Skaleninvarianz und deren Bedeutung für die Modellierung der Ermüdungsrißausbreitung in Aluminiumlegierungen

Die Arbeit ruht auf zwei Säulen: Die eine besteht in der Aufbereitung, Erprobung und konsequenten Anwendung von Methoden der Skaleninvarianzanalyse, die andere in einem breiten Fundus an experimentellen Daten für aushärtbare Aluminiumknetlegierungen in der Form dünner Bleche, die unter gleichartigen, streng kontrollierten Bedingungen gewonnen worden sind. Als methodische Weiterentwicklungen sind die Fundierung des Umgangs mit der algebraischen Korrelation zwischen Vorfaktor und Exponent einer beliebigen Potenzgleichung, die Übertragung des Ansatzes der finiten Skaleninvarianz auf die Ermüdungsrißausbreitung sowie die Kombination der Idee eines geschwindigkeitsbestimmenden Schrittes mit der Dimensionsanalyse der umgebungsabhängigen Ermüdungsrißausbreitung bis hin zur Kartierung der geschwindigkeitsbestimmenden Schritte zu nennen. Auf experimenteller Seite wurde eine Datensammlung mit gemessenen Streubändern für die Ermüdungsrißausbreitung und das Verfestigungsverhalten von 39 Orientierungen bzw. Auslagerungszuständen von Aluminiumlegierungen aufgebaut. Diese Sammlung wird durch ausgewählte Messungen der Ermüdungsrißausbreitung im schwellenwertnahen Bereich, Restfestigkeitsversuche, Rißschließmessungen, Rauheitsmessungen an Bruchflächen, frequenzabhängige Messungen zum Umgebungseinfluß sowie Untersuchungen an drei Stählen und einer Magnesiumlegierung sinnvoll ergänzt. Auf der Basis der Meßdaten und der Analysemethoden wurde der Werkstoffeinfluß auf die Ermüdungsrißausbreitung in dünnen Blechen aus Aluminiumknetlegierungen bei Belastung mit konstanter Amplitude im Gültigkeitsbereich der linear-elastischen Bruchmechanik untersucht. Dabei wurden folgende Größen als wesentliche Einflußfaktoren identifiziert: - für die Gruppenzugehörigkeit: der Kohärenz- und Ordnungsgrad der festigkeitsbestimmenden Ausscheidungen und die resultierende Gleitverteilung, - für den gemeinsamen Vorfaktor der Legierungen der Gruppe 1: die elastischen Eigenschaften und das Spannungsverhältnis (Translation der Paris-Geraden), - für die Exponenten der Legierungen der Gruppe 1: 0,2%-Dehngrenze, athermischer Verfestigungsparameter, Probendicke und Kc-Wert als dimensionsloses Potenzprodukt (Rotation der Paris-Geraden), - für die Legierungen der Gruppe 2: das Ausmaß der Rißablenkung und eine bleibende Mode-II-Komponente der Rißöffnungsverschiebung, - für den Umgebungseinfluß der Legierung 6013 T6: Frequenz und Schwingbreite des Spannungsintensitätsfaktors. Die Diskussion umfaßt den wertenden Vergleich der experimentellen Ergebnisse mit Befunden und Modellen aus der Literatur, Erklärungsansätze für die Ursachen der Einflußnahme der wesentlichen Parameter sowie einen Modellansatz für die Legierungen der Gruppe 1 auf der Basis einer Mischungsregel. Dabei hatte sich erwiesen, daß keines der aus der Literatur bekannten Modelle alle Befunde richtig wiedergibt. Einige der ausgearbeiteten Erklärungsansätze bedürfen der zukünftigen Vertiefung.The work is based upon two essentials: the first one is the preparation and application of techniques of scale invariance analysis, the second one consists in a database of experimental results for heat-treatable thin-sheet wrought aluminium alloys obtained under uniform conditions. Progress with respect to methodology was achieved regarding, first, the algebraic correlation between sets of coefficients and exponents of any power law, second, the transfer of the concept of finite scale invariance to the phenomenon of fatigue crack growth (FCG), and third, the combination of the ideas of a rate-controlling step and dimensional analysis of environmental-assisted FCG including the mapping of rate-controlling steps. In the experimental part, a database containing both measured scatterbands of FCG and strengthening characteristics for several orientations and aging conditions of aluminium alloys amounting to a total of 39 different material conditions was established. This database was supplemented with results of selected measurements of near-threshold FCG rates, residual strength, crack closure, roughness of fatigue cracks, and frequency-dependent environmental-assisted FCG as well as investigations of three plain-carbon steels and a magnesium alloy. Based on these prerequisites, the influence of the material on the FCG behaviour of thin-sheet wrought aluminium alloys under constant-amplitude loading was investigated within the limits of validity of linear-elastic fracture mechanics. The following influence factors were identified to be essential: The assignment of alloys to one out of two groups is mainly determined by the degrees of coherency and order of the strength-controlling precipitates and the resulting type of slip distribution. The normalized-Paris-law coefficient for the first group is mainly dependent on the modulus of elasticity and the stress ratio. The Paris-law exponents for the first group are dominated by a dimensionless power monomial of the 0.2% proof stress, the athermal strengthening coefficient, sheet thickeness and the critical stress intensity factor. The retardation of the FCG rates of alloys of the second group relative to the first group is mainly determined by the amount of crack deflection and by a residual mode-II component of crack opening displacement. Finally, the environment-assisted FCG for aluminium alloy 6013 T6 reveals a coupled dependence on loading frequency and cyclic stress intensity factor. The discussion covers the evaluation of the results in relation to observations and models from the literature, the explanation of the modes of operation of the major influence factors and a model based on a mixing rule for the alloys of the first group. It turned out that there is not any model that reflects all of the observations simultaneously. Some of the ideas presented require to be worked out in more detail

4D Rekonstruktion für Flachdetektor Computertomographie

Introduction: The computed tomography (CT) based on flat panel detectors is a versatile tool for the radiology, but in contrast to other modalities, like magnetic resonance tomography (MR), the CT exposes the patient to harmful, ionizing radiation. Still, there are many applications where no alternatives exist. Such an application, for instance, is the fast and effective positioning of the patient for the radiation therapy. The daily changing position of the patient is adapted to the CT images used for planning the treatment, which takes place in several sessions at different days. Some linear particle accellerators, therefore, include a cone-beam CT (CBCT) unit attached to the radiation device, which can be used to determine the position of the patient and the tumor itself. One major problem in registering the anatomy is the respiratory motion, which causes artifacts in conventional CT reconstructions. To account for the motion, larger irradiation volumes have to be planned for the treatment. With the knowledge about the expected tumor movement, the irradiated volumes can be reduced, and the efficiency of the treatment can be enhanced. In the ideal case, the CBCT unit would be used to reconstruct the sequence of motion phases in the respiratory cycle. This leads to the so-called 4D CBCT. The goal of the thesis was an investigation of practical 4D reconstruction algorithms with low radiation dose exposure for the patient. Methods and Materials: During the acquisition of the projections, the corresponding motion phase is measured either by using external markers or derived signals calculated from the projections. The so-called retrospective gating then divides the dataset into the individual motion phases, and the divisions are then used for single reconstructions of the phases. The Auto-Adaptive Phase-Correlation (AAPC) method, which was developed in the context of this thesis, estimates areas in the projection data that are not subject to motion. These areas are used in each reconstruction, independent of the motion phase. As a consequence, a better dose usage is achieved. Besides the AAPC method, which is based on the filtered backprojection principle, further reconstruction methods were evaluated in a second publication. The investigated algorithms were: The conventional, phase-correlated reconstruction based on the algorithm from Feldkamp, Davis, and Kress, the McKinnon and Bates algorithm, prior image constraint compressed sensing (PICCS), and adaptive steepest descent projections onto convex sets (ASD-POCS). These methods are based on the rawdata and motion phase signal only. Methods that use additional a priori informations, i.e. deformation fields, were not investigated. Results: It was shown that the dose usage could be further improved using the AAPC method with slow rotating devices. Yet, the image quality is not as good as with iterative methods. Phase-correlated methods based on a single filtered backprojection have the least computational expense but show degraded results with high noise and streak artifacts, when the number of observed motion cycles is too low. For the clinical usage, where scan durations of 1 to 2 minutes are desired, the use of iterative methods becomes inevitable. One of the simplest algorithms in this context is the McKinnon/Bates approach, which uses a single iteration and shows satisfying results. The image quality could be further enhanced using more iterations in other methods, but this required significantly more computational work. Methods that are based on the principle of the so-called compressed sensing have to be judged cautiously. Their perfomance depends on the object itself, and for mathematical phantoms with a low detail count, better results can be achieved than with more complex patient data. Conclusion: The McKinnon and Bates algorithm offeres an efficient algorithm for the clinical usage regarding the computational expense but includes a data-dependent loss of temporal resolution. Conventional methods are not able to fully compensate for missing data in the space of projections angle and motion phase. Possible, future solutions to the given problem may be more sophisticated l1-regularized, iterative methods or motion compensating algorithms.Hintergrund und Ziele: Die Computertomographie (CT) mit Flachdetektor stellt für die heutige Radiologie ein vielseitiges Werkzeug dar. Obwohl die CT mit der verbundenen Dosisbelastung durch ionisierende Strahlung für den Patienten in harter Konkurrenz zu anderen Bildgebungsmodalitäten wie der Magnetresonanztomographie steht, gibt es in vielen Anwendungsgebieten keinen Ersatz für die Erstellung von 3D Schnittbildern vom menschlichen Körper. Eine solche spezielle Anwendung ist z.B. die schnelle und effektive Positionierung von Patienten in der Strahlentherapie, bei der der vorhandene Bestrahlungsplan auf die wechselnde Position des Patienten und etwaige Verschiebungen innerhalb der Anatomie zwischen den einzelnen Bestrahlungssitzungen registriert werden soll, um die Bestrahlung entsprechend zu verlagern. Einige Linearbeschleuniger besitzen hierzu am Gerät eine Kegelstrahl-CT-Einheit (engl. cone-beam CT (CBCT)), mit der sich vor der eigentlichen Bestrahlung die aktuelle Lage der Anatomie und des Tumors bestimmen lässt. Ein großes Problem bei der Positionierung des Patienten ist die Bewegung durch die Atmung, die bei einer normalen CT Rekonstruktion Artefakte verursacht und wegen der teilweise größere Bestrahlungsvolumina notwendig sind, da sich der Tumor mitbewegt. Mit dem Wissen über die zu erwartende Tumorbewegung lassen sich Bestrahlungsvolumenen verkleinern und die Effizienz der Therapie verbessern. Ideal wäre es daher, über die CBCT-Einheit alle Bewegungsphasen im Atemzyklus zu rekonstruieren, was zur sogenannten phasenkorrelierten oder auch 4D CBCT führt. Ziel der Arbeit ist eine Untersuchung von praktikablen 4D Rekonstruktionsalgorithmen für Flachdetektor-Kegelstrahlsysteme und möglichst geringer Dosisbelastung für den Patienten. Methoden: Zu den Röntgenprojektionen wird zusätzlich die Phase der zyklischen Bewegung bestimmt, was sowohl durch externe Marker, als auch aus den Projektionsdaten selbst heraus geschehen kann. Anschließend findet beim sogenannten retrospektiven Gating eine Unterteilung des Datensatzes in die unterschiedlichen Bewegungsphasen statt, die dann für Einzelrekonstruktionen der Phasen genutzt werden. Bei der Auto-Adaptive Phase-Correlation (AAPC)-Methode, die im Rahmen der Arbeit entwickelt und veröffentlicht wurde, werden die Teile der Projektionen mit Bewegung geschätzt und unbewegte Abschnitte unabhängig von der Phase in jeder der Einzelrekonstruktionen genutzt, wodurch sich die Dosisnutzung verbessern lässt. Neben der AAPC-Methode, die die Rekonstruktion auf Basis einer gefilterten Rückprojektion durchführt, wurden im Rahmen einer zweiten Publikation weitere Algorithmen und deren Nutzbarkeit evaluiert. Die untersuchten Algorithmen waren neben AAPC die konventionelle, phasenkorrelierte Rekonstruktion mit dem Algorithmus von Feldkamp, Davis und Kress, der Algorithmus von McKinnon und Bates, der Prior Image Constrained Compressed Sensing Algorithmus und der Adaptive Steepest Descent Projections Onto Convex Sets Algorithmus. Es wurden damit Methoden evaluiert, die ausschließlich mit den vorhandenen Rohdaten und der Bewegungsphaseninformation arbeiten. Bewegungskompensierte Rekonstruktionsmethoden, die zusätzlich Informationen über die vorhandene Deformation benötigen, wurden hierbei nicht untersucht. Ergebnisse und Beobachtungen: Das Resultat der Untersuchung ist, dass sich mit Hilfe der AAPC-Methode die Dosisnutzung bei der phasenkorrelierten Rekonstruktion und langsamer Rotation des Systems verbessern lässt. Dennoch bleibt die Bildqualität im Vergleich zu iterativen Verfahren zurück. Phasenkorrelierte Ansätze auf Basis einer einzelnen, gefilterten Rückprojektion haben den geringsten Rechenaufwand, liefern aber bei zu geringer Anzahl an beobachteten Atemzyklen schlechte Ergebnisse, d.h. hohes Rauschen und Streifenartefakte. Für den klinischen Betrieb, bei dem eine Scanzeit von höchstens 1 bis 2 Minuten wünschenswert ist, sind daher iterative Methoden notwendig. Als einer der einfachsten Algorithmen kann hierbei der sogenannte McKinnon-Bates-Algorithmus angesehen werden, der mit einer einzelnen Iteration bereits brauchbare Ergebnisse erzielt. Hierbei werden allerdings Abstriche in der Zeitauflösung gemacht, die mit weniger beobachteten Bewegungszyklen zunehmen. Mit den anderen untersuchten, iterativen Algorithmen ließ sich die Bildqualität zwar weiter verbessern, allerdings war dafür ein wesentlicher Mehraufwand hinsichtlich der Rechenzeit notwendig. Kritisch sind die Verfahren auf Basis der sogenannten Compressed-Sensing Idee zu betrachten, da deren Performance objektabhängig ist, und sie für mathematische Phantome mit geringem Detailgrad wesentlich bessere Ergebnisse erzielen können als mit realen Patientendaten. Praktische Schlussfolgerungen: Der McKinnon-Bates Algorithmus bietet für den klinischen Betrieb gerade im Bezug zum Zeitaufwand eine effiziente Lösung an, wenngleich dadurch die Zeitauflösung geringfügig abnehmen kann. Zur vollständigen Kompensation von fehlenden Daten im Raum von Projektionswinkel und Bewegungsphase reichen konventionelle Methoden nicht aus. Mögliche, weiterführende Lösungen sind daher l1-regularisierte Rekonstruktionensmethoden oder bewegungskompensierende Methoden mit Deformationsmodell

Skaleninvarianz und deren Bedeutung für die Modellierung der Ermüdungsrißausbreitung in Aluminiumlegierungen

Die Arbeit ruht auf zwei Säulen: Die eine besteht in der Aufbereitung, Erprobung und konsequenten Anwendung von Methoden der Skaleninvarianzanalyse, die andere in einem breiten Fundus an experimentellen Daten für aushärtbare Aluminiumknetlegierungen in der Form dünner Bleche, die unter gleichartigen, streng kontrollierten Bedingungen gewonnen worden sind. Als methodische Weiterentwicklungen sind die Fundierung des Umgangs mit der algebraischen Korrelation zwischen Vorfaktor und Exponent einer beliebigen Potenzgleichung, die Übertragung des Ansatzes der finiten Skaleninvarianz auf die Ermüdungsrißausbreitung sowie die Kombination der Idee eines geschwindigkeitsbestimmenden Schrittes mit der Dimensionsanalyse der umgebungsabhängigen Ermüdungsrißausbreitung bis hin zur Kartierung der geschwindigkeitsbestimmenden Schritte zu nennen. Auf experimenteller Seite wurde eine Datensammlung mit gemessenen Streubändern für die Ermüdungsrißausbreitung und das Verfestigungsverhalten von 39 Orientierungen bzw. Auslagerungszuständen von Aluminiumlegierungen aufgebaut. Diese Sammlung wird durch ausgewählte Messungen der Ermüdungsrißausbreitung im schwellenwertnahen Bereich, Restfestigkeitsversuche, Rißschließmessungen, Rauheitsmessungen an Bruchflächen, frequenzabhängige Messungen zum Umgebungseinfluß sowie Untersuchungen an drei Stählen und einer Magnesiumlegierung sinnvoll ergänzt. Auf der Basis der Meßdaten und der Analysemethoden wurde der Werkstoffeinfluß auf die Ermüdungsrißausbreitung in dünnen Blechen aus Aluminiumknetlegierungen bei Belastung mit konstanter Amplitude im Gültigkeitsbereich der linear-elastischen Bruchmechanik untersucht. Dabei wurden folgende Größen als wesentliche Einflußfaktoren identifiziert: - für die Gruppenzugehörigkeit: der Kohärenz- und Ordnungsgrad der festigkeitsbestimmenden Ausscheidungen und die resultierende Gleitverteilung, - für den gemeinsamen Vorfaktor der Legierungen der Gruppe 1: die elastischen Eigenschaften und das Spannungsverhältnis (Translation der Paris-Geraden), - für die Exponenten der Legierungen der Gruppe 1: 0,2%-Dehngrenze, athermischer Verfestigungsparameter, Probendicke und Kc-Wert als dimensionsloses Potenzprodukt (Rotation der Paris-Geraden), - für die Legierungen der Gruppe 2: das Ausmaß der Rißablenkung und eine bleibende Mode-II-Komponente der Rißöffnungsverschiebung, - für den Umgebungseinfluß der Legierung 6013 T6: Frequenz und Schwingbreite des Spannungsintensitätsfaktors. Die Diskussion umfaßt den wertenden Vergleich der experimentellen Ergebnisse mit Befunden und Modellen aus der Literatur, Erklärungsansätze für die Ursachen der Einflußnahme der wesentlichen Parameter sowie einen Modellansatz für die Legierungen der Gruppe 1 auf der Basis einer Mischungsregel. Dabei hatte sich erwiesen, daß keines der aus der Literatur bekannten Modelle alle Befunde richtig wiedergibt. Einige der ausgearbeiteten Erklärungsansätze bedürfen der zukünftigen Vertiefung.The work is based upon two essentials: the first one is the preparation and application of techniques of scale invariance analysis, the second one consists in a database of experimental results for heat-treatable thin-sheet wrought aluminium alloys obtained under uniform conditions. Progress with respect to methodology was achieved regarding, first, the algebraic correlation between sets of coefficients and exponents of any power law, second, the transfer of the concept of finite scale invariance to the phenomenon of fatigue crack growth (FCG), and third, the combination of the ideas of a rate-controlling step and dimensional analysis of environmental-assisted FCG including the mapping of rate-controlling steps. In the experimental part, a database containing both measured scatterbands of FCG and strengthening characteristics for several orientations and aging conditions of aluminium alloys amounting to a total of 39 different material conditions was established. This database was supplemented with results of selected measurements of near-threshold FCG rates, residual strength, crack closure, roughness of fatigue cracks, and frequency-dependent environmental-assisted FCG as well as investigations of three plain-carbon steels and a magnesium alloy. Based on these prerequisites, the influence of the material on the FCG behaviour of thin-sheet wrought aluminium alloys under constant-amplitude loading was investigated within the limits of validity of linear-elastic fracture mechanics. The following influence factors were identified to be essential: The assignment of alloys to one out of two groups is mainly determined by the degrees of coherency and order of the strength-controlling precipitates and the resulting type of slip distribution. The normalized-Paris-law coefficient for the first group is mainly dependent on the modulus of elasticity and the stress ratio. The Paris-law exponents for the first group are dominated by a dimensionless power monomial of the 0.2% proof stress, the athermal strengthening coefficient, sheet thickeness and the critical stress intensity factor. The retardation of the FCG rates of alloys of the second group relative to the first group is mainly determined by the amount of crack deflection and by a residual mode-II component of crack opening displacement. Finally, the environment-assisted FCG for aluminium alloy 6013 T6 reveals a coupled dependence on loading frequency and cyclic stress intensity factor. The discussion covers the evaluation of the results in relation to observations and models from the literature, the explanation of the modes of operation of the major influence factors and a model based on a mixing rule for the alloys of the first group. It turned out that there is not any model that reflects all of the observations simultaneously. Some of the ideas presented require to be worked out in more detail

Mathematisch-numerische Modellierung der Ultraschallstreuung an oberflächenverbundenen Rissen mit dem EFIT-Code

An ultrasonic time-of-flight diffraction method for measuring stable crack growth in a three point bending specimen was analyzed by simulations of the wave field evolution in the test specimen. To calculate the actual crack length from the experimental measured time of flight of a crack tip diffracted ultrasound pulse the echo trains were successively measured during the whole bending test. The simulations deal with the generation and evolution of the ultrasound field in the specimen and with the design of the received signal. The simulations took into account the actual test geometry, the crack growth process, the blunted crack tip and the process of bending. With these simulations all individual received echoes are reproduced and interpreted. The echo, qualified for measuring the time of flight is undoubtedly the transverse wave diffracted on the crack tip. In order to optimize the test method and to increase the accuracy of measurements during the simulations Parameters like probe position, wave mode, measuring frequency and length of aperture of the probes wem separately varied. From the comparison between the simulations and the experimental measurements it can be concluded, that the developed method is weil suited for measuring stable crack growth in small specimens made from ductile material

Langzeitspezifische Alterungseffekte in RDB-Stahl

Ziel des BMWi-Fördervorhabens 1501393 ist es, durch den Einsatz von Untersuchungsmethoden auf der nm-Skala einen Beitrag zur Aufklärung von Flusseffekten und von Late-Blooming-Effekten in bestrahlten RDB-Stählen zu leisten. Zur Untersuchung dieser Effekte wurde auf RDB-Stähle deutscher Reaktoren aus zwei bei der AREVA GmbH abgeschlossenen Vorhaben zurückgegriffen. Die Auswahl der Grundwerkstoffe und Schweißgüter erfolgte so, dass sich optimale Voraussetzungen für das Erreichen des Gesamtziels des Vorhabens ergeben. Die ausgewählten Untersuchungsmethoden umfassen mit der Neutronenkleinwinkelstreuung, der Atomsondentomographie und der Positronen-annihilationsspektroskopie solche Techniken, die die nm-skaligen bestrahlungsinduzierten Defekt-Fremdatom-Cluster bestmöglich und in komplementärer Weise zu detektieren und zu charakterisieren gestatten. Es wurde ein Flusseffekt auf die Größe der bestrahlungsinduzierten Fremdatomcluster, jedoch nicht auf den Volumenanteil und die mechanischen Eigenschaften gefunden. In einem Cu-armen RDB-Schweißgut wurde ein Late-Blooming-Effekt nachgewiesen, der sich in einem steilen Anstieg des Clustervolumenanteils und der Übergangstemperaturverschiebung nach einer Phase schwacher oder fehlender Zunahme niederschlägt. The BMWi project 1501393 aimed at contributing to the clarification of flux effects and late blooming effects in irradiated RPV steels by means of experimental techniques of sensitivity at the nm scale. The investigation of these effects was focussed on RPV steels, both base metal and weld of German reactors selected according to the objectives of the present project from two previous projects performed at AREVA GmbH. The complementary techniques of small-angle neutron scattering, atom probe tomography and positron annihilation spectroscopy were applied to detect and characterize the irradiation-induced nm-scale defect-solute clusters. A flux effect on the size of the irradiation-induced clusters but no flux effect on both cluster volume fraction and mechanical properties was found. For a low-Cu RPV weld, a late blooming effect was observed, which results in a steep slope of both cluster volume fraction and transition temperature shift after an initial stage of small or no change

SME taxation in Europe: An empirical study of applied corporate income taxation for SMEs compared to large enterprises. CIP Programme 186/PP/ENT/CIP/12/F/S01C24

This report analyses tax incentives for SMEs in 20 EU countries and five non-EU countries between 2009-2013. Its findings and recommendations are based on a review of tax codes, modelling of tax burdens using two different models, a descriptive analysis of company financial ratios, and the perceptions of tax advisers and companies in each country

Comparative Investigations to Corrosion Fatigue of Al-Cu and Al-Mg-Si Alloys

One of the serious problems encountered in the use of various materials in technology is the occurrence of fatigue phenomena as an undesirable material damage under cyclic mechanical load. For aluminium alloys this issue is of extremely high importance in case of their utilisation for aircraft purposes, e.g., where a very wide spectrum of frequencies occur. Moreover, the cyclic loading may be joined by the presence of specific electrolyte media. Therefore, the material candidates must be thoroughly examined in view of their sensitivity to fatigue as well as to corrosion fatigue. Usually, the Cu-containing alloy EN-AW 2024 T3 is applied besides 7075 T6 in Airbus aircrafts, but the weldable alloy 6013 T6 is considered to be a potential alternative. Referring to former investigations on the environmental sensitivity (ES) in the fatigue behaviour /1-6/ this paper brings up experimental findings as well as expanded considerations about damaging mechanisms and modelling. The situation with the alloy 6013 T6 is emphasized. The propagation of cracks under cyclic load in different environments, such as vacuum, air or aqueous media, is described by means of fracture mechanics. This enables discrimination in view of the influence of environmental factors and, hence, the participation of corrosion processes

Vibrational contribution to the thermodynamics of nanosized precipitates: vacancy-copper clusters in bcc-Fe

Within the harmonic approximation, the effects of lattice vibration on the thermodynamics of nano-sized coherent clusters in bcc-Fe consisting of vacancies and/or copper are investigated. A combination of on-lattice simulated annealing based on Metropolis Monte Carlo simulations and off-lattice relaxation by Molecular Dynamics is applied to obtain the most stable cluster configurations at T = 0 K. The most recent interatomic potential built within the framework of the embedded atom method for the Fe-Cu system is used. The vibrational part of the total free energy of defect clusters in bcc-Fe is calculated using their phonon density of states. The total free energy of pure bcc-Fe and fcc-Cu as well as the total formation free energy and the total binding free energy of the vacancy-copper clusters are determined for finite temperatures. Our results are compared with the available data from previous investigations performed using empirical many-body interatomic potentials and first-principle methods. For further applications in rate theory and object kinetic Monte Carlo simulations, the vibrational effects evaluated in the present study are included in the previously derived analytical fits based on the classical capillary model.Comment: 6 figure

Dark-field computed tomography reaches the human scale

X-ray computed tomography (CT) is one of the most commonly used three-dimensional medical imaging modalities today. It has been refined over several decades, with the most recent innovations including dual-energy and spectral photon-counting technologies. Nevertheless, it has been discovered that wave-optical contrast mechanisms—beyond the presently used X-ray attenuation—offer the potential of complementary information, particularly on otherwise unresolved tissue microstructure. One such approach is dark-field imaging, which has recently been introduced and already demonstrated significantly improved radiological benefit in small-animal models, especially for lung diseases. Until now, however, dark-field CT could not yet be translated to the human scale and has been restricted to benchtop and small-animal systems, with scan durations of several minutes or more. This is mainly because the adaption and upscaling to the mechanical complexity, speed, and size of a human CT scanner so far remained an unsolved challenge. Here, we now report the successful integration of a Talbot–Lau interferometer into a clinical CT gantry and present dark-field CT results of a human-sized anthropomorphic body phantom, reconstructed from a single rotation scan performed in 1 s. Moreover, we present our key hardware and software solutions to the previously unsolved roadblocks, which so far have kept dark-field CT from being translated from the optical bench into a rapidly rotating CT gantry, with all its associated challenges like vibrations, continuous rotation, and large field of view. This development enables clinical dark-field CT studies with human patients in the near future