TY - GEN A1 - Fedelich, Bernard A1 - Kiyak, Yusuf A1 - May, Thomas A1 - Pfennig, Anja ED - Gdoutos, E. T1 - Simulation of crack growth under low cycle fatigue at high temperature in a single crystal superalloy T2 - 16th European Conference of Fracture "Fracture of Nano and Engineering Materials and Structures" CY - Alexandroupolis, Greece DA - 2006-07-03 KW - Simulation KW - Experiment KW - Crack growth KW - Low cycle fatigue KW - High temperature KW - Single crystal KW - Superalloy KW - Oxidation PY - 2006 SN - 1-402-04971-4 IS - 900_tra SP - 8 pages PB - Springer CY - Dordrecht AN - OPUS4-12556 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - GEN A1 - Epishin, Alexander A1 - Link, T. A1 - Brückner, Udo A1 - Fedelich, Bernard A1 - Portella, Pedro Dolabella ED - Green, K. T1 - Effects of segregation in nickel-base superalloys: dendritic stresses T2 - Superalloys 2004 / 10th International Symposium on Superalloys 2004 CY - Seven Springs, PA, USA DA - 2004-09-19 KW - Nickel-base superalloys KW - Dendritic structure KW - Segregation KW - Residual stresses PY - 2004 SN - 0-87339-576-X SP - 537 EP - 543 PB - TMS CY - Warrendale AN - OPUS4-7150 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Grützner, Stefan A1 - Rehmer, Birgit A1 - Fedelich, Bernard A1 - Mosquera Feijoo, Maria T1 - Deformation modeling and lifetime prediction of Ni-base gas turbine blade alloys under TMF-conditions N2 - Under cyclic thermomechanical loading conditions, various effects such as strain accumulation, creep damage, ageing, fatigue etc. may occur in the material of a gas turbine blade. Depending on the loading conditions, all these effects contribute to reduce the lifetime of the component. Subject of the present work is the development of a lifetime model able to discriminate between the different damage mechanisms, as well as the development of a material model to describe the mentioned effects and thus providing the input data for lifetime prediction. T2 - ASME Turbo Expo 2014 - GT2014 CY - Düsseldorf, Germany DA - 16.06.2014 KW - Ni-base super alloy KW - Viscoplastic KW - Ratcheting KW - Creep KW - Strain induced ageing KW - Fatigue KW - Oxidation damage PY - 2014 SN - 978-0-7918-4576-9 SP - GT2014-26332, 1-7 AN - OPUS4-30962 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - GEN A1 - Epishin, Alexander A1 - Link, T. A1 - Klingelhöffer, Hellmuth A1 - Fedelich, Bernard A1 - Portella, Pedro Dolabella ED - S.R. Holdsworth, ED - I.A. Shibli, T1 - Creep damage mechanisms of single-crystal Nickel base superalloys T2 - 2nd ECCC Creep Conference CY - Zurich, Switzerland DA - 2009-04-21 KW - Creep damage KW - Nickel-base superalloys PY - 2009 SN - 978-1-60595-005-1 SP - 692 EP - 701 PB - DEStech Publications, Inc. AN - OPUS4-19448 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Kindrachuk, Vitaliy A1 - Fedelich, Bernard A1 - Rehmer, Birgit A1 - Peter, Frauke T1 - Computational methods for lifetime prediction of metallic components under high-temperature fatigue N2 - The issue of service life prediction of hot metallic components subjected to cyclic loadings is addressed. Two classes of lifetime models are considered, namely, the incremental lifetime rules and the parametric models governed by the fracture mechanics concept. Examples of application to an austenitic cast iron are presented. In addition, computational techniques to accelerate the time integration of the incremental models throughout the fatigue loading history are discussed. They efficiently solve problems where a stabilized response of a component is not observed, for example due to the plastic strain which is no longer completely reversed and accumulates throughout the fatigue history. The performance of such an accelerated Integration technique is demonstrated for a finite element simulation of a viscoplastic solid under repeating loading–unloading cycles. KW - Fatigue KW - Incremental lifetime models KW - Finite element analysis PY - 2019 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-481215 UR - https://www.mdpi.com/2075-4701/9/4/390 DO - https://doi.org/10.3390/met9040390 SN - 2075-4701 VL - 9 IS - 4 SP - 390, 1 EP - 24 PB - mdpi CY - Basel, Switzerland AN - OPUS4-48121 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Fedelich, Bernard T1 - Möglichkeiten und Grenzen der rechnerischen Bewertung der Lebensdauer von Bauteilen unter TMF: Viskoplastische Modelle N2 - In diesem Vortrag wird auf einige noch offene Frage zur Anwendung der viskoplastischen Modellierung bei Hochtemperaturermüdung. Insbesondere auf das Problem der Parameterbestimmung wird eingegangen. T2 - Workshop "Konstitutive Viskoplastische Materialmodelle" CY - Institut für Werkstoffkunde (IfW), Technische Universität Darmstadt, Germany DA - 06.11.2019 KW - TMF KW - Viskoplastisch KW - Modell KW - Hochtemperaturermüdung KW - LCF PY - 2019 AN - OPUS4-49611 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Bhadeliya, Ashok A1 - Rehmer, Birgit A1 - Fedelich, Bernard A1 - Olbricht, Jürgen A1 - Skrotzki, Birgit A1 - Jokisch, T. ED - Zimmermann, M. T1 - Rissfortschrittsuntersuchungen an gefügten Nickelbasiswerkstoffen bei hoher Temperatur N2 - In nickelbasierten Superlegierungen, die für Gasturbinenschaufeln verwendet werden, sind bei hohen Betriebstemperaturen und -belastungen Kriechschäden, Ermüdung, Korrosion und Oxi-dation zu beobachten. Die betroffenen Turbinenschaufeln müssen ersetzt oder repariert werden, um Effizienzverluste und ein eventuelles Bauteilversagen zu vermeiden. In letzter Zeit wurden additive Fertigungs- und Lötverfahren für die Reparatur und das Fügen von Nickelbasiswerk-stoffen entwickelt, um die Einschränkungen der traditionellen Reparaturverfahren zu überwinden. Für eine auslegungsrelevante Bewertung des Risswachstumsverhaltens in den Fügezonen, die durch diese neuen Technologien erzeugt werden, sind Rissfortschrittsuntersuchungen erfor-derlich. Entsprechende Untersuchungen an gefügten Proben werden in diesem Beitrag vorge-stellt. Die Rissfortschrittsversuche werden an gefügten SEN-Proben (Single Edge Notch) bei einem Spannungsverhältnis von 0,1 und einer Temperatur von 950 °C durchgeführt. Das Riss-wachstum wird mit der DCPD-Methode (Direct Current Potential Drop) überwacht, und die ge-messenen Potenzialsignale werden anhand der optisch vermessenen Risslänge und einer Finite-Elemente-Analyse kalibriert. Der Spannungsintensitätsfaktor (SIF) für die gefügte SEN-Geometrie wird mit Hilfe von Finite-Elemente-Analysen berechnet. Auf diese Weise können Rissfortschrittskurven aus den experimentellen Daten abgeleitet werden. T2 - Tagung „Werkstoffprüfung 2022“ CY - Dresden, Germany DA - 27.10.2022 KW - Lötverbindung KW - Rissfortschritt KW - SEN-Probe KW - Gefügte Nickelbasislegierungen PY - 2022 SN - 978-3-88355-430-3 VL - 2022 SP - 67 EP - 72 AN - OPUS4-57090 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - RPRT A1 - Gesell, Stephan A1 - Fedelich, Bernard A1 - Rehmer, Birgit A1 - Uhlemann, Patrick A1 - Skrotzki, Birgit A1 - Ganesh, R. A1 - Dude, D. P. A1 - Kuna, M. A1 - Kiefer, B. T1 - TMF-Rissverlaufsberechnung für ATL-Heißteile N2 - Die Steigerung der Leistung und des thermodynamischen Wirkungsgrades von Verbrennungsmotoren führt zu erhöhten Anforderungen an die Festigkeit abgasführender Komponenten wie z. Bsp. Abgasturbolader. Als Folge erhöhter thermomechanischer Wechselbeanspruchungen (TMF) im Betrieb kommt es an den mechanisch und/oder thermisch höchst beanspruchten Stellen der Bauteile zur Bildung von Rissen, wodurch die Lebensdauer der Komponenten begrenzt wird. Derzeit werden bei Turboladern heißgehende Bauteile mit detektierten Rissen zumeist prophylaktisch ersetzt, da die weitere Ausbreitung der Risse während des Betriebs nicht vorhergesagt werden kann. Um diese aufwändige und un- ökonomische Praxis zu vermeiden, wurde im vorliegenden Forschungsvorhaben eine rechnerische Bewertungsmethode auf Basis der experimentellen und numerischen Bruchmechanik erarbeitet, mit deren Hilfe bereits in der Auslegungsphase oder während des Betriebs die (restliche) Lebensdauer der abgasführenden Komponenten vorhergesagt werden kann. Damit wird erstmalig die quantitative Vorhersage der Rissentwicklung bei TMF-Beanspruchungsbedingungen unter Berücksichtigung großer zyklischer viskoplastischer Verformungen ermöglicht. Zentrales Ergebnis des Vorhabens ist eine automatisierte Berechnungsprozedur auf der Basis spezieller Finite-Elemente-Techniken (FEM), womit sowohl der Pfad als auch die Größe eines Risses als Funktion der Anzahl der Lastwechsel in Bauteilen unter TMF-Bedingungen berechnet werden kann. Als geeigneter Beanspruchungsparameter zur Bewertung des Rissfortschritts unter TMF wurde die zyklische Rissöffnungsverschiebung ΔCTOD verwendet. Das Werkstoffverhalten des betrachteten austenitischen Gusseisens Ni-Resist D-5S wurde mit einem validierten viskoplastischen, temperaturabhängigen Materialmodell modelliert, das zur Berücksichtigung große Verzerrungen und Rotationen am Riss erweitert wurde. Für die genaue Berechnung des ΔCTOD bei TMF wurden effiziente FEM-Techniken erarbeitet. Zur Simulation der Rissausbreitung wurde ein automatischer FEM-Algorithmus mit inkrementeller adaptiver Neuvernetzung entwickelt, bei dem die Verformungen und inelastischen Zustandsvariablen jeweils vom alten auf das neue Netz übertragen werden. Dieser Algorithmus wurde im Software-Paket ProCrackPlast implementiert, das in Verbindung mit dem kommerziellen FEM-Code Abaqus zur Lösung dreidimensionaler Rissprobleme zur Verfügung steht. Ziel der umfangreichen experimentellen Arbeiten war es, an isothermen LCF und anisothermen TMF-Versuchen mit gekerbten Flachzugproben (SENT) das Risswachstum im Temperaturbereich von 20 °C bis 700 °C zu ermitteln. Mit Hilfe begleitender 2D FEM Simulationen wurden anhand dieser Datenbasis die Rissfortschrittskurven des Werkstoffs unter Anwendung des ΔCTOD-Konzepts bestimmt und in geeigneter, parametrisierter Form den Nutzern zur Verfügung gestellt. Die Versuche an SENT-Proben wurden mit der entwickelten Software ProCrackPlast als 3D Modell simuliert. Der Vergleich der 2D und 3D Simulationen ergab einen systematischen Unterschied im CTOD und CTOD, der mit Hilfe eines Übertragungsfaktors korrigiert wurde. Der Vergleich der 3D Berechnungen mit den Experimenten zeigte eine zufriedenstellende Übereinstimmung der er- reichten Risslänge mit der Zahl der Lastzyklen im gesamten Temperaturbereich, wobei die numerische Prognose meist auf der konservativen / sicheren Seite lag. Die Übertragbarkeit der Ergebnisse der 2D Parameteridentifikation auf 3D Risskonfigurationen mit Mixed-Mode Beanspruchung ist mit zusätzlichen Versagenshypothesen verbunden, die aufgrund fehlender Versuchsdaten im Vorhaben nicht endgültig geklärt werden konnten. Zur Validierung des Gesamtkonzeptes wurden LCF-Proben mit einem bauteil- typischen Oberflächenriss experimentell und numerisch untersucht. In der Simulation konnte die komplexe Form und Größe der Rissentwicklung zufriedenstellend (richtig) vorhergesagt werden. Die Leis- tungsfähigkeit der erarbeiteten rechnerische Bewertungsmethode wurde an weiteren TMF-Beispielen vorgestellt und diskutiert. Die Software ProCrackPlast und die viskoplastische Materialroutine wurden dem Anwenderkreis des Vorhabens zusammen mit einem Nutzer-Handbuch und Verifikationsbeispielen zur Verfügung gestellt. Das Ziel des Forschungsvorhabens ist erreicht worden. KW - Abgasturbolader Heißteile KW - Numerische Simulation KW - Rissverlauf PY - 2023 VL - 1320 SP - 1 EP - 137 PB - Forschungsvereinigung Verbrennungskraftmaschinen (FVV) CY - Frankfurt am Main AN - OPUS4-56960 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - RPRT A1 - Uckert, Danilo A1 - Matzak, Kathrin A1 - Kühn, Hans-Joachim A1 - Rehmer, Birgit A1 - Peter, Frauke A1 - Fedelich, Bernard A1 - Falkenberg, Rainer A1 - Haftaoglu, Cetin A1 - Kindrachuk, Vitaliy A1 - Skrotzki, Birgit T1 - TMF-Lebensdauerberechnung ATL-Heißteile II - Erweiterung bestehender Werkstoff- und Rechenmodelle zur Lebensdauervorhersage für Abgasturbolader-Heißteile unter thermomechanischer Ermüdungsbeanspruchung (Abschlussbericht) N2 - In diesem Forschungsvorhaben erfolgte eine Überprüfung der Übertragbarkeit der Werkstoff- und Rechenmodelle für die Lebensdauervorhersage von ATL-Heißteilen unter TMF-Beanspruchung auf eine andere Werkstoffklasse als im Vorgängervorhaben, d.h. auf das austenitische Gusseisen EN-GJSA-XNiSiCr35-5-2 (Ni-Resist D-5S). Zunächst wurde dafür eine experimentelle Datenbasis geschaffen, da diese vor Beginn des Vorhabens nicht ausreichend war. Dazu wurden Zug-, Kriech-, LCF- und TMF-Versuche durchgeführt, die der Kalibrierung der Modelle dienten. Das Spannungs-Verformungs-Verhalten und die Lebensdauer in den LCF- und TMF-Versuchen werden durch das Modell auch für den neuen Werkstoff überwiegend gut beschrieben. LCF-Versuche mit Haltezeit bei 900 °C sowie IP-TMFVersuche mit einer Obertemperatur von 900 °C werden weniger gut vorhergesagt, da sich der Schädigungsmechanismus ändert. Eine Verifikation des Modells erfolgte mit Hilfe eines Bauteilversuchs an einem Abgassammler. Die überwiegende Anzahl der experimentell ermittelten Rissorte wurden von dem Modell vorhergesagt. Ein wesentliches Ziel des Vorhabens war, den Einfluss von HCF-Schwingungen auf die TMF-Lebensdauer vertieft experimentell zu untersuchen und das bereits bestehende Lebensdauermodell auf HCF-Überlagerung zu erweitern. Es wurde ein bruchmechanisch motivierter Ansatz entwickelt, in dem die Lebensdauerminderung durch die im TMF-Zyklus überlagerten HCF-Schwingungen abgebildet wird. Mit diesem Ansatz lassen sich die Lebensdauern sowohl für den Werkstoff SiMo 4.05 als auch für den Ni-Resist in guter Übereinstimmung mit dem Experiment Vorhersagen. Das Ziel des Forschungsvorhabens ist erreicht worden. PY - 2015 IS - 1082 SP - 1 EP - 168 CY - Frankfurt/Main AN - OPUS4-35112 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Jürgens, Maria A1 - Sonntag, Nadja A1 - Olbricht, Jürgen A1 - Fedelich, Bernard A1 - Skrotzki, Birgit T1 - The effect of dwell times on the thermomechanical fatigue life performance of grade P92 steel at intermediate and low strain amplitudes N2 - Results of an extended TMF test program on grade P92 steel in the temperature range of 620 °C - 300 °C, comprising in-phase (IP) and out-of-phase (OP) tests, partly performed with symmetric dwells at Tmax/Tmin, are presented. In contrast to previous studies, the low-strain regime is also illuminated, which approaches flexible operation in a power plant with start/stop cycles. At all strain amplitudes, the material performance is characterized by continuous cyclic softening, which is retarded in tests at lower strains but reaches similar magnitudes in the course of testing. In the investigated temperature range, the phase angle does not affect fatigue life in continuous experiments, whereas the IP condition is more detrimental in tests with dwells. Fractographic analyses indicate creep-dominated and fatigue-dominated damage for IP and OP, respectively. Analyses of the (micro)hardness distribution in the tested specimens suggest an enhanced microstructural softening in tests with dwell times for the low- but not for the high-strain regime. To rationalize the obtained fatigue data, the fracture-mechanics-based D_TMF concept, which was developed for TMF life assessment of ductile alloys, was applied. It is found that the D_TMF parameter correlates well with the measured fatigue lives, suggesting that subcritical growth of cracks (with sizes from a few microns to a few millimeters) governs failure in the investigated range of strain amplitudes. KW - 9-12%Cr steel KW - Thermomechanical fatigue KW - Symmetric dwell periods KW - Low strain KW - Parametric modeling PY - 2021 DO - https://doi.org/10.1016/j.msea.2020.140593 VL - 805 SP - 140593 PB - Elsevier B.V. AN - OPUS4-52374 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Jürgens, Maria A1 - Olbricht, Jürgen A1 - Fedelich, Bernard A1 - Skrotzki, Birgit T1 - FLEXIKON - Teil 2: Ermüdungsverhalten, Schädigungsentwicklung und Lebensdauer von 9-12% Cr-Stählen im zyklischen Kraftwerksbetrieb N2 - Schnelle Lastwechsel führen v.a. in dickwandigen Kraftwerksbauteilen zu starken thermischen und mechanischen Beanspruchungen, da sich hohe Temperaturgradienten über der Wand des Bauteils einstellen. Es ergeben sich komplexe Lastkollektive aus zeitlich veränderlichen Spannungen/Dehnungen und Temperaturen, die formal einer Kombination aus Kriechbeanspruchung, Kriechermüdung und thermomechanischer Ermüdung (TMF) entsprechen. T2 - 47. Kraftwerkstechnisches Kolloquium CY - Dresden DA - 13.10.2015 KW - TMF KW - LCF KW - P91 KW - P92 PY - 2015 AN - OPUS4-35613 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER -