TY - CONF A1 - Mair, Georg A1 - Gesell, Stephan T1 - Betriebsfestigkeit von Composite-Wasserstoffspeichern Erster Ansatz zur Simulation der Auswirkung der erstmaligen Prüfung N2 - Druckbehälter werden vor ihrer Inbetriebnahme obligatorisch einer hydraulischen Prüfung bis zum sog. Prüfdruck belastet. Damit sollen fehlerhaft gefertigte Individuen erkannt und ausgesondert werden. Mit dieser Prüfung werden aber auch diejenigen Einzelbehälter ausgesondert, die ohne einem nachvollziehbaren Fertigungsfehler, nur auf Basis der statistischen Streuung ggf. eine Festigkeit unterhalb des Prüfdrucks aufweisen. Da der Prüfdruck im Fall der Wasserstoffspeicher mindestens 20% über dem maximal zulässigem Betriebsdruck liegt, wäre damit ein Versagen im Betrieb ausgenommen, gäbe es die verschiedenen Alterungs- bzw. Ermüdungseffekt nicht. Um den Einfluss der erstmaligen Prüfung auf eine angenommene ausfallfreie Zeit bewerten zu können, wird hier die Alterung und die erstmalige Prüfung in Kombination analysiert. Hierzu wird auf Basis der Restfestigkeitsdaten aus einer umfangreichen Prüfkampagne ein Ansatz für die Beschreibung der Alterung ermittelt und auf andere Lastzustände übertragen. So kann für das Baumuster, das der o.g. Prüfkampagne zugrunde lag, mithilfe einer Monte-Carlo-Simulation gezeigt werden, dass mindestens 10.000 LW vor einem ersten Alterungsversagen mit 1 aus 1 Mio. In Abhängigkeit der Anzahl der Individuen, die bei der erstmaligen Prüfung versagen, und der Streuung der gesamten Population, kann diese Mindestfestigkeit auf realistisch 50.000 Lastwechsel steigen. Damit ist gezeigt, dass aufgrund der erstmaligen Prüfung eine Mindestfestigkeit erzeugt wird, die stark vom Alterungsverhalten abhängt. Im Ergebnis heißt dies, dass in den Vorschriften aktuell die Bedeutung des Mindestberstdrucks in der Baumusterprüfung überschätzt und die möglichst betriebsbegleitende Erfassung der Alterung unterschätzt sind. T2 - 29. Fachtagung Technische Zuverlässigkeit 2019 CY - Nürtingen, Germany DA - 07.05.2019 KW - Alterung KW - Berstdruck KW - Streuung KW - Degradation KW - statistische Auswertung KW - ausfgallfreie Lastwechsel PY - 2019 SN - 978-3-18-092345-1 SN - 0083-5560 SP - 223 EP - 234 PB - VDI-Verlag GmbH CY - Düsseldorf AN - OPUS4-50181 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Mair, Georg A1 - Gesell, Stephan T1 - Betriebsfestigkeit von Composite-Wasserstoffspeichern – Ansatz zur Simulation der Auswirkung der erstmaligen Prüfung N2 - Druckbehälter werden vor ihrer Inbetriebnahme obligatorisch einer hydraulischen Prüfung bis zum sog. Prüfdruck belastet. Damit sollen fehlerhaft gefertigte Individuen erkannt und ausgesondert werden. Mit dieser Prüfung werden aber auch diejenigen Einzelbehälter ausgesondert, die ohne einem nachvollziehbaren Fertigungsfehler, nur auf Basis der statistischen Streuung ggf. eine Festigkeit unterhalb des Prüfdrucks aufweisen. Da der Prüfdruck im Fall der Wasserstoffspeicher mindestens 20% über dem maximal zulässigem Betriebsdruck liegt, wäre damit ein Versagen im Betrieb ausgenommen, gäbe es die verschiedenen Alterungs- bzw. Ermüdungseffekt nicht. Um den Einfluss der erstmaligen Prüfung auf eine angenommene ausfallfreie Zeit bewerten zu können, wird hier die Alterung und die erstmalige Prüfung in Kombination analysiert. Hierzu wird auf Basis der Restfestigkeitsdaten aus einer umfangreichen Prüfkampagne ein Ansatz für die Beschreibung der Alterung ermittelt und auf andere Lastzustände übertragen. So kann für das Baumuster, das der o.g. Prüfkampagne zugrunde lag, mithilfe einer Monte-Carlo-Simulation gezeigt werden, dass mindestens 10.000 LW vor einem ersten Alterungsversagen mit 1 aus 1 Mio. In Abhängigkeit der Anzahl der Individuen, die bei der erstmaligen Prüfung versagen, und der Streuung der gesamten Population, kann diese Mindestfestigkeit auf realistisch 50.000 Lastwechsel steigen. Damit ist gezeigt, dass aufgrund der erstmaligen Prüfung eine Mindestfestigkeit erzeugt wird, die stark vom Alterungsverhalten abhängt. Im Ergebnis heißt dies, dass in den Vorschriften aktuell die Bedeutung des Mindestberstdrucks in der Baumusterprüfung überschätzt und die möglichst betriebsbegleitende Erfassung der Alterung unterschätzt sind. T2 - 29. Tagung Technische Zuverlässigkeit- 2019 (02TA502019) CY - Nürtingen bei Stuttgart, Germany DA - 07.05.2019 KW - Mindedestberstdruck KW - Alterung KW - Betriebsfestigkeit KW - Restberstfestigkeit KW - Aussonderugnsrate PY - 2019 AN - OPUS4-48023 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Butz, Adam A1 - Fedelich, Bernard A1 - Rehmer, Birgit A1 - Skrotzki, Birgit T1 - Crack identification by data fusion in fatigued flat specimens with through-holes - A feasibility study N2 - A numerical pre-study has shown that cracks in a flat sample featuring a drilled hole can be classified into one of three crack shape classes based on the combined evaluation of various types of test data. T2 - Fatigue 2018 CY - Poitiers, France DA - 27.05.2018 KW - LCF KW - Crack KW - Data Fusion PY - 2018 AN - OPUS4-45936 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Epishin, A. A1 - Fedelich, Bernard A1 - Nolze, Gert A1 - Schriever, Sina A1 - Feldmann, Titus A1 - Farzik Ijaz, M. A1 - Viguier, B. A1 - Poquillon, D. A1 - Le Bouar, Y. A1 - Ruffini, A. A1 - Finel, A. T1 - Creep of single crystals of nickel-based superalloys at ultra-high homologous temperature N2 - The creep behavior of single crystals of the nickel-based superalloy CMSX-4 was investigated at 1288 °C, which is the temperature of the hot isostatic pressing treatment applied to this superalloy in the industry. It was found that at this super-solvus temperature, where no gammaPrime-strengthening occurs, the superalloy is very soft and rapidly deforms under stresses between 4 and 16 MPa. The creep resistance was found to be very anisotropic, e.g., the creep rate of [001] crystals was about 11 times higher than that of a [111] crystal. The specimens of different orientations also showed a very different necking behavior. The reduction of the cross-sectional area psi of [001] crystals reached nearly 100 pct, while for a [111] crystal psi = 62 pct. The EBSD analysis of deformed specimens showed that despite such a large local strain the [001] crystals did not recrystallize, while a less deformed [111] crystal totally recrystallized within the necking zone. The recrystallization degree was found to be correlated with deformation behavior as well as with dwell time at high temperature. From the analysis of the obtained results (creep anisotropy, stress dependence of the creep rate, traces of shear deformation, and TEM observations), it was concluded that the main strain contribution resulted from <01-1>{111} octahedral slip. T2 - 3rd European Conference on Superalloys (‘Eurosuperalloys 2018’) CY - Oxford, UK DA - 9.9.2018 KW - Single-crystal KW - Superalloy KW - Creep KW - Isostatic hot pressing (HIP) PY - 2018 U6 - https://doi.org/10.1007/s11661-018-4729-6 SN - 1073-5623 SN - 1543-1940 VL - 49A IS - 9 SP - 3973 EP - 3987 PB - Springer Sciences & Business Media CY - New York, NY AN - OPUS4-45660 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Olbricht, Jürgen A1 - Jürgens, Maria A1 - Sonntag, Nadja A1 - Fedelich, Bernard A1 - Skrotzki, Birgit T1 - Einfluss von Haltezeiten auf die TMF-Lebensdauer von P92 bei mittleren und geringen Dehnungsamplituden 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 fracturemechanics-based DTMF concept, which was developed for TMF life assessment of ductile alloys, was applied. It is found that the DTMF 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. T2 - DVM-Arbeitskreis Bauteilverhalten bei thermomechanischer Ermüdung - Workshop 2023 CY - Berlin, Germany DA - 20.09.2023 KW - 9–12%Cr steel KW - Thermomechanical fatigue KW - Symmetric dwell periods KW - Parametric modeling PY - 2023 AN - OPUS4-58431 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Evans, Alexander A1 - Ávila, Luis A1 - Werner, Tiago A1 - Sommer, Konstantin A1 - Ulbricht, Alexander A1 - Sprengel, Maximilian A1 - Charmi, Amir A1 - Mohr, Gunther A1 - Altenburg, Simon A1 - Rehmer, Birgit A1 - Skrotzki, Birgit A1 - Falkenberg, Rainer A1 - Bettge, Dirk A1 - Madia, Mauro A1 - Zerbst, Uwe A1 - Kromm, Arne A1 - Hilgenberg, Kai A1 - Kannengießer, Thomas A1 - Bruno, Giovanni T1 - Entwicklung der Mikrostruktur der mechanischen Eigenschaften und der Eigenspannungen in L-PBF 316L N2 - Die additive Fertigung (AM) metallischer Werkstoffe mittels Laser Powder Bed Fusion (L-PBF) ermöglicht einzigartige hierarchische Mikrostrukturen, die zu Verbesserungen bestimmter mechanischer Eigenschaften gegenüber konventionell hergestellten Varianten derselben Legierung führen können. Allerdings ist das L-PBF-Verfahren häufig durch das Vorhandensein hoher Eigenspannungen gekennzeichnet, die es zu verstehen und zu mindern gilt. Daher ist das Verständnis der Mikrostrukturen, der Eigenspannungen und der daraus resultierenden mechanischen Eigenschaften entscheidend für eine breite Akzeptanz bei sicherheitskritischen Anwendungen. Die BAM hat ein multidisziplinäres Forschungsprogramm gestartet, um diese Aspekte bei LPBF 316L zu untersuchen. Der vorliegende Beitrag stellt einige der wichtigsten Ergebnisse vor: der Einfluss von Prozessparametern auf die Mikrostruktur, der Einfluss von Mikrostruktur und Textur auf die Festigkeit, Kriechverhalten und Schädigung und die Stabilität von Eigenspannungen und Mikrostruktur unter Wärmebehandlungsbedingungen. T2 - DGM 3. Fachtagung Werkstoffe und Additive Fertigung CY - Dresden, Germany DA - 11.05.2022 KW - Mechanische Eigenschaften KW - Additive Fertigung KW - L-PBF 316L KW - Entwicklung KW - Mikrostruktur KW - Eigenspannung PY - 2022 AN - OPUS4-55786 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Fedelich, Bernard A1 - Grützner, Stefan A1 - Haftaoglu, Cetin A1 - Kindrachuk, Vitaliy A1 - Vöse, Markus 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 - Butz, Adam A1 - Fedelich, Bernard A1 - Rehmer, Birgit A1 - Schmitz, Sebastian T1 - Risserkennung an Bohrlochproben N2 - Es wird eine neu entwickelte Methode zur Thermographiebasierten Rissmessung vorgestellt. Darüber hinaus wird eine numerische Vorarbeit präsentiert, die zeigt, dass anhand der gemeisamen Auswertung der Versuchsdaten aus unterschiedlicher Sensorik die Möglichkeit besteht, die unter Ermüdungsbelastung in Bohrlochproben auftretenden Risse in Geometriekategorien zu unterteilen. T2 - Tagung Werkstoffprüfung 2018 CY - Bad Neuenahr, Germany DA - 06.12.2018 KW - LCF KW - Crack KW - Data Fusion KW - Thermographie PY - 2018 AN - OPUS4-46977 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Butz, Adam A1 - Fedelich, Bernard A1 - Rehmer, Birgit A1 - Skrotzki, Birgit A1 - Schmitz, Sebastian ED - Moninger, G. T1 - Risserkennung an Bohrlochproben: Numerische Voruntersuchung für eine neuartige Methode zur Rissformerkennung T1 - Crack Detection on Borehole Specimens: Numerical pre-examination for a novel crack shape detection method N2 - Es konnte anhand einer numerischen Voruntersuchung gezeigt werden, dass anhand der kombinierten Auswertung der im Versuch verwendeten Sensorik eine Einteilung der unter Ermüdung in Bohrlochproben auftretenden Rissformen in verschiedene Hauptkategorien (Eckriss, Oberflächenriss, Durchgangsriss) möglich ist. N2 - When fatigued specimens with a hole are to be investigated regarding crack growth, it may be the case that the shape of the crack can’t be identified with sufficient certainty. If marking the fracture surface e.g. using beach marks is not possible, a method is required that nevertheless allows for the determination of the crack shape in order to calculate the corresponding fracture mechanics parameters. This paper describes a numerical pre-study for a method that allows for the classification of cracks in a sample featuring a drill hole into one of three crack shape classes based on the combined evaluation of various types of test data. T2 - Tagung Werkstoffprüfung 2018 CY - Bad Neuenahr, Germany DA - 06.12.2018 KW - Crack KW - LCF KW - Data Fusion KW - Risse KW - Rissform KW - Datenfusion PY - 2018 VL - 2018 SP - 249 EP - 254 AN - OPUS4-46976 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 -