Technische Universität Dresden: Qucosa
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Innovative cleaning system with movable cavitation nozzle based on the hunting behaviour of the pistol shrimp
No full textSubmersion-based cleaning methods such as ultrasonic cleaning and pressure flooding are frequently used in industrial cleaning processes. Nevertheless, these approaches exhibit limitations in effectively cleaning difficult-to-reach areas, including holes and grooves, necessitating enhanced methods to improve cleaning performance in such regions. A fluid injector based on the bionic model of the pistol shrimp was developed to generate cavitation jets and it was used for industry-related experimental studies. For this purpose, spot and surface cleaning tests were carried out for flat and complex geometries with a food test model soil. In particular, the influence of the nozzle distance to the surface, the variation of the pulsation parameters and the influence of swelling on cleaning were taken into account. The results were compared with conventional ultrasonic cleaning, whereby it was shown that better cleaning and higher efficiency can be achieved by using immerged cavitation jets. A significant cleaning effect on the surface was measurable up to a nozzle distance of 20 mm. Furthermore, the cleaning time for flat test plates (100 mm x 100 mm) could be reduced by more than half compared to conventional ultrasonic cleaning. Nevertheless, it also showed that the new system is only able to clean complex geometries such as drill holes to a limited extent
Experimental study on the interaction of falling films and spray jets during cleaning
No full textIn hygiene-critical industries such as the food industry, there is great interest in designingneeds-based cleaning processes with optimized parameters. Simulations of the cleaning processes can support optimization, but often take too long, especially regarding the spray cleaning of large containers. Simplified and semi-empirical prediction models can improve the situation but require a solid experimental basis. The present study addresses an important knowledge gap by investigating the cleaning of a swellable, food-related model soil with water by a spray that is superimposed with a falling film. The variation of the impact angle of the spray (30° ... 90°), the pre-wetting time (0 s ... 120 s) and the nozzle pressure (1 bar ... 5 bar) reveals a wide range of possible effects. Compared to spray cleaning only, both an increase in the cleaning rate of almost 50% as well as a decrease in the cleaned area of about 80% were observed, depending on the parameter selection and focus of the analysis
Untersuchung von olfaktorischen und visuellen Sinneseindrücken während der Strahlentherapie
No full textHintergrund: Riechphänomene bei Bestrahlung, sog. Phantosmien, sind im Vergleich zu anderen strahlungsbedingten Nebenwirkungen wenig erforscht, obwohl diesbezüglich Prävalenzen von über 40 % beobachtet wurden. Phantosmie wird mehrheitlich als unan-genehm wahrgenommen und kann im Zuge dessen die Therapieadhärenz schmälern. Trotz-dem gibt es bisher keine gezielte Aufklärung über diese Nebenwirkung. In vorherigen Studien wurde bereits eine Korrelation von Phantosmie mit niedrigerem Alter beobachtet. Dies wurde mit dem besseren Geruchssinn bei jüngeren Patienten begründet – doch der Geruchssinn wurde in keiner dieser Studien in die Analysen mit einbezogen.
Forschungsfragen: Zur Identifikation prädisponierter Patienten für Phantosmie bei Bestrah-lung wurden viele patienten- und bestrahlungsbezogene Parameter analysiert. Ein besonderer Fokus lag hier auf dem Riechvermögen, dem Alter und dem Geschlecht. Des Weiteren wurden Lichtblitze bei Bestrahlung, sog. Phosphene, untersucht, da in vorherigen Studien diesbezüglich eine Korrelation zu Phantosmie beobachtet wurde.
Methoden: Die vorliegende Arbeit präsentiert die erste und größte Stichprobe, welche Phantosmie bei Bestrahlung prospektiv longitudinal mit einer Quantifizierung des Geruchs-sinns untersuchte. Der Studienzeitraum betrug 14 Monate. Alle Probanden wurden mittels perkutaner Strahlentherapie – Photonen- oder Protonenstrahlung – behandelt und hinsicht-lich bestrahlter Körperregion und Bestrahlungstechnik in drei Gruppen unterteilt. Dabei lag der Fokus auf der Protonenstrahlung, denn diese ist bezüglich Phantosmie weniger erforscht als Photonenstrahlung. Es erfolgten eine standardisierte Anamnese sowie eine wöchentliche Befragung der Probanden mittels Fragebögen bezüglich Phantosmie und Phosphenen während des Bestrahlungszeitraums. Die Quantifizierung des Geruchssinns erfolgte einmalig vor Beginn der Strahlentherapie mittels „Sniffin‘ Sticks“ Identifikationstest.
Ergebnisse: Die Stichprobe schloss 106 Tumorpatienten (davon 65 % Männer) mit einem durchschnittlichen Alter von 54,4 ± 13,4 Jahren ein. Insgesamt erlebten 59 % aller Proban-den Phantosmie und/oder Phosphene. Probanden mit Protonentherapie in der Gehirn- und HNO-Region hatten diesbezüglich mit 71 % die höchste Rate. Phosphene traten häufiger auf als Phantosmie (51 % vs. 37 %) und die Mehrzahl dieser Probanden nahm beide Sinnesphänomene zugleich wahr (29 %). Phantosmie wurde im Durchschnitt als leicht unan-genehm mit einer mittelhohen Intensität eingestuft und am häufigsten als „chemisch“, „metallisch“ und „verbrannt“ beschrieben. Phosphene wiesen im Durchschnitt eine höhere Intensität als Phantosmie mit einer neutralen Qualität und den häufigsten Farben Blau, Weiß und Lila auf. Beeinflussende Parameter bezüglich des Auftretens der Sinnesphänomene waren niedrigeres Alter (F = 7,81, p < 0,01), Gehirnbestrahlung (χ2 = 14,05, p = 0,02), Protonenstrahlung (χ2 = 10,57, p = 0,01) und die Abwesenheit von Dysgeusie (χ2 = 10,28, p = 0,01). Eine regelmäßige Staub- bzw. Chemikalienexposition korrelierte mit einer verminderten Intensität (B = -1,52, p = 0,02) und angenehmeren Qualität der Phantosmie (B = 0,49, p = 0,03). Eine längere Tumordauer (B = 0,11, p < 0,01) und vorbestehende Nahrungsmittel-allergien (B = 2,77, p < 0,01) waren mit einer gesteigerten Intensität der Phosphene asso-ziiert; eine Epilepsie wiederum mit einer verminderten Intensität (B = - 1,50, p = 0,02). Die Einnahme von Analgetika korrelierte positiv mit einer angenehmeren Qualität der Phosphene (B = 0,47, p < 0,01).
Fazit: Die hier beobachtete Prävalenz der Phantosmie von 37 % verdeutlicht die klinische Relevanz dieser strahlungsbedingten Nebenwirkung. Jüngere Patienten, deren Gehirne mit Protonen bestrahlt wurden, waren dafür besonders prädisponiert. Die positive Korrelation mit der Gehirnbestrahlung unterstützt die Theorie der zentralen Entstehungsmechanismen von Phantosmie und Phosphenen. Da die Ergebnisse des Riechtests nicht signifikant waren, kann der Einfluss des Geruchssinns nicht abschließend geklärt werden. Allerdings weisen die Korrelation mit dem niedrigeren Alter sowie der Einfluss der Noxen-Exposition indirekt auf einen Einfluss des Geruchssinns hin. Für zukünftige Forschung diesbezüglich ist eine Erweiterung des Riechtests auf die gesamten „Sniffin‘ Sticks“ inklusive Schwellen- und Diskriminationstest sinnvoll, um ein umfänglicheres Bild über den Geruchssinn zu erhalten.:Abkürzungsverzeichnis V
Abbildungsverzeichnis VI
Tabellenverzeichnis VII
Gendererklärung VII
1 Einleitung 1
2 Theoretische Grundlagen 4
2.1 Die Nase 4
2.1.1 Makroskopische Anatomie der Nase 4
2.1.2 Mikroskopische Anatomie der Nase 5
2.1.3 Physiologie der Nase 6
2.2 Der Geruchssinn 7
2.2.1 Bedeutung des Geruchssinns 7
2.2.2 Periphere olfaktorische Verarbeitung 8
2.2.3 Zentrale olfaktorische Verarbeitung 9
2.2.4 Trigeminales System 10
2.3 Systematik der Riechstörungen 11
2.4 Quantitative Riechstörungen 12
2.4.1 Epidemiologie 12
2.4.2 Ätiologie 12
2.4.3 Diagnostik 13
2.4.4 Therapie 16
2.4.5 Prognose 17
2.5 Qualitative Riechstörungen 18
2.5.1 Epidemiologie 18
2.5.2 Ätiologie 19
2.5.3 Diagnostik 19
2.5.4 Therapie 20
2.5.5 Prognose 21
2.6 Riechphänomene bei Bestrahlung 21
2.7 Exkurs Phosphene bei Bestrahlung 23
2.8 Exkurs Strahlentherapie 24
2.8.1 Grundlagen der Strahlentherapie 24
2.8.2 Photonenstrahlung 26
2.8.3 Protonenstrahlung 27
3 Material und Methoden 30
3.1 Ethik 30
IV
3.2 Studiendesign und Probanden 30
3.3 Untersuchungsablauf 32
3.3.1 Anamnesebogen 32
3.3.2 „Sniffin’ Sticks“ 33
3.3.3 Fragebogen 34
3.4 Verwendete Programme und statistische Verfahren 35
4 Ergebnisse 36
4.1 Deskriptive Statistik 36
4.1.1 Charakteristika der Stichprobe und Subgruppen 36
4.1.2 Charakteristika der Sinnesphänomene 39
4.2 Ergebnisse „Sniffin‘ Sticks“ Identifikationstest 41
4.3 Beeinflussende Parameter 42
4.4 Analyse von bestrahlten Arealen im Schädelbereich 46
4.5 Zusammenfassung der Ergebnisse 47
5 Diskussion 48
5.1 Diskussion der Ergebnisse 49
5.1.1 Einordnung der aufgetretenen Sinnesphänomene 49
5.1.2 Einordnung der beeinflussenden Parameter 53
5.1.3 Hypothesenabgleich 57
5.2 Diskussion der Stichprobe 59
5.2.1 Diskussion der Gesamtstichprobe 59
5.2.2 Diskussion der Subgruppen 61
5.3 Diskussion der Methoden 62
5.4 Limitationen 63
5.5 Ausblick 64
6 Zusammenfassung 66
7 Summary 68
8 Wissenschaftliche Publikation 70
8 Literaturverzeichnis 71
9 Anhang 89
9.1 Anamnesebogen 94
9.2 Fragebogen 97
9.3 Anlage 1: Erklärungen zur Eröffnung des Promotionsverfahrens 99
9.4 Anlage 2: Bestätigung über Einhaltung der aktuellen gesetzlichen Vorgaben 100
10 Danksagung 10
Einfluss von Blei auf das Festigkeits- und Bruchverhalten langzeitbelasteter Bauteile aus Aluminiumlegierungen des Typs AlMgSi
No full textIn der Vergangenheit wurden regelmäßig Schadensfälle an Bauteilen (Schmiede-teile und Teile aus Strangpressprofilen) aus Aluminium-Knetlegierungen des Typs AlMgSi untersucht, welche nach kurzer Zeit im Einsatz versagten, obwohl sie für Lebensdauern von 10 Jahren und mehr konzipiert waren. Die betroffenen Bauteile waren im Einsatz einer Zug- oder Innendruckbelastung bei Raumtemperatur oder mäßig erhöhter Temperatur ausgesetzt. Ursächlich für die Schadensfälle war letztendlich ein Bleigehalt, der zwischen 50 ppm und den für die meisten Aluminiumlegierungen spezifizierten maximalen 500 ppm lag.
Für die vorliegende Arbeit wurden Versuchsmaterialien des Typs AlMgSi mit verschiedenen definierten Bleigehalten unterhalb der zulässigen 500 ppm hergestellt und mittels metallographischer und mechanisch-technologischer Verfahren charakterisiert.
Die Untersuchungen zeigen, dass der Bleigehalt keine Auswirkungen auf das Gefüge und bei mechanisch-technologischen Prüfungen mit kurzer Prüfdauer (Standard-Zugversuche und Kerbschlagbiegeversuche) keinerlei Einfluss auf die Ergebnisse hat. Bei Versuchen mit langer Expositionszeit (Low strain rate Tests und Zeitstandversuche) kommt es demgegenüber bei den Duktilitätskennwerten (Bruchdehnung und Brucheinschnürung) sowie der Belastungsdauer bis zum Bruch mit zunehmendem Bleigehalt zu einem signifikanten Abfall. Weitere Auswertungen zeigen, dass sich mit zunehmendem Bleigehalt die minimale Kriechgeschwindigkeit im Zeitstandversuch im Bereich des sekundären Kriechens erhöht, d.h. dass sich in der Norton-Darstellung die Kurven nach oben verschieben, wobei die Steigungen konstant bleiben. Die gewonnenen Daten legen die Vermutung nahe, dass der Kriechprozess selbst nicht durch den Bleigehalt beeinflusst wird, es jedoch durch einen zunehmenden Bleigehalt zu einer zunehmenden Schädigung der Korngrenzen und letztendlich zum spröden Versagen der Proben kommen kann.
Zusammenfassend werden die beeinflussenden Parameter bewertet und als Gesamtbild der in der Fachwelt noch weitgehend unbekannte Mechanismus des Solid-Metal-Induced Embrittlement (SMIE) als der maßgebliche Schädigungs-mechanismus herausgestellt, auch wenn hinsichtlich des Mechanismus selbst noch Fragen offenbleiben.
Abschließend werden die Empfehlungen ausgesprochen, dass bei langzeit-belasteten Sicherheitsbauteilen eine genauere Kenntnis des Bleigehaltes und der SMIE notwendig sind, ggf. Langzeitversuche durchgeführt werden sollten und dass insbesondere die Verwendung eines Werkstoffs mit sehr niedrigen Bleigehalten erforderlich ist.:1 Motivation zur Anfertigung dieser Arbeit
2 Literaturübersicht
3 Aluminiumwerkstoffe
3.1 Allgemeines
3.2 Mechanismen zur Festigkeitssteigerung von Aluminiumwerkstoffen
3.2.1 Kaltverfestigung
3.2.2 Feinkornhärtung
3.2.3 Mischkristallverfestigung
3.2.4 Teilchenhärtung
3.2.4.1 Aushärtung
3.2.4.2 Dispersionshärtung
3.3 Einteilung von Aluminiumwerkstoffen
3.3.1 Aluminium-Gusswerkstoffe
3.3.2 Aluminium-Knetwerkstoffe
3.3.2.1 Einteilung der Aluminium-Knetwerkstoffe in Legierungstypen und naturharte und aushärtbare Werkstoffe
3.3.2.2 Naturharte Aluminium-Knetwerkstoffe
3.3.2.3 Aushärtbare Aluminium-Knetwerkstoffe
4 Verarbeitung von Aluminium-Knetwerkstoffen
4.1 Stranggießen
4.2 Homogenisieren
4.3 Walzen
4.4 Strangpressen
4.5 Schmieden
5 Auswahl und Herstellung des Versuchsmaterials
5.1 Auswahl der Versuchslegierungen
5.2 Fertigung von Versuchsmaterial aus AA6082-Varianten
5.2.1 Stranggießen
5.2.2 Querteilen des Gussbarrens
5.2.3 Homogenisieren
5.2.4 Strangpressen
5.2.5 Wärmebehandlung
5.2.6 Einstellung verschiedener Korngrößen
5.3 Schmiedeteile aus AA6082
5.4 Fertigung von Versuchsmaterial aus AA6060-Varianten
5.4.1 Stranggießen
5.4.2 Querteilen des Gussbarrens
5.4.3 Fertigungsvariante 1
5.4.4 Fertigungsvariante 2
5.4.5 Fertigung von Schweißverbindungen aus AA6060-Varianten
6 Verwendete Methoden zur Charakterisierung des Versuchsmaterials
6.1 Metallografische Untersuchungen
6.2 Zugversuche bei Raumtemperatur und erhöhter Temperatur
6.3 Kerbschlagbiegeversuche und Schlagbiegeversuche bei Raumtemperatur
6.4 Charakterisierung des Zeitstandverhaltens
6.4.1 Kriechen
6.4.2 Versuchstechnik
6.4.2.1 Probengeometrie
6.4.2.2 Verwendete Prüfanlagen und Versuchsdurchführung
6.4.3 Auswertungsstrategie von Zeitstandversuchen und Kennwertebestimmung
6.4.3.1 Belastungsdauer bis zum Bruch
6.4.3.2 Zeitbruchdehnung
6.4.3.3 Zeitbrucheinschnürung
6.4.3.4 Auswertung der Datensätze und Bestimmung der minimalen Kriechgeschwindigkeit
6.4.3.5 Bestimmung der Spannungsabhängigkeit der minimalen Kriechgeschwindigkeit
6.4.3.6 Bestimmung der Temperaturabhängigkeit der minimalen Kriechgeschwindigkeit
6.4.4 Vergleich von Versuchsergebnissen verschiedener Laboratorien und Prüfstände
6.5 Zugversuche von langzeitvorbelastetem Material
6.6 Low Strain Rate Tests
6.7 Elektronenoptische Untersuchung zur Bleiverteilung
7 Ergebnisse der Versuche an AA6082-Varianten und deren Diskussion
7.1 Mikrostruktur
7.1.1 Fertigungsvariante mit Homogenisierung A
7.1.2 Fertigungsvariante mit Homogenisierung B
7.1.3 Fertigungsvarianten mit unterschiedlicher Kaltverformung vor dem Lösungsglühen
7.2 Zugversuche bei Raumtemperatur und erhöhter Temperatur
7.2.1 Fertigungsvariante mit Homogenisierung A
7.2.2 Fertigungsvariante mit Homogenisierung B
7.3 Kerbschlagbiege- und Schlagbiegeversuche bei Raumtemperatur
7.4 Zeitstandverhalten
7.4.1 Fertigungsvariante mit Homogenisierung A
7.4.1.1 Ergebnisse der Zeitstandversuche an gekerbten Proben
7.4.1.2 Ergebnisse der Zeitstandversuche an nicht gekerbten Proben
7.4.2 Fertigungsvariante mit Homogenisierung B
7.4.3 Fertigungsvarianten mit unterschiedlicher Kaltverformung vor der Lösungsglühung
7.5 Ergebnisse der Zugversuche an langzeitvorbelastetem Material
7.5.1 Parameter für die Langzeitvorbelastung
7.5.2 Ergebnisse und Diskussion
7.6 Ergebnisse der Low Strain Rate Tests
7.7 Ergebnisse der elektronenoptischen Untersuchung zur Bleiverteilung
8 Ergänzende Ergebnisse von Untersuchungen an Schmiedeteilen aus AA6082
8.1 Mikrostruktur
8.2 Ergebnisse von Zeitstandversuchen
9 Ergebnisse der Versuche an AA6060-Varianten und deren Diskussion
9.1 Mikrostruktur
9.1.1 Mikrostruktur der Fertigungsvariante 1
9.1.2 Mikrostruktur der Fertigungsvariante 2
9.1.3 Mikrostruktur der Schweißverbindungen
9.2 Zugversuche bei Raumtemperatur
9.2.1 Fertigungsvariante 1
9.2.2 Fertigungsvariante 2
9.2.3 Festigkeitseigenschaften der Schweißverbindungen
9.3 Zeitstandverhalten
9.3.1 Zeitstandverhalten der Fertigungsvariante 2
9.3.2 Zeitstandverhalten der Schweißverbindungen
10 Bewertung einzelner Einflussgrößen
10.1 Einfluss des Pb-Gehaltes
10.2 Einfluss der Beanspruchungsdauer
10.3 Einfluss des Spannungsniveaus
10.4 Einfluss der Prüftemperatur
10.5 Einfluss der Prüfrichtung
10.6 Zusammenwirken der maßgeblichen Einflussgrößen
11 Zusammenfassung
12 Ausblick
13 Literaturverzeichnis
14 DanksagungIn the past, regularly cases of damage to components (forged parts and parts made of extruded profiles) made of aluminium wrought alloys of the AlMgSi type were investigated, which failed after a short time in use, although they were designed for lifetimes of 10 years and more. In service, the components were exposed to tensile or internal pressure loads at room temperature or moderately elevated temperatures. The cause of damage was ultimately traced back to a lead content of between 50 ppm and the maximum 500 ppm specified for most aluminium alloys.
In the present work, test materials of the type AlMgSi were produced with various defined lead contents below the permissible 500 ppm and characterised in detail using metallographic and mechanical-technological methods.
The investigations show that the lead content has no effect on the microstructure and no influence on the results of mechanical-technological tests with short test durations (standard tensile tests and impact bending tests). In contrast, in tests with a long exposure time (low strain rate tests and creep tests), the ductility parameters (elongation at fracture and reduction of area) as well as the lifetime to fracture decrease significantly with increasing lead content. Further analyses show that the minimum creep rate in the area of secondary creep increases with increasing lead content, i.e. the curves in the Norton diagram shift upwards, with the gradients remaining constant. Based on the data obtained, it is reasonable to assume that the creep process itself is not influenced by the lead content, but that increasing lead contents can give rise to increasing damage to the grain boundaries and ultimately to brittle failure of the samples.
In summary, the influencing parameters are assessed, leading to the overall picture that the mechanism of Solid-Metal-Induced Embrittlement (SMIE), which is still largely unknown among experts, is the decisive damage mechanism, although questions with regard to the mechanism itself remain open.
Finally, the recommendations are made that for safety components exposed to long-term loads, more precise knowledge of the lead content and SMIE is necessary, long-term tests should be carried out if necessary and, most notably, that a material with a very low lead content should be used.:1 Motivation zur Anfertigung dieser Arbeit
2 Literaturübersicht
3 Aluminiumwerkstoffe
3.1 Allgemeines
3.2 Mechanismen zur Festigkeitssteigerung von Aluminiumwerkstoffen
3.2.1 Kaltverfestigung
3.2.2 Feinkornhärtung
3.2.3 Mischkristallverfestigung
3.2.4 Teilchenhärtung
3.2.4.1 Aushärtung
3.2.4.2 Dispersionshärtung
3.3 Einteilung von Aluminiumwerkstoffen
3.3.1 Aluminium-Gusswerkstoffe
3.3.2 Aluminium-Knetwerkstoffe
3.3.2.1 Einteilung der Aluminium-Knetwerkstoffe in Legierungstypen und naturharte und aushärtbare Werkstoffe
3.3.2.2 Naturharte Aluminium-Knetwerkstoffe
3.3.2.3 Aushärtbare Aluminium-Knetwerkstoffe
4 Verarbeitung von Aluminium-Knetwerkstoffen
4.1 Stranggießen
4.2 Homogenisieren
4.3 Walzen
4.4 Strangpressen
4.5 Schmieden
5 Auswahl und Herstellung des Versuchsmaterials
5.1 Auswahl der Versuchslegierungen
5.2 Fertigung von Versuchsmaterial aus AA6082-Varianten
5.2.1 Stranggießen
5.2.2 Querteilen des Gussbarrens
5.2.3 Homogenisieren
5.2.4 Strangpressen
5.2.5 Wärmebehandlung
5.2.6 Einstellung verschiedener Korngrößen
5.3 Schmiedeteile aus AA6082
5.4 Fertigung von Versuchsmaterial aus AA6060-Varianten
5.4.1 Stranggießen
5.4.2 Querteilen des Gussbarrens
5.4.3 Fertigungsvariante 1
5.4.4 Fertigungsvariante 2
5.4.5 Fertigung von Schweißverbindungen aus AA6060-Varianten
6 Verwendete Methoden zur Charakterisierung des Versuchsmaterials
6.1 Metallografische Untersuchungen
6.2 Zugversuche bei Raumtemperatur und erhöhter Temperatur
6.3 Kerbschlagbiegeversuche und Schlagbiegeversuche bei Raumtemperatur
6.4 Charakterisierung des Zeitstandverhaltens
6.4.1 Kriechen
6.4.2 Versuchstechnik
6.4.2.1 Probengeometrie
6.4.2.2 Verwendete Prüfanlagen und Versuchsdurchführung
6.4.3 Auswertungsstrategie von Zeitstandversuchen und Kennwertebestimmung
6.4.3.1 Belastungsdauer bis zum Bruch
6.4.3.2 Zeitbruchdehnung
6.4.3.3 Zeitbrucheinschnürung
6.4.3.4 Auswertung der Datensätze und Bestimmung der minimalen Kriechgeschwindigkeit
6.4.3.5 Bestimmung der Spannungsabhängigkeit der minimalen Kriechgeschwindigkeit
6.4.3.6 Bestimmung der Temperaturabhängigkeit der minimalen Kriechgeschwindigkeit
6.4.4 Vergleich von Versuchsergebnissen verschiedener Laboratorien und Prüfstände
6.5 Zugversuche von langzeitvorbelastetem Material
6.6 Low Strain Rate Tests
6.7 Elektronenoptische Untersuchung zur Bleiverteilung
7 Ergebnisse der Versuche an AA6082-Varianten und deren Diskussion
7.1 Mikrostruktur
7.1.1 Fertigungsvariante mit Homogenisierung A
7.1.2 Fertigungsvariante mit Homogenisierung B
7.1.3 Fertigungsvarianten mit unterschiedlicher Kaltverformung vor dem Lösungsglühen
7.2 Zugversuche bei Raumtemperatur und erhöhter Temperatur
7.2.1 Fertigungsvariante mit Homogenisierung A
7.2.2 Fertigungsvariante mit Homogenisierung B
7.3 Kerbschlagbiege- und Schlagbiegeversuche bei Raumtemperatur
7.4 Zeitstandverhalten
7.4.1 Fertigungsvariante mit Homogenisierung A
7.4.1.1 Ergebnisse der Zeitstandversuche an gekerbten Proben
7.4.1.2 Ergebnisse der Zeitstandversuche an nicht gekerbten Proben
7.4.2 Fertigungsvariante mit Homogenisierung B
7.4.3 Fertigungsvarianten mit unterschiedlicher Kaltverformung vor der Lösungsglühung
7.5 Ergebnisse der Zugversuche an langzeitvorbelastetem Material
7.5.1 Parameter für die Langzeitvorbelastung
7.5.2 Ergebnisse und Diskussion
7.6 Ergebnisse der Low Strain Rate Tests
7.7 Ergebnisse der elektronenoptischen Untersuchung zur Bleiverteilung
8 Ergänzende Ergebnisse von Untersuchungen an Schmiedeteilen aus AA6082
8.1 Mikrostruktur
8.2 Ergebnisse von Zeitstandversuchen
9 Ergebnisse der Versuche an AA6060-Varianten und deren Diskussion
9.1 Mikrostruktur
9.1.1 Mikrostruktur der Fertigungsvariante 1
9.1.2 Mikrostruktur der Fertigungsvariante 2
9.1.3 Mikrostruktur der Schweißverbindungen
9.2 Zugversuche bei Raumtemperatur
9.2.1 Fertigungsvariante 1
9.2.2 Fertigungsvariante 2
9.2.3 Festigkeitseigenschaften der Schweißverbindungen
9.3 Zeitstandverhalten
9.3.1 Zeitstandverhalten der Fertigungsvariante 2
9.3.2 Zeitstandverhalten der Schweißverbindungen
10 Bewertung einzelner Einflussgrößen
10.1 Einfluss des Pb-Gehaltes
10.2 Einfluss der Beanspruchungsdauer
10.3 Einfluss des Spannungsniveaus
10.4 Einfluss der Prüftemperatur
10.5 Einfluss der Prüfrichtung
10.6 Zusammenwirken der maßgeblichen Einflussgrößen
11 Zusammenfassung
12 Ausblick
13 Literaturverzeichnis
14 Danksagun
Comorbid cerebral amyloid angiopathy in dementia and prodromal stages - Prevalence and effects on cognition
Get PDFObjectives:
To determine the contribution of cerebral amyloid angiopathy to cognitive impairment in MCI and dementia.
Methods:
Patients with subjective memory impairment (SMI), amnestic and non-amnestic mild cognitive impairment ((n)aMCI), Alzheimer's disease (AD), mixed and vascular dementia (MD/VD) from our memory clinic were included in this retrospective analysis. Patients underwent neuropsychological testing and cranial magnetic resonance imaging (MRI). Magnetic resonance imaging data sets were analyzed regarding the presence of CAA-related MRI biomarkers to determine CAA prevalence. ANOVAs were used to investigate the contribution of CAA to cognitive impairment within diagnostic groups and to determine whether differences in cognitive test performance between the diagnostic groups are mediated by total CAA burden.
Results:
475 patients (222 male, 253 female) with SMI (n = 47), naMCI (n = 41), aMCI (n = 189), early AD (n = 9), AD (n = 114), MD (n = 71) and VD (n = 4) were included. Mean age was 73.2 (9.9) years. CAA prevalence was 14.9% in SMI, 14.6% in naMCI, 24.3% in aMCI, 22.2% in early onset AD, 18.4% in late onset AD, 46.5% in MD and 25% in VD. Patients with possible and probable CAA were older than patients without CAA. In particular, diagnosis of aMCI, early onset AD, MD and VD showed high CAA prevalence. In AD but not in aMCI, CAA diagnosis significantly influenced test performance in the CERAD word list recall (F (1,78) = 4505; p = 0.037; partial eta-square = 0.055). Differences in cognitive test performance between the diagnostic groups of naMCI, aMCI, AD and MD were mediated by total CAA burden within AAT simply nouns subtest (F (2,39) = 4059; p = 0.025; partial eta-square = 0.172) and in CERAD verbal fluency test (F (3,129) = 3533; p = 0.017; partial eta-square = 0.076).
Conclusion:
This retrospective analysis demonstrates high prevalence rates of CAA in cognitive diagnoses. Our data suggest that comorbid CAA independently impacts cognitive test performance in the course of AD with presumably stage-dependent effects. Especially in patients with AD comorbid CAA additionally impairs memory function. Total CAA small vessel disease burden further modulates psychometric differences in cognitive test performance between diagnostic groups regarding word finding and word fluency capabilities
Influence of disorder, fluctuations, and reduced symmetries on frustrated many-body systems
Get PDFIn this PhD thesis, we investigate instances of how quenched disorder, charge fluctuations, and reduced spatial symmetries can alter the nature of phases and/or phase transitions in many-body systems with active -- and often frustrated -- magnetic degrees of freedom. The thesis is divided into three parts, each of which focuses on the impact of one of the aforementioned perturbations on a different type of physical system.
Part I is concerned with the influence of quenched disorder on spiral spin liquids, i.e., correlated states of matter in which a frustrated magnet evades order by fluctuating between a set of degenerate (or quasi-degenerate) coplanar spin spirals. Using the classical J1-J2 Heisenberg model on the honeycomb lattice as a prototype, we analyze effects driven both by (i) isolated impurities and (ii) nonvanishing concentrations of defects at zero temperature. We address (i) by employing perturbative analytical techniques to identify different order-by-quenched-disorder mechanisms and characterize the impurity-induced spin textures. Besides demonstrating that systems hosting spiral spin liquids are exceptionally susceptible to long-range deformations, we prove that the textures generally acquire an oscillatory out-of-plane component which carries direct information about the ground-state manifold and, remarkably, constitutes a bosonic analogue of Friedel oscillations in metals. We investigate (ii) by performing extensive numerical simulations as a means to characterize the zero-temperature phases realized for different types of disorder. Our results show that the competition between incompatible order-by-quenched-disorder mechanisms can, already at a low to moderate concentrations of defects, destabilize long-range order and induce 'spiral spin-glass' states, in which spins are frozen despite displaying spatial correlations akin to those of a spiral spin liquid. We interpret this finding in the light of effective low-energy theories, which allow us to make concrete statements about the fate of the system at nonzero temperatures. Finally, we discuss extensions of our conclusions to three-dimensional models, as well as their applications to experiments.
In Part II, we examine how strong valence fluctuations affect quantum phase transitions marked by the breakdown of coherent Kondo screening in metals with lattices of local magnetic moments. To this end, we study a generalized Anderson lattice model via a parton mean-field theory that describes various Kondo-screened phases in addition to a fractionalized Fermi liquid -- an unscreened phase where electron-like quasiparticles from the conduction sea coexist with fractionalized excitations of a quantum spin liquid. Our results indicate that, at fixed chemical potential, abrupt valence changes can coincide with Kondo breakdown transition and render it discontinuous. We also show that, at a fixed total filling, this translates into phase-separation tendencies which, upon the inclusion of long-range Coulomb interactions, give rise to inhomogeneous states where Kondo-screened and unscreened regions coexist on a mesoscopic scale. We conclude by connecting our findings to experiments in heavy-fermion compounds and other condensed-matter systems.
Finally, Part III discusses how the reduction of the spatial symmetries of an SU(2) or generalized SU(N) antiferromagnet can induce different types of magnetic order. This thread includes two separate projects. First, we study the precise means through which a collinear SU(2) Heisenberg antiferromagnet becomes a ferrimagnet once all symmetries between its magnetic sublattices are eliminated. Using general symmetry principles, we elucidate that this process is associated with the splitting of degenerate magnon bands and that the unequal thermal population of the latter is ultimately what generates a uniform magnetization. We thus establish that, in the systems under consideration, ferrimagnetism is induced by thermal fluctuations and that the resulting magnetization curve has a nonmonotonic temperature dependence. This prediction is then supported by an explicit linear spin-wave calculation for a layered variant of a J1-J2 Heisenberg model on a square lattice, which allows us to analytically derive the low-temperature behavior of the uniform magnetization. We show that the same T^4 power law and general qualitative behavior is obtained for a layered and distorted version of the Shastry-Sutherland model. Finally, we complement our results by positively identifying fluctuation-induced ferrimagnetism in Mn2Mo3O8 and discussing the prospects for its emergence in the high-pressure phases of SrCu2(BO3)2. Second, we demonstrate that the concept of altermagnetism, a type of magnetic order that has attracted great interest lately as a potential gateway to unconventional phases of matter and novel technological applications, can be extended to SU(N) magnets with N>2. To begin, we indicate how simple models for such generalized altermagnets can be constructed by reducing the spatial symmetries of SU(N) Heisenberg Hamiltonians with N-color antiferromagnetic ground states. We then apply this procedure to concrete examples with N<5 and conduct comparative analyses of our N=2 and N=3 models via linear spin-wave and flavor-wave calculations. As a result, we find that both systems share the same characteristic behavior of insulating altermagnets, namely a symmetric splitting between magnon bands with different sets of quantum numbers and definite chiralities. Finally, we show that the analogy between the models persists when they are supplemented with charge carriers to become metallic. Much like its SU(2) counterpart, the SU(3) altermagnet exhibits flavor-split electronic bands with crossings determined by a combination of spin and lattice symmetries.:1 Introduction
I Magnetic frustration, quenched disorder, and their interplay
2 Elements of frustrated magnetism
2.1 Heisenberg magnetism in Mott insulators
2.2 Frustration and classical ground-state degeneracies
2.3 Order by disorder
2.3.1 Thermal order by disorder
2.3.2 Quantum order by disorder
2.3.3 Conceptual differences and possible competition between thermal and quantum order by disorder
2.3.4 Pseudo-Goldstone modes and experimental realizations
2.4 Classical spin liquids
2.5 Quantum spin liquids
3 Quenched disorder in magnetic systems
3.1 Types of disorder and their consequences
3.2 Random-field disorder: Stability of long-range order and the Imry-Ma argument
3.3 Random-mass disorder: Rounding of first-order phase transitions and the Harris criterion
3.4 Spin glasses: Basic concepts and experimental signatures
3.4.1 The spin glass transition
4 Spiral spin liquids
4.1 J1-J2 Heisenberg model on the honeycomb lattice
4.1.1 Teaser: Enhanced ground-state degeneracy at J2/J1 = 1/2
4.2 Classical ground states and the spiral contour
4.3 Influence of thermal fluctuations
4.3.1 Low temperatures: Thermal order by disorder and nematic order
4.3.2 Intermediate temperatures: Spin liquid regimes
4.4 Linear spin-wave theory and quantum order by disorder
5 Disorder effects in spiral spin liquids
5.1 Disordered J1-J2 Heisenberg model on the honeycomb lattice
5.2 Isolated impurities
5.2.1 Linear response theory: Spin textures and energy corrections
5.2.2 Order by quenched disorder
5.2.3 Friedel-like oscillations
5.2.4 In-plane textures and their impact on long-range order
5.3 Numerics on clean finite systems
5.4 Nonvanishing concentration of impurities
5.4.1 Bond defects of the same type and orientation
5.4.2 Bond defects of random orientation: Emergent glassiness from competing order-by-quenched-disorder mechanisms
5.4.3 Randomly distributed vacancies
5.5 Effects or thermal fluctuations and additional couplings
5.5.1 J1-J2 honeycomb model
5.5.2 Spiral spin liquids in three dimensions
5.6 Connections to experiments
5.7 Summary and outlook
II Quantum phase transitions in local-moment metals
6 Single-impurity and lattice Kondo effects: Experimemtal signatures, theory basics, and Kondo breakdown
6.1 Dilute magnetic impurities in metals and the Kondo effect
6.1.1 The Anderson impurity model and local moment formation
6.1.2 From the Anderson to the Kondo model
6.1.3 Kondo temperature and the onset of screening
6.1.4 Breakdown of the Kondo effect in quantum impurity models
6.2 Heavy-fermion metals and Kondo lattices
6.2.1 Anderson and Kondo lattice models
6.2.2 Heavy Fermi liquid
6.2.3 RKKY interaction
6.2.4 Doniach picture and quantum criticality in heavy-fermion systems
6.2.5 Breakdown of screening in Kondo lattices
7 Kondo-breakdown transitions and phase-separation tendencies in valence-fluctuating heavy-fermion metals
7.1 Anderson-Heisenberg lattice model and relevant limits
7.2 Parton mean-field theory
7.2.1 Mean-field equations
7.2.2 Implementation: Lattice, numerics, and temperature regime
7.3 Mean-field phases and phase diagrams
7.3.1 Mean-field phases
7.3.2 Phase diagram and Kondo breakdown at a fixed chemical potential
7.3.3 Phase diagram and Kondo breakdown at a fixed filling
7.4 Discussion: Fluctuation effects, frustrated phase separation, and inhomogeneous states
7.5 Summary and outlook
III Modifying magnetic order by symmetry reduction
8 Classification of nonrelativistic collinear magnetic states
8.1 Spin-space and spin point groups
8.1.1 Four classes of collinear magnetism
8.2 Application to collinear magnets in metallic systems
8.3 Application to collinear magnets in insulating systems
8.3.1 Linear spin-wave theory for a collinear Heisenberg magnet
8.3.2 Symmetries of the linear spin-wave spectrum
9 Fluctuation-induced ferrimagnetism
9.1 Ferrimagnetism from thermal fluctuations in a toy model
9.1.1 The toy model, its symmetries, and its ground state
9.1.2 Ground-state antiferromagnetism
9.1.3 Spin-wave spectrum
9.1.4 Uniform magnetization at T>0
9.1.5 Discussion: Nonmonotonic magnetization curves and the influence of magnetic anisotropies
9.2 Ferrimagnetism in a layered and distorted Shastry-Sutherland model
9.2.1 Background: The Shastry-Sutherland model
9.2.2 The layered and distorted Shastry-Sutherland model
9.2.3 Spin-wave theory: Magnon spectrum and ferrimagnetism
9.2.4 Application to SrCu(BO3)2 under pressure
9.3 Summary and outlook
10 From SU(2) to SU(N) altermagnetism
10.1 Prelude: Elements of the theory of su(N) algebras, their representations, and applications to magnetism
10.1.1 The {M,0} irreps of SU(N): Schwinger bosons and the Holstein-Primakoff transformation
10.2 Heisenberg models for SU(N) altermagnetism
10.2.1 Symmetries and good quantum numbers
10.2.2 SU(2) Heisenberg model on the checkerboard lattice
10.2.3 SU(3) Heisenberg model on the hexatriangular lattice
10.2.4 SU(4) Heisenberg model on the cross-cubic lattice
10.3 Spin-wave and flavor-wave theories: Magnon spectra and their symmetries
10.3.1 SU(2) altermagnet
10.3.2 SU(3) altermagnet
10.4 Magnon chirality
10.4.1 SU(2) altermagnet
10.4.2 SU(3) altermagnet
10.5 Electronic band structure: Spin- and flavor-split bands
10.5.1 SU(2) checkerboard Kondo lattice model
10.5.2 SU(3) hexatriangular Kondo lattice model
10.6 Summary and outlook
Appendices
A Ground-state degeneracy at J2/J1 = 1/2 (Chapter 4)
B Iterative minimization algorithm (Chapter 5)
C Details on derivations from Chapter 5
C.1 Derivation of Eq. (5.10)
C.2 Derivation of Eq. (5.16)
C.3 Asymptotic behavior of Friedel-like oscillations for a circular spiral contour
D In-plane component of impurity-induced textures: A case study (Chapter 5)
D.1 Implementation
D.2 Nearest-neighbor bond defect
D.3 Next-nearest-neighbor bond defect
D.4 Vacancy
D.4.1 Changes in textures with increasing J2/J1
E Different parton mean-field theories (Chapter 7)
E.1 Fermionic SU(N) and Sp(2N) theories
E.1.1 SU(N) large-N limit
E.1.2 Sp(2N) large-N limit
E.2 Compressibility of different homogeneous spin-liquid states
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