Schweißsimulation zur Bestimmung von Verzug und Eigenspannungen

Werkstoffverhalten unter Mehrachigkeit

Risswachstum unter komplexen Beanspruchungen

Ermüdungsverhalten, Bruchmechanik

Wir unterstützen Sie beim Nachweis der Strukturintegrität von Komponenten aus dem Fahrzeug-, Anlagen- und Maschinenbau und erarbeiten Maßnahmen um diese zu gewährleisten und zu verbessern. Unser Fokus liegt dabei auf der Bewertung metallischer Strukturen und Schweißkonstruktionen gegenüber statischen und zyklischen Belastungen unter Berücksichtigung der Einsatztemperatur. Wir arbeiten mit fortschrittlichen werkstoff- und bruchmechanisch basierten Methoden und kombinieren Werkstoffcharakterisierung, Simulation und Bauteilversuch für die Modellvalidierung. Bei Bedarf analysieren wir Defekte und Schadensfälle und leiten Abhilfemaßnahmen ab.
 

Auf dieser Seite:

Leistungen

Themen

Eine Auswahl mess- und gerätetechnischer Highlights

Mikrostrukturbasierte Beschreibung der Entstehung von Rissen in Schweißverbindungen

Zum Einfluss von herstellungsbedingten Ungänzen auf das Festigkeitsverhalten von Bauteilen aus Stahlguss

Leistungen

Werkstoffqualifizierung

Werkstoffsubstitution

Verbesserung der Einsatzsicherheit von Bauteilen

Lebensdauerbewertung und Lebensdauererhöhung von Bauteilen

 
Unser technisches Leistungsangebot umfasst:

Die Entwicklung von Lebensdauermodellen zur Beschreibung des Ermüdungsverhaltens

Die Bewertung fertigungsbedingter Defekte z.B. in Schweißverbindungen oder Guss- und Schmiedebauteilen

Die mikrostrukturbasierte Simulation der Entstehung von Rissen aus Defekten

Experimentelle und numerische Schwingfestigkeitsanalysen an Proben und Bauteilen unter ein- und mehrachsiger Belastung

Vibrations- und Shock-Tests sowie experimentelle Modalanalysen

Mikrostruktur- und Schadensanalysen

Themen

 

Bruchmechanik


Mit modernsten bruchmechanischen Konzepten führen wir Nachweise zur Sicherheit, Gebrauchseignung, und Lebensdauer komplex und hochbelasteter Bauteile und Komponenten. Auf dieser Basis erarbeiten wir mit unseren Auftraggebern Lösungen zur Verbesserung der Bauteilsicherheit, der optimierten Bauteilauslegung oder zu Inspektionsintervallen...

 

Ermüdungsverhalten


Lasttragende Bauteile und Strukturen sind in allen Industriebereichen; Automobil- und Fahrzeugbau, Schienenfahrzeugbau, Luft- und Raumfahrt, Stahl- und Brückenbau komplexen Spannungszuständen ausgesetzt. Viele technische Schadensfälle lassen sich auf eine Materialermüdung infolge von zyklischen mechanischen Beanspruchungen zurückführen. Für den zuverlässigen Einsatz kritischer Komponenten kommt der Beschreibung der Materialermüdung eine entscheidende Bedeutung zu ...

 

Schadensanalyse


Wir beantworten Ihre Fragestellungen, die sich durch Ausfälle im Betrieb oder in der Qualitätssicherung von Prozessen der industriellen Fertigung ergeben. Die fundierte Aufklärung von Schadensfällen an metallischen Werkstoffen und Bauteilen ist am Fraunhofer IWM fest etabliert. Für Ihre individuelle Aufgabe stellen wir ein kompetentes Team zusammen, das mit Ihnen zusammen die nächsten Schritte erörtert, um zu einer effektiven Problemlösung zu gelangen ...

 

Publikationen zu den Themen Ermüdungsverhalten, Bruchmechanik


Beiträge in Zeitschriften, Büchern und auf Konferenzen sowie Dissertationen und Projektberichte...

Eine Auswahl mess- und gerätetechnischer Highlights

Elektromechanische, servohydraulische und Resonanz-Prüfmaschinen (N bis MN Bereich) zur Durchführung von statischen und zyklischen Werkstoff- und Bauteilversuchen

Ausstattung zur Durchführung bruchmechanischer Charakterisierungsversuche (z.B. ASTM 399, E1820, E1921, E647) über große Kraft- und Temperaturbereiche

Mehrachsige Belastungsvorrichtungen (Tension-Torsion; Spannfeld) für mehrachsige Bauteilprüfung

Klimatisierte Shock- und Vibrationsprüfung

Dehnungsermittlung über Clip-Gauges oder Grauwertkorrelation zur flächenhaften Dehnungsmessung

Metallografie und Bruchflächenanalyse

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© Foto Fraunhofer IWM

Mikrostrukturbasierte Beschreibung der Entstehung von Rissen in Schweißverbindungen

Im Rahmen des DFG-AiF-Clusterprojekts IBESS »Integrale Bruchmechanische Ermittlung der Schwingfestigkeit von Schweißverbindungen« hat das Fraunhofer IWM ein bruchmechanisches Ersatzmodel für die Rissentstehung auf der Basis der real ablaufenden mikromechanischen Vorgänge entwickelt, um die Ausgangsrissgrößen für makroskopische bruchmechanische Ermüdungsanalysen bestimmen zu können. Der methodische Ansatz umfasst die:

Numerische Simulation der Rissbildung auf Mikrostrukturebene

Erstellung eines polykristallines 3D-Mikrostrukturmodell mit Rissinitiierung an der freien Oberfläche

FE-Analyse unter zyklischer Belastung

Validierung mittels Ermüdungsversuchen an Mikroproben

Bestimmung einer Ausgangsrisslängenverteilung

© Foto Fraunhofer IWM

Zum Einfluss von herstellungsbedingten Ungänzen auf das Festigkeitsverhalten von Bauteilen aus Stahlguss

Die Bewertung von Ungänzen in Bauteilen aus Stahlguss ist ein zentraler Bestandteil der Festigkeitsberechnung. Im Rahmen eines Vorhabens der Industriellen Gemeinschaftsforschung IGF wurde hierzu am Beispiel der Werkstoffe G20Mn5 und G22NiMoCr5-6 ein validiertes rechnerisches Konzept bereitgestellt. Wesentlicher Bestandteil des Vorhabens waren die Validierung verschiedener zerstörungsfreier Prüfverfahren, Festigkeitsversuche an Proben mit Ungänzen sowie schädigungs- und bruchmechanische Analysen der Versuche. Die mittels verschiedener ZfP-Verfahren (Ultraschall, erweiterte Ultraschallverfahren, Computertomographie) untersuchten Probekörper lieferten konsistente Ergebnisse. Die Festigkeitsversuche zeigten, dass trotz zum Teil großer Ungänzen ein duktiles Versagen erst im Bereich der Festigkeit des ungänzenfreien Werkstoffs auftrat, wobei die Bruchdehnung mit zunehmender Ungänzengröße abfällt. Als effizientes Konzept hat sich die bruchmechanische Bewertung erwiesen. Die bruchmechanischen Berechnungen liefern konservative Ergebnisse und bestätigen, dass alle Proben mit Ungänzen hohe Belastungen bis über die Fließspannung ertragen, wobei die für die beiden Werkstoffe ermittelten Risszähigkeiten deutlich höher sind als z.B. in der FKM-Richtlinie in Form konservativer Werte angegeben.