Mechanismenorientierte Lebensdauervorhersage unter Berücksichtigung der Mikrostruktur: Modellentwicklung, Verifikation und Anwendung
Gespeichert in:
1. Verfasser: | |
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Format: | Abschlussarbeit Buch |
Sprache: | German |
Veröffentlicht: |
Düsseldorf
VDI-Verl.
2007
|
Ausgabe: | Als Ms. gedr. |
Schriftenreihe: | Fortschritt-Berichte VDI
Reihe 18, Mechanik/Bruchmechanik ; 312 |
Schlagworte: | |
Online-Zugang: | Inhaltsverzeichnis |
Beschreibung: | XIV, 201 S. Ill., graph. Darst. 21 cm |
ISBN: | 9783183312184 3183312182 |
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adam_text | Inhalt V
Inhalt
Nomenklatur „.„VIII
Kurzfassung................. ........................ .................................................... XTV
1 Eüileitung.......................................................................................................................... 1
1.1 Problemstellung und Motivation 1
1.2 Ziele und Aufbau der Arbeit 4
2 Grundlagen ~. ....¦.....¦¦¦¦•¦¦¦¦¦.¦¦..¦¦¦..««¦¦..¦•¦¦.¦¦...¦¦..... ~. 6
2.1 Phänomenologische Beschreibung der Ermüdung metallischer Werkstoffe 6
2.1.1 Rissentstehung 6
2.1.2 Rissausbreitung 8
2.1.3 Rissschließen 16
2.2 Ermüdungsverhalten von Duplexstählen 20
2.2.1 Charakterisierung der mechanischen Werkstoffeigenschaften 21
2.2.2 Gefugecharakterisierung. 21
2.2.3 Rissinitiierung und-ausbreitung 23
2.2.4 Rissschließen 24
2.3 Modelle zur Rissentstehung 26
2.3.1 Phänomenologische Modelle 26
2.3.2 Mechanismenorientierte Modelle 27
2.4 Kurzrissausbreitungsmodelle 28
2.4.1 Modell von WiMnson und Roberts 28
2.4.2 Modell von Taira, Tanaka undNakai. 29
2.4.3 Modell von Navarro und de los Rios 31
2.5 Langrissausbreitungsmodelle 36
2.5.1 Konzept der Energiefreisetzungsrate 36
2.5.2 K-Konzept 37
2.5.3 J-Konzept 42
2.5.4 CTOD-Konzept 43
2.5.5 Dugdale-Rissmodell 43
2.6 Modelle zum Rissschließen 47
2.6.1 Geometrisch induziertes Rissschließen 47
2.6.2 Plastisch induziertes Rissschließen 49
2.7 Generierung synthetischer Gefüge 51
2.7.1 Voronoi-Algorithmus 52
2.7.2 Modellierung zweiphasiger MikroStrukturen 56
VI Inhalt
2.7.3 Kornorientierung 60
2.8 Elastizitätstheoretische Grundlagen 61
2.8.1 Gleichgewichtsbedingung 61
2.8.2 Zusammenhang von Verschiebung und Verzerrung. 62
2.8.3 Verträglichkeitsbedingung 62
2.8.4 Stoffgesetz 62
3 Mikrostrukturbestimmtes Rissmodell 64
3.1 Mathematische Beschreibung von Rissen als Randwertproblem 64
3.2 Modellaufbau 66
3.2.1 Grundprinzip der Randelementemethode 66
3.2.2 Spannungsfeld eines Verschiebungssprungs 69
3.2.3 Aufbau der Einflussfunktion und des Gleichungssystems 71
3.2.4 Formulierung der Randbedingungen 72
3.2.5 Lösungsverfahren 73
3.2.6 Rissfortschritt 75
3.2.7 Berücksichtigung der Barrierewirkung von Korngrenzen 75
3.3 Verifikation 78
3.3.1 Vergleich mit analytischen Lösungen 78
3.3.2 Vergleich mit experimentell beobachteten Rissen 78
4 Simulation der mikrostrukturbestimmten Kurzrissausbreitung 81
4.1 Anpassung der Modellparameter 8J
4.2 Rissinitiierung 85
4.3 Stadium Ia-Rissausbreitung in mehrphasigen Werkstoffen 86
4.4 Obergang vom Stadium Ia zum Stadium Ib 89
4.4.1 Einfluss des Korndurchmessers 94
4.4.2 Einfluss der möglichen Gleitbandwinkel. 9i
4.4.3 Einfluss des Risswinkels zur globalen Beanspruchungsrichtung 9S
4.5 Rissausbreitung im Stadium Ib
4-5.1 Rissfortschritt l00
4.5.2 Berechnung der gleichzeitigen Abgleitung auf zwei Gleitbändern 102
4-5.3 Rissschließen 1°3
4.5.4 Einfluss der Rissgeometrie 7
4.5.5 Einfluss der Gleitbandwinkel 108
4-5.6 Einfluss der Gleitbandlänge l09
4.5.7 Einfluss der Kornphase ll°
Inhalt Vü
5 Übergang zur mikrostrukturunabhängigen Langrissausbreitung.......................... 112
5.1 Wechsel vom Stadium Ib zum Stadium II 112
5.2 Kurzrisswachstum im Stadium II 112
5.2.1 Modellaufbau 113
5.2.2 Verifikation 118
5.2.3 Modellierung des plastisch induzierten Rissschließens 121
5.2.4 Rissfortschritt 122
5.2.5 Rissausbreitungsgeschwindigkeit mit und ohne Rissschließen 125
5.2.6 Zug- und Drucküberlasten 129
5.2.7 Vergleich mit Hypothese von Palgren und Miner 131
5.2.8 Zufällige Lastreihenfolge 132
5.2.9 Einfluss des Lastverhältnisses 134
5.3 Langrissausbreitung 135
5.3.1 Modellaufbau 136
5.3.2 Verifikation 140
5.3.3 Rissfortschritt 142
5.4 Wechselwirkung mehrerer Risse 143
5.4.1 Risskoaleszenz 145
5.4.2 Rissabschirmung 149
6 Anwendungsbeispiele —.—..¦......¦..¦¦...„—¦ 154
6.1 Vergleich mit experimentell beobachteten Rissen 154
6.2 Rissausbreitung in virtuellen MikroStrukturen 157
6.2.1 Definition des Anfangsrisses 157
6.2.2 Rissausbreitung im Stadium la 159
6.2.3 Rissausbreitung im Stadium Ib 163
6.2.4 Rissausbreitung im Stadium II 165
6.2.5 Simulationsergebnisse 165
6.3 Lebensdauerberechnung 172
6.4 Rissausbreitung in Bauteilen 176
7 Zusammenfassung, Diskussion and Ausblick 180
8 Literatur 191
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2.2 Ermüdungsverhalten von Duplexstählen 20
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2.2.2 Gefugecharakterisierung. 21
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2.2.4 Rissschließen 24
2.3 Modelle zur Rissentstehung 26
2.3.1 Phänomenologische Modelle 26
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2.4.1 Modell von WiMnson und Roberts 28
2.4.2 Modell von Taira, Tanaka undNakai. 29
2.4.3 Modell von Navarro und de los Rios 31
2.5 Langrissausbreitungsmodelle 36
2.5.1 Konzept der Energiefreisetzungsrate 36
2.5.2 K-Konzept 37
2.5.3 J-Konzept 42
2.5.4 CTOD-Konzept 43
2.5.5 Dugdale-Rissmodell 43
2.6 Modelle zum Rissschließen 47
2.6.1 Geometrisch induziertes Rissschließen 47
2.6.2 Plastisch induziertes Rissschließen 49
2.7 Generierung synthetischer Gefüge 51
2.7.1 Voronoi-Algorithmus 52
2.7.2 Modellierung zweiphasiger MikroStrukturen 56
VI Inhalt
2.7.3 Kornorientierung 60
2.8 Elastizitätstheoretische Grundlagen 61
2.8.1 Gleichgewichtsbedingung 61
2.8.2 Zusammenhang von Verschiebung und Verzerrung. 62
2.8.3 Verträglichkeitsbedingung 62
2.8.4 Stoffgesetz 62
3 Mikrostrukturbestimmtes Rissmodell 64
3.1 Mathematische Beschreibung von Rissen als Randwertproblem 64
3.2 Modellaufbau 66
3.2.1 Grundprinzip der Randelementemethode 66
3.2.2 Spannungsfeld eines Verschiebungssprungs 69
3.2.3 Aufbau der Einflussfunktion und des Gleichungssystems 71
3.2.4 Formulierung der Randbedingungen 72
3.2.5 Lösungsverfahren 73
3.2.6 Rissfortschritt 75
3.2.7 Berücksichtigung der Barrierewirkung von Korngrenzen 75
3.3 Verifikation 78
3.3.1 Vergleich mit analytischen Lösungen 78
3.3.2 Vergleich mit experimentell beobachteten Rissen 78
4 Simulation der mikrostrukturbestimmten Kurzrissausbreitung 81
4.1 Anpassung der Modellparameter 8J
4.2 Rissinitiierung 85
4.3 Stadium Ia-Rissausbreitung in mehrphasigen Werkstoffen 86
4.4 Obergang vom Stadium Ia zum Stadium Ib 89
4.4.1 Einfluss des Korndurchmessers 94
4.4.2 Einfluss der möglichen Gleitbandwinkel. 9i
4.4.3 Einfluss des Risswinkels zur globalen Beanspruchungsrichtung 9S
4.5 Rissausbreitung im Stadium Ib "
4-5.1 Rissfortschritt l00
4.5.2 Berechnung der gleichzeitigen Abgleitung auf zwei Gleitbändern 102
4-5.3 Rissschließen 1°3
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4-5.6 Einfluss der Gleitbandlänge l09
4.5.7 Einfluss der Kornphase ll°
Inhalt Vü
5 Übergang zur mikrostrukturunabhängigen Langrissausbreitung. 112
5.1 Wechsel vom Stadium Ib zum Stadium II 112
5.2 Kurzrisswachstum im Stadium II 112
5.2.1 Modellaufbau 113
5.2.2 Verifikation 118
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5.2.4 Rissfortschritt 122
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6.2 Rissausbreitung in virtuellen MikroStrukturen 157
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