3D woven composites, due to the presence of through-thickness fibre bridging, have the potential to improve damage tolerance and at the same time to reduce the manufacturing costs. However, the ability to withstand damage depends on weave architecture as well as the geometry of individual tows. A substantial amount of research has been performed to understand in-plane properties as well as the performance of 3D woven composites exposed to impact loads, but there is limited research on the damage tolerance and notch sensitivity of 3D weaves and no work is reported on the damage tolerance of 3D weaves with a weft binding pattern. In view of the recent interest in 3D woven composites, the influence of weft binder on the tensile, open hole tensile, impact resistance and subsequent residual compressive strength properties and failure mechanisms of 3D woven composites was investigated against equivalent UD cross-ply laminate. Four different 3D woven architectures; layer-to-layer, angle interlocked, twill angle interlock and modified angle interlock structures were produced under identical weaving conditions. All the above mentioned tests were performed in both the warp and weft directions on 3D woven and UD cross-ply laminates. Stress concentration and yarn waviness due to through-thickness reinforcement led to lower mechanical properties compared with the UD cross-ply laminate. However, improved in-plane and damage tolerance properties of 3D woven composites under tensile loads were achieved by modifying the weave architecture. The influence of the weave architecture and binder yarn orientation on the notch insensitivity and damage tolerance of 3D woven composites was less significant for compressive loads. Despite the lower undamaged compression strength of 3D woven structures, their residual compressive strength was found to be superior to their equivalent UD cross-ply laminates. The lower rate of strength reduction in the 3D woven fabrics laminates was attributed to a crack bridging mechanism, effectively inhibiting delamination propagation.

In der Dissertation werden Konzepte vorgestellt, mit denen die Abschätzung der Dauerfestigkeit von Bauteilen auf Grundlage von Werkstoffkennwerten möglich ist. Aus den sich dabei ergebenden Problemen sowie den speziellen Anforderungen der Werkstoffgruppe Sinterstahl wird ein neues Konzept aus bruchmechanischen Überlegungen abgeleitet. Damit ist eine Anwendung ohne prinzipielle Einschränkung bezüglich der Bauteilgeometrie und unter Berücksichtigung der individuellen Kerbempfi ndlichkeit des Werkstoffs möglich. Die Validierung und statistische Auswertung anhand einer breiten Datenbasis belegt eine gute Treffsicherheit im Vergleich zu anderen Verfahren. Empfehlungen zur praktischen Anwendung und den Grenzen der verschiedenen Konzepte werden gegeben.

The thesis deals with the study of surface-active properties, zeta potential, particle size and adhesion of surfactants (Arkopal N110, Igepal CO-520, Igepal CO-890, Dehyton PL, sodium dodecyl sulfate and dodecyltrimethylammonium bromide) selected for full notch creep test method. To determine the surface phenomena occuring in a solution due to their presence at 25, 50 and 80 °C, the Du Noüy ring method of surface tension measurement was used. The importance of factors such as concentration, ionic character and the molecular structure of the surfactants, temperature and dispersion media (pH, purity) were analysed. Dynamic light scattering measurements were performed in order to evaluate the particle size and the electrophoresis method was used to determine the zeta potential. The results were compared to the contact angle measurements, i. e. adhesion tendency between surfactant solutions and the surface of selected types of high density polyethylene. The optical analysis was used to evaluate the contact angle. The negative impact of water purity was negated. The temperature dependecy was specific for each of the examined surfactant species, however the relationship between temperature and the length of hydrophilic chain was discovered. Alkaline pH was less convenient for amphoteric surfactant than acid or neutral environment, but this might have been caused by components contained in the buffer. The character of surfactant solutions was mostly monodisperse. The only exceptions were 1mM Igepal CO-520 and 3mM Dehyton PL. Further investigation led to conclusion that the molecules tend to form agglomerates. Adhesion was in accordance with surfactant effectiveness of surface reduction and adsorption. However, this theory did not match the data obtained from testing acid and neutral Dehyton PL solutions' adhering to polyethylene species containing carbon black.

Předkládaná disertace se zabývá obecnými singulárními koncentrátory napětí a to zejména ostrým vrubem neboli V-vrubem, ostrým bi-materiálovým vrubem a ostrou materiálovou inkluzí. V první části práce je stručně nastíněna Kolosovova-Muschelišviliho teorie komplexních potenciálů rovinné pružnosti aplikovaná na problémy lomové mechaniky. Dále je diskutována lineární elastická lomová mechanika trhlin, V-vrubů, bi-materiálových vrubů a bi-materiálových spojů. V rešerši jsou dále zahrnuta kritéria směru iniciace trhliny i její stability a to kritérium maximálního tečného napětí, faktor hustoty deformační energie a sdružené napěťově-energetické kritérium. Následují text uvádí omezení jednoparametrové lomové mechaniky a výhody její multiparametrové formy. Další část představuje metody pro určení nezbytných parametrů pro popsání pole napětí a posuvů v blízkosti obecného singulárního koncentrátoru napětí. Tyto parametry zahrnují vlastní číslo a zobecněný faktor intenzity napětí. Vlastní číslo je určeno jako řešení problému vlastních hodnot zatímco metody pro určení zobecněného faktoru intenzity napětí tvoří Psi-integrál a metoda přeurčitosti. Obě zmiňované metody jsou aplikovány na zde studované obecné singulární koncentrátory napětí a vzájemně porovnány. Kritéria pro vznik trhliny v obecném singulárním koncentrátoru napětí jsou navržena. V rámci numerických příkladů jsou předpovězeny směry iniciace trhliny a podmínky stability pro konkrétní problémy. Kritické síly pro V-vrub jsou předpovězeny pomocí výše zmíněných kritérií a srovnány s experimentálními daty v literatuře. V následující části jsou ukázány metody analýzy multi-materiálového problému. V závěru práce jsou shrnuty způsoby iniciace a šíření trhliny v blízkosti ostré materiálové inkluze.

In the range of linear elastic fracture mechanics, the conditions for critical loading assessment of structures made of two dissimilar materials are usually based on the assumptions of prevailing normal mode of loading. The same assumption is usually applied to the stability criterion of bi-material notches. However, in engineering practice there are cases of loading and failure closed to the shear mode. The aim of the work is the assumption of the stability criterion of bi-material notches subjected to combination of normal and shear loading. The FEM model of the bi-material notch under combination of normal and shear loading mode is created and solved and evaluated as well.

This work deals with the influence of atmospheric corrosion on high-cycle fatigue properties of a weathering steel ATMOFIX B. New experimental data on fatigue strength of a steel exposed for 20 years to an atmospheric corrosion were compared to those characterizing the base material. Reduction of the fatigue lifetime of the exposed material compared with the base material was predicted on the basic of fractographic examination of fracture surfaces and the influence of surface notches on fatigue strength. The predicted results agree well with the experimental results.

Despite the preventability of noise-induced hearing loss (NIHL) a high prevalence is still reported in South African mines. The study aimed to describe the hearing of gold miners pertaining to the prevalence and degree of NIHL and effectiveness of current RSA impairment criteria to identify NIHL. The audiological data, collected between 2001 and 2008, of 57 714 mine workers were investigated in this retrospective cohort study. Data was accessed through the mine’s electronic database and exported to Microsoft Excel 2007 worksheets. Participants were categorised in terms of noise exposure (level and working years), age, race and gender. Noise exposure levels were described in terms of a specific occupation and categorized into four groups based on dosimeter data received from the mine’s noise hygienist, namely: 1) Below surface (underground) noise exposure, ≥85 dB A, classified according to the South African regulations on the daily permissible dose of noise exposure8, named Noise Group 1; 2) Surface noise exposure, ≥85 dB A, named Noise Group 2; 3) No known occupational noise exposure, named control group; and 4) Uncertain levels of noise exposure, e.g. students and trainees, named Noise Group 4. The control group was matched with participants of noise group 1 and 2 based on gender, race and age at the most recent audiogram test. Descriptive and inferential statistics were employed. Measures of central tendency and variability were used with analysis of covariance (ANCOVA) and pairwise comparisons according to Fisher’s Least Squares Differences Approach (F test). Results indicated that noise exposed groups had significantly higher prevalence of high and low frequency hearing loss than the control group. High-frequency hearing loss was also present in the control group. The greatest differences in prevalence of hearing loss were observed at 3, 4 kHz and age group 36 to 45 years. Thresholds at 8 kHz were worse than expected and decline slowed down with age. High-frequency thresholds showed a non-linear growth pattern with age with a greater decline at 2 kHz with age in the noise-exposed population compared to the control group. Hearing deteriorated more across age groups with more noise-exposed years, and this deterioration was most visible after 10 to 15 working years and at 3 kHz. Females had better hearing than males across the frequency spectrum. Black males had significantly better high-frequency hearing than white males but significantly worse low-frequency hearing than white male counterparts. PLH values showed poor correlation (through statistical analyses) with other well-accepted hearing impairment criteria. To date this was the largest study conducted on the hearing of gold miners and the sample included a very large number of black males exposed to occupational noise (N=17 933). Values supplied in distribution table format are therefore unique and contribute greatly to the knowledge base. / Thesis (PhD)--University of Pretoria, 2012. / Speech-Language Pathology and Audiology / unrestricted

The aim of this work is sexual dimorphism quantification of greater sciatic notch profile using 2D geometric morphometrics methods. The curvature was digitized by two different methods - manually with contact digitizer MicroScribe G2 and automatically with software Morphome3cs. Results from each method were comparised and advatages and disadvantages of boths methods were discussed. Target sample of 114 adult specimens of known sex was analyzed. This collection comes from Maxwell Museum of Anthropology, The University of New Mexico, Albuquerque and contains 57 male and 57 female hip bones. For the method verification the test smaple contains 112 adult specimens of known sex was used. This collection comes from Universidad Nacional Autonóma de México (UNAM). This collection contains 56 male and 56 female hip bones. The procrustes analysis, principal components analysis, thin plate spine and discriminant function analysis were used for analysis. We could make a detail description of morphologic differences in greater sciatic notch shape of men and women because of shape visualisation and difference of both group was confirmed by discriminant function analysis. Sex assesment achieves accuracy 92,11% - 98,25% in dependence on used methods and number of semilandmarks.

Laser beam cutting is an attractive and innovative manufacturing process which has many advantages compared to conventional cutting methods. However, with increasing workpiece thickness an increase of the roughness along the kerf surface can be observed, which, in turn, can negatively affect the mechanical properties, in particular the fatigue strength. In this context, the impact of laser cutting on fatigue behavior is discussed in this work. Specimens were cut out by disk laser from sheets with 2 mm, 4 mm and 6 mm thickness made of metastable austenitic stainless steel type AISI 304. Fatigue specimens with different surface conditions were tested in order to separately evaluate the influence of the different kinds of macroscopic defects produced by the cutting process. Additionally, the notch effect sensitivity for different amounts of deformation-induced α'-martensite induced before cyclic tests was evaluated using a specific notch geometry. Furthermore, based on the fact that high frequency testing is performed in the present investigation, the likely influences of test frequency on material response must be considered. For this reason and because metastable austenitic stainless steels are well known for their strain rate sensitivity, the steel AISI 304 and the role of surface micro-defects produced by laser beam cutting were analyzed regarding the influence of load frequency on the cyclic response and fatigue behavior, and the findings of the investigation are thoroughly discussed in this work. Fatigue tests were performed at load frequencies of 100 Hz and 1,000 Hz using two resonance pulsation test systems, as well as by means of a servo-hydraulic test machine at 1 Hz and 50 Hz. Fractographic analyses served to evaluate the failure-relevant characteristics responsible for crack initiation. Moreover, scanning electron microscopy was used to assess the changes caused by laser cutting on the geometrical and microstructural features. The qualitative analyses of the cut kerf characteristics were accomplished by means of optical microscopy. The cyclic deformation behavior was characterized based on the evaluation of stress-strain hysteresis loops and temperature measurements. The deformation-induced phase transformation from γ-austenite to α'-martensite was globally and locally evaluated by means of magneto-inductive measurements and electron backscattered diffraction analysis, respectively. The analyses showed that laser beam cutting creates three kinds of defects, which are a pronounced relief-like structure along the cut surface, burr in the underside of the cut edge and pores in the interface between the recast layer and base material or inside the recast layer. As a consequence, the fatigue strength of parts cut by laser beam is around 40% lower in comparison to specimens in a macroscopically quasi defect-free state. The most significant reduction of fatigue life is attributed to the notch effect of the burr, followed by the notch effect created by pores for 4 mm and 6 mm thick specimens, while surprisingly the influence of the surface relief is of minor significance. An evaluation of the fatigue results based on comprehensive fractographic analyses allows to explain the reasons for distinct differences between the aforementioned influence factors. Furthermore, the notch sensitivity of the steel AISI 304 increases as the amount of α'-martensite formed prior to the cyclic experiments becomes higher. Moreover, the impact of test frequency on the cyclic deformation response, deformation-induced phase transformation and fatigue behavior was characterized as well as the role of surface micro-defects on the fatigue behavior as a function of test frequency was identified. The assessment showed that higher amounts of α'-martensite formation and lower plastic strain amplitudes were observed when the cyclic experiments were carried out at lower frequency, promoting higher fatigue strengths. However, the influence of test frequency for specimens containing surface micro-defects is dominant in the low cycle fatigue to high cycle fatigue regime, whereas in the high cycle fatigue and very high cycle fatigue range the fatigue life determining parameter is the severity of the micro-notches present along the laser cut surface. / Das Laserstrahlschneiden stellt ein innovatives Verfahren dar, welches im Vergleich zu konventionellen Schneid prozessen eine Vielzahl an Vorteilen aufweist, aber mit zunehmender Blechdicke auch den entscheidenden Nachteil der Zunahme der Oberflächenrauheit der Schnittkanten, was sich negativ auf die mechanische Festigkeit, insbesondere die Schwingfestigkeit, auswirken kann. Deswegen ist die Anwendung dieser Technik zur Herstellung von strukturellen Bauteilen aufgrund der Bildung ausgeprägter Oberflächenreliefs und dem Fehlen zuverlässiger Schwingfestigkeitsdaten begrenzt. In diesem Zusammenhang werden in dieser Arbeit die Auswirkungen des Laserschneidens auf das Ermüdungsverhalten diskutiert. Aus Blechen des metastabilen Austenitstahls AISI 304 mit Dicken von 2 mm, 4 mm und 6 mm wurden Proben mit Hilfe eines Scheibenlasers herausgeschnitten. Ermüdungsproben unterschiedlicher Oberflächenqualität wurden getestet, um den Einfluss der verschiedenen Arten von makroskopischen Defekten, die durch den Schneidprozess erzeugt wurden, separat zu bewerten. Zusätzlich wurde die Empfindlichkeit der Kerbwirkung bei unterschiedlichen Gehalten an verformungsinduziertem α'-Martensit, welcher vor den zyklischen Versuche erzeugt wurde, unter Verwendung einer spezifischen Kerbgeometrie ausgewertet. Außerdem, basierend auf der Tatsache, dass in der vorliegenden Untersuchung eine Hochfrequenzprüfung durchgeführt wurde, wurden der Stahl AISI 304 und die Rolle von Oberflächenmikrodefekten durch das Laserstrahlschneiden hinsichtlich des Frequenzeinflusses auf das zyklische Ansprechverhalten und Ermüdungsverhalten analysiert. Ermüdungsprüfungen wurden bei Frequenzen von 100 Hz und 1000 Hz unter Verwendung von zwei ähnlichen Resonanzpulsationstestsystemen, sowie mittels einer servohydraulischen Prüfmaschine bei 1 Hz und 50 Hz durchgeführt. Fraktographische Analysen dienten dazu, die für die Rissinitiierung verantwortlichen fehlerrelevanten Eigenschaften zu bewerten. Darüber hinaus wurde die Rasterelektronenmikroskopie verwendet, um die durch das Laserschneiden verursachten Veränderungen der geometrischen und mikrostrukturellen Eigenschaften zu bewerten. Die qualitativen Analysen der Schnittkanteneigenschaften wurden mittels optischer Mikroskopie durchgeführt. Das zyklische Verformungsverhalten wurde anhand der Auswertung von Spannungs-Dehnungs-Hystereseschleifen und Temperaturmessungen charakterisiert. Die verformungsinduzierte Phasenumwandlung von γ-Austenit zu α'-Martensit wurde global und lokal mittels magneto-induktiven Messungen bzw. Elektronenrückstreubeugungsanalyse ausgewertet. Die Analysen zeigen, dass ein ausgeprägtes Relief entlang der Schnittfläche sowie ein Grat an der Unterseite der Schnittkante bei 2 mm, 4 mm und 6 mm dicken Platten gebildet wurden. Zusätzlich haben sich Poren in der Grenzfläche zwischen dem umgeschmolzenen Material und dem Grundmaterial oder innerhalb des umgeschmolzenen Materials bei den 4 mm und 6 mm dicken Platten gebildet. Infolgedessen zeigen die laserstrahlgeschnittenen Proben eine 40% niedrigere Dauerfestigkeit im Vergleich zu den Proben, welche in einem makroskopisch quasi defektfreien Zustand sind. Obwohl beim Schneiden dickerer Platten gröbere Oberflächen entstehen, ist die Verringerung der Dauerfestigkeit entgegen den Erwartungen unabhängig von der Probendicke. Die größte Verringerung der Ermüdungslebensdauer ist auf die Kerbwirkung des Grates zurückzuführen, gefolgt von der Kerbwirkung des Oberflächenreliefs für 2 mm dicke Platten bzw. des Einflusses von Poren im Fall der 4 mm und 6 mm dicken Platten. Ein Zusammenhang zwischen der Phasenumwandlung von γ-Austenit zu α'-Martensit, die durch zyklische Verformung entsteht, und der Lastfrequenz wurde nachgewiesen. Eine niedrigere Prüffrequenz ruft für den untersuchten unsymmetrischen Belastungsverlauf einen signifikanten zyklischen Kriecheffekt, höhere mittlere Dehnungsniveaus, höhere Mengen an α'-Martensitbildung, geringere plastische Dehnungsamplituden und daher höhere Ermüdungsfestigkeiten hervor. Bei Proben mit Oberflächenmikrodefekten, die durch das Laserstrahlschneiden erzeugt werden, hängt der Einfluss der Prüffrequenz auf das Ermüdungsverhalten vom aufgebrachten Belastungsniveau ab. Dieser Einfluss dominiert im LCF zu HCF Bereich, während im Übergang vom HCF in den VHCF Bereich die Ermüdungslebensdauer von der Schwere des Schadens abhängig ist, welcher in der Probe durch lebensdauerbestimmende, zufällig entlang der lasergeschnittenen Reliefoberfläche eingebrachten Mikrokerben hervorgerufen wird.

Plankerbverzahnungen zählen zu den Vertretern der Kupplungsverzahnungen, mit deren Hilfe zwei Bauteile koaxial miteinander verbunden werden können. Neben einer hohen Winkelgenauigkeit zeichnen sie sich durch eine enorme Drehmomentkapazität bei gleichzeitig geringem Montageaufwand aus. Die zur Leistungsübertragung erforderliche Vorspannkraft kann über eine zentrale Spannschraube oder mehrere dezentral, auf einem gemeinsamen Teilkreis, angeordnete Spannschrauben erzeugt werden. Diese Arbeit liefert einen Beitrag zur beanspruchungsgerechten Dimensionierung von Plankerbverzahnungen mit zentraler und dezentraler Verschraubung. Es wird eine Berechnungsmethode zur Bestimmung der Tragfähigkeit des Zahnfußes, der Zahnflanke und der Spannschrauben vorgestellt und anhand von Beispielrechnungen erläutert. Neben den umfangreichen theoretischen Betrachtungen werden die Ergebnisse zahlreicher experimenteller Untersuchungen präsentiert. Diese dienen der Gewinnung von grundlegenden Aussagen zur Stützwirkung und zum Mittelspannungseinfluss an einfach und mehrfach gekerbten Proben sowie zur Verifizierung des Tragfähigkeitsnachweises.