Schweißsimulation zur Bestimmung von Verzug und Eigenspannungen

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Werkstoffverhalten unter Mehrachsigkeit

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Ermüdungsverhalten

© Fraunhofer IWM

Ermüdungsbruch

© Fraunhofer IWM

Simulation des Kugelstrahlens

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.

Um der Forderung nach leichten, ressourceneffizienten und ermüdungssicheren Bauteilen gerecht werden zu können ist es auch erforderlich, die Randschichteigenschaften eines Bauteils in der Designphase einer Konstruktion zu berücksichtigen. Mit unseren Werkstoff- und Schädigungsmodellen für ermüdungsgefährdete Bauteile und Strukturen führen wir zuverlässige Lebensdauerberechnungen durch, sodass unsere Kunden die Festigkeitsreserven Ihrer Konstruktionswerkstoffen unter extremen Belastungen bestmöglich ausschöpfen können.

Materialermüdung beherrschen

 

Wir erbringen für Sie Nachweise zur Bauteil- und Ermüdungsfestigkeit sowie zur Sicherheit von Bauteilen und Komponenten

Wir unterstützen Sie bei der Werkstoffauswahl und der Designoptimierung für zyklisch beanspruchte Bauteile und Komponenten

Wir unterstützen Sie die Leichtbaupotenziale lasttragender Komponenten und Strukturen durch Vermeidung von Überdimensionierung zu heben und dadurch Kosten für Materialeinsatz, Produktion und Transport einzusparen

Wir unterstützen Sie bei der Werkstoffsubstitution für bestehende und neue Konstruktionen

Wir helfen Ihnen die Ermüdungsfestigkeit von metallischen Komponenten durch mechanische Oberflächenbehandlung zu verbessern und Ermüdungsbrüche zu vermeiden

Wir helfen Ihnen mit fertigungsbedingten Fehlern in Bauteilen bezüglich der Betriebsfestigkeit sicher umzugehen

Wir beraten Sie zum Weiterbetrieb und zur Lebensdauerverlängerung von Metallkonstruktionen

Wir helfen Ihnen durch numerische Schweißsimulation das Eigenspannungs- und Verzugsfeld in Ihren Bauteilen zu ermitteln und für dessen Lebensdauer zu bewerten.

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Leistungen

 

Numerische und experimentelle Spannungs- und Dehnungsanalysen an Bauteilen unter statischer und zyklischer Beanspruchung

Numerische Bauteilbewertung unter statischer und zyklischer Beanspruchung mit experimenteller Begleitung durch Bauteilversuche

Numerische und experimentelle Festigkeits- und Sicherheitsnachweise

Schweißsimulation und Festigkeitsbewertung von Schweißverbindungen unter der Berücksichtigung von Eigenspannungen und Verzug

Numerische Simulation von Kugelstrahlen, Festwalzen und Hochfrequenzhämmern mit Beschreibung der entstehenden Druckeigenspannungen in der Oberflächenschicht in metallischen Konstruktionswerkstoffen

Berechnung der Lebensdauer von mechanisch oberflächenbehandelten Bauteilen (z. B. kugelgestrahlt, festgewalzt und hochfrequenzgehämmert) und Quantifizierung des Lebensdauergewinns sowie zuverlässige Abschätzung des Kosten-/Nutzen-Verhältnisses

Werkstoffqualifizierung

Vibrations- und Shock-Tests sowie experimentelle Modalanalysen

Mikrostruktur- und Schadensanalysen

Eine Auswahl mess- und gerätetechnischer Highlights

 

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

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

Klimatisierte Shock- und Vibrationsprüfung

Metallografie und Bruchflächenanalyse

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Weiterführende Informationen

Themen

 

Schweißsimulation, Eigenspannung, Verzugserscheinung und Mikrostruktur
 

Für die Bewertung der Schwingfestigkeit von Schweißverbindungen ist die realistische Abschätzung der Schädigungswirkung von Schweißeigenspannungen von elementarer Bedeutung. Eine wissenschaftliche und aus praktischer Sicht ingenieurmäßige Lösung ist der validierte rechnerische Nachweis des Schweißeigenspannungsfelds und dessen Verhalten unter Betriebsbeanspruchungen.

 

Mechanische Randschichtverfestigung
 

Für die Lebensdauer von metallischen Bauteilen und Strukturen ist die Randschichtzone von ausschlaggebender Bedeutung. In allen Industriebereichen; Automobil- und Fahrzeugbau, Schienenfahrzeugbau, Luft- und Raumfahrt, Stahl- und Brückenbau, Antriebstechnik und Getriebebau, Verbrennungsmotoren, Dampf- und Gasturbinen, Kompressoren- und Pumpenherstellung, Werkzeug- und Formenbau und...

 

Erhöhung der Lebensdauer von Schweißverbindungen durch Hochfrequenzhämmern
 

Im Allgemeinen weisen Schweißverbindungen eine deutlich geringere Schwingfestigkeit im Vergleich zum angrenzenden Grundwerkstoff auf. Ursache hierfür ist vor allem die durch die Schweißnahtgeometrie bedingte Kerbwirkung. Darüber hinaus reduzieren aber auch der sich in der Schweißnahtzone ändernde Werkstoff- bzw. Gefügezustand (metallurgische Kerbwirkung) und...

 

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 Ersatzmodell für die Rissentstehung auf der Basis der real ablaufenden mikromechanischen Vorgänge entwickelt, um die Ausgangsrissgrößen für makroskopische bruchmechanische Ermüdungsanalysen...

 

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...

 

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


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