Entwicklung und Implementierung zyklischer Kohäsivzonenmodelle zur Simulation von Werkstoffermüdung:
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| Language: | German |
| Published: |
Freiberg
Technische Universität Bergakademie Freiberg
2016
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| Edition: | 1. Auflage |
| Series: | Berichte des Instituts für Mechanik und Fluiddynamik
Heft 24 |
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Inhaltsverzeichnis
Inhaltsverzeichnis ix
Abbildungsverzeichnis xiii
Tabellenverzeichnis xvii
Abkürzungsverzeichnis xix
Symbolverzeichnis xxi
Operatorenverzeichnis xxv
1 Einleitung 1
1 1 Einordnung der bestehenden Konzepte zur Lebensdauervorher-
sage 1
1 2 Konzept des Kohäsivzonenmodells 3
1 3 Zyklische Kohäsivzonenmodelle - Stand der Forschung 6
131 Geschichte der zyklischen Kohäsivzonenmodelle 6
132 Bewertung der zyklischen Kohäsivzonenmodelle 18
133 Numerische Untersuchungen zum Ermüdungsriss-
wachstum 20
134 Numerische Untersuchungen zur homogenen Werk-
stoffermüdung 21
1 4 Zielstellung der Arbeit 21
2 Formulierung des Anfangsrandwertproblems und numerische Im-
plementierung 23
2 1 Kontinuumsmechanische Grundgleichungen 23
211 Vereinbarungen zur Notation 23
212 Kinematik 24
213 Kinetik 25
214 Bilanzgleichungen für homogene Körper 26
215 Bilanzgleichungen für die Kohäsivzone 30
216 Übergangsbedingungen 35
2 2 Anwendung des Prinzips der virtuellen Arbeit 36
2 3 Formulierung finiter Kohäsivzonenelemente 38
231 Topologie der Kohäsivzonenelemente 41
232 Auswertung des Deformationszustands 43
233 Elementmatrizen 47
Inhaltsverzeichnis
3 Systematische Formulierung eines zyklischen Kohäsivgesetzes 49
3 1 Anforderungen 49
311 Forderungen aus Bilanzgleichungen 49
312 Forderungen aus Analyse existierender zyklischer Kohä-
sivzonenmodelle 50
3 2 Struktur der Materialgleichungen 55
3 3 Formulierung des Kohäsivzonenpotenzials 58
331 Exponentielles Kohäsivzonenpotenzial 59
332 Bilineares Kohäsivzonenpotenzial 64
3 4 Formulierung der Schädigungsentwicklungsgleichung 66
341 Zustandsabhängige lokale Dauerfestigkeit 67
342 Analytische Integration 69
343 Schädigungsentwicklungsgleichung für bilineares Ko-
häsivgesetz 70
344 Diskussion 71
3 5 Einführung einer energetisch motivierten Schädigungsvariablen 72
3 6 Zusammenfassung des Gleichungssatzes 76
3 7 Kontaktformulierung 79
371 Fallunterscheidung 79
372 Kontaktformulierung mit Strafparameter 81
4 Simulation von Ermüdungsrisswachstum 83
4 1 Ermüdungsrisswachstum 83
4 2 Rissmodell 88
421 Vernetzung und Randbedingungen 88
422 Belastung 90
423 Konvergenzstudien 92
4 3 Charakterisierung des stationären Ermüdungsrisswachstums 93
431 Auswertung der Kohäsivzonenprofile 93
432 Position der Rissspitze und Lage der Schädigungspro-
zesszone 96
433 Zyklische Spannungs-Separations-Kurve 97
434 Auswertung des J-Integrals 98
4 4 Ermüdungsrisswachstum im gesamten Lastbereich 100
441 Rissverlängerungs-Lastspiel-Kurven 101
442 Ermittlung der Schwellenwertlast 101
443 Ermüdungsrisswachstumskriterium 103
444 Rissfortschritts kurve 105
4 5 Parameterstudie 106
451 Lastverhältnis 106
452 Form der monotonen Hüllkurve 106
453 Dauerfestigkeitsparameter 108
454 Schädigungsexponent 112
455 Krümmung der Entlastungspfade 112
456 Zusammenfassung und Diskussion 114
Inhaltsverzeichnis
xi
4 6 Überlasteffekte 118
461 Einzelne Überlast 119
462 Blocküberlasten 122
5 Lebensdauerberechnung homogen beanspruchter Grenzflächen 125
5 1 Motivation und Grundlagen der Modellierung 125
5 2 Separations-und Schädigungsverhalten 129
5 3 WÖHLER-Kurven 131
5 4 Mittelspannungseinfluss 134
5 5 Lebensdauerberechnung bei variabler Spannungsamplitude 139
5 6 Kombinierte Belastung aus Zug und Schub 142
6 Versagensbewertung elastischer Strukturen 145
6 1 Motivation für zyklische Versagensbewertung 145
6 2 Zyklische Versagensbewertung nach klassischen Konzepten 146
621 Kopplung von Last, Beanspruchung und Geometrie 148
622 Schaubilder der Versagensformen - Versagenskarten 150
6 3 Analyse des Versagensverhaltens elastischer Strukturen mit ko-
häsiven Grenzflächen 154
631 Lokales Versagensverhalten 154
632 Globales Versagensverhalten 157
633 Verallgemeinertes Ermüdungsrisswachstumskriterium 159
6 4 Numerische Bestimmung der Versagensgrenzkurven 161
641 FE-Modellierung der DCB-Ermüdungsprobe 161
642 Simulationsergebnisse 163
6 5 Vergleich mit Ansatz von El Haddad 165
6 6 Zusammenfassung und Diskussion 169
661 Vergleich mit Referenzstudie 170
662 Ausblick auf künftige Studien 171
7 Parameteridentifikationskonzept 173
7 1 Auswertung der WÖHLER-Kurve 174
7 2 Auswertung der Rissfortschrittskurve 174
8 Zusammenfassung und Ausblick 177
8 1 Zusammenfassung 177
8 2 Ausblick 179
A Anhang 181
A l Kohäsivzonenelemente 181
A 2 Materialtangente 182
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