TY - CONF A1 - Zhu, Jiangchao A1 - Schurig, M. A1 - Schlums, H. A1 - Madia, Mauro A1 - Zerbst, Uwe T1 - Bruchmechanische Bewertung der Integrität einer Turbinenscheibe bei Überdrehzahl T2 - Bruchmechanische Werkstoff- und Bauteilbewertung: Beanspruchungsanalyse, Prüfmethoden und Anwendungen N2 - Turbinenscheiben sind thermisch und mechanisch hochbeanspruchte, sicherheitsrelevante Komponenten in Gasturbinen. Ihre Integrität wird in Bauteiltests unter Überdrehzahlbedingungen nachgewiesen. Kontext des Aufsatzes ist die Erarbeitung einer zusätzlichen Bewertungsebene auf der Grundlage von Versuchen unter monotoner Beanspruchung, die die Beanspruchung im Bauteil realistisch wiedergeben soll. Betrachtet wird ein halbelliptischer Riss, der bei der weiteren Ausbreitung als Umfangsriss wächst (rim peeling). Die Simulation dieser Stelle im Bauteil schließt die mechanische und thermische Beanspruchung sowie sie Dehnungsbehinderung ein. Letztere wird anhand zweier Parameter, der Spannungsmehrachsigkeit ℎ und des (allerdings modifizierten) Constraint-Parameters nach Newman, der die Spannungen über den plastisch verformten Bereich mittelt, bestimmt. Erwartungsgemäß zeigt sich, dass die höchste Dehnungsbehinderung weder an den Oberflächenpunkten, noch an den tiefsten Punkten, sondern an einer Stelle zwischen beiden auf der Rissfront auftritt. Als Versuchsgeometrie für die monotonen Tests soll eine Kreuzprobe mit wanddurchdringenden Rissen ausgehend von einer Innenbohrung dienen. Durch geeignete Wahl der Risstiefe sowie der in beiden Richtungen angreifenden Kräfte gelingt es, bauteiladäquate Zustände zu erzeugen. T2 - 54. Tagung des DVM-Arbeitskreises Bruchmechanik und Bauteilsicherheit CY - Online meeting DA - 22.02.2022 KW - Bruchmechanik KW - Struktur Integrität KW - Turbinenscheibe KW - Constraint PY - 2022 SP - 13 EP - 22 AN - OPUS4-54403 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Baer, Wolfram A1 - Breidung, Marc A1 - Kiyak, Yusuf A1 - Zerbst, Uwe A1 - Madia, Mauro A1 - Küppers, M. T1 - Aspekte der analytischen bruchmechanischen Bauteilbewertung T2 - Bruchmechanische Werkstoff- und Bauteilbewertung: Beanspruchungsanalyse, Prüfmethoden und Anwendungen N2 - Am Beispiel eines abgesetzten zylindrischen Bauteils (Achsschenkel) werden Probleme der analytischen bruchmechanischen Bauteilbewertung diskutiert. Als Basis-philosophie wird ein Fail Safe-Kriterium (kontrolliertes Versagen) angesetzt. Die Forderung ist, dass sich der Achsschenkel, bevor er bricht, in einem Ausmaß plastisch verformen kann, bei dem der Fahrer bemerkt, dass mit seinem Fahrzeug etwas nicht in Ordnung ist. Um das zu gewährleisten, muss der Werkstoff einen bestimmten Riss-widerstand aufweisen. Dazu werden im hier vorgestellten ersten Teil des Projektes mittels FEM Rissspitzenbeanspruchungen in Abhängigkeit von der Auslenkung des Zylinders und angenommener Rissgrößen ermittelt. Diese finden als Zielgrößen in der weiteren Analyse Anwendung. Da eine einfach umzusetzende Lösung angestrebt wird, werden zusätzlich analytische Rechnungen an Ersatzgeometrien (halbunendliche Platte und Vollzylinder), aber mit den realen Spannungen am Bauteil durchgeführt. Es zeigt sich, dass die Ergebnisse wegen des Steifigkeitsunterschieds zwischen Bauteil und Ersatzgeometrie unvertretbar konservativ sind. Alternativ wird ein hybrides Konzept vorgestellt, für das die Modellparameter mittels FEM bestimmt werden. Es liefert sehr genaue Ergebnisse. Im Rahmen der analytischen Rechenvorschrift können die Lösungen auf andere Werkstoffe übertragen werden, ohne dass zusätzliche FEM-Analysen notwendig sind. T2 - 54. Tagung des DVM-Arbeitskreises Bruchmechanik und Bauteilsicherheit CY - Online meeting DA - 22.02.2022 KW - FEM KW - Bauteilbewertung KW - Fail-safe KW - Analytisches Modell PY - 2022 DO - https://doi.org/10.48447/Br-2022-BB VL - 254 SP - 1 EP - 11 PB - DVM CY - Berlin AN - OPUS4-54406 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Duarte, Larissa A1 - Zerbst, Uwe A1 - Madia, Mauro T1 - Vergleichende Untersuchungen zum intrinsischen Schwellenwert der da/dN-ΔK-Kurve T2 - Bruchmechanische Werkstoff- und Bauteilbewertung: Beanspruchungsanalyse, Prüfmethoden und Anwendungen N2 - Für die Bestimmung der Restlebensdauer zyklisch beanspruchter Bauteile kommt dem Schwellenwert für Ermüdungsrissausbreitung, Δ𝐾𝑡ℎ, und dem sich anschließenden Schwellenwertbereich der 𝑑𝑎𝑑𝑁⁄−Δ𝐾-Kurve große Bedeutung zu. Dem stehen Unsicherheiten bei der Bestimmung und Analyse gegenüber. Der Aufsatz befasst sich mit der Ermittlung des sogenannten intrinsischen Schwellenwerts, der als robuster Eingangsparameter für eine „rissschließfreie“ Analyse der Restlebensdauer von entscheidender Bedeutung ist. T2 - 53. Tagung des DVM-Arbeitskreises Bruchmechanik und Bauteilsicherheit CY - Online meeting DA - 18.02.2021 KW - Schadenstolerante Bauteilauslegung, Restlebensdauer, intrinsischer Schwellenwert gegen Ermüdungsrissausbreitung PY - 2021 SN - 2366-4797 SP - 211 EP - 220 PB - Deutscher Verband für Materialforschung und -prüfung e.V. (DVM) CY - Berlin AN - OPUS4-52704 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Duarte, Larissa A1 - Zerbst, Uwe A1 - Madia, Mauro T1 - Der Schwellenwert der da/dN-∆K-Kurve als Auslegungskriterium für die Bauteilbewertung T2 - Werkstoffe und Bauteile auf dem Prüfstand. Prüftechnik - Kennwertermittlung - Schadensvermeidung N2 - Für die Bestimmung der Restlebensdauer zyklisch beanspruchter Bauteile kommt dem Schwellenwert für Ermüdungsrissausbreitung ∆Kth und dem sich anschließenden Schwellenwertbereich der da/dN-∆K-Kurve große Bedeutung zu. Dem stehen Unsicherheiten bei der Bestimmung und Analyse gegenüber. Der Aufsatz befasst sich mit der Ermittlung des sogenannten intrinsischen Schwellenwerts, der als robuster Eingangsparameter für eine „rissschließfreie“ Analyse der Restlebensdauer von entscheidender Bedeutung ist. T2 - Tagung Werkstoffprüfung 2020 CY - Online meeting DA - 03.12.2020 KW - Schadenstolerante Bauteilauslegung, KW - Intrinsischer Schwellenwert gegen Ermüdungsrissausbreitung KW - Restlebensdauer PY - 2020 DO - https://doi.org/10.48447/WP-2020-025 SP - 1 EP - 8 AN - OPUS4-52788 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - BOOK A1 - Zerbst, Uwe A1 - Madia, Mauro T1 - Bruchmechanische Bauteilbewertung N2 - Die sichere Auslegung von Bauteilen kommt an der Anwendung bruchmechanischer Methoden heute nicht mehr vorbei. Das vorliegende Buch bietet eine Einführung in diese Methoden mit besonderen Schwerpunkten auf dem aktuellen Stand der bruchmechanischen Kennwertermittlung und den Methoden der analytischen bruchmechanischen Bauteilbewertung. Es beschreibt die Mechanismen von Risswachstum und Bruch, die grundlegenden Konzepte der Bruchmechanik, die analytische Ermittlung der Rissspitzenbelastung in Bauteilen sowie die Anwendung der Bruchmechanik in unterschiedlichen Kontexten. Der Schwerpunkt liegt dabei auf der praktischen Anwendung u. a. anhand von Demonstrationsbeispielen, die im Detail nachvollzogen werden können. KW - Rissausbreitung KW - Bruch KW - Bruchmechanische Konzepte KW - Bruchmechanische Kennwerte KW - Rissspitzenbelastung KW - Failure Assessment Diagram KW - Rissschließfunktion KW - Kritische Last KW - J-Integral KW - Risswiderstand KW - Stretch-Zone KW - IBESS-Prozedur KW - Constraint faktor KW - Mismatch KW - Ligamentplastifizierung KW - Crack Tip Opening Displacement (CTOD) PY - 2022 SN - 978-3-658-36150-1 SN - 978-3-658-36151-8 DO - https://doi.org/10.1007/978-3-658-36151-8 SP - C1 EP - 372 PB - Springer CY - Heidelberg AN - OPUS4-56004 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Zerbst, Uwe T1 - Schwingfestigkeit und Bruchmechanik N2 - Der Vortrag behandelt in grundsätzlicher weise die Anwendung bruchmechanischer Methoden auf die rechnerische Ermittlung der Wöhlerkurve. Dabei werden die Besonderheiten des Kurzrisswachstums (Notwendigkeit der elastisch-plastischen Beschreibung der zyklischen Rissspitzenbelastung, gradueller Aufbau des Rissschlißphänomens) ebenso diskutiert wie das Problem des Mehrfachrissewachstums und Rissarrest. Die Ausführungen werden an einem Beispiel illustriert. T2 - Sitzung des FKM - Fachkreises "Bauteilfestigkeitä2 CY - Frankfurt/M., Germany DA - 05.09.2019 KW - Schwingfestigkeit KW - Bruchmechanik KW - Rissarrest KW - Kurzrisswachstum PY - 2019 AN - OPUS4-49085 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Zerbst, Uwe A1 - Klinger, Christian A1 - Madia, Mauro T1 - Defekte als Ursache für das Versagen metallischer Komponenten N2 - Ein Defekt ist „eine Imperfektion …, für die in einer quantitativen Analyse gezeigt werden kann, dass sie Versagen verursacht hat, welches ohne die Imperfektion nicht aufgetreten wäre“. Defekte in diesem Sinn können einerseits Werkstoffimperfektionen wie nichtmetallische Einschlüsse, Poren und Porennester, Nichtdurchschweißungen oder Bereiche defekter Mikrostruktur, andererseits unbeabsichtige geometrische Imperfektionen wie Kratzer, Eindrücke, Korrosionsgrübchen, Einbrandkerben, zu große Oberflächenrauheit u.a. sein. Sie können in der Fertigung, im Betrieb oder auch bei der Wartung entstehen. Nicht jede Imperfektion ist ein Defekt im oben genannten Sinn. Entscheidend ist zumeist nicht, dass an ihr ein oder mehrere Risse initiiert werden, sondern dass wenigstens ein Riss wachstumsfähig bleibt und so innerhalb der projektierten Lebensdauer zum Bruch oder anderweitigem Versagen führt. Aufgrund des begrenzten Umfangs bleibt die vorliegen-de Übersicht beschränkt. T2 - Sitzung des DVK AK Betriebsfestigkeit CY - Stuttgart/Renningen, Germany DA - 26.09.2018 KW - Werstoff- und geometrische Imperfektion KW - Rissausbreitungsstadien KW - Rissarrest KW - Einschlüsse KW - Poren KW - Oberflächenschädigung KW - Rauheit PY - 2018 AN - OPUS4-46883 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Zerbst, Uwe T1 - Die zyklische R-Kurve als Kenngröße des Kurzrisswachstums N2 - Unter der zyklischen R-Kurve versteht man die Abhängigkeit des Schwellenwertes gegen Ermüdungsrissausbreitung von der Risstiefe im Kurzrissbereich. Bei Spannungsverhältnissen R = omin/omax < ca. 0,7 erhöht sich der Schwellenwert AKltl ausgehend von einer intrinsischen, werkstoffspezifischen Untergrenze mit zunehmender Risstiefe, bis er einen risslängenunabhängigen Wert erreicht. Ursache ist der graduelle Aufbau unterschiedlicher Rissschließeffekte. Die besondere Bedeutung des Kurzrisswachtums allgemein und der zyklischen R-Kurve speziell besteht darin, dass sie ein physikalisches Bindeglied zwischen der konventionellen Schwingfestigkeit (Wöhlerkurve) und der Bruchmechanik repräsentieren. Der Beitrag befasst sich sowohl mit der experimentellen Ermittlung der zyklischen R-Kurve als auch mit ihrer Anwendung auf Rissarrest im Zusammenhang mit Schwingfestigkeitsbetrachtungen. Die experimentelle Ermittlung der zyklischen R-Kurve erfordert einen experimentellen Aufwand, der deutlich über den der Langrissbruchmechanik hinausgeht. Insbesondere im Anfangsbereich ist eine sehr genaue Messung der Risstiefe erforderlich, was eine Verbesserung etwa der konventionellen Potentialmethode erforderlich macht. Von wesentlicher Bedeutung ist auch, dass der Ausgangsriss vor Beginn des eigentlichen Versuchs keine Rissschließeffekte gesehen haben darf. Realisiert wird das durch eine vorgeschaltete Phase von sog. „Compression Pre-cracking“, d.h. durch Anschwingen komplett im Druckbereich. T2 - DVM Tagung der Werkstoffprüfung 2018 CY - Bad Neuenahr, Germany DA - 06.12.2018 KW - Kurzrissbruchmechanik KW - Zyklische R-Kurve KW - Rissschließphenomen KW - Rissarrest PY - 2018 AN - OPUS4-46874 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Zerbst, Uwe A1 - Madia, Mauro T1 - Bruch, Schwingfestigkeit und Ermüdungsrissfortschritt von Schweißverbindungen N2 - Die Präsentation diskutiert Besonderheiten von Schweißnähten bei der Bestimmung der Zähigkeit bei monotoner Belastung, bei der Ermittlung des zyklischen Rissfortschritts und bei der Ermittlung der Gesamtlebensdauer/Schwingfestigkeit mittels moderner bruchmechanischer Methoden. Besonderes Augenmerk liegt auf der Inhomogenität des Werkstoffs in den einzelnen Nahtbereichen, die sich statistisch (stochastische Verteilung von Gefügeschwachstellen) und systematisch (Effekte von Festigkeits-Mismatch) auswirkt. Als weiterer Faktor kommen Schweißeigenspannungen hinzu, bei denen für die bruchmechanische Analyse eine Fallunterscheidung in primäre und sekundäre Eigenspannungen vorgenommen werden muss. Diskstiert werden die Konsequenzen für die Zähigkeitsermittlung und die Bauteilbewertung. T2 - Sitzung AK "Prüfungs- und Prüfstandkonzepte für die NUtzfahrzeugbranche CY - Alpen/Niederrhein, Germany DA - 25.10.2018 KW - Schwingfestigkeit KW - Ermüdungsrissfortschritt KW - Schweißverbindungen PY - 2018 AN - OPUS4-46877 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - RPRT A1 - Duarte, Larissa A1 - Madia, Mauro A1 - Zerbst, Uwe A1 - Schönherr, J. A. T1 - Ermittlung des intrinsischen Schwellenwerts und dessen Validierung als Werkstoffparameter T2 - Forschung für die Praxis P 1263 / IGF-Nr. 20530 N N2 - Die Anwendung bruchmechanischer Methoden zur schadenstoleranten Bauteilauslegung ist für zyklische Lasten im Bereich der Paris-Geraden Stand der Technik. Technisch relevant sind jedoch häufig geringere Lasten im Schwellenwertbereich der d𝑎/d𝑁-Δ𝐾-Kurve. Aufgrund des großen Einflusses von Rissschließeffekten ist dessen Bestimmung jedoch nicht nur aufwändig, sondern auch potenziell fehlerbehaftet. Die Bauteilauslegung erfolgt zweckmäßigerweise auf der Basis effektiver, d. h. rissschließkorrigierter Rissfortschrittsdaten. Von großer Bedeutung ist auch der intrinsische Schwellenwert, unterhalb dessen keine Risserweiterung mehr eintritt. In diesem Forschungsprojekt erfolgte eine Untersuchung des Einflusses verschiedener Prüfverfahren und Umgebungsbedingungen auf die Ermittlung des Schwellenwerts gegen Ermüdungsrissausbreitung Δ𝐾th. Es wurden statistisch abgesicherte Empfehlungen zur experimentellen Ermittlung des intrinsischen Schwellenwerts Δ𝐾th,eff abgeleitet. Dieser dient auch als Eingangsparameter einer weiterentwickelten Prozedur zur Bauteilauslegung auf der Basis bei einem Lastverhältnis von 𝑅 ≈ 0,8 ermittelter, effektiver, Rissfortschrittsdaten. Es zeigte sich, dass die bei einem Lastverhältnis von 𝑅 ≈ 0,8 in Laborluft bei höherer Prüffrequenzen (≥90 Hz) ermittelten Schwellenwerte eine konservative Abschätzung des intrinsischen Schwellenwerts erlaubten. Bei Lastverhältnissen 𝑅 ≪ 0,8 wurde ein teilweise stark ausgeprägter Einfluss extrinsischer Effekte auf das Rissfortschrittsverhalten festgestellt. Eine Untersuchung der Bruchflächen ergab Oxidschichtdicken in der Größenordnung mehrerer hundert Nanometer. Bei Reduktion der Prüffrequenz auf ≈55 Hz und Prüfung in feuchter Luft (60 % r.F. und 80 % r.F.) konnte auch bei 𝑅 = 0,8 Rissschließen beobachtet werden. Die weiterentwickelte Prozedur zur Bauteilauslegung auf Basis effektiver Rissfortschrittsdaten lieferte aber stets konservative Ergebnisse in einem tolerierbaren Fehlerbereich und ist deshalb zur Anwendung geeignet. Die im Projekt gewonnenen Erkenntnisse tragen zu einer robusten Bauteilauslegung auf bruchmechanischer Basis bei. Der stark reduzierte Versuchsumfang bei Nutzung effektiver Rissfortschrittsdaten gegenüber der Ermittlung von spannungsverhältnisabhängigen Rissfortschrittskurven beschleunigt und vereinfacht die Bauteilauslegung auf Basis bruchmechanischer Methoden. KW - Schwellenwert gegen Ermüdungsrissausbreitung KW - Einflussfaktoren auf Rissfortschrittsdaten KW - Bauteilauslegung KW - Rissschließeffekte PY - 2023 SN - 978-3-96780-151-4 SP - 1 EP - 190 PB - Forschungsvereinigung Stahlanwendung e. V. CY - Düsseldorf AN - OPUS4-58459 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER -