Modellbildung und Entwicklung experimenteller Methoden zur Vorhersage des Auftretens von Kavitationserosion bei metallischen Werkstoffen:
Gespeichert in:
| 1. Verfasser: | |
|---|---|
| Format: | Abschlussarbeit Buch |
| Sprache: | German |
| Veröffentlicht: |
Kaiserslautern
Technische Universität Kaiserslautern
2021
|
| Schriftenreihe: | Schriftenreihe der Arbeitsgruppe Werkstoffprüfung
Band 8 |
| Schlagworte: | |
| Online-Zugang: | Inhaltsverzeichnis |
| Beschreibung: | Als Manuskript gedruckt |
| Beschreibung: | XIX, 265 Seiten Illustrationen, Diagramme 21 cm x 14.8 cm |
| ISBN: | 9783959741545 3959741545 |
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|---|---|
| adam_text | INHALTSVERZEICHNIS
NOMENKLATUR
XI
1
EINLEITUNG
1
1
KAVITATIONSSCHAEDIGUNG
3
2
GRUNDLAGEN
5
2.1
DAS
PHAENOMEN
KAVITATIONSEROSION
....................................................................
5
2.1.1
KAVITATION
...............................................................................................
5
2.1.2
SCHAEDIGENDE
BELASTUNGSEREIGNISSE
.......................................................
6
2.1.3
VERLAUF
DER
KAVITATIONSEROSION
.............................................................
8
2.1.4
KAVITATIONSPRUEFSTAENDE
..........................................................................
10
2.2
WERKSTOFFVERHALTEN
UNTER
KAVITATIONSBELASTUNG
..............................................
11
2.2.1
ERSCHEINUNGSFORMEN
DER
KAVITATIONSEROSION
........................................
11
2.2.2
WERKSTOFFVERSAGEN
UND
MECHANISCHE
EIGENSCHAFTEN
............................
13
2.2.3
KAVITATIONSINDUZIERTE
EIGENSPANNUNGEN
..............................................
15
2.3
BESTIMMUNG
DER
KAVITATIONSBELASTUNG
..........................................................
18
2.3.1
DIREKTE
METHODE
-
DRUCKSENSORMESSUNGEN
........................................
18
2.3.2
INDIREKTE
METHODE
-
ANALYSE
VON
VERFORMUNGSGROESSEN
......................
19
2.4
MODELLIERUNG
DER
KAVITATIONSEROSION
................................................................
24
2.4.1
EMPIRISCHE
KORRELATIONEN
MIT
SENSORDATEN
........................................
24
2.4.2
PHAENOMENOLOGISCHE
ANSAETZE
................................................................
25
2.4.3
SIMULATIVE
ANSAETZE
................................................................................
26
3
CHARAKTERISIERUNG
DER
VERSUCHSWERKSTOFFE
29
3.1
PROBENGEOMETRIE,
METALLOGRAPHISCHE
SCHLIFFE
UND
GEFUEGEEIGENSCHAFTEN
...
29
3.1.1
PROBENGEOMETRIE
...................................................................................
29
3.1.2
METALLOGRAPHISCHE
SCHLIFFE
UND
GEFUEGEEIGENSCHAFTEN
.........................
30
3.2
VERSUCHSTECHNIK
DER
WERKSTOFFPRUEFUNG
.............................................................
38
3.2.1
QUASISTATISCHE
ZUGVERSUCHE
................................................................
39
3.2.2
SCHLAGDYNAMISCHE
VERSUCHE
................................................................
39
3.2.3
ERMUEDUNGSVERSUCHE
................................................................................
40
3.3
ERGEBNISSE
UND
DISKUSSION
DER
WERKSTOFFPRUEFUNG
...........................................
41
3.3.1
QUASISTATISCHE
ZUGVERSUCHE
................................................................
41
3.3.2
SCHLAGDYNAMISCHE
VERSUCHE
................................................................
42
3.3.3
ERMUEDUNGS
VERSUCHE
................................................................................
46
3.3.4
DISKUSSION
...............................................................................................
48
VII
VIII
INHALTSVERZEICHNIS
4
VERSUCHSTECHNIK
51
4.1
KAVITATIONSPRUEFSTAENDE
......................................................................................
51
4.1.1
SCHWINGUNGSKAVITATIONSPRUEFSTAND
(SONOTRODE)
..................................
51
4.1.2
STRAHLKAVITATIONSPRUEFSTAND
(JET
PRUEFSTAND)
........................................
54
4.2
HAERTEPRUEFUNG,
MIKROSKOPIE
UND
ANALYTISCHE
WERKSTOFFUNTERSUCHUNGEN
...
62
4.2.1
HAERTEPRUEFUNG
.........................................................................................
62
4.2.2
LICHTMIKROSKOPE
......................................................................................
62
4.2.3
RASTERELEKTRONENMIKROSKOPE
.................................................................
62
4.2.4
LONENPOLITUR
UND
AUFNAHME
DER
PRAEPARIERTEN
OBERFLAECHE
....................
63
4.2.5
3D-LASER-SCANNING-MIKROSKOP
..............................................................
63
4.2.6
FEINWAAGE
................................................................................................
63
4.2.7
ROENTGENOGRAPHISCHE
UNTERSUCHUNGEN
.................................................
63
4.3
AUSWERTUNG
VON
OBERFLAECHENVERFORMUNGEN
.....................................................
64
4.3.1
GESAMTVERFORMUNG
IN
LANGZEITVERSUCHEN
...........................................
64
4.3.2
EINZELVERFORMUNGEN
IN
KURZZEITVERSUCHEN
...........................................
65
5
ERGEBNISSE
UND
DISKUSSION
DER
KAVITATIONSVERSUCHE
69
5.1
LANGZEITVERSUCHE
................................................................................................
69
5.1.1
LOKALE
WERKSTOFFSCHAEDIGUNG
AUF
DEM
JET
PRUEFSTAND
.........................
69
5.1.2
BELASTUNGSVARIATION,
WERKSTOFF
UND
VERSAGENSDAUER
.........................
72
5.2
KURZZEITVERSUCHE
...............................................................................................
74
5.2.1
LOKALE
WERKSTOFFVERFORMUNG
AUF
DEM
JET
PRUEFSTAND
.........................
75
5.2.2
BELASTUNGSVARIATION,
WERKSTOFF
UND
VERFORMUNGSGROESSEN
..................
75
5.3
SCHAEDIGUNGS
VERHALTEN
.........................................................................................
81
5.3.1
VERLAUF
DER
KAVITATIONSSCHAEDIGUNG
BIS
ZUR
INKUBATIONSZEIT
................
82
5.3.2
KAVITATIONSSCHAEDIGUNG
HOCHFESTER
STAEHLE
...........................................
94
5.3.3
KAVITATIONSSCHAEDIGUNG
BEI
BELASTUNGSVARIATION
..................................
98
5.3.4
KAVITATIONSINDUZIERTE
EIGENSPANNUNGEN
.................................................
103
5.4
DISKUSSION
..............................................................................................................
106
5.4.1
WERKSTOFFVERSAGEN
UND
MECHANISCHE
EIGENSCHAFTEN
..............................
106
5.4.2
VERFORMUNGSGROESSEN
UND
MECHANISCHE
EIGENSCHAFTEN
...........................
115
5.4.3
WERKSTOFFVERSAGEN
UND
VERFORMUNGSGROESSEN
..........................................
118
5.4.4
KAVITATIONSINDUZIERTE
EIGENSPANNUNGEN
.................................................
126
5.4.5
FAZIT
DER
KAVITATIONSVERSUCHE
................................................................
132
II
LASERSTOSSWELLEN
135
6
GRUNDLAGEN
137
6.1
LASERINDUZIERTE
EINZELBLASEN
...............................................................................
137
6.1.1
STOSSWELLENBELASTUNG
BEIM
WANDNAHEN
EINZELBLASENKOLLAPS
..................
138
6.1.2
PLASMA
UND
KOLLAPSSTOSSWELLE
................................................................
139
6.2
LASER-SCHOCKHAERTEN
...............................................................................................
140
6.2.1
STOSSWELLENDRUCK
BEI
BESCHRAENKTER
ABLATION
..........................................
141
6.2.2
DRUCKMESSUNGEN
UND
EINFLUSSGROESSEN
....................................................
144
6.2.3
ERWEITERTE
MODELLIERUNGSANSAETZE
FUER
DEN
STOSSWELLENDRUCK
..................
148
6.2.4
WERKSTOFFVERHALTEN
UNTER
STOSSWELLENBELASTUNG
....................................
150
INHALTSVERZEICHNIS
IX
7
VERSUCHSTECHNIK
153
7.1
LASERPRUEFSTAENDE
.....................................................................................................
153
7.1.1
EINZELBLASENPRUEFSTAND
............................................................................
153
7.1.2
STOSSWELLENPRUEFSTAND
...............................................................................
155
7.2
MATERIALIEN
IN
DEN
STOSSWELLENVERSUCHEN
.............................................................
159
7.2.1
AKUSTISCHE
EIGENSCHAFTEN
.........................................................................
159
7.2.2
DECKMATERIALIEN
........................................................................................
161
7.2.3
ABSORPTIONSSCHICHTEN
...............................................................................
161
7.3
AUSWERTUNG
VON
OBERFLAECHENVERFORMUNGEN
.......................................................
164
7.3.1
EINZELVERFORMUNGEN
IN
STOSSWELLENVERSUCHEN
..........................................
165
8
ERGEBNISSE
UND
DISKUSSION
DER
LASERSTOSSWELLENVERSUCHE
167
8.1
LASERINDUZIERTE
EINZELBLASEN
...............................................................................
167
8.1.1
PLASMA
UND
KOLLAPSSTOSSWELLE
................................................................
167
8.2
EINFLUSSGROESSEN
AUF
LASERSTOSSWELLEN
...................................................................
168
8.2.1
ABSORPTIONSSCHICHT
..................................................................................
169
8.2.2
DECKMATERIAL
...........................................................................................
174
8.2.3
SPOTGROESSE
.................................................................................................
177
8.3
WERKSTOFFVERFORMUNG
UNTER
STOSSWELLENBELASTUNG
.............................................
178
8.3.1
PLASTISCHE
VERFORMUNGSSCHWELLE
.............................................................
178
8.3.2
ENERGIE
UND
VERFORMUNGSVOLUMEN
..........................................................
182
8.4
DISKUSSION
..............................................................................................................
184
8.4.1
EINFLUSSGROESSEN
AUF
LASERSTOSSWELLEN
.......................................................
184
8.4.2
WERKSTOFFVERFORMUNG
UNTER
STOSSWELLENBELASTUNG
.................................
188
8.4.3
FAZIT
DER
LASERSTOSSWELLENVERSUCHE
..........................................................
196
III
KAVITATIONSSCHAEDIGUNG
UND
LASERSTOSSWELLEN
197
9
VERFORMUNGSGROESSEN
UND
BELASTUNG
199
9.1
VERFORMUNGSGROESSEN
UND
LASTSPEKTREN
................................................................
199
9.1.1
VERFORMUNGSGROESSEN
..................................................................................
199
9.1.2
LASTSPEKTREN
...........................................................................................
201
9.2
VERFORMUNGSVOLUMEN
...........................................................................................
205
9.2.1
PLASTISCHER
WIRKUNGSGRAD
EINES
LASTSPEKTRUMS
....................................
206
9.2.2
VERHAELTNIS
PLASTISCHER
VERFORMUNGSWIDERSTAENDE
....................................
207
10
ABLEITUNG
EINES
EROSIONSMODELLS
211
10.1
ENERGIEEINTRAG
UND
VERSAGEN
...............................................................................
211
10.1.1
ANNAHMEN
ZUM
AKUSTISCHEN
ENERGIEEINTRAG
..........................................
211
10.1.2
AKUSTISCHE
ENERGIE
UND
VERFORMUNGSVOLUMEN
....................................
213
10.1.3
RELEVANTE
KAVITATIONSINTENSITAET
............................................................
215
10.1.4
KRITISCHE
ENERGIEDICHTE
............................................................................
217
10.2
UEBERTRAGUNG
AUF
CFD-ERGEBNISSE
.....................................................................
219
10.3
DISKUSSION
UND
GRENZEN
DES
EROSIONSMODELLS
...................................................
221
X
INHALTSVERZEICHNIS
11
ZUSAMMENFASSUNG
UND
AUSBLICK
225
LITERATURVERZEICHNIS
229
A
ANHANG
CCXLVII
A.L
POLIEREN
DER
VERSUCHSWERKSTOFFE
CCXLVII
A.2
CHEMISCHE
ZUSAMMENSETZUNG
DER
VERSUCHSWERKSTOFFE
CCXLIX
A.2.1
KUBISCH
FLAECHENZENTRIERTE
WERKSTOFFE
CCXLIX
A.2.2
FERRITISCHE
WERKSTOFFE
CCLI
A.2.3
GEHAERTETE
UND
ANGELASSENE
WERKSTOFFE
C.CLII
A.3
VERSUCHSTECHNIK
CCLIV
A.3.1
EIGENSCHAFTEN
VON
DIVINOL
CAF
CCLIV
A.3.2
3D-LASERVIBROMETRIE
AN
DER
SONOTRODE
CCLV
A.3.3
SENSOREN
UND
KOMPONENTEN
CCLVI
|
| adam_txt |
INHALTSVERZEICHNIS
NOMENKLATUR
XI
1
EINLEITUNG
1
1
KAVITATIONSSCHAEDIGUNG
3
2
GRUNDLAGEN
5
2.1
DAS
PHAENOMEN
KAVITATIONSEROSION
.
5
2.1.1
KAVITATION
.
5
2.1.2
SCHAEDIGENDE
BELASTUNGSEREIGNISSE
.
6
2.1.3
VERLAUF
DER
KAVITATIONSEROSION
.
8
2.1.4
KAVITATIONSPRUEFSTAENDE
.
10
2.2
WERKSTOFFVERHALTEN
UNTER
KAVITATIONSBELASTUNG
.
11
2.2.1
ERSCHEINUNGSFORMEN
DER
KAVITATIONSEROSION
.
11
2.2.2
WERKSTOFFVERSAGEN
UND
MECHANISCHE
EIGENSCHAFTEN
.
13
2.2.3
KAVITATIONSINDUZIERTE
EIGENSPANNUNGEN
.
15
2.3
BESTIMMUNG
DER
KAVITATIONSBELASTUNG
.
18
2.3.1
DIREKTE
METHODE
-
DRUCKSENSORMESSUNGEN
.
18
2.3.2
INDIREKTE
METHODE
-
ANALYSE
VON
VERFORMUNGSGROESSEN
.
19
2.4
MODELLIERUNG
DER
KAVITATIONSEROSION
.
24
2.4.1
EMPIRISCHE
KORRELATIONEN
MIT
SENSORDATEN
.
24
2.4.2
PHAENOMENOLOGISCHE
ANSAETZE
.
25
2.4.3
SIMULATIVE
ANSAETZE
.
26
3
CHARAKTERISIERUNG
DER
VERSUCHSWERKSTOFFE
29
3.1
PROBENGEOMETRIE,
METALLOGRAPHISCHE
SCHLIFFE
UND
GEFUEGEEIGENSCHAFTEN
.
29
3.1.1
PROBENGEOMETRIE
.
29
3.1.2
METALLOGRAPHISCHE
SCHLIFFE
UND
GEFUEGEEIGENSCHAFTEN
.
30
3.2
VERSUCHSTECHNIK
DER
WERKSTOFFPRUEFUNG
.
38
3.2.1
QUASISTATISCHE
ZUGVERSUCHE
.
39
3.2.2
SCHLAGDYNAMISCHE
VERSUCHE
.
39
3.2.3
ERMUEDUNGSVERSUCHE
.
40
3.3
ERGEBNISSE
UND
DISKUSSION
DER
WERKSTOFFPRUEFUNG
.
41
3.3.1
QUASISTATISCHE
ZUGVERSUCHE
.
41
3.3.2
SCHLAGDYNAMISCHE
VERSUCHE
.
42
3.3.3
ERMUEDUNGS
VERSUCHE
.
46
3.3.4
DISKUSSION
.
48
VII
VIII
INHALTSVERZEICHNIS
4
VERSUCHSTECHNIK
51
4.1
KAVITATIONSPRUEFSTAENDE
.
51
4.1.1
SCHWINGUNGSKAVITATIONSPRUEFSTAND
(SONOTRODE)
.
51
4.1.2
STRAHLKAVITATIONSPRUEFSTAND
(JET
PRUEFSTAND)
.
54
4.2
HAERTEPRUEFUNG,
MIKROSKOPIE
UND
ANALYTISCHE
WERKSTOFFUNTERSUCHUNGEN
.
62
4.2.1
HAERTEPRUEFUNG
.
62
4.2.2
LICHTMIKROSKOPE
.
62
4.2.3
RASTERELEKTRONENMIKROSKOPE
.
62
4.2.4
LONENPOLITUR
UND
AUFNAHME
DER
PRAEPARIERTEN
OBERFLAECHE
.
63
4.2.5
3D-LASER-SCANNING-MIKROSKOP
.
63
4.2.6
FEINWAAGE
.
63
4.2.7
ROENTGENOGRAPHISCHE
UNTERSUCHUNGEN
.
63
4.3
AUSWERTUNG
VON
OBERFLAECHENVERFORMUNGEN
.
64
4.3.1
GESAMTVERFORMUNG
IN
LANGZEITVERSUCHEN
.
64
4.3.2
EINZELVERFORMUNGEN
IN
KURZZEITVERSUCHEN
.
65
5
ERGEBNISSE
UND
DISKUSSION
DER
KAVITATIONSVERSUCHE
69
5.1
LANGZEITVERSUCHE
.
69
5.1.1
LOKALE
WERKSTOFFSCHAEDIGUNG
AUF
DEM
JET
PRUEFSTAND
.
69
5.1.2
BELASTUNGSVARIATION,
WERKSTOFF
UND
VERSAGENSDAUER
.
72
5.2
KURZZEITVERSUCHE
.
74
5.2.1
LOKALE
WERKSTOFFVERFORMUNG
AUF
DEM
JET
PRUEFSTAND
.
75
5.2.2
BELASTUNGSVARIATION,
WERKSTOFF
UND
VERFORMUNGSGROESSEN
.
75
5.3
SCHAEDIGUNGS
VERHALTEN
.
81
5.3.1
VERLAUF
DER
KAVITATIONSSCHAEDIGUNG
BIS
ZUR
INKUBATIONSZEIT
.
82
5.3.2
KAVITATIONSSCHAEDIGUNG
HOCHFESTER
STAEHLE
.
94
5.3.3
KAVITATIONSSCHAEDIGUNG
BEI
BELASTUNGSVARIATION
.
98
5.3.4
KAVITATIONSINDUZIERTE
EIGENSPANNUNGEN
.
103
5.4
DISKUSSION
.
106
5.4.1
WERKSTOFFVERSAGEN
UND
MECHANISCHE
EIGENSCHAFTEN
.
106
5.4.2
VERFORMUNGSGROESSEN
UND
MECHANISCHE
EIGENSCHAFTEN
.
115
5.4.3
WERKSTOFFVERSAGEN
UND
VERFORMUNGSGROESSEN
.
118
5.4.4
KAVITATIONSINDUZIERTE
EIGENSPANNUNGEN
.
126
5.4.5
FAZIT
DER
KAVITATIONSVERSUCHE
.
132
II
LASERSTOSSWELLEN
135
6
GRUNDLAGEN
137
6.1
LASERINDUZIERTE
EINZELBLASEN
.
137
6.1.1
STOSSWELLENBELASTUNG
BEIM
WANDNAHEN
EINZELBLASENKOLLAPS
.
138
6.1.2
PLASMA
UND
KOLLAPSSTOSSWELLE
.
139
6.2
LASER-SCHOCKHAERTEN
.
140
6.2.1
STOSSWELLENDRUCK
BEI
BESCHRAENKTER
ABLATION
.
141
6.2.2
DRUCKMESSUNGEN
UND
EINFLUSSGROESSEN
.
144
6.2.3
ERWEITERTE
MODELLIERUNGSANSAETZE
FUER
DEN
STOSSWELLENDRUCK
.
148
6.2.4
WERKSTOFFVERHALTEN
UNTER
STOSSWELLENBELASTUNG
.
150
INHALTSVERZEICHNIS
IX
7
VERSUCHSTECHNIK
153
7.1
LASERPRUEFSTAENDE
.
153
7.1.1
EINZELBLASENPRUEFSTAND
.
153
7.1.2
STOSSWELLENPRUEFSTAND
.
155
7.2
MATERIALIEN
IN
DEN
STOSSWELLENVERSUCHEN
.
159
7.2.1
AKUSTISCHE
EIGENSCHAFTEN
.
159
7.2.2
DECKMATERIALIEN
.
161
7.2.3
ABSORPTIONSSCHICHTEN
.
161
7.3
AUSWERTUNG
VON
OBERFLAECHENVERFORMUNGEN
.
164
7.3.1
EINZELVERFORMUNGEN
IN
STOSSWELLENVERSUCHEN
.
165
8
ERGEBNISSE
UND
DISKUSSION
DER
LASERSTOSSWELLENVERSUCHE
167
8.1
LASERINDUZIERTE
EINZELBLASEN
.
167
8.1.1
PLASMA
UND
KOLLAPSSTOSSWELLE
.
167
8.2
EINFLUSSGROESSEN
AUF
LASERSTOSSWELLEN
.
168
8.2.1
ABSORPTIONSSCHICHT
.
169
8.2.2
DECKMATERIAL
.
174
8.2.3
SPOTGROESSE
.
177
8.3
WERKSTOFFVERFORMUNG
UNTER
STOSSWELLENBELASTUNG
.
178
8.3.1
PLASTISCHE
VERFORMUNGSSCHWELLE
.
178
8.3.2
ENERGIE
UND
VERFORMUNGSVOLUMEN
.
182
8.4
DISKUSSION
.
184
8.4.1
EINFLUSSGROESSEN
AUF
LASERSTOSSWELLEN
.
184
8.4.2
WERKSTOFFVERFORMUNG
UNTER
STOSSWELLENBELASTUNG
.
188
8.4.3
FAZIT
DER
LASERSTOSSWELLENVERSUCHE
.
196
III
KAVITATIONSSCHAEDIGUNG
UND
LASERSTOSSWELLEN
197
9
VERFORMUNGSGROESSEN
UND
BELASTUNG
199
9.1
VERFORMUNGSGROESSEN
UND
LASTSPEKTREN
.
199
9.1.1
VERFORMUNGSGROESSEN
.
199
9.1.2
LASTSPEKTREN
.
201
9.2
VERFORMUNGSVOLUMEN
.
205
9.2.1
PLASTISCHER
WIRKUNGSGRAD
EINES
LASTSPEKTRUMS
.
206
9.2.2
VERHAELTNIS
PLASTISCHER
VERFORMUNGSWIDERSTAENDE
.
207
10
ABLEITUNG
EINES
EROSIONSMODELLS
211
10.1
ENERGIEEINTRAG
UND
VERSAGEN
.
211
10.1.1
ANNAHMEN
ZUM
AKUSTISCHEN
ENERGIEEINTRAG
.
211
10.1.2
AKUSTISCHE
ENERGIE
UND
VERFORMUNGSVOLUMEN
.
213
10.1.3
RELEVANTE
KAVITATIONSINTENSITAET
.
215
10.1.4
KRITISCHE
ENERGIEDICHTE
.
217
10.2
UEBERTRAGUNG
AUF
CFD-ERGEBNISSE
.
219
10.3
DISKUSSION
UND
GRENZEN
DES
EROSIONSMODELLS
.
221
X
INHALTSVERZEICHNIS
11
ZUSAMMENFASSUNG
UND
AUSBLICK
225
LITERATURVERZEICHNIS
229
A
ANHANG
CCXLVII
A.L
POLIEREN
DER
VERSUCHSWERKSTOFFE
CCXLVII
A.2
CHEMISCHE
ZUSAMMENSETZUNG
DER
VERSUCHSWERKSTOFFE
CCXLIX
A.2.1
KUBISCH
FLAECHENZENTRIERTE
WERKSTOFFE
CCXLIX
A.2.2
FERRITISCHE
WERKSTOFFE
CCLI
A.2.3
GEHAERTETE
UND
ANGELASSENE
WERKSTOFFE
C.CLII
A.3
VERSUCHSTECHNIK
CCLIV
A.3.1
EIGENSCHAFTEN
VON
DIVINOL
CAF
CCLIV
A.3.2
3D-LASERVIBROMETRIE
AN
DER
SONOTRODE
CCLV
A.3.3
SENSOREN
UND
KOMPONENTEN
CCLVI |
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