Technische Universität Bergakademie Freiberg: Qucosa
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Beitrag zur Analyse des Grabwiderstandes am Schaufelradbagger
Get PDFMit dem Anspruch, den Informationsgehalt heute standardmäßig erhobener Prozess- und Betriebsdaten mit beliebiger zeitlicher Auflösung für die Zwecke der Grabwiderstandsanalyse zu erschließen, wurde auf Grundlage der konventionellen Methode der indirekten Grabwiderstandsermittlung ein umfassendes mathematisches Modell der Gesamtheit aller Teilprozesse bei der schneidenden Gewinnung am Graborgan des vorschublosen Schaufelrad-baggers erarbeitet und bisher unberücksichtigte zeitabhängige Einflussgrößen integriert.
Das Ziel der Anwendung der hochauflösenden indirekten Grabwiderstandsanalyse (HIG) auf verschiedene theoretische und praktische Aufgabenstellungen war die Prüfung der Ergebnisplausibilität sowie die umfassende Diskussion der Potentiale und Grenzen der Methode. Für die Schneidwerkzeugentwicklung ist die Anwendung der HIG die einzige Möglichkeit, ohne zusätzliche Kosten, Umbaumaßnahmen oder Betriebsstillstände den Einfluss von Werkzeugparametern unter betrieblichen Bedingungen zu analysieren. Für die theoretische Weiter¬entwicklung des Fachgebietes ermöglicht die Prozessmodellierung auf Basis beliebiger Zeitinkremente die umfassende Analyse konventioneller und spanunabhängiger Grabwiderstandskenngrößen
Struktur und Eigenschaften der Seltenerd-Übergangsmetall-Silizide
Get PDFSeltenerdsilizide RSi2 und deren verwandte R2TSi3-Verbindungen kristallisieren in hexagonalen AlB2- sowie tetragonalen ThSi2-ähnlichen Kristallstrukturen, unter denen es eine große strukturelle Vielfalt gibt, insbesondere im Hinblick auf die Ordnung von T- und Si-Atomen. Basierend auf einer ausführlichen Literaturrecherche mit einem Umfang von mehr als 300 Artikeln und 500 Strukturberichten wurde die kristallographische Familie eingehend charakterisiert und deren Symmetriebeziehungen herausgearbeitet. Das so entstandene Bärnighaus-Diagramm umfasst im Vergleich zu bisherigen Veröffentlichungen sechs zusätzliche Strukturtypen, deren Raumgruppen in dieser Arbeit teilweise erstmalig bestimmt wurden. Weiterhin konnten Zusammenhänge zwischen den beinhalteten Elementen der Verbindungen und deren Eigenschaften erarbeitet werden. Beispielsweise bilden sich signifikant häufiger geordneten Strukturen nach einer thermischen Behandlung. Darüber hinaus konnte hier eine Korrelation zwischen der elektronischen Struktur eines Hückel-Aromaten und der Si/T-Ordnung herausgearbeitet werden. Ergänzt wird die Arbeit durch Dichtefunktionaltheorieberechnungen, die zum einen Aufschluss über Formierungsenergien und somit über die potentielle Stabilität von bisher nicht berichteten Verbindungen geben. Zum anderen wurden die Bader-Ladungen der Atome berechnet, wodurch beispielsweise mögliche Überstrukturmodelle im tetragonalen Gitter auf nur ein plausibles Modell reduziert werden konnten. Abgerundet wird die Arbeit durch eigene Ergebnisse aus resonanten Synchrotronexperimenten, beispielhaft an dem Vertreter mit der größten Überstruktur: Ho2PdSi3. Für diese Verbindung gab es noch weitere mögliche Strukturmodelle, die jedoch dank der präsentierten Ergebnisse ausgeschlossen werden können.:Kurzfassung/Abstract
1. Einleitung
2. Grundlagen
2.1. Die Elemente
2.1.1. Aufbau
2.1.2. Bindungen
2.1.3. Atomradien
2.2. Kristallographie
2.2.1. Gliederung von Kristallstrukturen
2.2.2. Symmetrieabstieg
2.2.3. Raumgitter und reziprokes Gitter
2.2.4. Elektronen im Kristall
2.3. Resonante Röntgenbeugung
2.3.1. Röntgenabsorptionsspektroskopie
2.3.2. Röntgendiffraktion
2.3.3. Analyse der Diffraction Anomalous Fine Structure
3. Strukturelle Variationen der RSi2- und R2TSi3-Verbindungen: Charakterisierung und Ursachen
3.1. Kristallographische Übersicht der RSi2- und R2TSi3-Verbindungen
3.1.1. Vom AlB2-Typ abgeleitete Strukturen
3.1.2. Vom ThSi2-Typ abgeleitete Strukturen
3.1.3. Strukturbeschreibung
3.2. Systematisierung von Materialeigenschaften anhand von R–T-Diagrammen
3.2.1. Verteilung der Strukturtypen gemäß der Elementkombinationen
3.2.2. Gitterparameter und Si–T-Abstände
3.2.3. Thermische Behandlung
3.2.4. Elementradien und Radienverhältnis
3.2.5. Dichte und Packungsdichte
3.2.6. Elektronische Struktur
3.3. Abhängigkeiten zwischen den Materialeigenschaften
3.3.1. Korrelationen des kürzesten Si–T-Abstands d
3.3.2. Korrelationen des Quotienten c/a
3.3.3. Korrelationen des Quotienten qrad (und der Elementradien)
3.3.4. Korrelationen der thermischen Behandlung
3.3.5. Korrelationen der elektronischen Struktur
3.4. Stabilitätsanalysen basierend auf DFT-Rechnungen
3.4.1. Die Reihe der Co-Verbindungen
3.4.2. Die Reihe der Rh-Verbindungen
3.4.3. Die Reihe der Pt-Verbindungen
3.4.4. Die Gitterparameter von La2PdSi3
3.4.5. Tetragonales oder hexagonales BaSi2?
3.4.6. Orthorombisches Sr2AgSi3
3.4.7. Potentielle, tetragonale Struktur mit geordneten Si/T-Atomen
4. Überstrukturanalyse an Ho2PdSi3mit Diffraction Anomalous Fine Structure Analyse
4.1. Die Probe
4.2. Die Modelle
4.3. Durchführung
4.3.1. Details zu den Simulationen
4.3.2. Details zu den Experimenten
4.4. Auswertung
4.4.1. Die Holmium-L-Kanten
4.4.2. Die Palladium-K-Kante
5. Zusammenfassung
Anhang
A. Strukturparameter der RSi2- und R2TSi3-Verbindungen
B. Die Strukturtypen und Wyckoff-Lagen der RSi2- und R2TSi3-Verbindungen
C. Geometrische Betrachtungen der Gitter
D. Hilfswerte für die DFT-Rechnungen
E. Parameter der FDMNES-Simulatio
F. Herleitung des Extinktionskorrekturterms
G. Mittlere Fehlerquadrate der Fits an die XAFS- und DAFS-Experimente
Tabellenverzeichnis
Abbildungsverzeichnis
Literaturverzeichnis
Danksagung
Eidesstattliche Erklärun
A Raman technique applicable for the analysis of the working principle of promoters and inhibitors of gas hydrate formation
Get PDFWe report a Raman technique applicable for the in situ analysis of the development of hydrogen bonds in the liquid water‐rich phase just before the onset of gas hydrate formation. Herewith, the phase transition as well as the working principle of hydrate formation inhibitors and promoters can be analyzed
Reaktivität von CO2 gegenüber Si-N-Bindungen
Get PDFUm die Insertionsreaktionen von CO2 in Si-N-Bidungen genauer zu erforschen wurden 122 Silicium-Verbindungen synthetisiert -- davon 56 erstmalig -- und umfassend strukturell charakterisiert. Wichtige Hinweise auf die Voraussetzungen für das Ablaufen der Insertion konnten aus den qualitativen und quantitativen Untersuchungen der Reaktion der Aminosilane mit CO2 gewonnen werden. Analoge Umsetzungen verschiedener Heteroallene mit einem ausgewählten Aminosilan gaben Einblicke über mögliche Teilschritte der Insertion. Experimentell bestimmte Reaktionsenthalpien der CO2-Insertion stehen in guter Übereinstimmung mit quantenchemischen Berechnungen. Außerdem wurde durch die kinetische Betrachtung einer beispielhaften Reaktion und mithilfe von quantenchemischen Berechnungen ein neuer Vorschlag für den Mechanismus erarbeitet.:1 Einleitung und Motivation
2 Aminosilane oder Silylamine?
3 Die Si-N-Bindung
3.1 Eigenschaften
3.2 Synthese und Reaktionen silylierter Stickstoffverbindungen
3.2.1 Substitutionsreaktionen mit Bildung von Aminosilanen
3.2.2 Insertionsreaktionen
3.2.3 Weitere Reaktionen der Si-N-Bindung
4 Ergebnisse und Diskussion
4.1 Synthese von Verbindungen mit kovalenter Si-N-Bindung und deren CO2-Insertionsprodukte
4.1.1 Aminosilane
4.1.2 Silazane
4.1.3 Iminosilane
4.1.4 Amidinosilane
4.1.5 Lactamosilane
4.1.6 Carbamidsäuren und Carboximidate
4.1.7 Imidosilane
4.1.8 Guanidinosilane
4.1.9 Weitere stickstofffunktionelle Gruppen
4.2 Vergleichende Untersuchungen der silylierten Stickstoffverbindungen
4.2.1 Zusammenfassung der Synthesen
4.2.2 The Cambridge Structural Database (CSD)-Recherche und statistische Betrachtung der Si-N-Bindungslängen
4.2.3 Betrachtung der 29Si-NMR-Verschiebungen
4.3 Untersuchungen zur Reaktivität gegenüber Heteroallenen
4.3.1 Vergleich der CO2-Insertion in verschiedene Aminosilane
4.3.2 Thermodynamik der CO2-Insertion in silylierte Ethanolamine und Piperazine
4.3.3 Kinetik der CO2-Insertionsreaktion
4.3.4 Vergleich verschiedener Heteroallene
4.3.5 Weitere Insertionsprodukte mit Phenylisocyanat
4.3.6 Mutmaßungen zum Mechanismus der CO2-Insertion
4.4 Thermische Zersetzung der Insertionsprodukte
4.5 Aminosilane als CO2-Speicher
5 Zusammenfassung
6 Ausblick
A Experimenteller Teil
A.1 Verwendete Geräte und Methoden
A.1.1 Spektroskopische Methoden
A.1.2 Thermische Methoden
A.1.3 Weitere Methoden
A.1.4 Quantenchemische Rechnungen
A.1.5 weitere Software
A.2 Verwendete Chemikalien
A.3 Synthetische Arbeiten
A.3.1 Allgemeine Synthesevorschriften
A.3.2 Untersuchung zur Zersetzung von Carbamoyloxysilanen
A.3.3 CO2-Absorption aus Luft
A.3.4 Verbindungsübersicht
A.3.5 Aminosilane
A.3.6 Silazane
A.3.7 Imine, Enamine und deren Silylierungsprodukte
A.3.8 Amidinosilane
A.3.9 Lactamosilane
A.3.10 Carboximidate
A.3.11 Imidosilane
A.3.12 Guanidinosilane
A.3.13 Insertionen in Morpolinosilane
A.3.14 Weitere PhNCO-Insertionsprodukte
A.3.15 Insertionsversuche mit Ethenon
A.4 Kalorimetrische Untersuchungen
A.5 Kinetische Untersuchungen
A.5.1 Bestimmung von gelöstem CO2 in verschiedenen Lösungsmitteln
A.5.2 Kinetische Untersuchungen
A.5.3 Herleitung der Umsatzgleichung zur Auswertung der Kinetik durch Massenzunahme
A.6 Experimente zur Zersetzung der Carbamoyloxysilane
B Zusätzliche Diagramme
C Publikationsliste
C.1 Zeitschriftenbeiträge
C.2 Vorträge
C.3 Poster
C.4 Patentanmeldungen
C.5 Sonsige Printveröffentlichungen
D Lebenslauf
E Abkürzungsverzeichnis
F Quelltexte von Ardiuno- und Python-Programme
Stress-induced permeability evolution in coal: Laboratory testing and numerical simulations
Get PDFMining operations produce a multiscale network of fractures in the coal seams. Permeability evolution in rocks is important for coal bed methane (CBM) and shale gas exploitation as well as for greenhouse gas storage. Therefore, this work presents laboratory tests and a coupled model using PFC3D and FLAC3D to simulate the stress induced permeability evolution in coal samples. Basic mechanical properties are determined via lab testing. The spatial distributions of different components inside the reconstructed samples produce a significant heterogeneity based on CT technique. A newly developed experimental system is employed to perform 3-dimensional loading and to measure the flow rate simultaneously. The evolution process is described by 5 distinct phases in terms of permeability and deformation. Triaxial tests are simulated with PFC3D using a novel flexible wall boundary method. Gas seepage simulations are performed with FLAC3D. Relations between hydraulic properties and fracture data are established. Permeability and volumetric strain show good nonlinear exponential relation after a newly introduced expansion point. Piecewise relations fit the whole process, the expansion point can be treated as critical point. The structural characteristics of the samples influence this relation before and after the expansion point significantly
Optimization of fracturing fluid to increase shale gas production
Get PDFAs same as other countries in the world, China is also facing the problem of a severe shortage of energy. Specifically, the demand for natural gas is rising explosively after the energy consumption structure has changed from oil to gas. Due to various reasons and motivations, shale has been considered having great reserves and believed in alleviating the energy crisis. Nevertheless, the massive investment in developing shale has a disappointing interest with low-yielding production. Scholars have done many researches and experiments for investigating the causes and increasing the productivity of shale formation, in field and in laboratory respectively. Based on the statistics, more details, and further discussion, in this dissertation a probable method for more effectively producing was demonstrated.
Although the hydro-fracturing technology has been conducted in field frequently, sometimes the decrease of permeability has been observed after the treatment. To figure out this phenomenon, the investigation started from the basic characterization of matrix. Believed in the most component in shale, quartz consisted of silica which could dissolve in fluid. Been assigned as variables, temperature, pH, and salinity have been implemented for explanation of dissolution. Temperature played a great role in the process. Combined with confining pressure, the reconsolidation happened inside samples. Through more experiments the mechanism of reconsolidation has been discovered that both confining pressure and temperature are necessary for gelling in fracture.
Perspective on the whole formation, well logs were a super supplement to laboratory experiments. It serviced not only a further confirmation, but also pointed out the relationship between desorption capacity and different components. Samples from upper and lower formations have been used for going further. The exchange which exists between N2 and CH4 could be a great idea to exploit gas from reservoir. Feldspar supported space for adsorbed gas, and it was also easy to release. In contrast, the organic matter in which a network of pores developed has ability to trap the gas deeply because of the specific surface area. Quartz had positive effect on production because of containing the organic matter, while the influence of clay minerals on adsorption and desorption could be neglected.
Based on the analysis of reconsolidation and desorption, an idea has been conceived using foam as fracturing fluid for increasing gas production. Compared to the pure fluid, foam has less water, which could prevent the reconsolidation. Nitrogen could be the gas to foam. The exchange between N2 and CH4 will increase the production of gas. In order to serve the condition that increases the time of exchange and makes negative effect on reconsolidation simultaneously, the foaming test with ABS and K12 has been evaluated first. For better stability of foam more experiment have been done. Three formulas were recommended which could keep the balance between the increasing viscosity and decreasing volume.
The work interpreted in this thesis has enhanced our understanding of microscopic properties of shale and was expected to make contribution to further research of fracturing and production design
Festigkeits- und Schädigungsverhalten von Magnesiumfeinblech in experimenteller und numerischer Simulation
Get PDFErstmalig wird das Forschungsziel, für Magnesiumfeinblech einen experimentell validierten, gefüge- und mechanismenbasierten Parametersatz für die numerische Verformungs- und Schädigungssimulation unter Berücksichtigung der anisotropen Verfestigung zu ermitteln, erreicht. Damit wird dem ansteigenden Bedarf anwendungsrelevanter Werkstoffmodelle für die Entwicklung von Mg-Blechbauteilen entgegengekommen. Besonders die Formulierung von gekoppelten Schädigungsmodellen scheitert bis jetzt an der lückenhaften experimentellen Ermittlung von Schädigungsparametern. Daher sieht die vorliegende Arbeit vor, ein numerisches Modell für die Anwendung in der FEM-Simulation zur Verfügung zu stellen. Es wurden speziell für Feinblech relevante Charakterisierungsmethoden für die Parametrisierung eines gekoppelten Schädigungsmodells unter Berücksichtigung der Orthotropie eingesetzt. Die Anwendung erfolgte anhand von 1,0 mm dünnem AZ31 Feinblech eines über das Gießwalzverfahren mit anschließendem Warmwalzprozess hergestellten Coils.For the first time the research goal of determining an experimentally validated, microstructureand mechanism-based parameter set for the numerical deformation and damage simulation under consideration of anisotropic hardening has been achieved for magnesium thin sheet. This will meet the increasing demand for application-relevant material models for the development of Mg sheet metal components. In particular, the formulation of coupled damage models has so far failed due to the incomplete experimental determination of damage parameters.
Therefore, the present thesis provides a numerical model for the application in FEM simulation. Characterization methods relevant for thin sheet metal were used for the parameterization of a coupled damage model under consideration of the orthotropy. The application was based on 1.0 mm thin AZ31 sheet metal of a coil produced by the twin-roll casting process with subsequent hot-rolling process
Calcium zirconate materials for refractory applications
Get PDFThis thesis dealt with the new refractory material calcium zirconate. The aim of this study was to investigate the synthesis of pure phase calcium zirconate in grain sizes up to 3 mm and to produce
first refractory materials and examining their properties. For the synthesis the chosen solid state reaction of an equimolar mixture of monoclinic zirconium dioxide and calcium carbonate resulted in single phase calcium zirconate at temperature of at least 1200 °C. An increasing sintering temperature decreased the porosity. The first refractories based on single phase calcium zirconate were formed using the press process as well as slip casting. The thermomechanical properties were promising, which presents a starting point for the usage of refractories based on calcium zirconate in a wide field of possible applications. Remarkable were the residual strengths of about 5 MPa after five thermal shocks. However, corrosion tests with steel melt and gasifier ash showed the decomposition of CaZrO3 in presence of SiO2 which should be examined further for respective industrial usages
Vector casting for noise reduction
Get PDFWe report a new method for the reduction of noise from spectra. This method is based on casting vectors from one data point to the following data points of the noisy spectrum. The noise‐reduced spectrum is computed from the casted vectors within a margin that is identified by an envelope‐finder algorithm. We compared here the presented method with the Savitzky–Golay and the wavelet transform approaches for noise reduction using simulated Raman spectra of various signal‐to‐noise ratios between 1 and 25 dB and experimentally acquired Raman spectra. The method presented here performs well compared with the Savitzky–Golay and the wavelets‐based denoising method, especially at small signal‐to‐noise ratios and furthermore relies on a minimum of human input requirements
Statisches und zyklisches Verformungsverhalten fein- und ultrafeinkörniger Werkstoffzustände eines metastabilen austenitischen Stahls
Get PDFEin metastabiler austenitischer Stahl der Zusammensetzung 16Cr-7Mn-6Ni wurde einerseits über die Methode der Rückumwandlung in Werkstoffzustände verschiedener Korngrößen überführt und andererseits additiv über das Electron Beam Melting (EBM)-Verfahren gefertigt. Das statische und das zyklische Verformungsverhalten werden stark von der Korngröße beeinflusst. Insbesondere der ultrafeinkörnige Zustand verzeichnete einen erheblichen Anstieg der Festigkeit bei gleichzeitig hoher Duktilität. Die Lebensdauer übertraf bei niedrigen Dehnungsamplituden die Lebensdauer der Vergleichszustände und lag - für ultrafeinkörnige Gefüge außergewöhnlich - selbst bei hohen zyklischen Beanspruchungen auf einem vergleichbaren Niveau. Im Gegensatz zur Korngröße hatten die prozessinhärenten Defekte der mittels EBM hergestellten Varianten kaum einen Effekt auf das Verformungsverhalten des Stahls. Auch die Absenkung der Lebensdauer fiel vergleichsweise gering aus. Diese hervorragende Schadenstoleranz wird der hohen Duktilität in Kombination mit der enormen Verfestigungskapazität zugeschrieben