Holdings: Modellbildung und Entwicklung experimenteller Methoden zur Vorhersage des Auftretens von Kavitationserosion bei metallischen Werkstoffen

Modellbildung und Entwicklung experimenteller Methoden zur Vorhersage des Auftretens von Kavitationserosion bei metallischen Werkstoffen:

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Bibliographic Details
Main Author:	Uhrig, Matthias Pascal 1988- (Author)
Format:	Thesis Book
Language:	German
Published:	Kaiserslautern Technische Universität Kaiserslautern 2021
Series:	Schriftenreihe der Arbeitsgruppe Werkstoffprüfung Band 8
Subjects:	Modellierung Kavitationserosion Metallischer Werkstoff Erosionsmodell Kavitationsschädigung Laserstoßwellen Hochschulschrift
Online Access:	Inhaltsverzeichnis
Item Description:	Als Manuskript gedruckt
Physical Description:	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 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..................................................................... 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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