Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik IWM
Auswirkungen von Materialschädigungen auf das Einsatzverhalten von Bauteilen
Strukturintegrität und 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.
Der bruchmechanische Nachweis gehört zum Stand der Technik bei der Auslegung sowie der Bewertung von sicherheitsrelevanten Komponenten. Bei Vorliegen von detektierten oder postulierten rissartigen Fehlern ermöglichen die Methoden der Bruchmechanik quantitative Aussagen im Hinblick auf die Gebrauchseignung des Bauteils, dessen Restlebensdauer sowie die Sicherheit gegen eine unkontrollierte Rissausbreitung. Auf dieser Basis können fundierte Entscheidungen über die Inbetriebnahme, Laufzeitverlängerung, wiederkehrende Prüfung oder auch eine Reparatur bzw. den Austausch des Bauteils getroffen werden. Typische Einsatzgebiete der Bruchmechanik umfassen u.a.:
- Luft und Raumfahrt
- Anlagenbau
- Druckbehälter und Rohrleitungen von Kraftwerken
- Gas- und Dampfturbinen
- Pipelines
- Schienenfahrzeuge
- Stahlkonstruktionen, wie z.B. im Kran- und Brückenbau
- geschweißte Bauteile
Wir unterstützen unsere Kunden bei bruchmechanischen Aufgaben mit unseren Kompetenzen in der Werkstoffprüfung, der numerischen Simulation, der analytischen Fehlerbewertung sowie der Schadensanalyse und erarbeiten zusammen mit ihnen Lösungen zur Beurteilung der Sicherheit und Restlebensdauer von Maschinen und Anlagen, deren Laufzeitverlängerung, der Festlegung von Inspektionsintervallen, der Designoptimierung und der Werkstoffauswahl unter sicherheitsrelevanten Aspekten. Ferner helfen wir bei der Erstellung von Gutachten bzw. vertreten Untersuchungsergebnisse gegenüber technischen Aufsichtsbehörden.
Leistungen
Unser Leistungsspektrum reicht von der Werkstoffcharakterisierung bis zur Sicherheits- und Lebensdauerbewertung von fehlerbehafteten Bauteilen.
Experimentelle Ermittlung bruchmechanischer Kennwerte:
- Risszähigkeit, Risswiderstandskurven, zyklische Rissfortschrittskurven
- Risswiderstandsversuche im Temperaturbereich von ca. -196° C bis 600 °C in Anlehnung an anerkannte Prüfnormen wie z.B. ASTM E399, E1820, E1921 und E647
- nicht genormte Versuche unter kundenspezifischen Bedingungen bzw. an speziellen Proben
Beanspruchungsanalysen:
- für Proben und Bauteile mit Rissen bzw. Fehlern
- unter komplexen thermo-mechanischen Randbedingungen
- unter Verwendung gängiger sowie fortschrittlicher Werkstoffmodelle
- mit Berücksichtigung von elastisch-plastischen Verformungen, Kriechvorgängen und fortschreitender Schädigung
- bei statischer sowie zyklischer Belastung
- unter Berücksichtigung von Schweißeigenspannungen
Bruchmechanische Bewertung:
- nach anerkannten Regelwerken wie z.B. R6, SINTAP, FITNET, BS 7910, API 579, FKM-Richtlinie
- unter Anwendung spezieller Software, z.B. IWM VERB oder ERWIN
- inkl. Umsetzung kundenspezifischer Anforderungen (Bauteil- und Rissgeometrie, Beanspruchungsbedingungen, Werkstoffeigenschaften) in der Software
- mit deterministischen sowie probabilistischen Methoden
Ferner erarbeiten wir fortschrittliche Lösungsansätze sowie Bewertungskonzepte und setzen diese konsequent in unseren Berechnungsprogrammen sowie der von uns mitentwickelten FKM-Richtlinie »Bruchmechanischer Festigkeitsnachweis« um (FKM = Forschungskuratorium Maschinenbau). Das Fehlerbewertungsprogramm IWM VERB wird von vielen Unternehmen weltweit bei der Lösung bruchmechanischer Fragestellungen eingesetzt, wobei die Weiterentwicklung des Programms in einer engen Zusammenarbeit mit unseren Kunden erfolgt. Als weitere Dienstleistungen bieten wir Schulungen zur Anwendung der bruchmechanischen Methoden an.
Sprechen Sie uns an! Gemeinsam finden wir eine maßgeschneiderte Lösung für Ihre Fragestellung.