Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik IWM
Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik IWM

Risswachstum unter komplexen Beanspruchungen

mehr Info

© Fraunhofer IWM

Bruchmechanik, Strukturintegrität

© Fraunhofer IWM
© Fraunhofer IWM
© Fraunhofer IWM

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.

Zusammenarbeit mit dem Fraunhofer IWM

 nach oben

© Fraunhofer IWM

IWM Verb

 

IWM Verb ist ein Softwaretool zur Beurteilung von Komponenten mit rissartigen Defekten. [mehr]

 

 

 

  nach oben

 

 

Eine Auswahl mess- und gerätetechnischer Highlights

 

Ausstattung zur Durchführung bruchmechanischer Charakterisierungsversuche (z.B. ASTM E399, E1820, E1921, E647) über große Kraft- und Temperaturbereiche

Dehnungsermittlung über Clip-Gauges oder Grauwertkorrelation zur flächenhaften Dehnungsmessung

nach oben

Themen

 

© Fraunhofer IWM

Strukturintegrität von beanspruchten Strukturen: Fortschrittliche nicht-lineare Methodik
 

Der bruchmechanische Nachweis nach dem Konzept des Versagensbewertungsdiagramms (Failure Assessment Diagram, FAD) setzt einerseits das Vorliegen genauer Berechnungsmethoden für die Ermittlung der bruchmechanischen Beanspruchungsparameter und andererseits experimenteller sowie numerischer Validierungen des Bewertungskonzeptes voraus. Das FAD-Konzept wurde als Bestandteil verschiedener Regelwerke hauptsächlich an ferritischen Stählen validiert. Seine Anwendung auf andere metallische Werkstoffe ist deshalb mit Unsicherheiten

MEHR
 

© Fraunhofer IWM

Ermüdungsrisswachstum in Radsatzwellen
 

Wird in einem zyklisch beanspruchten Bauteil ein Riss detektiert bzw. lässt sich dessen Vorliegen nach einer durchgeführten zerstörungsfreien Prüfung nicht ausschließen, so kann die Restlebensdauer des Bauteils mit Hilfe der bruchmechanischen Methoden abgeschätzt werden. Eine solche Aufgabenstellung entsteht bei der Bewertung bzw. Dimensionierung von Radsatzwellen für im Betrieb befindliche bzw. neue Fahrzeuge. Dabei sollen mehrere

MEHR
 

© Fraunhofer IWM

Ermüdungs- und bruchmechanische Bewertung von Schweißverbindungen
 

Durch eine Kopplung von zyklischen Plastizitätsmodellen, numerischer Schweißprozesssimulation, Ermüdungs- und bruchmechanischen Modellen kann die Lebensdauer eines geschweißten Bauteils realitätsnah beschrieben werden. Im nachfolgenden Beispiel wurden zunächst Schweißeigenspannungen sowie deren stabilisierter Zustand in einem Schwingfestigkeitsversuch ermittelt. In den entsprechenden Versuchen (Fraunhofer LBF) wurde u.a. ein signifikanter Unterschied zwischen der Anriss- und Bruch-Wöhlerlinien festgestellt, der mit Hilfe von

MEHR
 

© Fraunhofer IWM

Probabilistische Werkstoff- und Bauteilbewertung


Eine Bauteilbemessung wird in der ingenieurmäßigen Berechnungspraxis meist deterministisch mit den jeweils vorliegenden Werkstoffkennwerten und Belastungsszenarien durchgeführt. Die Lasten basieren dabei auf Erfahrungswerten, Messwerten oder Lastfallkatalogen, die alle möglichen Lastfälle abdecken sollen. Als Werkstoffkennwerte werden im Allgemeinen Mindestwerte aus Normen oder Messungen verwendet. Eine solche Vorgehensweise...

Mehr
 

© iStock

Publikationen zu den Themen Bruchmechanik, Strukturintegrität


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

MEHR