erforderlichen Leimmenge zur Herstellung von Selbstverdichtendem Beton (SVB) vom Mehlkorntyp entwickelt. Dabei wird direkt das für den SVB vorgesehene Korngemisch untersucht, wodurch auch Einflüsse, die von den granulometrischen Eigenschaften des Korngemisches abhängen, erfasst werden. Dieses Verfahren wurde als Korn-Gemisch-Prüfung (KGP) bezeichnet. Mit der Korn-Gemisch-Prüfung wurde ein neues, praxisgerechtes Verfahren zur Bestimmung des erforderlichen Leimbedarfes für SVB vom Mehlkorntyp entwickelt. Durch die direkte Prüfung des für die Betonherstellung vorgesehenen Korngemisches stellt dieses Verfahren eine Methode zur integralen Beschreibung der granulometrischen Eigenschaften von Korngemischen dar. Damit ist die Verwendung von beliebig geformten Gesteinskörnungen zur Herstellung von SVB möglich. Bei der Berechnung der erforderlichen Leimmenge wird auch das Wasser-Mehlkorn-Verhältnis berücksichtigt. Durch Kenntnis der erforderlichen Leimmenge lässt sich die Mischungsberechnung auf die bekannte Stoffraumrechnung reduzieren. Durch die Bestimmbarkeit der zur Herstellung von SVB erforderlichen Leimmenge mit der Korn-Gemisch-Prüfung kann der Fokus auf die Optimierung des Bindemittelleims gerichtet werden. Dabei hat sich die im Rahmen der durchgeführten Untersuchungen verwendete Leistungsmessung des Labormischers als schnelle und zielsichere Methode zur Bestimmung der erforderlichen Mindestwassermenge erwiesen. Ausgehend von der erforderlichen Leimmenge und der Mindestwassermenge sind gezielte Optimierungen des SVB – vor allem im Hinblick auf die Wahl und Dosierung des Fließmittels – möglich. Zur Beschreibung der rheologischen Eigenschaften der SVB wurden mit einem automatischen Ausbreittisch die Fließkurven beim Setzfließversuch aufgezeichnet. Die mit dem automatischen Ausbreittisch gemessenen Setzfließkurven lassen sich in sehr guter Näherung durch eine Exponentialgleichung approximieren. Die Beschreibung der Fließkurve durch die gewählte Exponentialgleichung ergibt einen linearen Zusammenhang zwischen der Fließgeschwindigkeit bzw. der Fließbeschleunigung und dem Fließweg. Da die Fließgeschwindigkeit bzw. die Fließbeschleunigung bei Betrachtung über dem Fließweg direkt von dem Faktor beta abhängig ist, wird der Koeffizient beta als Frischbetonkennwert für die Dämpfung bzw. die effektive Viskosität der Fließbewegung beim Setzfließversuch interpretiert. Der Koeffizient wird daher als Fließzeitkoeffizient bezeichnet. Zwischen dem Fließzeitkoeffizienten und der im BTRHEOM Rheometer bestimmten plastischen Viskosität konnte tendenziell ein linearer Zusammenhang aufgezeigt werden. Sowohl der Fließzeitkoeffizient als auch die plastische Viskosität der untersuchten SVB sind dabei von der Leimschichtdicke abhängig.