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SFB/Transregio 285

B04 - Risswachstum in gefügten Strukturen

Bei dem Einsatz neuartiger Herstellprozesse ist von Bedeutung, dass die Bauteile hinsichtlich der statischen Festigkeit, der Dauerfestigkeit, der Rissempfindlichkeit und der Risswachstumslebensdauer ausgelegt werden. Dazu sind Rissausbreitungsuntersuchungen rissbehafteter Strukturen erforderlich. Ausgangspunkt für diese Untersuchungen sind Schädigungen infolge des Fügeprozesses sowie Anrisse, die während des Betriebs infolge von Ermüdung und/oder Korrosion entstehen. Mechanische Fügeverbindungen sind insbesondere durch Kontakt zwischen den Fügeteilen, hohe Spannungskonzentrationen, heterogene Materialzustände, Eigenspannungen und mehrachsige, außerphasige Spannungszustände gekennzeichnet. Diese Faktoren können auch die Ausbreitung eines Risses beeinflussen. Gleichzeitig liegt durch die Wandlungsfähigkeit der Prozessketten ein breites Spektrum an Material-Geometrie- bzw. Hilfsfügeteil-Werkzeug-Kombinationen vor. Das Teilprojekt B04 hat zum Inhalt ausgehend von technischen Anrissen das Risswachstum unter Berücksichtigung der genannten Faktoren und der Wandlungsfähigkeit der Prozessketten, die bei mechanisch gefügten Strukturen auftreten, zu untersuchen.

Ziele des Teilprojekts sind dabei die Charakterisierung des bruchmechanischen Eigenschaftsprofils mechanisch gefügter Strukturen sowie die durchgängige Beschreibung des Rissausbreitungsvorgangs und das Eintreten des instabilen Versagens unter Berücksichtigung der lokalen Spannungs- und Materialzustände. Durch die synergetische Nutzung der Methodenkompetenzen „experimentelle Risswachstumsuntersuchungen“, „theoretisch-analytische Modellierung des Risswachstums“ und „numerische Simulation des Risswachstums“ ist es möglich, eine umfassende und tragfähige Betrachtung des bruchmechanischen Verhaltens im Einsatz befindlicher gefügter Strukturen vorzunehmen und einen Beitrag zur ganzheitlichen Beschreibung der Fügbarkeit unter Berücksichtigung der wandlungsfähigen Prozessketten zu leisten. Dazu stehen neben der Ermittlung der bruchmechanischen Materialkennwerte der Ausgangswerkstoffe, der umgeformten Fügeteile und der gefügten Strukturen die Identifikation wesentlicher werkstoff- und prozessseitiger Einflussfaktoren sowie deren Auswirkungen auf das Rissausbreitungsverhalten im Vordergrund. Bruchmechanische Konzepte zur Vorhersage des Risswachstums sind um diese Erkenntnisse für mechanisch gefügte Strukturen zu erweitern. Zudem wird das von der FAM entwickelte Simulationsprogramm ADAPCRACK3D erweitert, dass das Risswachstum ausgehend von einer Fehlstelle automatisiert simuliert und die Restlebensdauer für mechanisch gefügte Strukturen bestimmt werden kann. Die Untersuchungen des Risswachstums sollen Hinweise zur Gestaltung der Fügeverbindung und zur Bedeutung der durch die Wandlungsfähigkeit der Fügeprozesse wesentlichen werkstofflichen, geometrischen und prozessgrößenbezogenen Schwankungen liefern, um die Ausbreitung eines Risses und instabiles Versagen bei mechanisch gefügten Strukturen zu vermeiden.

Übersicht der Forschungsinhalte von TP B04 sowie methodische Vorgehensweise

Mitglieder

Prof. Dr.-Ing Gunter Kullmer
Universität Paderborn - Angewandte Mechanik
kullmer@fam.upb.de - +49 (0)5251 60 5320

Dr.-Ing. Britta Schramm
Universität Paderborn - Angewandte Mechanik
schramm@fam.upb.de - +49 (0)5251 60 5327

Veröffentlichungen