Das Projekt "Teilvorhaben: Mikromechanische Modellierung von systematischen Rissfeldern und Bildung eines Bewertungskriteriums" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Stuttgart, Otto-Graf-Institut, Materialprüfungsanstalt durchgeführt. In großen kerntechnischen Komponenten können herstellungsbedingt Rissfelder enthalten sein. Solche Rissfelder werden mit ZfP-Methoden mit einigen Einschränkungen erfasst. Die ZfP-Ergebnisse fließen in die sicherheitstechnische Beurteilung von rissfeldbehafteten Komponenten derart ein, als dass in den Regelwerken die Rissfelder als abdeckender Einzelfehler betrachtet werden. Bei großen Rissfeldern ist diese Vorgehensweise bruchmechanisch nicht anwendbar. Gesamtziel dieses Vorhabens ist es, eine ingenieursmäßige Methodik abzuleiten, mit der es möglich ist, den Sicherheitsabstand gegen Versagen für eine rissfeldbehaftete Komponente zu berechnen. Das Vorhaben ist Teil eines Verbundprojekts gemeinsam mit dem IEHK RWTH Aachen. Schwerpunkt der MPA-Untersuchungen sind Charakterisierung der Werkstoffe, Bruchmechanik- und Bauteilversuche, Simulationen mit Rousselier-Modell In einer Literaturrecherche werden Aufbau und Größe typischer Rissfelder herausgearbeitet. Existierende Berechnungskonzepte zur Bewertung von Rissfeldern werden gesichtet. Im Vorhaben werden drei Werkstoffe - eine Forschungsschmelze mit einem repräsentativen Rissfeld (IEHK; MeKom1), eine vergleichbare Schmelze ohne Rissfeld (IEHK; MeKom2) und ein realer Reaktordruckbehälterwerkstoff (MeKom3) - untersucht. Die Werkstoffe MeKom1 und 2 werden mechanisch (unterschiedliche Mehrachsigkeiten) und bruchmechanisch charakterisiert. Für alle 3 Werkstoffe werden Bruchmechanikversuche unter Mixed-Mode-Belastung durchgeführt. Aus MeKom1 wird ein Modellbehälter geprüft. Für systematische Untersuchungen werden Proben mit künstlichen Mehrfachrissen gefertigt, um den Einfluss von Rissausrichtung, -größenverteilung, -anzahl sowie der gegenseitigen Beeinflussung von Rissfeldern zu untersuchen. Zum Verständnis der Vorgänge beim Risswachstum und beim Zusammenwachsen der Risse werden Simulationen mit dem Schädigungsmodell nach Rousselier und Beremin (Tieflage) durchgeführt. Das Rousselier-Modell wird zur Beschreibung von niederen Mehrachsigkeiten erweitert.
Das Projekt "Weiterentwicklung der Analysemethoden zur Bewertung des Leck-vor-Bruch-Verhaltens metallischer Komponenten einschließlich Leckratenbestimmung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Gesellschaft für Anlagen- und Reaktorsicherheit (GRS) gGmbH durchgeführt. Gesamtziel der geplanten Arbeiten ist die Weiterentwicklung analytischer Methoden zur Beschreibung des Verhaltens von Rissen und Lecks in metallischen druckführenden Komponenten. In diesem Zusammenhang sollen die Analysemethoden auch auf sogenannte quasi-laminare rissartige Fehlstellen, die quasi-parallel zur Oberfläche der drucktragenden Wand liegen, erweitert werden. Ferner soll der Einfluss von Eigen-spannungen auf das Verhalten von Lecks untersucht und im Hinblick auf die Bewertung des Leck-vor-Bruch-Verhaltens die Leckratenbeschreibung verbessert werden. Dabei sollen neben rissartigen Lecks auch Wasser-/Dampf-Leckagen durch Dichtungen und Armaturen in der druckführenden Umschließung berücksichtigt werden. Die weiterentwickelten Analysemethoden sollen in das bestehende Codesystem PROST / WinLeck eingebunden und Anwendern im In- und Ausland zur Verfügung gestellt werden. Zur ErfüIIung der Zielsetzung sind die folgenden Arbeitspakete vorgesehen. AP 1: Erweiterung der analytischen Bruchmechanik. AP 2: Erweiterungen Leckratenbestimmung. AP 3: Analysen zu Versuchen mit Rissen und Lecks. AP 4: Methoden zum Leck-vor-Bruch Verhalten. AP 5: Projektmanagement und Projektcontrolling.
Das Projekt "Werkstoffentwicklung für Windenergieanlagen im Multi-Megawatt-Bereich Offshore" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Siempelkamp Gießerei GmbH durchgeführt. Im Rahmen des Projekts sollte ein Gusseisenwerkstoff mit Kugelgraphit für die Anwendung in der Offshore-Windenergie entwickelt und optimiert werden. Neben einer Erhöhung der Festigkeit unter wechselnder Beanspruchung im Vergleich zum derzeit in diesem Bereich eingesetzten EN-GJS-400-18-LT, stand eine ausreichende Bruchzähigkeit und dadurch qualifizierte Erhöhung der Bauteilsicherheit hinsichtlich strukturellen Versagen im Fokus der Entwicklung. Der so optimierte Werkstoff sollte durch eine unabhängige Zertifizierungsgesellschaft für den Einsatz in dynamisch hoch beanspruchten Bauteilen von Offshore-Windenergieanlagen zertifiziert und freigegeben werden. Als wesentlicher Bestandteil des Projekts war ein bruchmechanisches Nachweiskonzept für Bauteile dieses Werkstoffs zu erarbeiten, das ebenfalls durch die Zertifizierungsgesellschaft abgenommen werden sollte. Die verbesserten spezifischen Eigenschaften des Gusswerkstoffes werden zu Materialeinsparungen führen, die direkt an den Gussbauteilen entstehen sowie indirekt an anderen Bauteilen ermöglicht werden. Direkte Einsparungen werden infolge der höheren Leistungsfähigkeit des Werkstoffes durch eine Gewichtsreduktion der Gussbauteile ermöglicht. Erreicht wird dies vor allem durch die höhere Wechselfestigkeit, die bei Gussbauteilen von Windenergieanlagen dimensionierend ist. Durch eine Reduzierung der Kopfmassen ergeben sich indirekt, auf Grund der Eigenfrequenzanforderungen von WEA's, Einsparungspotentiale bei Turm und Gründung. Das Turmgewicht bei 5-MW-Anlagen beträgt ca. 400 - 700 t, die Masse der Gründung 600 - 1.000 t. Eine Verringerung der Kopfmasse um 20 t führt nach einer Untersuchung des Weltmarktführers Vestas zu 10 Prozent bis 15 Prozent geringeren Turm- und Gründungskosten bzw. -massen. Zur Erreichung des Projektziels, der Zertifizierung eines höherfesten, aber ausreichend duktilen Sphärogusswerkstoffs, wurde das Konzept der Mischkristallverfestigung eines ferritischen Gusseisens mit Kugelgraphit verfolgt. Im Vergleich zur zumeist üblichen Festigkeitssteigerung in dieser Werkstoffgruppe durch Perlitstabilisierung, weist die gewählte Vorgehensweise den Vorteil eines wesentlich geringeren Abfalls der Duktilität und Zähigkeit bei ansteigender Festigkeit auf. Somit wurde eine Gusseisensorte mit erhöhtem Si-Gehalt sowie Ni-Zugabe entwickelt und hinsichtlich seines Verhaltens unter schwingender Belastung und der Bruchzähigkeit optimiert. Dazu wurden jeweils Proben aus bauteilnahen Versuchsgeometrien entnommen und getestet. Die optimierte Zusammensetzung wurde anschließend nach den Vorgaben des GL als Zertifizierungsgesellschaft hinsichtlich der Kennwerte der Schwingfestigkeit sowie wichtiger Einflussgrößen auf diese, wie beispielsweise das Spannungsverhältnis, die Oberfläche und weitere, geprüft. usw.
Das Projekt "Vorhaben: Gasreservoire und Bruchprozesse" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Helmholtz-Zentrum Potsdam Deutsches GeoForschungsZentrum durchgeführt. Für eine sichere und nachhaltige Nutzung unterirdischer Geosysteme muss die Integrität von Reservoir- und Barrieregesteinen langfristig gewährleistet sein. Eine besondere Rolle spielen dabei Prozesse, welche durch Rissbildung und Risswachstum zu einer Schwächung des Gesteins führen können. Diese Schwächung kann z. B. durch Diffusions- und Transportprozesse infolge wechselnder Druck- und Spannungsbedingungen hervorgerufen werden. Dabei ist die Rissbildung und Rissausbreitung im Untergrund mit seismischen Ereignissen verbunden. Diese Mikrobeben sind zumeist nur mit entsprechend sensitiver Messtechnik registrierbar, die Seismizität kann allerdings auch spürbare Größenordnungen erreichen oder sogar zu Schädigungen an Bauwerken und Infrastruktur führen. In konventionellen Kohlenwasserstofflagerstätten wird häufig nach einem längeren Produktionszeitraum eine erhöhte seismische Aktivität festgestellt, die auf Kompaktionsprozesse des Reservoirgesteins und die Aktivierung von Bruchzonen zurückzuführen ist. Bei der hydraulischen Stimulierung unkonventioneller Kohlenwasserstofflagerstätten oder geothermischer Reservoire werden seismische Ereignisse aufgezeichnet, die je nach Belastungszyklus und Gesteinstyp stark variieren können. Auch in Gasspeichern führen Belastung und Rissbildung zu erhöhter Seismizität, welche Prozesse anzeigt, die sich ungünstig auf die Speicherstabilität auswirken. Im Rahmen des Verbundprojekts SECURE sollen skalenübergreifende Werkzeuge zur Prognose und Charakterisierung hydromechanischer Prozesse bei der Nutzung unterirdischer Reservoirsysteme entwickelt werden. Die Forschungsarbeiten konzentrieren sich dabei auf Rissbildung und Risswachstum in Reservoiren und Deckgesteinen, welche als mikroseismische Ereignisse detektiert werden können. Hierzu sollen Modelle konzipiert werden, die erstmals bruchmechanische Prinzipien mit probabilistischen Seismizitätsmodellen kombinieren. Das Verbundprojekt gliedert sich in drei Arbeitspakete. Im Mittelpunkt des ersten Arbeitspakets steht das Monitoring. Dabei soll geprüft werden, wie schwache Mikroseismizität bestmöglich detektiert und charakterisiert werden kann. Ein Schwerpunkt der Arbeiten liegt in der Entwicklung einheitlicher Standards zur Beschreibung von Magnituden und Herdparametern. Das zweite Arbeitspaket umfasst die Entwicklung fluidmechanischer Reservoirmodelle anhand von vier Fallstudien. Hierfür werden von den Industriepartnern Daten aus konventionellen Erdgasfeldern, aus Experimenten zur hydraulischen Stimulierung, aus Gasspeichern und aus geothermischen Aquifersystemen bereitgestellt. Ziel ist es, Druck- und Spannungsfelder als Funktion der Produktions- und Feldparameter zu bestimmen. Im dritten Arbeitspaket sollen auf Basis von Spannungssimulationen Seismizitätsmodelle entwickelt werden, welche zur Kalibrierung der fluidmechanischen Reservoirmodelle dienen. (Text gekürzt)
Das Projekt "Vorhaben: Automatisierte Überwachung von Mikroseismizität in räumlich begrenzten Reservoiren und einheitliche Behandlung von Unsicherheiten bei der Bestimmung von Herdparametern" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Ludwig-Maximilians-Universität München, Department für Geo- und Umweltwissenschaften, Sektion Geophysik durchgeführt. Für eine sichere und nachhaltige Nutzung unterirdischer Geosysteme muss die Integrität von Reservoir- und Barrieregesteinen langfristig gewährleistet sein. Eine besondere Rolle spielen dabei Prozesse, welche durch Rissbildung und Risswachstum zu einer Schwächung des Gesteins führen können. Diese Schwächung kann z. B. durch Diffusions- und Transportprozesse infolge wechselnder Druck- und Spannungsbedingungen hervorgerufen werden. Dabei ist die Rissbildung und Rissausbreitung im Untergrund mit seismischen Ereignissen verbunden. Diese Mikrobeben sind zumeist nur mit entsprechend sensitiver Messtechnik registrierbar, die Seismizität kann allerdings auch spürbare Größenordnungen erreichen oder sogar zu Schädigungen an Bauwerken und Infrastruktur führen. In konventionellen Kohlenwasserstofflagerstätten wird häufig nach einem längeren Produktionszeitraum eine erhöhte seismische Aktivität festgestellt, die auf Kompaktionsprozesse des Reservoirgesteins und die Aktivierung von Bruchzonen zurückzuführen ist. Bei der hydraulischen Stimulierung unkonventioneller Kohlenwasserstofflagerstätten oder geothermischer Reservoire werden seismische Ereignisse aufgezeichnet, die je nach Belastungszyklus und Gesteinstyp stark variieren können. Auch in Gasspeichern führen Belastung und Rissbildung zu erhöhter Seismizität, welche Prozesse anzeigt, die sich ungünstig auf die Speicherstabilität auswirken. Im Rahmen des Verbundprojekts SECURE sollen skalenübergreifende Werkzeuge zur Prognose und Charakterisierung hydromechanischer Prozesse bei der Nutzung unterirdischer Reservoirsysteme entwickelt werden. Die Forschungsarbeiten konzentrieren sich dabei auf Rissbildung und Risswachstum in Reservoiren und Deckgesteinen, welche als mikroseismische Ereignisse detektiert werden können. Hierzu sollen Modelle konzipiert werden, die erstmals bruchmechanische Prinzipien mit probabilistischen Seismizitätsmodellen kombinieren. Das Verbundprojekt gliedert sich in drei Arbeitspakete. Im Mittelpunkt des ersten Arbeitspakets steht das Monitoring. Dabei soll geprüft werden, wie schwache Mikroseismizität bestmöglich detektiert und charakterisiert werden kann. Ein Schwerpunkt der Arbeiten liegt in der Entwicklung einheitlicher Standards zur Beschreibung von Magnituden und Herdparametern. Das zweite Arbeitspaket umfasst die Entwicklung fluidmechanischer Reservoirmodelle anhand von vier Fallstudien. Hierfür werden von den Industriepartnern Daten aus konventionellen Erdgasfeldern, aus Experimenten zur hydraulischen Stimulierung, aus Gasspeichern und aus geothermischen Aquifersystemen bereitgestellt. Ziel ist es, Druck- und Spannungsfelder als Funktion der Produktions- und Feldparameter zu bestimmen. Im dritten Arbeitspaket sollen auf Basis von Spannungssimulationen Seismizitätsmodelle entwickelt werden, welche zur Kalibrierung der fluidmechanischen Reservoirmodelle dienen. (Text gekürzt)
Das Projekt "Beitrag zur bruchmechanischen Absicherung von Rohrleitungen aus hochzaehem Werkstoff" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Stuttgart, Staatliche Materialprüfungsanstalt durchgeführt.
Das Projekt "Schwerpunkt-Optimierung bereits tastuntersuchter, befund-korrelierbarer mechanischer u. optischer Sondierungstechniken fuer die 'in-situ'-Grobanalyse u. labortechnische Feinanalyse schadhafter Bauwerkspartien u. dort entnommener Kernproben (F317)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Hochschule Aachen, Lehrstühle für Baustoffkunde und Institut für Bauforschung durchgeführt. Es soll versucht werden, bereits tastuntersuchte Verfahren weiterzuentwickeln / zu optimieren, mit deren Hilfe grob am Bauwerk und verfeinert im Labor schadhafte Bauwerkspartien im Naturstein- / Fugen- / Verbundbereich Moertel / Naturstein beurteilt werden koennen. Dazu sollen in diesen Bereichen minimale Bohrkerne gebohrt, dabei alle Bohrparameter erfasst und mit Hilfe der an labortechnisch untersuchten Bohrkernen festgestellten Gefuege- / physikalischen / bruchmechanischen Kennwerte Verwitterungsprofil / -neigung ermittelt werden. Diese Untersuchungen sollen unterstuetzt werden durch endoskopische Beobachtung und anschliessende bildanalytische Auswertung des Gefueges / der Feuchtigkeitswanderung in den Bohrkanaelen, bei entsprechender Praeparation auch ueber laengere Zeit, die gleichzeitig Ausgangskanaele fuer das Ausraeumen defekter Moertelfugen sind und zum Ansetzen von Geraeten zum Vorbehandeln / Traenken der Bauwerksoberflaechen dienen.
Das Projekt "Berücksichtigung spezieller Effekte für die Anwendung eines optimierten Bruchmechanikkonzepts für den RDB-Sicherheitsnachweis" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von AREVA GmbH durchgeführt. Zur anwendungsorientierten Vervollständigung des Bruchmechanikkonzepts über den gesamten Temperaturbereich für den RDB-Sicherheitsnachweis sollen die Einflüsse, wie erhöhte im Zähbruchbereich befindliche Prüftemperaturen, WPS-Effekt durch betrieblich bedingte Vorbelastung und Werkstoffinhomogenitäten auf die Bruchzähigkeitskurve anhand von bruchmechanischen Versuchen mit für europäische Anlagen repräsentativen RDB-Werkstoffen aus der bereits vorhandene Datenbasis und zusätzlich mit einem geseigerten Werkstoff quantifiziert werden. Die Einbeziehung unterschiedlicher Probengeometrien, statistischer Unsicherheitsbewertungen und die Verifikation mikromechanischer Versagens-Modelle (Local Approach) dienen vor allem dazu, bauteilbezogene Sicherheitsmargen für die RDB-Integritätsbewertung zu quantifizieren. Insgesamt ist das Ziel einen sicheren Langzeitbetrieb von Kernkraftwerken im Sinne des aktuellen Stands von W&T abzusichern, den Anschluss an den internationalen Erkenntnisstand zu gewährleisten, die Kompetenz für diese sicherheitstechnisch relevante Thematik weiter zu entwickeln, und dazu beizutragen, den Stand von W&T in die entsprechenden Regelwerke zu implementieren. Mit der Einbeziehung von entsprechenden Daten deutscher Nachbarländer kann gleichzeitig ein grenzüberschreitender Beitrag für die nukleare Sicherheit weltweit geleistet werden. Es werden aus insgesamt 6 überwiegend originale RDB-Werkstoffe sowie aus einem geseigerten bzw. wasserstoffflockenhaltigen Werkstoff Proben hergestellt und folgende Untersuchungen durchgeführt: - Bruchmechanikversuch -zur Rissinitiierung und stabiler Rissverlängerung im duktilen Bereich -unter Berücksichtigung einer warmen Vorbelastung (WPS-Effekt) mit verschiedenen Last- und Temperaturparametern. -mikrostrukturelle Untersuchungen (REM, TEM) -Numerische und statistische Berechnungen.
Das Projekt "Quantifizierung des Bruchverhaltens unter transienter thermomechanischer Belastung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik durchgeführt. Das Ziel des Vorhabens ist es, zu einem vertieften Verständnis des Effekts einer Warmvorbelastung mit einem allgemeinen Lastpfad - insbesondere bei Lastpfaden ohne ausgeprägtes Maximum- auf das Sprödbruchverhalten ferritischer Druckbehälterstähle zu gelangen. Die Erkenntnisse sollen im Rahmen eines Berechnungsmodells umgesetzt und dadurch für die Anwendung in der bruchmechanischen Bewertung kerntechnischer Anlagen nutzbar gemacht werden. Im Rahmen eines experimentellen Untersuchungsprogramms ist zunächst eine Versuchstechnik zur Prüfung von Bruchmechanikproben unter definiert steuerbareren transienten thermomechanischen Bedingungen zu etablieren. Hiermit ist der Einfluss verschiedener Lastpfade mit unterschiedlichen Vorbelastungen auf die finale Bruchlast systematisch zu quantifizieren. In fraktografischen Analysen soll der Bruchmechanismus aufgeklärt werden. Der Einfluss der Belastungsgeschichte auf die mechanischen Feldgrößen in der Spaltbruchprozesszone soll in numerischen Simulationen quantifiziert werden. Die Erkenntnisse sollen in einem Berechnungsmodell aufbereitet und der Anwendung zugänglich gemacht werden. Dazu soll ein probabilistisches Spaltbruchmodell verwendet werden. Dieses soll im Hinblick auf transiente thermomechanische Belastungssituationen angepasst und falls notwendig erweitert werden. Das Modell soll an Hand der experimentellen Datenbasis validiert und seine Praxistauglichkeit durch Anwendung auf frühere Bauteilversuche nachgewiesen werden.
Das Projekt "Erweiterung der Datenbasis für bruchmechanische Kennwerte bestrahlter deutscher RDB-Werkstoffe - Anwendung des Master-Curve-Konzeptes für Neutronenfluenzen im abdeckenden Bereich (CARINA)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von AREVA GmbH durchgeführt. Zur Quantifizierung von bestrahlungs-, werkstoffseitigen und herstellungstechnologischen Einflüssen auf das RDB-Bestrahlungsverhalten soll die vorhandene Datenbasis um weitere für deutsche Anlagen repräsentative Werkstoffe von verschiedenen Herstellern, mit abdeckenden Neutronenfluenzen und unterschiedlichen Bestrahlungsbedingungen erweitert werden. Die erhaltenen Ergebnisse werden differenziert bewertet im Hinblick auf einen Vergleich der beiden Konzepte RTNDT und Master-Curve (MKK), eine diversitäre Erstellung von Crack Arrest Kurven an bestrahltem Werkstoff mittels normgerechter Rissstoppversuche und Auswertung instrumentierter Kerbschlagbiegeversuche, den Einfluss der Flussdichte auf den Verlauf der Master-Curve, und die integrale Bewertung der Anwendung des MKK für die sicherheitstechnische Beurteilung von deutschen RDBs in einem die Lebensdauer deutscher Anlagen abdeckenden Fluenzbereich. Die Basis für das experimentelle Versuchsprogramm bilden bestrahlte Probenwerkstoffe aus einer VAK-Vorratsbestrahlung und aus einer in einem DWR erfolgten voreilenden Bestrahlung Das Vorhaben dient der qualifizierten Anwendung des MKK für den RDB-Sicherheitsnachweis deutscher Anlagen.
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| Bund | 18 |
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