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.