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One notch specimens (dt.: Einlochproben)

Beeinflussung der Ermüdungslebensdauer

Technische Bauteile unterliegen im Betrieb unterschiedlichen Beanspruchungen welche für die eingeschränkte Lebensdauer der Bauteile verantwortlich sind. Bei Beanspruchungen weit unterhalb der Festigkeitsgrenzen werden oft Ermüdungsrisse beobachtet. Diese entstehen in der Regel an höchstbelasteten Stellen bzw. an Materialdefekten, wie zum Beispiel fertigungstechnisch bedingten Ungänzen, Einschlüssen, Lunkern, Poren und anderen Diskontinuitäten im Gefüge. Liegt jedoch ein wachstumsfähiger Riss vor, können geschickt eingebrachte Kerben und Hohlraumstrukturen die Lebensdauer positiv beeinflussen. Dieses Phänomen kann durch die erneute Rissinitiierung begründet werden, Abbildung 1. Somit wird das Alleinstellungsmerkmal des SLM-Verfahrens genutzt und die Materialperformance deutlich verbessert.

Die Lebensdauermanipulation kann auf Basis der zahlreichen bereits ermittelten Erkenntnisse sowie der vorhandenen Erfahrungen auf dem Gebiet der Materialermüdung und der Bruchmechanik effektiv vorangetrieben werden.

Abbildung 1: Schematische Darstellung der Lebensdauerbeeinflussung durch Kerben im Risspfad

Ziel des Projektes „Beeinflussung der Ermüdungslebensdauer“ (Fatigue Life Manipulation) besteht darin, die Lebensdauer technischer Komponenten durch eine geschickte Anordnung und Gestaltung von Kerben und Hohlraumstrukturen zu verlängern, Abbildung 2. Hierzu wird die einzigartige Möglichkeit des SLM-Prozesses, beliebige Kerb- und Hohlraumstrukturen fertigen zu können, optimal ausgenutzt.

Abbildung 2: Lebensdauermanipulation durch unterschiedliche Kerbformen, Kerbposition und Kerborientierung

Zu Beginn des Projektes werden theoretische und numerische Studien von gekerbten und ungekerbten Strukturen durchgeführt. Dabei steht die Rissinitiierung und Ermüdungsrissausbreitung im Vordergrund. Um den Einfluss einer Wärmebehandlung auf die Lebensdauer rissbehafteter ungekerbter Bauteile zu untersuchen, wird das Programm NASGRO herangezogen. Die Simulationsergebnisse zeigen die absolute Notwendigkeit einer Wärmebehandlung. Für die Lebensdauersimulation von gekerbten Strukturen wird die Software Franc/FAM weiterentwickelt und verwendet.

Im ersten Schritt der experimentellen Untersuchungen werden Versuche an modifizierten Kompaktzugproben, die eine kreisrunde Kerbe im Risspfad aufweisen, durchgeführt (Abbildung 2). Dazu werden Parameter wie Kerbdurchmesser oder Kerbposition variiert. Um die Wechselwirkungen zwischen den Kerben zu untersuchen, wird die Anzahl der Kerben erhöht, sodass eine Kerbreihe entsteht. Im nächsten Schritt wird sowohl die Kerbanordnung als auch die Kerbposition verändert. Hiermit soll die Rissablenkung als lebensdauersteigernde Maßnahme genutzt werden. Im letzten Schritt wird die Kerbanzahl weiter gesteigert bis ein Kerbfeld entsteht. Die Ergebnisse dieser Versuchsreihen sollen einen Aufschluss über das bruchmechanische Verhalten einer hochgradig gekerbten Struktur geben.

Weiterführende Projektinformationen
ProjektstatusIn Bearbeitung
Projektdauer24 Monate
Finanzierung50 % Land Nordrhein-Westfalen
50 % DMRC Industriepartner
ProjektmanagerProf. Dr.-Ing. Hans Albert Richard
Projektkoordinator/-en Dr. Dieter Schwarze (SLM Solutions GmbH)
Dr. Danzig (EOS GmbH)
Peter Keller (EOS GmbH)
Sylvia Monsheimer (Evonik Industries AG)
Martin Schäfer (Siemens AG)
Wissenschaftliche MitarbeiterM. Sc. Wadim Reschetnik
Beteiligte LehrstühleFachgruppe Angewandte Mechanik (FAM)
Ansprechpartner
Telefon:
+49 5251 60-5324
Fax:
+49 5251 60-5322
Büro:
P1.3.21.3
Web:

Sprechzeiten:
montags 11.00 - 12.00 Uhr

M. Sc. Wadim Reschetnik

DMRC

Metal Laser Melting

Wadim Reschetnik
Telefon:
+49 5251 60-5325
Fax:
+49 5251 60-5322
Büro:
P1.3.22.2

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