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SFB/Transregio 285

B03 - Korrosionsmodellierung zur Bewertung mechanisch gefügter Bauteile

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

Es ist somit neben der Vorhersage der Fügbarkeit durch Prozesssimulationen auch sicherzustellen, dass das gefügte Bauteil die geforderte Beanspruchbarkeit über die gesamte Lebensdauer besitzt.

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 bzw. 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 TP 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.

In den ersten 4 Jahren erfolgt nach der Entwicklung des gekoppelten Modells erfolgt die numerische Umsetzung des physikalisch gekoppelten Modells. Die numerischen Simulationen ermöglichen die Ermittlung der Schädigung durch Korrosion. Die Eigenschaften der gefügten Struktur und die Erkenntnisse über den Zustand des Fügepunktes nach dem Fügeprozess aus den TP A01 und A05 fließen dann in die numerische Simulation ein. Ebenso sind die maximal tolerierbaren Korrosionseffekte aufgrund von bruchmechanischen Untersuchungen (aus TP B04) zu berücksichtigen. Zusammen mit dem experimentellen Partner TP B02 können dann Parameter ermittelt werden und die numerische Simulation kann verifiziert werden. Aufbauend auf den numerischen Resultaten können dann zusammen mit TP B05 Konstruktionsempfehlungen unter Berücksichtigung der Korrosion abgeleitet werden.

Somit ermöglicht das vorliegende TP durch die enge Anbindung an die anderen Projekte innerhalb des Transregios eine Bestimmung der Materialparameter und eine Verifikation durch den Vergleich mit Experimenten von Partnern innerhalb des Transregios.

In der zweiten und dritten Phase des SFB Transregio wird das Modell auf gefügte Bauteile mit inhomogener Vorschädigung (als Ergebnis des Fügeprozesses) angewendet, da zu erwarten ist, dass dies die Korrosion und damit die Lebensdauer deutlich beeinflusst. Weiterhin sollen komplexere Betriebslasten betrachtet werden. Ergänzend soll das Modell auf CFK-Aluminiumsysteme erweitert werden, da diese auch Kontaktkorrosion aufweisen und sich diese sicherlich aufgrund der Schädigung des CFK-Laminats durch das mechanische Fügen verstärkt.

Zusammenfassend liefert das vorliegende TP somit ein leistungsfähiges Werkzeug zur Bewertung mechanisch gefügter Bauteile unter Korrosionseinfluss.

Übersicht der Arbeitspakete von TP B003 zur Verdeutlichung des methodischen Vorgehens mit den wichtigsten Kooperationen innerhalb des SFBs

Mitglieder

Prof. Dr.-Ing. Thomas Wallmersperger
Technische Universität Dresden - Institut für Festkörpermechanik
Thomas.Wallmersperger@​tu-dresden.de - +49 (0)351 463 37013

Dr.-Ing. Martin Hofmann
Technische Universität Dresden - Institut für Festkörpermechanik
Martin.Hofmann@​tu-dresden.de - +49 (0)351 463 39166

Veröffentlichungen