Simulation des Mikrorisswachstums bei zyklischer Beanspruchung

Zenner, Harald GND

Die Treffsicherheit der Lebensdauerberechnung zyklisch beanspruchter Bauteile ist nach wie vor unbefriedigend. Dies liegt einmal daran, dass die Vorgänge, die zur Mikrorissentstehung, zum Mikrorisswachstum und schließlich zum makroskopischen Rissfortschritt und Bruch führen, äußerst komplex sind, zum anderen sind die Schädigungsmechanismen, die sich im Werkstoff abspielen und zum Versagen eines Bauteils führen können, nicht vollständig verstanden. Die heute verwendeten Berechnungskonzepte behandeln die Schadensakkumulation rein phänomenologisch (Nennspannungskonzept, Örtliches Konzept), d.h. ohne Berücksichtigung mikrostruktureller Vorgänge. In den letzten Jahren ist das Verständnis des Mikrorisswachstums erweitert worden. Das Risswachstum in duktilen metallischen Werkstoffen verläuft zunächst in stage I (microstructural short cracks) innerhalb des Korns, getrieben durch die Schubspannung. Mit Annäherung an eine Barriere, z.B. Korngrenze, verlangsamt sich das Risswachstum. Nach Erreichen einer spezifischen Risslänge (mehrere Körner) erfolgt das Wachstum in stage II, d.h. als Normalspannungsriss (physical small crack). Damit bietet es sich an, das Mikrorisswachstum zu modellieren und zu simulieren und mit experimentellen Befunden zu vergleichen mit dem Ziel, die Schädigungsmechanismen besser zu verstehen und damit die Schadensakkumulation in der Lebensdauerberechnung realistischer als bisher beschreiben zu können. Die hier betrachtete Lebensdauerphase von der Risskeimbildung bis zum makroskopischen Anriss kann je nach Geometrie, Beanspruchungshöhe und Werkstoff dominierend für ein Bauteil sein.

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Zenner, Harald: Simulation des Mikrorisswachstums bei zyklischer Beanspruchung. Braunschweig 2003. Cramer.

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