Beitrag zur Prüfung metallischer Werkstoffe im Torsionsversuch

Zusammenfassung Der Torsionsversuch eignet sich zur Untersuchung des plastischen Verhaltens von Metallen bei erhöhten Temperaturen, wenn die Fließspannung stark von der Umformgeschwindigkeit abhängt. Aus der gemessenen Drehmoment-Drehwinkel-Kurve wird die Fließkurvek _f () berechnet. Hierfür wird ein Fließkriterium benötigt, dessen Unsicherheit im allgemeinen größer ist als alle Meßfehler. Diese Unsicherheit geht aber nicht in die berechnete Dehngeschwindigkeitsempfindlichkeit ein, die somit als Hauptergebnis des Versuches anzusehen ist.Um die Bedingungen technischer Warmumformung zu simulieren, wird die Verwendung extrem kurzer Proben (flacher Scheiben) empfohlen, womit sehr hohe Umformgeschwindigkeiten erreicht werden können. Für die Auswertung derartiger Versuche ist die wirksame Länge der kurzen Proben — experimentell oder semiempirisch — zu bestimmen und die Kerbwirkung zu berücksichtigen. Im Gegensatz zur herkömmlichen Vorgehensweise wird empfohlen, die örtliche Spannung und Verzerrung nicht für die Mantelfläche der Probe zu berechnen, sondern für einen kritischen Radialabstand im Innern der Probe, für den die Schiebung von der Kerbwirkung unabhängig ist, so daß sich die zuverlässigsten Werte ergeben.

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Summary The torsion test is often used for studying the plastic deformation of metals at elevated temperatures when stress depends strongly on the strain rate. From the measured torque-twisting angle curve, the stress-strain curvek _f () has to be calculated. For this purpose a yield criterion has to be used the uncertaintly of which normally exceeds all experimental errors. This uncertaintly, however, does not propagate into the calculated strain rate sensitivity which therefore may be considered as the main result of the torsion test.For simulating the conditions of technical hot forming processes, the use of extremely short test pieces (flat discs) by which very high strain rates can be obtained is recommended. For evaluating the test data the efficient lenght of short specimens has to be determined. In opposition to the conventional procedure of test evaluation, it is recommended not to calculate stress and strain for the surface of the specimen but for a critical radius for which strain is independent of the notch effect so that the most reliable values are obtained.

Mit 5 Abbildungen     

Lösungen und Schmelzen von Hochpolymeren

Zusammenfassung Die Modelle der ideal verdünnten Lösung und des unendlichen Netzes (Bueche) werden besprochen; für praktische Fälle werden die Modelle verdünnte Lösung mit Gelteilchen und unendliches Netz mit Verhängungsbereichen vorgeschlagen und diskutiert. Es wird eine Methode angegeben, aus dem Übergangspunkt verdünnte Lösung unendliches Netz den Verknäuelungsparameter Am auszurechnen.Einleitungsvortrag anläßlich der Arbeitstagung der Sektion Rheologie des Vereins Österreichischer Chemiker am 28. September 1965 in Graz.     

Kritische Drehzahlen und Biegeschwingungen kontinuierlich besetzter Wellen bei verschiedenen Lagerungen

Zusammenfassung Für eine gleichmäßig kontinuierlich besetzte Welle konstanter Biegesteifigkeit werden die kritischen Drehzahlen des synchronen Gleich- und Gegenlaufs und die Eigenfrequenzen der Biegeschwingungen berechnet, und zwar für vier verschiedene Lagerungsarten (fliegend gelagerte Welle; zweifach kugelig gelagert; ein Wellenende eingespannt, das andere kugelig gelagert: zweifach eingespannt). Die genauen Ergebnisse für die Grundfrequenz bis einschließlich der dritten Oberfrequenz sind graphisch dargestellt und lassen den Einfluß der Trägheitsmomente und der Lagerungsart erkennen. Für die höheren Frequenzen werden Näherungsformeln mitgeteilt, so daß das gesamte Frequenzspektrum erfaßt wird.Vorliegende Arbeit entstand auf Anregung von Prof. Dr. H. Neuber, Lehrstuhl für Technische Mechanik der Technischen Hochschule München.     

Semi-Analytische Berechnung instationärer Temperaturen in gefügten Strukturen

Zusammenfassung Es wird ein halbanalytisches Berechnungsverfahren zur Bestimmung der instationären Temperaturen von Haut-Steg-Verbindungen vorgestellt, das den Einfluß einer Fügung zwischen Haut (Flansch eines Winkels) und Steg numerisch berücksichtigt. Ausgehend von den Temperaturfunktionen, die sich unabhängig voneinander für die beiden Strukturelemente bei gegebenen Randbedingungen und konstanter Randtemperatur an der Verbindungsstelle ergeben, kann der thermische Übergangswiderstand der Fügung (z.B. einer Nietverbindung) durch Formulierung einer Wärmebilanz sowohl oberhalb als auch unterhalb der Fügung auf einfache Art in die Berechnung einbezogen werden. Das Verfahren, das am Beispiel von Flugzeugstrukturen (versteifte Tragflügelgurtplatte, Tragflügelkasten) für den Sprung der Fluidtemperatur und des Wärmeübergangskoeffizienten untersucht wird, läßt sich auch auf ähnliche Probleme in anderen Ingenieursdisziplinen übertragen.

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Semi-analytical calculation of temperature transients in jointed structures

A semi-analytical method is presented for calculating temperature transients in skin-web-configurations including the effect of a thermal joint resistance at the web-skin (flange) junction. Based on the temperature functions independently developed for both elements at given boundary conditions and constant junction temperature the joint resistance can be taken into account easily by formulation of a heat balance above and below the joint. The method, here applied to aircraft structures (stiffened panel, wing box) for the step functions of fluid temperature and heat transfer coefficient can also be extended to similar problems in other engineering fields of application.

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Bezeichnungen A, B Abkürzung für Summenausdruck - L Länge - N Nenner, dimensionslos - R Fügungswiderstand - T Temperatur - a Temperaturleitfähigkeit - c spezifische Wärme - d Dicke - f Abkürzung, dimensionslos - g, h Länge, dimensionslos - j Laufvariable der Zeit, ganze Zahl - k Wärmeleitfähigkeit - n Summen-Laufvariable - p Laplace-Variable - q Wärmefluß, dimensionslos - r Fügungswiderstand, dimensionslos - tt Zeit; Zeitelement - x, y Wegkoordinate - Wärmeübertragungskoeffizient - Eigenwert - , Zeitelement; Zeit, dimensionslos - , Wegkoordinate, dimensionslos - Temperatur, dimensionslos - transformierte Temperatur - Dichte Indizes f Fluid - i 1, 2 - j Funktion der Laufvariablen j - k Knoten - 0 Anfangswert - 1 Flansch (Haut) - 2 Steg - Einheits-Triangel     

Berechnung des Temperaturfeldes um eine im Erdboden verlegte Punkt- und Linienquelle bei Randbedingung III. Art an der Erdoberfläche

Zusammenfassung Für den Fall, daß sich in einem halbunendlichen Körper in der Tiefe L eine Punkt- bzw. Linienquelle befindet und daß an der Oberfläche des Körpers ein örtlich und zeitlich konstanter Wärmeübergangskoeffizient herrscht, wird das stationäre Temperaturfeld analytisch berechnet. Beim Vergleich mit einer Näherungslösung (Hilfsschicht) zeigt sich, daß nicht so sehr die Biot-Zahl Bi= · L/ als vielmehr der größte Winkel zwischen Wandnormale und Wärmestromdichte in der Hilfsschicht ein Maß für die Genauigkeit der Näherungslösung ist.

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Calculation of the temperature field around a buried point- and linesource, respectively, when the boundary condition is Newton's law

The steady state temperature field in a semiinfinite body caused by a buried point- and linesource, respectively, has been analytically calculated. The comparison with a simple approach (additional-layer) shows that the greatest angle between the normal of the wall and the heat flux density in the additional-layer, describes the quality of the approach better than the Biot-number Bi=L/ does.

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Formelzeichen A Fläche - Bi Biot-Zahl - C Eigenwertfunktion - E₁ Exponentialintegral - exp Exponentialfunktion - i komplexe Einheit - J₀ Besselfunktion nullter Ordnung und 1. Grades - L Verlegungstiefe der Punkt- bzw. Linienquelle - Q Quellstärke - r Radius - Re Realteil eines Ausdruckes - T Temperatur - t Integrationsvariable - x, y, z Ortskoordinaten - Wärmeübergangskoeffizienten an der Erdoberfläche - Laplace-Operator - Wärmeleitfähigkeit des Erdbodens - dimensionslose Temperatur - Integrationsvariable - dimensionsloser Radius - komplexe Ortskoordination Indizes 0 Erdoberfläche, senkrecht über der Quelle - 1 Lösung für das 1. Randwertproblem - 3 Lösung für das 3. Randwertproblem - 13 Zusatzfunktion - w Erdoberfläche - Umgebungstemperatur - Näherungslösung     

Zur Berechnung der Stofftransportbeziehungen an der Phasengrenze von Zweiphasen-Mehrkomponenten-Systemen

Zusammenfassung Die Stoffaustauschbeziehungen an der Phasengrenze eines Zweiphasen-Systems auf der Basis der erweiterten Ackermann/Colburn-Drew Gleichungen werden am Beispiel von binären und polynären Gemischen aufgezeigt. Darauf aufbauend werden Beziehungen für die Berechnung des Stoffdurchgangskoeffizienten und für das Verhältnis der partiellen Stoffübergangskoeffizienten für den Fall großer übergehender Stoffströme abgeleitet. Eine vergleichende Analyse mit Rechenansätzen verschiedener Struktur wird anhand von Beispielen gegeben.

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On the calculation of mass transfer relations at the interface of two-phase-multi-component-systems

The mass transfer relations at the interface of a two-phase-system related to the generalized Ackermann/Colburn-Drew equations are presented for binary and polynary mixtures. Therefore relations for the calculation of the overall mass transfer coefficient and the ratio of the partial mass transfer coefficients are derived for the case of high mass fluxes. An analysis comparing calculation procedures of different structures is demonstrated by examples.

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Beziehungen c Moldichte kmol/m³ - D Diffusionskoeffizient m²/h - Steigung der Gleichgewichts-linie - m Verhältnis der Phasengrenz-konzentrationen - n Stromdichte kmol/hm² - s Weg, Diffusionsweg m - x Flüssigkeitsphasenkonzen-kmol/kmol tration - y Gas-Dampfphasenkonzen-kmol/kmol tration - z Variable - Stoffaustauschkoeffizient kmol/hm² - Unterschichtdicke m - Abweichung - [_bin] Matrix der Stoffübergangskoeffizient en der binären Paare für äquimolaren Stofftransport - [] Matrix der Mehrkomponenten-Stoffübergangskoeffizienten für äquimolaren Stofftransport - [B] =[]^–1, Def. s. Gl.4d - [] Def. s. Gl.4e - [] Verallgemeinerte Ackermann/Colburn-Drew Korrektur Matrix für Mehrkomponenten-Stoffaustausch - [J] Einheitsmatrix Indizes bin binär - d dampfseitig (Stoffübergang) - D dampfseitig (Stoffdurchgang) - f flüssigkeitsseitig - g Phasengrenze - Laufindex - n Gesamtzahl der Komponenten - l l. > Komponente betreffend - 2 2 - charakterisiert für nichtäquimolaren Transport korrigierte Größen     

Untersuchungsergebnisse über die kapillare Leitfähigkeit von Baustoffen

Zusammenfassung Krischer hat die kapillare Flüssigkeitsbewegung als Potentialströmung beschrieben, deren Ursache ein Feuchtegefälle ist und führte als Stoffeigenschaft die Flüssigkeitsleitzahl als Funktion des Feuchtegehaltes ein. Trennt man durch einen modifizierten Ansatz Kapillar- und Reibungskräfte, so erhält man Kapillarfunktionen, die für den Fall der stationären Strömung bei horizontaler Flüssigkeitsbewegung oder bei lotrechter Flüssigkeitsbewegung unter Vernachlässigung der Schwerkraft in der Krischerschen Flüssigkeitsleitzahl (Kapillarleitkoeffizient) zusammengefaßt werden können.Diese Kapillarfunktionen für Wasser wurden von Quarzsand, Ziegel, Kalksandstein, Gasbeton und Bimsbeton ermittelt und der Kapillarleitkoeffizient als Funktion des Feuchtegehaltes für den Befeuchtungsvorgang angegeben. Zur experimentellen Bestimmung des Feuchtegehaltes war das Durchstrahlungsverfahren mit Gammastrahlen gewählt worden, um den volumenbezogenen Feuchtegehalt während eines quasistationären Vorganges der kapillaren Flüssigkeitsbewegung in Abhängigkeit von Zeit und Ort ohne Störung des Vorganges ermitteln zu können.

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Results of investigations on the capillary motion of moisture in building materials

Krischer described the capillary motion of moisture as a water transfer proportional to the gradient of water content by volume, and defined a coefficient of capillary conductivity as a function of moisture content. Equations of general validity, however, can be developed by separation in terms for capillary and gravity forces and capillary resistance. These capillary functions can be transferred in the coefficient for processes with horizontal motion and for those cases where gravity does not have any impact on the motion in small capillary pore spaces.The capillary functions and the coefficients of capillary conductivity for quasi-steady processes of humidification were determined of quartz sand, brick, sandlime brick, cellular concrete and pumice concrete. The temporally and locally changing moisture content during capillary rising tests was measured non-destructively by means of the attenuation effect of penetrating gamma rays.

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Formelzeichen F Stoffquerschnitt - H() feuchtigkeitsabhängige maximale kapillare Steighöhe - H_max maximale kapillare Steighöhe beim maximalen Feuchtegehalt - I₀ Intensität der auffallenden Gammastrahlung - I Intensität der durchfallenden Gammastrahlung - R() feuchtigkeitsabhängiger kapillarer Reibungskoeffizient - R_max kapillarer Reibungskoeffizient beim maximalen Feuchtegehalt - V Volumstrom - h kapillare Steighöhe - q_S Volumanteil des Feststoffes - q_W Volumanteil des Wassers - q_L Volumanteil der Luft - s Weglänge - t Zeit - x Schichtdicke - y Impulszahl - Neigungswinkel gegen die Lotrechte - statistischer Fehler bei der Impulsmessung - Kapillarleitkoeffizient bzw. Flüssigkeitsleitzahl na ch Krischer - Schwächungskoeffizient für Gammastrahlen - Dichte - / Massenschwächungskoeffizient - volumenbezogener Feuchtegehalt - _max maximaler volumenbezogener Feuchtgehalt - _S Schwächungskoeffizient des Feststoffes - _W Schwächungskoeffizient des Wassers - _L Schwächungskoeffizient der Luft Herrn Professor Dr.-Ing. H. Glaser, Stuttgart, zum 70. Geburtstag gewidmet.Die Untersuchungen erfolgten mit Mitteln der AIF (Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen e.V., Köln). Der Aufbau der Versuchs-anordnung und die Gammastrahlungsmessungen mit Auswertung wurden von H. Perk durchgeföhrt, der zugleich der för den Strahlenschutz Verantwortliche des Instituts im Sinne des § 20 der I. Strahlenschutzverordnung ist.     

Über den Einfluß von Querkrümmung und Dichte bei inhomogenen turbulenten Freistrahlen

Zusammenfassung Zur Berechnung turbulenter Strömungen wird das k--Modell im Ansatz für die turbulente Scheinzähigkeit erweitert, so daß es den Querkrümmungs- und Dichteeinfluß auf den turbulenten Transportaustausch erfaßt. Die dabei zu bestimmenden Konstanten werden derart festgelegt, daß die bestmögliche Übereinstimmung zwischen Berechnung und Messung erzielt wird. Die numerische Integration der Grenzschichtgleichungen erfolgt unter Verwendung einer Transformation mit dem Differenzenverfahren vom Hermiteschen Typ. Das erweiterte Modell wird auf rotationssymmetrische Freistrahlen veränderlicher Dichte angewendet und zeigt Übereinstimmung zwischen Rechnung und Experiment.

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On the influence of transvers-curvature and density in inhomogeneous turbulent free jets

The prediction of turbulent flows based on the k- model is extended to include the influence of transverse-curvature and density on the turbulent transport mechanisms. The empirical constants involved are adjusted such that the best agreement between predictions and experimental results is obtained. Using a transformation the boundary layer equations are solved numerically by means of a finite difference method of Hermitian type. The extended model is applied to predict the axisymmetric jet with variable density. The results of the calculations are in agreement with measurements.

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Bezeichnungen Wirbelabsorptionskoeffizient - c_i Massenkonzentration der Komponente i - c_D, c_L, c, c₁, c₂ Konstanten des Turbulenzmodells - d Düsendurchmesser - E bezogene Dissipationsrate - f bezogene Stromfunktion - f Korrekturfunktion für die turbulente Scheinzähigkeit - j turbulenter Diffusionsstrom - k Turbulenzenergie - k_i Schrittweite in -Richtung - K dimensionslose Turbulenzenergie - L turbulentes Längenmaß - M_i Molmasse der Komponente i - p Druck - allgemeine Gaskonstante - r Querkoordinate - r_0,5 Halbwertsbreite der Geschwindigkeit - r_0,5c Halbwertsbreite der Konzentration - T Temperatur - u Geschwindigkeitskomponente in x-Richtung - v Geschwindigkeitskomponente in r-Richtung - x Längskoordinate - y allgemeine Funktion - Y_i diskreter Wert der Funktion y - Relaxationsfaktor für Iteration - turbulente Dissipationsrate - transformierte r-Koordinate - kinematische Zähigkeit - Exponent - transformierte x-Koordinate - Dichte - _k, Konstanten des Turbulenzmodells - Schubspannung - allgemeine Variable - Stromfunktion - Turbulente Transportgröße Indizes 0 Strahlanfang - m auf der Achse - r mit Berücksichtigung der Krümmung - t turbulent - mit Berücksichtigung der Dichte - im Unendlichen - Schwankungswert oder Ableitung einer Funktion - – Mittelwert Herrn Professor Dr.-Ing. R. Günther zum 70. Geburtstag gewidmet     

Der Spannungs- und Verschiebungszustand drehsymmetrischer Membrane mit beliebig gekrümmter Meridiankurve

Zusammenfassung Die Einführung von Zylinderkoordinaten (x, r, ) in die Gleichgewichtsbedingungen der Schnittkräfte bzw. in die Beziehungen zwischen Verzerrung und Verschiebungen am differentialen Schalenabschnitt ermöglicht die Berechnung des Spannungs- und Verschiebungszustandes von drehsymmetrischen Membranen mit beliebig gekrümmter Meridiankurve auf die Integration einer einfachen, linearen partiellen Differentialgleichung zweiter Ordnung für eine charakteristische FunktionF bzw. zurückzuführen. Eine geschlossene Lösung und damit eine Darstellung der Schnittkräfte und Verschiebungen durch explizite Formeln ist bei harmonischer Belastung cosn für zwei Funktionsgruppen=x ² und=x ^–3 möglich. Im Sonderfall der drehsymmetrischen und der antimetrischen Belastung mitn=0 undn=1 gelten die Gleichungen der Schnitt- und Verschiebungsgrößen für eine beliebige Meridianfunktion=(). Die Betrachtungen der Randbedingungen offener Schalen bei harmonischer Belastung geben über die infinitesimalen Deformationen einer drehsymmetrischen Membran mit überall negativer Krümmung Aufschluß.     

Rheologie pathologischer Gelenkflüssigkeiten

Zusammenfassung Die eingehende Analyse des viskoelastischen Verhaltens von 193 Kniegelenkspunktaten verschiedenster entzündlicher und nichtentzündlicher Gelenkerkrankungen ließ keine wesentlichen diagnostischen Hilfen für klinische Problemfälle erkennen. Untersucht wurden im einzelnen Fließkurven einschließlich der Anfangsviskosität ₀ und durch eine Normierungsmethode ermittelte master-curves, sowie Normalspannungen und in 3 Fällen gleichzeitig auch der SpeichermodulG und der VerlustmodulG mit Hilfe von dynamischen Messungen.Durch Vergleich der pathologischen Gelenkpunktate mit normaler, post mortal gewonnener gepoolter Synovia ließ sich ein Eindruck vom Grad der gestörten Viskoelastizität gewinnen. Dabei lassen die erniedrigten Hyaluronsäure-Konzentrationen, die Veränderungen der konzentrationsunabhängigen Knickzeitt _k> und die master-curve erkennen, daß hierfür sowohl eine verringerte Konzentration als auch ein geringeres Molekulargewicht der Hyaluronsäure verantwortlich ist. Konzentrierungsversuche pathologischer Synovia ergaben den Hinweis auf die Entstehung von Mikrogelen und ließen in Fällen zuvor fehlender Normalspannungen auch nach der Eindickung keine Normalspannungen erkennen. Es wird deshalb auch die Möglichkeit gestörter intermolekularer Interaktionen in der pathologischen Synovia diskutiert.

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Summary A thorough analysis of the viscoelastic behaviour of 193 synovial fluid samples of knee joints concerning different joint diseases (inflammatory and non-inflammatory) gives no essential diagnostic help in case of clinical problems.Investigations were done particularly on flow curves including the Newtonian viscosity ₀ and normal forces, and with the help of a standardization-method we got master curves. In three cases we also got dynamic properties i.e. the elastic modulusG and the loss modulusG. By comparison of the pathological synovial fluid samples with normal, post-mortem pooled synovial fluid one gets an idea of the degree of disturbance on viscoelasticity. It was found that the reduced concentration and the lower molecular weight of the hyaluronic acid are responsible for the pathological variation of the concentration independent bending timet _k as well as the shape of the master curves.Tests on concentrated pathological synovial fluids indicate the beginning formation of micro-gels. In cases of absence of normal forces even after concentration no normal forces could be detected. Therefore the possibility of disturbed intermolecular interactions in pathological synovial fluids will be discussed, too.

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D Schergeschwindigkeit - D _K D-Koordinate des Tangentenschnittpunktes - t _k Knickzeit - s Steigung des geradlinigen Anteils der Fließkurve - scheinbare Viskosität - _m mittlere Viskosität beiD = 10² s^–1 - ₀ Anfangsviskosität, Nullviskosität - Endviskosität - _{N 11} – ₂₂ 1. Normalspannungsdifferenz - G ₀ Ruheschermodul - G ^* komplexer (dynamischer) Schermodul - G Speichermodul - G Verlustmodul - Winkelgeschwindigkeit - Winkel der Phasendifferenz - Kegelwinkel - d Durchmesser von Kegel und Platte des Meßsystems - f Frequenz der vorgegebenen Oszillation - f _n Eigenfrequenz des Torsionskopfes - _IA Amplitude der Eingangsschwingung - _TA Amplitude der Ausgangsschwingung - _I axiale Bewegung der Schneckenwelle - _T Bewegung des Torsionskopfverminderers - [] Grenzviskositätszahl (Staudinger-Index) - v Verhängungszahl - r Korrelationskoeffizient - m Mittelwert - s Standardabweichung - p Signifikanzniveau - n.s. nicht signifikant p > 0,05 Auszugsweise vorgetragen auf der Jahrestagung der Deutschen Rheologischen Gesellschaft in Berlin vom 8.–10. Mai 1978.Mit 9 Abbildungen und 8 Tabellen     

Rheology of molten polymers

Summary TheCross equation describes the flow of pseudoplastic liquids in terms of an upper and a lower Newtonian viscosity corresponding to infinite and zero shear, and ₀, and of a third material constant related to the mechanism of rupture of linkages between particles in the intermediate, non-Newtonian flow regime, Calculation of of bulk polymers is important, since it cannot be determined experimentally. The equation was applied to the melt flow data of two low density polyethylenes at three temperatures.Using data in the non-Newtonian region covering 3 decades of shear rate to extrapolate to the zero-shear viscosity resulted in errors amounting to about onethird of the measured ₀ values. The extrapolated upper Newtonian viscosity was found to be independent of temperature within the precision of the data, indicating that it has a small activation energy.The ₀ values were from 100 to 1,400 times larger than the values at the corresponding temperatures.The values of were large compared to the values found for colloidal dispersions and polymer solutions, but decreased with increasing temperature. This shows that shear is the main factor in reducing chain entanglements, but that the contribution of Brownian motion becomes greater at higher temperatures.

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Zusammenfassung Die Gleichung vonCross beschreibt das Fließverhalten von pseudoplastischen Flüssigkeiten durch drei Konstante: Die obereNewtonsche Viskosität (bei sehr hohen Schergeschwindigkeiten), die untereNewtonsche Viskosität ₀ (bei Scherspannung Null), und eine Materialkonstante, die vom Brechen der Bindungen zwischen Partikeln im nicht-Newtonschen Fließbereich abhängt. Die Berechnung von ist wichtig für unverdünnte Polymere, wo man sie nicht messen kann.Die Gleichung wurde auf das Fließverhalten der Schmelzen von zwei handelsüblichen Hochdruckpolyäthylenen bei drei Temperaturen angewandt. Die Werte von ₀, durch Extrapolation von gemessenen scheinbaren Viskositäten im Schergeschwindigkeitsbereich von 10 bis 4000 sec^–1 errechnet, wichen bis 30% von den gemessenen ₀-Werten ab. Die Aktivierungsenergie der war so klein, daß die-Werte bei den drei Temperaturen innerhalb der Genauigkeit der Extrapolation anscheinend gleich waren. Die ₀-Werte waren 100 bis 1400 mal größer als die-Werte.Im Verhältnis zu kolloidalen Dispersionen und verdünnten Polymerlösungen war das der Schmelzen groß, nahm aber mit steigender Temperatur ab. Deshalb wird die Verhakung der Molekülketten hauptsächlich durch Scherbeanspruchung vermindert, aber der Beitrag derBrownschen Bewegung nimmt mit steigender Temperatur zu.

     

Polypropylene and polyethylene blends

Summary The flow behaviour of blends of an isotactic polypropylene (PP) and a high density polyethylene (PE) in the molten state was studied as a function of composition, temperature and shear rate to examine the degree of compatibility under shear. PP and PE were melt blended in a laboratory single screw mixing extruder at the compositions 0, 25, 50, 75 and 100 percentage of PE by weight and shear stress versus shear rate data were obtained using an Instron capillary viscometer at different temperatures. Viscosity-shear rate data of PP-PE blends at different temperatures constitute master curves at constant blend composition, when plotted as /₀ versus ₀/T. This type of behaviour is commenly observed for homopolymer systems. Therefore these experimental findings indicate that the PP-PE system forms either a compatible blend in the molten state under shear flow conditions or a morphology which is independent of temperature.

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Zusammenfassung Es wurde das Fließverhalten von Mischungen eines isotaktischen Polypropylens (PP) und eines Polyäthylens mit hoher Dichte (PE) im Schmelzzustand untersucht in Abhängigkeit von der Zusammensetzung, der Temperatur und der Schergeschwindigkeit. Damit sollte der Grad der Kompatibilität unter Scherbeanspruchung geprüft werden. PP und PE wurden in einem Labor-Einschnecken-Misch-Extruder mit Anteilen von 0, 25, 50, 75 und 100 Gewichts-Prozent PE zusammengemischt. Die Fließkurven wurden bei verschiedenen Temperaturen in einem Instron-Kapillar-Rheometer gemessen. Die Viskositätsverläufe als Funktion der Schergeschwindigkeit bei verschiedenen Temperaturen lassen sich bei konstantem Mischungsverhältnis zu Masterkurven zusammenfassen, wenn man /₀ gegen ₀/T aufträgt. Dieses Verhalten findet man gewöhnlich nur für Homopolymerisate. Daher zeigen diese experimentellen Ergebnisse an, daß die PP-PE-Systeme im Schmelzzustand unter der Bedingung des Scherfließens entweder eine kompatible Mischung bilden oder aber eine temperaturunabhängige Morphologie aufweisen.

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In partial fulfilment of the Teknisk Licentiate degree (Ph.D.).

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With 11 figures and 3 tables     

Über die Konvergenz eines Iterationsverfahrens der ebenen Elastizitätstheorie

Zusammenfassung und Ausblick Für ein von kubo und Seika I aufgestelltes Iterationsverfahren zur Bestimmung von Spannungen in periodisch nichthomogenen unendlichen Scheiben wurde die Konvergenz nachgewiesen für den Fall, daß die Airysche Spannungsfunktion periodisch ist. kubo und Seika geben an, daß sich dieses Verfahren auch auf Randwertprobleme erweitern läßt. Dies ist ohne Zweifel der Fall für starre Einschlüsse. Zwar ist dann das Kriterium (16) nicht mehr erfüllt; der Konvergenzbeweis läßt sich jedoch mit Hilfe der Überlegungen von II § 4 auch auf diesen Fall ausdehnen. Dagegen wachsen in Löchern und über alle Grenzen, so daß dort F() in (9) seinen Sinn verliert. Für diesen Fall gibt es jedoch ein Iterationsverfahren, dessen Prinzip von Hetényi und Neas für Randwertprobleme angegeben wurde. Es läßt sich auch auf Nichthomogenitätsprobleme erweitern (II, § 3.5); bei diesem Verfahren der sukzessiven Belastung spielen dann die Verschiebungen eine ähnliche Rolle wie die Airysche Spannungsfunktion beim Verfahren von kubo und Seika. Auch Kombinationen beider Verfahren sind denkbar; doch sind für diesen Fall noch einige Einzelheiten zu klären (II, § 1.4, § 3.7–8).     

Ein Schwingungstilger zur Abstimmung von Einschwingvorgängen

Übersicht Das Prinzip des linearen Schwingungstilgers wird zur Beeinflussung von Einschwingvorgängen angewandt. Abstimmungskriterien werden definiert und als Funktion der Wurzellage der charakteristischen Gleichung entwickelt. Zehn Regeln, die die Wurzellage mit den physikalischen Parametern des Schwingungssystems verbinden, werden aufgestellt; drei dieser Regeln, die auf einer in Anwendungsfällen häufig gerechtfertigten Vernachlässigung beruhen, können direkt zur Abstimmung verwandt werden. Die für das Schwingungsbild wichtigen speziellen Lagen der Wurzeln der charakteristischen Gleichung in der komplexen Ebene bei variabler relativer Federkonstante bzw. bei variabler relativer Feder- und Dämpfungskonstante werden als relative bzw. absolute Einflußposition eingeführt.

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Summary The principle of the dynamic vibration absorber was applied to reduce in a defined manner transient vibrations of a one degree of freedom system. Ten rules were developed which relate the position of the roots of the characteristic equation to the physical parameters; three of these rules, based upon an approximation which is often justified in engineering practice can directly be used to determine the spring and damping coefficients of the absorber to approximate the defined ideal response. The concept of the relative and the absolute influence position is introduced; these new definitions refer to a particular position of the roots of the characteristic equation when only the spring constant or, respectively, the spring constant and the damping coefficient between the masses are variable.

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Gekürzte Fassung der Dissertation des Verfassers. Die Arbeit wurde am Institut für Aerodynamik und Gasdynamik der Technischen Hochschule Stuttgart, Direktor Prof. Dr.-Ing. A. Weise, angefertigt.     

Modellvorstellung zur turbulenten Filmkondensation strömenden Dampfes

Zusammenfassung Der Wärmeübergang bei turbulenter Film kondensation strömenden Dampfes an einer waagerechten ebenen Platte wurde mit Hilfe der Analogie zwischen Impuls-und Wärmeaustausch untersucht. Zur Beschreibung des Impulsaustausches im Film wurde ein Vierbereichmodell vorgestellt. Nach diesem Modell wird die wellige Phasengrenze als starre rauhe Wand angesehen. Die Abhängigkeit einer Schubspannungs-Nusseltzahl von der Film-Reynoldszahl und Prandtlzahl wurde berechnet und dargestellt.

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A model for turbulent film condensation of flowing vapour

The heat transfer in turbulent film condensation of flowing vapour on a horizontal flat plate was investigated by means of the analogy between momentum and heat transfer. To describe the momentum transfer in the film a four-region model was presented. With this model the wavy interfacial surface is treated as a stiff rough wall. A shear Nusselt number has been calculated and represented as a function of film Reynolds number and Prandtl number.

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Formelzeichen a Temperaturleitkoeffizient - k Mischungswegkonstante - k _s äquivalente Sandkornrauhigkeit - Nu _x lokale Schubspannungs-Nusseltzahl,Nu _x=x_xv/uw - Pr Prandtlzahl,Pr=v/a - Pr _t turbulente Prandtlzahl,Pr _t =_m/_q - q Wärmestromdichte _q - R Wärmeübergangswiderstand - R_f Wärmeübergangswiderstand des Films - Re _F Reynoldszahl der Filmströmung - T Temperatur - U, V Geschwindigkeitskomponenten des Dampfes in waagerechter und senkrechter Richtung - u, Geschwindigkeitskomponenten des Kondensats in waagerechter und senkrechter Richtung - V Querschwankungsgeschwindigkeit des Kondensats und des Dampfes - u _/gtD Schubspannungsgeschwindigkeit an der Phasengrenze für die Dampfgrenzschicht, uD =(/)^1/2 - u _F Schubspannungsgeschwindigkeit an der Phasengrenze für den Kondensatfilm,u _F =(/)^1/2 - u _w Schubspannungsgeschwindigkeit an der Wand der Kühlplatte,u _w =(w/)^1/2 - y Wandabstand - x Wärmeübergangskoeffizient - gemittelte Kondensatfilmdicke - _s Dicke der zähen Schicht der Filmströmung an der welligen Phasengrenze - ₄ Dicke der zähen Schicht der Filmströmung an der gemittelten glatten Phasengrenze - Wärmeleitzahl - dynamische Viskosität - v kinematische Viskosität - Dichte - Oberflächenspannung - _w Wandschubspannung - Schubspannung an der Phasengrenzfläche - _m turbulente Impulsaustauschgröße - _q turbulente Wärmeaustauschgröße Indizes d Wert des Dampfes - w Wert an der Wand - x lokaler Wert inx - Wert an der Phasengrenze Stoffgrößen ohne Index gelten für das Kondensat     

Numerische Berechnung und Simulation des instationären Stofftransports bei wandernden Phasengrenzflächen in Zweistoffsystemen

Zusammenfassung Der instationäre Stofftransport vor wandernden Phasengrenzflächen flüssig/fest wurde für Zweistoffsysteme unter Berücksichtigung allgemeiner Kristallisationsbedingungen und einfacher Körpergeometrien abgeleitet. Dies ermöglichen spezielle Transformationsbeziehungen sowie die Randwertbestimmung für die Aufschmelzfront. Ein neuartiges, für Hybridrechenanlagen entwickeltes Zerlegungsverfahren lieferte die analytischen Hilfsmittel für numerisch außerordentlich stabile und konvergente Lösungen des allgemeinen, linearen Randwertproblems. Damit ließ sich ein Rechenprogramm erstellen, welches die Simulation weitgehend beliebiger Kristallisationsprozesse erlaubt. Am Beispiel des Zonenschmelzens und der Normalkristallisation werden einige, derart simulierte Kristallisationsprozesse diskutiert.

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Numeric calculation and simulation of nonsteady masstransfer by moving phaseboundaries in binary alloys

Non-Steady mass transfer in front of moving phase boundaries liquid/solid in binary alloys was derived. This was allowed by means of transformation relations and boundary-values for the melting-front. A newly analyzing-method primarily developed for serial hybrid computer integration made it possible to obtain very steady and convergent solutions of the general linear boundary-value-problem. These solutions allow to create computer-programs for the simulation of arbitrary processes of crystallization. For example processes of non-steady zone melting and normal freezing were simulated and discussed.

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Bezeichnungen f_e Erstarrungsfrontgeschwindigkeit - f_a Aufschmelzfrontgeschwindigkeit - s Schmelzzonenlänge - s zeitliche Änderung der Schmelzzonenlänge - K₀ Gleichgewicht-Verteilungskoeffizient - K_eff effektiver Verteilungskoeffizient - k Konzentration - k₀ Ausgangskonzentration in flüssiger Phase - k_0B Ausgangskonzentration in fester Phase - ¯k₀ Konzentration in fester Phase vor der Aufschmelzfront - ¯k_B Konzentration in fester Phase nach der Kristallisation - D Diffusionskoeffizient - m Masse - m Massenstromdichte - t Zeit - T absolute Temperatur - vektorielle Strömungsgeschwindigkeit der Legierungskomponente - v_x,v_r axiale und radiale Strömungsgeschwindigkeit (z.B. durch Schwerkraftseigerung) - x,r Ortskoordinaten - L Stablänge - L_F vorwärtsstabiler Operator - L_B rückwärtsstabiler Operator - S Speicherfunktion - R Anfangsradius - , mitwandernde Ortskoordinaten - Länge des kristallisierten Volumens - Gewichtsfaktor - Wurzel der charakteristischen Gleichung - a,b,c, d,e,,, } Hilfsfunktionen - Grenzschichtdicke Auszug aus der vom Fachbereich für Maschinenwesen der Technischen Universität München zur Erlangung des akademischen Grades eines Doktor-Ingenieurs genehmigten Dissertation Instationärer und quasistationärer Stoffransport in binär legierten Schmelzen vor wandernden Phasengrenzflächen des Dipl.-Ing. Richard Bung. Berichterstatter Privatdozent Dr.-Ing. H.M. Tensi undProf. Dr.-Ing. F. Fischer; Tag der Einreichung 2.2.1976, Tag der Annahme 20.2.1976, Tag der Promotion 2.3.1976.     

Filmsieden eines Zweistoffgemisches

Zusammenfassung Die Betrachtung von Siedevorgängen in Mehrstoffgemischen wird durch das Auftreten von Diffusionsströmen in der flüssigen Phase erschwert. Diese Diffusionsvorgänge müssen jedoch berücksichtigt werden, da sie im wesentlichen die Zusammensetzung des Gemisches an der Phasengrenze zwischen Dampf und Flüssigkeit bestimmen, und damit die Verdampfungstemperatur kontrollieren. Für den Fall des Filmsiedens eines Zweistoffgemisches werden die diesen Vorgang beschreibenden Gleichungen gelöst, und anhand eines Beispiels der Einfluß der Diffusionsvorgänge auf die Temperatur an der Phasengrenze gezeigt sowie Auswirkungen auf die Wärmeübertragung diskutiert.

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Binary, laminar film boiling

Film boiling of a binary, liquid mixture has been analyzed. The analysis is based on the conservation laws and other physical principles. It is shown that diffusion processes in the liquid phase control largely the interface temperature. This, in turn, determines the vapor concentration and influences the physical properties of the vapor, thus having a markedly impact on the heat transfer rates.

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Formelzeichen C_P Parameter definiert in Gl. 16 - C_g Parameter definiert in Gl. 14 - C_p Spezifische Wärme - D Diffusionszahl - f Dimensionslose Stromfunktion in der Dampfphase - F Dimensionslose Stromfunktion in der flüssigen Phase - g Erdbeschleunigung - h_fg Verdampfungswärme - k Wärmeleitfähigkeit - n_g; n_f Ähnlichkeitsvariable - m_g; m_f Massenstromdichten des Gemisches - m_1g; m_1f Massenstromdichten der Komponente 1 - Pr Prandtlzahl - q Wärmestromdichte - Sc Schmidtzahl - T Temperatur - T_s Temperatur an der Phasengrenze - T_w Wandtemperatur - T Temperatur der Flüssigkeit in weiterer Entfernung von der Wand - u; v Geschwindigkeiten - w₁; w₂ Massenanteil der Komponenten 1 und 2 in der flüssigen Phase - ¯w₁; ¯w₂ Massenanteil der Komponenten 1 und 2 in der Gasphase - x, y Koordinaten - Dampffilmdicke - Viskosität - Kinematische Viskosität - Dichte - _g Dichte des Dampfes - _w Dampfdichte an der Wand - Flüssigkeitsdichte in weiter Entfernung von der Wand - Temperaturfunktion - Konzentrationsfunktion - _g; _f Stromfunktionen Indizes w Wand - s Phasengrenze - In weiter Entfernung von der Wand - 1 Methanol - 2 Wasser Herrn Professor Dr.-Ing. H. Glaser, Stuttgart, zum 70. Geburtstag gewidmet.Diese Arbeit wurde durch das Rechenzentrum der Uni-versity of California, Santa Barbara unterstützt.     

Influence of molecular weight and molecular structure of polystyrenes on turbulent drag reduction

Summary An investigation was carried out on drag reduction of diluted solutions on nine linear polystyrenes of different molecular weight in toluene in the turbulent region (from 5,000 to 40,000 Reynolds numbers). The universal curve established byVirk et al. is only confirmed for very low concentration depending on the molecular weight and on the Reynolds number. If the maximum drag reduction varies with the molecular weight according to previous results, the intrinsic concentration shows a dependence with the cube of the molecular weight. This type of dependence explains the observed effects of the polydispersity and degradation. Moreover, no critical molecular weight below which no drag reduction occurs is observed. The study of PS samples with non-linear structure shows the total ineffectiveness of these structures giving support to the suggestion that an elongation of the polymer in the turbulent flow is responsible for the drag reduction. From the comparison between Polyox and PS properties it is concluded that both polymers have a comparable effectiveness and degradability when compared to the same DP or to the same [].

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Zusammenfassung Untersucht wurde die Verminderung des Reibungswiderstandes (VRW) verdünnter Lösungen von neun linearen Polystyrolen mit verschiedenem Molekulargewicht in Toluol im turbulenten Bereich bei Reynoldsschen Zahlen zwischen 5000 und 40000. Die vonVirk und Mitarbeitern festgestellte universelle Kurve wird nur für sehr verdünnte Lösungen, abhängig von der Reynoldsschen Zahl und dem Molekulargewicht, bestätigt. Wie schon in früheren Untersuchungen gefunden wurde, nimmt der Maximale VRW-Effekt mit dem Molekulargewicht zu, und die intrinsic-Konzentration zeigt eine Abhängigkeit mit der dritten Potenz des Molekulargewichts. Diese Abhängigkeit erklärt die beobachteten Effekte der Polydispersität und der Degradation. Weiterhin wird kein kritisches Molekulargewicht, unterhalb dessen kein VRW-Effekt auftritt, beobachtet. Die Untersuchung von nichtlinearen Polystyrolen beweist die völlige Unwirksamkeit dieser Strukturen, was den Schluß nahelegt, daß die Verlängerung des Polymers in der turbulenten Strömung für die Verringerung des Reibungswiderstandes verantwortlich ist. Durch einen Vergleich der Eigenschaften von Polyäthylenoxid und Polystyrol wird gefunden, daß beide Polymere eine vergleichbare Wirksamkeit und Degradation zeigen, wenn man Proben von gleichem Polymerisationsgrad oder gleichem Staudinger-Index [] in Beziehung setzt.

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With 9 figures and 2 tables     

Singular integral equations in asymmetric thermoelasticity

Integral representations for the displacement vector, rotation vector and the temperature have been constructed by making use of the three basic singular solutions in asymmetric thermoelasticity. The potentials of a single and double layer have been constructed. The solution of the basic boundary value problems has been reduced to the solution of a system of seven singular integral equations by utilizing the theorems proved on the discontinuities of the double layer potentials and P (stress), M (couple-stress) and /n operators of the single layer potentials.

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Zusammenfassung Unter Benutzung der drei Fundamentallösungen der asymmetrischen Thermoelastizitätstheorie werden Integraldarstellungen für den Verschiebungsvektor, den Rotationsvektor und das Temperaturfeld konstruiert. Es werden die Potentiale der Einfach-und Doppelbelegung angegeben. Die Lösung der Randwertprobleme wird zurückgeführt auf die Lösung eines Systems von sieben singulären Integralgleichungen. Dabei werden Theoreme benutzt, die für die Unstetigkeiten der Doppelbelegungspotentiale sowie die P (Spannungs-), M (Momenten-pannungs-) und /n-Operatoren der Einfachbelegungspotentiale nachgewiesen werden.

     

Free convection heat transfer from an isothermal plate with arbitrary inclination

This paper presents a new formulation for the laminar free convection from an arbitrarily inclined isothermal plate to fluids of any Prandtl number between 0.001 and infinity. A novel inclination parameter is proposed such that all cases of the horizontal, inclined and vertical plates can be described by a single set of transformed equations. Moreover, the self-similar equations for the limiting cases of the horizontal and vertical plates are recovered from the transformed equations by setting=0 and=1, respectively. Heated upward-facing plates with positive and negative inclination angles are investigated. A very accurate correlation equation of the local Nusselt number is developed for arbitrary inclination angle and for 0.001 Pr .

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Wärmeübertragung bei freier Konvektion an einer isothermen Platte mit beliebiger Neigung

Zusammenfasssung Diese Untersuchung stellt eine neue Formulierung der laminaren freien Konvektion von Flüssigkeiten mit einer Prandtl-Zahl zwischen 0,001 und unendlich an einer beliebig schräggestellten isothermen Platte dar. Ein neuer Neigungsparameter wird eingeführt, so daß alle Fälle der horizontalen, geneigten oder vertikalen Platte von einem einzigen Satz transformierter Gleichungen beschrieben werden können. Die unabhängigen Gleichungen für die beiden Fälle der horizontalen and vertikalen Platte wurden für=0 und=1 aus den transformierten Gleichungen wieder abgeleitet. Es wurden erwärmte aufwärtsgerichtete Platten mit positiven und negativen Neigungswinkeln untersucht. Eine sehr genaue Gleichung wurde für die lokale Nusselt-Zahl bei beliebigen Neigungswinkeln und für 0,001 Pr entwickelt.

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Nomenclature C _p specific heat - f reduced stream function - g gravitational acceleration - Gr local Grashof number,g(T _w –T _w ) x³/v² - h local heat transfer coefficient - k thermal conductivity - n constant exponent - Nu local Nusselt number,hx/k - p pressure - Pr Prandtl number, v/ - Ra local Rayleigh number,g(T _w –T )J x³/v - T fluid temperature - T _w wall temperature - T temperature of ambient fluid - u velocity component in x-direction - v velocity component in y-direction - x coordinate parallel to the plate - y coordinate normal to the plate Greek symbols thermal diffusivity - thermal expansion coefficient - (Ra¦sin¦)^1/4/( Ra cos()^1/5 - pseudo-similarity variable, (y/) - dimensionless temperature, (T–T )/(T _w–T ) - ( Ra cos)^1/5+(Rasin)^1/4 - v kinematic viscosity - 1/[1 +(Ra cos)^1/5/( Ra¦sin)^1/4] - density of fluid - Pr/(1+Pr) - _w wall shear stress - angle of plate inclination measured from the horizontal - stream function - dimensionless dynamic pressure