Lebensdauerkonzepte und Softwaretools zur Bewertung des Einsatzverhaltens von Komponenten

© Fraunhofer IWM

Leistungen:

 

  • Materialunterroutinen für zyklische Wechselplastizität (ABQUS und ANSYS)
  • Postprozessing Tool für die Lebensdauervorhersage bei LCF und TMF Belastungen (ABQUS, ANSYS sowie FE-Code unabhängig)
  • Kundenspezifische Weiterentwicklungen der Softwaretools

Die Berechnungssoftware ThoMat für ABAQUS und ANSYS

 

Die am Fraunhofer IWM entwickelten Verformungs- und Schädigungsmodelle wurden in die Berechnungssoftware ThoMat implementiert. Die Berechnungssoftware ThoMat steht gegenwärtig für die kommerziellen Finite-Elemente Programme ABAQUS und ANSYS für die thermomechanische Analyse auf Bauteilebene zur Verfügung. Durch eine modulare Zerlegung in Verformungs- und Schädigungsmodell können Spannungen und (in)elastische Dehnungen zunächst über eine Benutzerunterroutine im Rahmen der FEM berechnet werden. Neben der Temperatur dienen diese als (transiente) Eingangsgrößen für die lokale Lebensdauervorhersage in einem nachfolgenden Postprozessing Schritt mit einem mechanismen-basierten Schädigungsmodell. Für transiente Finite Elemente Analysen ermöglicht ein intelligenter Suchalgorithmus die Berechnung des zeitabhängigen maximal schädigenden Belastungszyklus am Integrationspunkt.

 

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Finite Elemente Software unabhängige Lebensdauervorhersage

 

Neben einem speziell für die Finite Elemente Software ABAQUS entwickelten Postprozessing steht weiterhin ein vom Finite Elemente Programm unabhängiges Postprozessing zur Verfügung. Hierbei werden die zuvor in der Finite Elemente Simulation berechneten (transienten) Größen am Elementknoten in ASCII Format verfügbar gemacht und anschließend die Lebensdauer vorhergesagt. Für die Finite Elemente Software ANSYS stehen Schnittstellen für das Auslesen der berechneten Spannungen und (in)elastischen Dehnungen sowie das Einlesen der vorhergesagten Lebensdauer für die Visualisierung zur Verfügung.

 

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Neueste Weiterentwicklungen der Berechnungssoftware ThoMat

 

Um den Anwendern immer aktuelle Forschungsergebnisse bereitstellen zu können, wird die Berechnungssoftware ThoMat permanent weiterentwickelt und auf die Anforderungen der Anwender adaptiert. Neueste Entwicklungen zielten insbesondere darauf ab den Einfluss mikrostruktureller Veränderungen im Werkstoff und deren Auswirkung auf das Verformungs- und Lebensdauerverhalten einer Komponente im Betrieb quantifizieren zu können. Modellerweiterungen für Werkstoffe mit asymmetrischen Spannungs-Dehnungs-Beziehungen wie diese beispielsweise bei Graugusswerkstoffen auftreten wurden ebenfalls erfolgreich umgesetzt und befinden sich im industriellen Einsatz. Aktuelle Forschungsaktivitäten fokussieren auf der Bewertbarkeit von Komponenten die komplexen Belastungszyklen unterworfen sind oder starke Belastungsgradienten aufweisen.

Bei der Entwicklung der Berechnungssoftware ThoMat wurde weiterhin auf eine effiziente Implementierung und deren Parallelisierbarkeit geachtet.

Zwischenzeitlich haben die Hersteller der kommerziellen Finite Elemente Programme ABAQUS und ANSYS ebenfalls Verformungsmodelle für die zyklische Wechselplastizität bei thermomechanischer Belastung entwickelt. Diese enthalten die wesentlichen Gleichungen der Berechnungssoftware ThoMat, sodass die Modellparameter ineinander überführbar sind.

 

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Publikationen

 

  • Seifert, T.; Riedel, H.; Pramhas, G.; Bumberger, G.; Lifetime models for high temperature components; AutoTechnology 7 (2007) 34-38 Link
  • Metzger, M.; Seifert, T., On the exploitation of Armstrong-Frederik type nonlinear kinematic hardening in the numerical integration and finite-element implemantation of pressure dependent plasticity models, Computational Mechanics 52/3 (2013) 515-524 Link