Physikalisch basierte Modelle für Ermüdungsrisswachstum und Anrisslebensdauer unter thermischen und mechanischen Belastungen:
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| Published: |
Aachen
Shaker
2013
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| Series: | Schriftenreihe Werkstoffwissenschaft und Werkstofftechnik
76 Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik IWM; 2013,597 2013,597 |
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INHALTSVERZEICHNIS
SYMBOLVERZEICHNIS VI
1 EINLEITUNG 1
2 THEORETISCHE GRUNDLAGEN 3
2.1 RISSSPITZENFELDER FUER ELASTISCHES, PLASTISCHES UND VISKOSES
MATERIALVERHALTEN 3
2.1.1 LINEAR-ELASTISCHES MATERIALVERHALTEN 3
2.1.2 PLASTISCHES MATEVIALVERHALTEN 7
2.1.3 VISKOSES MATERIALVERHALTEN 10
2.1.4 KOMBINATION VON ELASTISCHEM, PLASTISCHEM UND VISKOSEM MATERIAL
VERHALTEN 12
2.1.5 ZYKLISCHE BELASTUNG 14
2.2 DIE RISSSPITZENOEFFNUNG CT OD 15
2.2.1 PLASTISCHES MATERIALVERHALTEN 16
2.2.2 VISKOSES MATERIALVERHALTEN 17
2.2.3 ELASTISCH-VISKOPLASTISCHES MATERIALVERHALTEN 17
2.2.4 DIE ZYKLISCHE RISSSPITZENOEFFNUNG ACTOD 17
2.3 ERMUEDUNGSRISSWACHSTUM 20
2.3.1 EIN PHYSIKALISCHES MODELL FUER ERMUEDUNGSRISSWACHSTUM 21
2.3.2 MODELLIERUNG VON RISSSCHLIESSEFFEKTEN 21
2.3.3 MODELLIERUNG DES SCHWELLENWERTVERHALTENS 25
2.4 ANRISSLEBENSDAUERMODELL FUER KURZE RISSE IN HOMOGENEN
SPANNUNGSZUSTAENDEN 26
2.5 MODELL FUER ZEIT- UND TEMPERATURABHAENGIGE PLASTIZITAET 28
3 VERFORMUNG DER NICKCLBASISGUSSLEGICRUNG MAR-M247 CC (HIP) 30
3.1 MATERIALDATEN 30
3.1.1 WECHSELVERFORMUNG 30
3.1.2 KRIECHEN 33
3.2 ANPASSUNG EINES VERFORMUNGSMODELLS 34
3.2.1 ANPASSUNG AN ISOTHERME VERSUCHE 34
II
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IMAGE 2
I N H A L T S V E R Z E I C H N I S I I I
3.2.2 VALIDIERUNG AN NICHTISOTHERMEN VERSUCHEN 37
4 RISSWACHSTUM UNTER LCF/HCF-BELASTUNG 39
4.1 ERGEBNISSE DER LCF-UND LCF/HCF-VERSUCHE 39
4.1.1 VERSUCHSWERKSTOFF 39
4.1.2 VERSUCHSDURCHFUEHRUNG 40
4.1.3 MECHANISCHE EIGENSCHAFTEN 40
4.1.4 ANRISSLEBENSDAUERN UNTER LCF-UND LCF/HCF-BELASTUNG 41
4.2 KURZRISSWACHSTUMSMESSUNGEN 42
4.2.1 DIE REPLIKA-TECHNIK 43
4.2.2 KURZRISSWACHSTUM UNTER LCF-BELASTUNG 43
4.2.3 KURZRISSWACHSTUM UNTER LCF/HCF-BELASTUNG 45
4.3 RISSWACHSTUMSMODELL LUR LCF/HCF-UEBERLAGERUNG 48
4.4 ANPASSUNG DER MATERIALPARAMETER 52
4.4.1 ANPASSUNG DES PROPORTIONALITAETSFAKTORS SS AN LCF-VERSUCHE .... 52
4.4.2 ANPASSUNG DER PARAMETER ZUR BESCHREIBUNG DES SCHWELLENWERTUEBER
GANGS AN LCF/HCF-VERSUCHE 53
4.5 ANRISSLEBENSDAUERVORHERSAGE 54
5 ZEIT- UND TEMPERATURABHAENGIGE ENTWICKLUNG DER RISSSPITZENOEFFNUNG 56
5.1 ENTWICKLUNG DES C(F)-INTEGRALS 56
5.2 ENTWICKLUNG VON CTOD 58
5.3 NUMERISCHES LOESUNGSVERFAHREN 60
5.4 IMPLEMENTIERUNG 61
5.5 VALIDIERUNG 63
5.5.1 ISOTHERME BEDINGUNGEN 64
5.5.2 ANISOTHERME BEDINGUNGEN 69
5.6 ZYKLISCHE BELASTUNG 73
6 BRUCHMECHANISCHE LOESUNGEN FUER DIE CORNER-CRACK-PROBE 74
6.1 FINITE ELEMENTE MODELL 74
6.2 BERECHNUNG DES SPANNUNGSINTENSITAETSFAKTORS 76
6.3 BERECHNUNG DES J-INTEGRALS UNTER VOLLPLASTISCHEN BEDINGUNGEN 77
6.3.1 UNTERSUCHUNG DER PFADABHAENGIGKEIT 78
6.3.2 EINFLUSS DES VERFESTIGUNGSVERHALTENS 78
6.3.3 AUSWERTUNG DER GEOMETRIEFUNKTION Y 1 1 80
6.3.4 KORRELATION MIT DER FLAECHE UNTER DER SPANNUNGS-VERSCHIEBUNGSKURVE
83
6.4 BERECHNUNG DES C*-INTEGRALS 87
IMAGE 3
IV
INHALTS VERZEICHNIS
7 ERMUEDUNGSRISSWACHSTUNISMCSSUNGEN AN DER CORNER-CRACK-PROBC 89
7.1 VERSUCHSAUFBAU UND VERSUCHSFUEHRUNG 90
7.1.1 KALIBRIERUNG DES POTENZIALSIGNALS 91
7.1.2 BERECHNUNG DER RISSFORTSCHRITTSRATE 93
7.1.3 BESTIMMUNG DER RISSOEFTHUNGSSPANNUNG CR ;, 93
7.2 RISSFORTSCHRITTSMESSUNGEN UNTER VOLLPLASTISCHEN BEDINGUNGEN 96
7.2.1 ENTWICKLUNG VON ER,,,, UNTER KLEIN- UND GROSSBEREICHSFLIESSEN ....
98
7.2.2 KORRELATION ZWISCHEN DA/DN UND AK T_EFF 99
7.2.3 KORRELATION ZWISCHEN DA/DN UND A.4/7 99
7.2.4 KORRELATION ZWISCHEN DA/DN AND ACTOD E//- 101
7.3 RISSWACHSTUMSMESSUNGEN UNTER ISOTHERMEN UND ANISOTHERMEN BEDINGUNGEN
102
7.3.1 ENTWICKLUNG VON X H/, BEI ZEITABHAENGIGEM MATERIALVERHALTEN ....
103
7.3.2 SIMULATION DER RISSOEFLNUNGSSPANNUNG CR ;, 104
7.3.3 KORRELATION ZWISCHEN DA/DN UND A/C; ,,/Y 109
7.3.4 KORRELATION ZWISCHEN DA/DN AND TS.CTOD E(F 110
8 DISKUSSION 116
8.1 RISSWACHSTUM UNTER LCF-UND LCF/HCF-BELASTUNG 116
8.1.1 MECHANISMEN 116
8.1.2 RISSWACHSTUM UND ANRISSLEBENSDAUCR UNTER LCF-BELASTUNG .... 117
8.1.3 SCHAEDIGENDE WIRKUNG DER HCF-ZYKLEN 118
8.1.4 FAZIT 123
8.2 ENTWICKLUNGSGLEICHUNG FUER C(T) UND CTOD(L) 123
8.2.1 DAS TRANSIENTE RISSSPITZENFCLD 123
8.2.2 ZEITLICHE ENTWICKLUNG DER RISSSPITZENOELTNUNG 125
8.2.3 GRENZEN DES MODELLS 126
8.2.4 FAZIT 128
8.3 BRUCHMCCHANIKLOESUNGEN FUER DIE CORNER-CRACK-PROBE 128
8.3.1 EINFLUSS DER EINSPANNUNG AUF DEN SPANNUNGSINTENSITAETSFAKTOR ...
129
8.3.2 LOESUNGEN FUER DAS-^-INTEGRAL UNTER VOLLPLASTISCHEN BEDINGUNGEN . .
. 129
8.3.3 FAZIT 132
8.4 MESSUNG UND SIMULATION DER RISSOEFFNUNGSSPANNUNG 132
8.4.1 EINFLUSS DER PLASTIZITAET AUF DIE RISSOEFFNUNGSSPANNUNG 132
8.4.2 SIMULATION DER RISSOEFFNUNGSSPANNUNG 134
8.4.3 FAZIT 135
8.5 EFFEKTIVE BRUCHMECHANIKPARAMETER FUER ZYKLISCHE BELASTUNG 135
8.5.1 EINHEITLICHE BESCHREIBUNG UNTER KLEIN-UND GROSSBEREICHSFLIESSEN . .
135
8.5.2 BESCHREIBUNG DES TEMPERATUREINFLUSSES 137
IMAGE 4
I N H A L T S V E R Z E I C H N I S
V
8.5.3 BEWERTUNG DES KRIEEHEINFLUSSES 139
8.5.4 BEWERTUNG DES ACROO-MODELLS 141
9 ZUSAMMENFASSUNG UND AUSBLICK 143
LITERATURVERZEICHNIS 147
LEBENSLAUF 155
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