B03 - Korrosionsmodellierung zur Bewertung mechanisch gefügter Bauteile

Bei modernen Leichtbaustrukturen, vor allem in Mischbauweise, spielt Kontaktkorrosion aufgrund der Vielzahl von Materialkombinationen eine bedeutende Rolle zur Bewertung der ertragbaren Lasten, da Korrosion die Dauerfestigkeit von Fügeverbindungen deutlich herabsetzen kann.

Mit der Schädigungsmechanik hat sich eine leistungsstarke Methode entwickelt, mit der sich auf Basis von gekoppelten Simulationen aufwändige experimentelle Bauteilprüfungen in Verbindung mit klassischen Betriebsfestigkeitskonzepten ergänzen beziehungsweise einsparen lassen. Für die Schädigung infolge Korrosion existieren bisher nur wenige Beschreibungen: hierzu zählen vor allem phänomenologisch basierte Ansätze; weiterhin wurden aber auch bereits erste physikalisch motivierte Modelle wie z. B. auf Basis von Diffusionsgleichungen für die beteiligten Teilchentypen und entsprechenden Ansätzen für die Reaktionskinetik untersucht. Damit kann in einem entsprechenden Modell die klassische mechanische Schädigung durch Beiträge, welche die Degradation des Materials infolge Korrosion beschreiben, ergänzt werden.

Ziel des Teilprojekts ist es, eine klassische mechanische Schädigungsformulierung durch Beiträge der Materialdegradation durch Korrosion zu ergänzen, um somit ein geschlossenes Modell zu erhalten, das die Einflüsse der Korrosion auf die Schädigung berücksichtigt. Wichtig ist dabei die Betrachtung der Kopplung, da in mechanisch vorgeschädigten Gebieten der Stofftransport schneller erfolgt. Diese detaillierte Feldbetrachtung bietet gegenüber der klassischen Betriebsfestigkeit auch den Vorteil, dass sie örtliche Korrosionsphänomene (Kontaktkorrosion) im Spalt zwischen den Fügepartnern korrekt abbilden kann.

Die Eigenschaften der gefügten Struktur und die Erkenntnisse über den Zustand des Fügepunktes nach dem Fügeprozess fließen dann in die numerische Simulation ein. Ebenso sind die maximal tolerierbaren Korrosionseffekte aufgrund von bruchmechanischen Untersuchungen zu berücksichtigen. Zusammen mit dem experimentellen Partnern des Transregios können dann Parameter ermittelt werden und die numerische Simulation kann verifiziert werden. Aufbauend auf den numerischen Resultaten können dann zusammen mit anderen Teilprojekten Konstruktionsempfehlungen unter Berücksichtigung der Korrosion abgeleitet werden.

Somit liefert das vorliegende Teilprojekt durch die enge Anbindung an die anderen Projekte innerhalb des Transregios (i) ein gekoppeltes Modell zur Beschreibung der Schädigung infolge von hochzyklischer Belastung und Kontaktkorrosion, (ii) die darin verwendeten Materialparameter, sowie (iii) Auswirkungen der Vorschädigung durch den Fügeprozess.

Korrosionsmodellierung

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Veröffentlichungen

Publikationen

A First Approach for the Treatment of Galvanic Corrosion and of Load-Bearing Capacity of Clinched Joints
S. Harzheim, C. Steinfelder, T. Wallmersperger, A. Brosius, Key Engineering Materials 883 (2021) 97–104.
Corrosion Phenomena and Fatigue Behavior of Clinched Joints: Numerical and Experimental Investigations
S. Harzheim, L. Ewenz, M. Zimmermann, T. Wallmersperger, Journal of Advanced Joining Processes 6 (2022).
A Damage Model for Corrosion Fatigue Due to Hydrogen Embrittlement
Y. Shi, S. Harzheim, M. Hofmann, T. Wallmersperger, in: Material Modeling and Structural Mechanics, Springer International Publishing, Cham, 2022.
Comparison of two mesh-moving techniques for finite element simulations of galvanic corrosion
S. Harzheim, M. Hofmann, T. Wallmersperger, Acta Mechanica 233 (2022) 4427–4439.
Numerical fatigue life prediction of corroded and non-corroded clinched joints
S. Harzheim, M. Hofmann, T. Wallmersperger, Mechanics of Advanced Materials and Structures (2022) 1–6.
A Review on the Modeling of the Clinching Process Chain - Part III: Operational Phase
B. Schramm, S. Harzheim, D. Weiß, T.D. Joy, M. Hofmann, J. Mergheim, T. Wallmersperger, Journal of Advanced Joining Processes (2022).
A Review on the Modeling of the Clinching Process Chain - Part I: Design Phase
B. Schramm, S. Martin, C. Steinfelder, C.R. Bielak, A. Brosius, G. Meschut, T. Tröster, T. Wallmersperger, J. Mergheim, Journal of Advanced Joining Processes 6 (2022).
A Review on the Modeling of the Clinching Process Chain - Part II: Joining Process
B. Schramm, J. Friedlein, B. Gröger, C.R. Bielak, M. Bobbert, M. Gude, G. Meschut, T. Wallmersperger, J. Mergheim, Journal of Advanced Joining Processes (2022).
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Dr.-Ing. Martin Hofmann

Sonderforschungsbereich Transregio 285

Teilprojekt B03

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Dipl.-Ing. Sven Harzheim

Sonderforschungsbereich Transregio 285

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