Bestimmung von Materialparametern der elastisch - plastischen Verformung und des spröden Versagens aus Small - Punch - Kleinstproben:
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Format: | Abschlussarbeit Buch |
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Veröffentlicht: |
Freiberg
Techn. Univ. Bergakad. Freiberg
2013
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Ausgabe: | 1. Aufl. |
Schriftenreihe: | Berichte des Instituts für Mechanik und Fluiddynamik
H. 10 |
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INHALTSVERZEICHNIS
NOMENKLATUR XI
1 EINLEITUNG 1
1.1 MOTIVATION UND ZIELSETZUNG 1
1.2 AUFBAU DER ARBEIT 4
2 LITERATURUEBERBLICK ZUM SMALL-PUNCH-TEST 5
2.1 EINFUEHRUNG 5
2.2 VERSUCLISAUFBAU UND PROBENFORMEN 6
2.3 VERSUCHSDURCLIFUEHRUNG, -ERGEBNIS UND -KENNWERTE 7
2.4 MATERIALCHARAKTERISIERUNG MIT DEM SPT 8
2.4.1 UNTERSUCHTE WERKSTOFFE 8
2.4.2 EMPIRISCHE KORRELATIONEN MIT KENNWERTEN AUS DEM SPT 9
2.4.3 ANWENDUNG NUMERISCHER SIMULATIONEN 10
2.4.4 EXPERIMENTELLE WEITERENTWICKLUNGEN 14
3 FORSCHUNGSZIELE UND METHODEN 15
4 THEORETISCHE BETRACHTUNGEN 19
4.1 KONTINUUMSRNECHANISCHE GRUNDLAGEN 19
4.1.1 KONFIGURATION UND BEWEGUNG 19
4.1.2 MATERIELLE UND RAEUMLICHE ZEITABLEITUNG 21
4.1.3 DEFORMATIONS- UND VERZERRUNGSMASSE 21
4.1.4 SPANNUNGEN 26
4.2 KONSTITUTIVE IVFATERIALGLEICHUNGEN 27
4.2.1 LINEARELASTISCHES MATERIAL 27
4.2.2 ELASTISCH-PLASTISCHES MATERIAL MIT ISOTROPER VERFESTIGUNG 28
4.3 IDENTIFIKATION KONSTITUTIVER MATERIALPARAMETER 35
4.3.1 EXPERIMENT, SIMULATION, FEHLEROPTIMIERUNG 35
4.3.2 INVERSES PROBLEM 36
4.3.3 NICHTLINEARES AUSGLEICHSPROBLEM 38
4.3.4 OPTIMIERUNGSVERFAHREN 39
4.4 R.ESPONSE-SURFACE-MODELLIERUNG 41
4.4.1 EINFUEHRUNG 41
4.4.2 MODELLANTWORT UND VERSUCHSPLAN 42
4.4.3 R.ESPONSE-SURFACE-MODELLE 43
4.5 BRUCHMECHANISCHE GRUNDLAGEN 45
4.5.1 RISSMODELLE UND -BEANSPRUCHUNG 45
4.5.2 KONZEPT DER SPANNUNGSINTENSITAETSFAKTOREN 47
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VIII
INHALTSVERZEICHNIS
4.5.3 LEBM, KLEINBEREICHSHIESSEN UND EPBM 48
4.5.4 DAS ./-INTEGRAL 50
4.5.5 FEM-TECHNIKEN ZUR ANALYSE VON RISSEN 51
4.6 PROBABILISTISCHE SPROEDBRUCHMODELLE 54
4.6.1 YVEAKEST-LINK-THEORIE UND YVEIBULL-VERTEILUNG DER FESTIGKEIT ....
54
4.6.2 SPROEDBRUCHMODELL FIIR KERAMIK 57
4.6.3 SPROEDBRUCLMIODELL FUER FERRITISCHE STAEHLE 60
4.6.4 PARAMETERSCLIAETZUNG MIT DER MAXIMUM-LIKELIHOOD-METHODE .... 64
4.6.5 YVEIBULL-DARSTELLUNG 66
5 EXPERIMENT 67
5.1 VERSUCHSAUSLEGUNG UND KONFIGURATIONEN 67
5.2 SPT-APPARATUR FUER TIEFTEMPERATURVERSUCHE 69
5.3 UNTERSUCHTE WERKSTOFFE 71
5.3.1 FERRITISCHER STAHL 22NIMOCR37 71
5.3.2 FERRITISCHER STAHL 18CLR2MFA 73
5.3.3 LASERGESCHWEISSTER STAHL 355 EMZ 74
5.3.4 ALUMINIUMOXIDKERAMIK RUBALIT 708S 76
5.4 PROBENENTNAHME UND -PRAEPARATION 76
5.5 KRAFT- UND WEGMESSUNG 78
5.6 EXPERIMENTELLE ERGEBNISSE 78
5.6.1 STAHLWERKSTOFFE 79
5.6.2 ALUMIIIIUIIIOXIDKERAMIK 84
5.6.3 BILDER DER BRUCHFLAECHEII 86
6 FEM-SIMULATION DES SPT 89
6.1 GESAINTMODELL DES VERSUCHS 89
6.1.1 MODELLIERUNG DER KONTAKTSTEIFIGKEIT 91
6.1.2 APPROXIMATION DER APPARATURNACHGIEBIGKEIT 91
6.2 VEREINFACHTES MODELL 93
6.3 PARAMETERSTUDIE 95
6.3.1 PARAMETERVARIATION BEI ELASTISCHEM MATERIAL 95
6.3.2 PARAMETERVARIATION BEI ELASTISCH-PLASTISCHEM MATERIAL 99
7 IDENTIFIKATION DER FLIESSKURVE 103
7.1 ERLAEUTERUNG DER VORGEHENSWEISE 103
7.2 PARAMETRISCHE BESCHREIBUNG DER FLIESSKURVE 107
7.2.1 FLIESSKURVENANSAETZE 107
7.2.2 EINDEUTIGKEIT DER FLIESSKURVENPARAMETER 108
7.2.3 BEREICHSWEISE LINEARE FLIESSKURVE 109
7.2.4 BERECHNUNG DER DATENBASIS 112
7.3 LOKALE APPROXIMATION DER PARAMETERABHAENGIGEN
KRAFT-VERSCHIEBUNGS-KURVE 113
7.3.1 MEHRDIMENSIONALE INTERPOLATION FUER ZWEI PARAMETER 113
7.3.2 ERWEITERUNG AUF SECHS PARAMETER 116
7.3.3 MULTIPLE-RESPONSES-MODELL FUER KRAFT-VERSCHIEBUNGS-KURVE 117
INHALTSVERZEICHNIS IX
7.4 OPTIMIERUNG DER ZIELFUNKTION 118
7.4.1 RESIDUUM UND ABLEITUNGEN 119
7.4.2 GLOBALE STARTWERTSUCHE 121
7.4.3 GEDAEMPFTES NEWTON-VERFAHREN 121
7.4.4 METHODE DES STEILSTEN ABSTIEGS 124
7.4.5 GLOBALE SUCHE UND OPTIMIERUNG AUF DEM RAND 124
7.5 PROGRAMM ZUR PARAMETERIDENTIFIKATION 125
7.5.1 ENTWICKLUNG DES MODULAREN PROGRAMMS SOFI 125
7.5.2 BESCHREIBUNG DER PROGRAMMMODULE 125
7.5.3 TEST UND VALIDIERUNG DES PROGRAMMS 129
7.6 ERGEBNISSE DER PARAMETERIDENTIFIKATION 131
7.6.1 22NI.MOCR37 132
7.6.2 18CH2MFA 133
7.6.3 LASERSCHWEISSNAHT 134
7.6.4 DISKUSSION 134
7.7 VERIFIKATION DER IDENTIFIZIERTEN MATERIALPARAMETER 135
7.7.1 VERGLEICH GEMESSENER MIT SIMULIERTEN KRAFT-VERSCHIEBUNGS-KURVEN .
135
7.7.2 VERGLEICH IDENTIFIZIERTER FLIESSKURVEN MIT R.EFERENZWERTEN .138
8 IDENTIFIKATION PROBABILISTISCHER SPROEDBRUCHPARAMETER 141
8.1 VORBEREITUNG UND DURCHFUEHRUNG DER WEIBULL-PARAMETERSCHAETZUNG 141
8.2 NUMERISCHE BERECHNUNG DER WEIBULL-SPANNUNG UND DES EFFEKTIVEN
VOLUMENS 144
8.3 WEIBULL-PARAMETER FUER ALUMINIUMOXID-KERAMIK 145
8.4 WEIBULL-PARAMETER DES BEREMIN-MODELLS FUER STAHL 148
8.4.1 ERGEBNISSE 22NIMOCR37 149
8.4.2 ERGEBNISSE 18CH2MFA 151
8.4.3 DISKUSSION UND NUMERISCHE STUDIE 152
8.5 WEIBULL-PARAMETER DES MODELLS MIT SCHWELLWERT VON GAO 155
8.6 VORHERSAGE DER SPROEDBRUCHZAEHIGKEIT VON STAHL 156
8.6.1 DISKUSSION ZUR UEBERTRAGBARKEIT DER WEIBULL-PARAMETER 156
8.6.2 FE-SIMULATION DER CT-PROBE 158
8.6.3 VORHERSAGE VON A J
C
FUER 22NIMOCR37 158
9 BRUCHZAEHIGKEITSBESTIMMUNG AN KERAMIKPROBEN MIT INDENTERRISS 163
9.1 BRUCHZAEHIGKEITSBESTIMMUNG MIT HAERTEEINDRUECKEN 163
9.2 VORGEHENSWEISE 164
9.3 ERZEUGUNG UND VERMESSUNG DER VICKERS-R.ISSE 165
9.4 BELASTUNG IM SPT 167
9.5 FEM-BERECHNUNG DES SPANNUNGSINTENSITAETSFAKTORS AN DER RISSFRONT 168
9.6 ABSCHAETZUNG VON KI
C
172
10 ZUSAMMENFASSUNG 173
LITERATURVERZEICHNIS 177
X
INHALTSVERZEICHNIS
A ANHANG 195
A.L THEORETISCHE GRUNDLAGEN 195
A.L.L WAHRSCHEINLICHKEITSVERTEILUNG 195
A.L. 2 VOLUMEUABHAEUGIGKEIT DER SPROEDBRUCHWAHRSCHEINLICHKEIT 195
A.L.3 MOORE-PENROSE-INVERSE 197
A.2 ZUR AUSWERTUNG VON MESSUNGEN 197
A.2.1 NUMERISCHE BERECHNUNG DER SMALL-PUUCH-BRUCHENERGIE 197
A.2.2 ZUGVERSUCHE FUER 18CH2MFA AN GEKERBTEN RUNDZUGPROBEN 198
A.3 FEM-SINMLATIO DES SPT 199
A.3.1 FEM-SIMULATION DES SPT MIT/OHNE NIEDERHALTER 199
A.3.2 BIIILLUSS DES STERNPELRADIUS AUF DIE SPANNUNG IN EINER
KERAMIKPROBE 201
A.3.3 PARAMETRISIERTE ABAQUS-LNPUTDATEI 203
A.3.4 SKRIPTDATEI FUER PARAINETERSTUDIE UND DATENBASISBERECHNUNG 208
A.4 TEST DES PROGRAMMS SOFI 208
A.4.1 REIDENTIFIKATION VON POLYNOMKOEFFIZIENTEN 208
A.4.2 REIDENTIFIKATION VON PARAMETERN DES VALIDIERUNGSPATTERNS 209
A.5 EINZELERGEBNISSE PARAMETERIDENTIFIKATION AM BEISPIEL DER
LASERSCHWEISSNAHT 211
B FERTIGUNGSZEICHNUNGEN VON STEMPEL UND MATRIZE 213
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