Reduktion von Entwicklungskosten durch bessere Berechnungsverfahren

Lebensdauerkonzepte, Thermomechanik

Motorenbauteile, Turbinen von Flugzeugen, Komponenten der Kraftwerkstechnik und des Anlagenbaus unterliegen hohen thermischen und mechanischen Beanspruchungen. Zahlreiche teure und zeitaufwändige Labor- und Feldversuche sind häufig notwendig, um die Bauteile auszulegen. Das Verständnis der Schädigungsmechanismen und die darauf basierende Entwicklung verbesserter Werkstoffmodelle ermöglichen es uns, einen zunehmenden Teil der Bauteilentwicklung im Rechner durchzuführen. So sparen wir für unsere Kunden Entwicklungskosten und -zeiten ein und erhöhen die Qualität der Bauteile.
 

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© Foto Fraunhofer IWM

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In Ermüdungsversuchen werden Materialien zyklischen mechanischen Beanspruchungen bis zur Anrissbildung unterzogen. Bei der Rissbildung und dessen Wachstum spielt, neben der Probentemperatur, auch das Umgebungsmedium eine große Rolle. Der Prüfstand erlaubt die Prüfung von Rohrproben, die mit einem bis zu 600 °C heißen flüssigen Medium durchströmt werden können. Somit steht eine Prüftechnik zur Verfügung, um z.B. die Materialien für zukünftige solarthermische Kraftwerke zu qualifizieren.

Bild links: Prüfstand für mechanische Ermüdungsversuche mit überlagerter korrosiver Beanspruchung durch Salzschmelzen.

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Leistungen

Charakterisierung und Modellierung von metallischen Werkstoffen unter thermischen und mechanischen Lasten bei Temperaturen von -180 °C bis über 1000 °C

Durchführung von isothermen und nichtisothermen Ermüdungsversuchen: LCF- und CLCF-, TMF-, überlagerte LCF/HCF- und TMF/HCF-Versuche, kryogene Ermüdungsversuche mit Flüssigstickstoff, hochzyklische Thermoschock-Versuche auch mit überlagerter niederzyklischer Ermüdungsbelastung, Ermüdungsversuchen in korrosiven Medien (Flüssigsalz)

Durchführung von Rissfortschrittsversuchen unter isothermen und nichtisothermen Bedingungen mit Potenzialsonde, Kurzrisswachstumsmessungen mit der Replika-Technik

Durchführung von Kriechermüdungsversuchen, Relaxationsversuchen, Kriechversuche an Hohlzylindern unter Innendruck, Warmzugversuchen.

Durchführung von registrierenden Eindruckversuchen bei erhöhter Temperatur

Entwicklung von maßgeschneiderter Versuchstechnik und Versuchsführung für den Automobilbau, die Turbinenindustrie und den Anlagenbau

Themen

 

Werkstoffcharakterisierung bei thermischer und mechanischer Belastung


Für die Charakterisierung von Guss-, Schmiede- und Blechwerkstoffen, die in thermisch und mechanisch hochbelasteten Bauteilen eingesetzt werden, wurden ausgefeilte Versuche entwickelt. Die Versuchstemperaturen liegen je nach Anforderung im Temperaturbereich von -180 °C bis >1000 °C. Mechanischen Lasten können monoton bzw. zyklisch aufgebracht werden. Die Versuchsergebnisse tragen...

 

Aufklärung von Verformungs- und Schädigungsmechanismen


Unter thermischen und mechanischen Belastungen können sich transkristalline und interkristalline Risse wie auch Kriechporen bilden und wachsen. Außerdem können Oxidations- und Korrosionsprozesse den Werkstoff schädigen und Gefügeveränderungen zu einer beträchtlichen Veränderung der mechanischen Eigenschaften führen. Bei der Werkstoffmodellentwicklung bzw. Bauteilauslegung ist es daher wichtig...

 

Mechanismenbasierte Modelle für die zeit- und temperaturabhängige Plastizität und Schädigung


Mit fortschrittlichen Verformungsmodellen lassen sich typische Werkstoffphänomene wie Verfestigung, Kriechen, Relaxation und Dehnrateneffekte beschreiben, wobei mikrostrukturelle Veränderungen und ihre Auswirkungen auf die Mechanik ebenfalls berücksichtigt werden können.
Mit den mechanismenbasierten Schädigungsmodellen kann das Risswachstum unter Ermüdungs- und...

 

Berechnungssoftware ThoMat für Finite-Elemente Programme


Die am Fraunhofer IWM entwickelten Verformungs- und Schädigungsmodelle wurden in die Berechnungssoftware ThoMat implementiert. Die ThoMat kann zusammen mit den Finite-Elemente Programmen ABAQUS und ANSYS für Bauteilberechnungen eingesetzt werden. Um den Anwendern immer aktuelle Forschungsergebnisse verfügbar zu machen, wird die Berechnungssoftware ThoMat permanent weiterentwickelt und auf die...

 

Publikationen zum Thema Lebensdauerkonzepte, Thermomechanik


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