Zur Ableitung von Inspektionsintervallen schwingend belasteter Bauteile wird das Rissfortschrittsverhalten unter Berücksichtigung der relevanten Fertigungs- und Einsatzbedingungen (wie Spannungsverhältnisse, Umgebungstemperaturen, Reihenfolgeeffekte) ermittelt. Dies beinhaltet alle notwendigen Schritte von der bruchmechanischen Werkstoffcharakterisierung über die Berechnung des Spannungszustands und der bruchmechanischen Beanspruchungsparameter bis hin zur Konzeptvalidierung anhand geeigneter Bauteilversuche.

Ableitung von Inspektionsintervallen für Radsatzwellen auf Basis bruchmechanischer Untersuchungen. PDF

Das Betriebsverhalten von Bauteilen wird oft entscheidend von den Eigenschaften seiner Oberfläche bestimmt. Auf der Oberfläche wirken Korrosion und Verschleiß, die mechanischen und thermischen Beanspruchungen sind dort meist am höchsten. Zur Charakterisierung von Randschichteigenschaften sind deshalb oberflächensensible Prüfverfahren erforderlich. Neben den klassischen Analyseverfahren der Licht- und Elektronenmikroskopie (TEM, EDX, EBSD) werden vor allem Röntgenbeugungsverfahren, Eigenspannungsanalysen und Verfahren zur Ermittlung der Randschichtfestigkeit entwickelt und eingesetzt. Mit der zerstörungsfreien Röntgenbeugungsanalyse ermitteln wir quantitativ die Phasenzusammensetzung, Textur, Versetzungsdichte, Teilchengröße und Eigenspannungen (teil-) kristalliner Materialien. Zur Eigenspannungsanalyse an großen Bauteilen – auch vor Ort – setzen wir zusätzlich das inkrementelle Bohrlochverfahren ein.

Röntgenografische Charakterisierung dünner Wolframdrähte. (PDF)

Systematische Untersuchungen zum Verformungs- und Bruchverhalten spröder Werkstoffe haben zu einem patentierten Kugelstrahlverfahren für diese Werkstoffklassen geführt. Dieses erlaubt häufig nicht nur eine außerordentliche Steigerung oberflächennaher Festigkeitseigenschaften und verbessertes Ermüdungsverhalten sondern auch die Erzeugung strukturierter Oberflächen, die für viele tribologische Anwendungen vorteilhaft sind. Schädigungsfreie beziehungsweise –arme Strahlbedingungen wurden für zahlreiche technische Keramikwerkstoffe, Hartmetalle und galvanische Hartchromschichten ermittelt. Weiterhin werden Methoden zur Eliminierung von schädlichen Einflüssen spröder Phasen oder Einschlüsse in duktilen Werkstoffen durch Kugelstrahlen verfolgt.

Shot peening of brittle materials - status and outlook (PDF)

Das Schweißen gehört zu den wichtigsten und am häufigsten eingesetzten Fügeverfahren. Die Reduzierung von Eigenspannungen und resultierenden Verzügen durch die Wärmewirkung des Schweißens erfordert oftmals aufwändige experimentelle Versuchsreihen. Für eine Minimierung der Herstellungskosten und einer Verkürzung der Entwicklungszeiten bietet sich alternativ zum experimentellen Vorgehen die numerische Schweißsimulation an. Diese ermöglicht die Berechnung von Temperaturfeldern, Verzügen, Eigenspannungen, Gefügeentwicklungen und Wasserstoffverteilungen in Abhängigkeit der Schweißparameter. Für die Simulation werden am realen Bauteil Thermoelementmessungen zur Kalibrierung von numerischen Ersatzwärmequellen durchgeführt. Thermophysikalische und thermomechanische Materialdaten können im Thermophysiklabor des Fraunhofer IWM ermittelt werden.

Numerische Simulation Schweißtechnischer Fertigungsschritte. (PDF)

Das Ziel der Entwicklungsarbeiten besteht darin, Hybridverbunde bewerten zu können. Im Rahmen der Beteiligung am Innovationscluster »Technologien für den hybriden Leichtbau« werden in der Regel wirrfaserverstärkte thermoplastische Kunststoffe mit lokalen Metallverstärkungen untersucht. Dabei steht die beanspruchungsgerechte Auslegung hinsichtlich Form, Positionierung und Grenzschichteigenschaften der in den Kunststoff integrierten Metallverstärkungen und deren Anbindung an vorhandene, überwiegend metallische Strukturen im Vordergrund. Es werden numerische Werkzeuge entwickelt, die das Verformungsverhalten und die Versagensgrenzen der Hybridverbunde beschreiben – basierend auf bruch- beziehungsweise schädigungsmechanischen Modellierungsansätzen.

Bewertung hybrider Composite-Metall-Verbunde. (PDF)