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 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 - Zhu, Jiangchao A1 - Madia, Mauro A1 - Schurig, M. A1 - Schlums, H. A1 - Zerbst, Uwe T1 - Fracture mechanics-based structural integrity assessment of aeroengine turbine disks under overspeed conditions N2 - Aero-engine turbine disks are safety-relevant components which are operated under high thermal and mechanical stress conditions. The actual part qualification and certification procedures make use of spin-tests conducted on productionsimilar disks. While these tests provide, on the one hand, a reliable definition of the critical conditions for real components, on the other hand they represent a relevant cost item for engine manufacturers. The aim of this work is to present part of a fracture mechanics-based procedure under development which aims at replacing the tests on production-similar disks with lab tests on fracture mechanics specimens. In particular, the rimpeeling failure mode is considered as case study. A semi-circular surface crack is modelled at the most stressed region at the diaphragm of a turbine disk, with the crack plane perpendicular to the radial direction. The crack is therefore subjected to a biaxial stress state and grows under increasing rotational speed until it triggers the rim-peeling failure. The finite element simulation of the cracked disk considers the real thermal and mechanical loading conditions. In order to design a lab representative specimen, beside the crack driving force, expressed in terms of � -integral, also the constraint to plastic deformation e.g., stress triaxiality, at the crack-tip must be similar for the same crack in the specimen and in the disk. This has been achieved and as expected, both the highest � -integral and constraint factor are calculated at the same location along the crack front for both disk and specimen. The results of the structural integrity assessment in the form of a Failure Assessment Diagram (FAD) show good agreement between designed specimen and disk both in terms of expected failure mode and value of the critical speed. Probabilistic aspects are also considered in the calculations. T2 - ASME Turbo Expo 2022: Turbomachinery Technical Conference and Exposition (GT2022) CY - Rotterdam, The Netherlands DA - 13.06.2022 KW - Fracture mechanics KW - Burst KW - Turbine disk PY - 2022 SP - 1 EP - 7 PB - ASME AN - OPUS4-55903 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Duarte, Larissa A1 - Madia, Mauro A1 - Kanna, Naveen A1 - Bär, Jürgen ED - Ricoeur, Andreas T1 - Anwendung der zyklischen R-Kurven-Analyse zur Abschätzung des Kitagawa-Takahashi-Diagramms N2 - Die ausgeprägte Langzeitfestigkeit eines Werkstoffes entspricht der maximalen Spannung, unterhalb derer alle ursprünglich wachstumsfähigen Mikrorisse arretieren. Für fehlerbehaftete Werkstoffe stellt das Kitagawa-Takahashi (KT)-Diagramm die Abhängigkeit der ausgeprägten Langzeitfestigkeit von der Defektgröße dar. Das KT-Diagramm kann mit großem Aufwand experimentell bestimmt oder durch verschiedene Modelle abgeschätzt werden. Solche Ansätze ergeben oft nichtkonservative Prognosen und berücksichtigen weder den Aufbau der Rissschließeffekte noch lokale Spannungen. In dieser Arbeit wird ein Kurzrissmodell auf Grundlage der zyklischen R-Kurve und des Rissarrestphänomens zur Abschätzung des KT-Diagramms vorgestellt. Die Abschätzungen werden mit experimentellen Daten validiert, die mit gekerbten Proben nach dem Treppenstufenverfahren ermittelt wurden. T2 - 57. Tagung des DVM-Arbeitskreises Bruchmechanik und Bauteilsicherheit CY - Köln, Germany DA - 18.02.2025 KW - Langzeitfestigkeit KW - KT-Diagramm KW - zyklische R-Kurven-Analyse PY - 2025 DO - https://doi.org/10.48447/BR-2025-512 VL - 257 SP - 93 EP - 104 PB - Deutscher Verband für Materialforschung und -prüfung e.V. CY - Berlin, Deutschland AN - OPUS4-62603 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 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 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 - CONF A1 - Werner, Tiago A1 - Teske, Tanita A1 - Hilgenberg, Kai A1 - Mauro, Madia A1 - Nielsen, S. A1 - Gärtner, F. A1 - Klassen, T. T1 - Untersuchung des Potenzials von Kaltgasspritzen für die Reparatur zyklisch belasteter Bauteile T1 - Investigation on the capability of cold-spray for repair of cyclically loaded components N2 - Die Reparatur mittels Kaltgasspritzen ist eine vielversprechende Alternative zum teuren Austausch fehlerbehafteter Bauteile in der Luft- und Raumfahrt. Im Rahmen dieser Arbeit wurde das Potential des Verfahrens an der hochfesten Aluminiumlegierungen Al6061-T6 unter Anwendung von Stickstoff als kostengünstiges Prozessgas untersucht. Es wurden quasi-statische Zugversuche und einachsige Zeitfestigkeitsversuche mit besonderem Fokus auf das in-situ Kugelstrahlen zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften durchgeführt. Im Ergebnis wurde die Verbesserung der Adhäsion zwischen Substrat und aufgebautem Werkstoff als entscheidendes Kriterium für eine Anwendbarkeit ermittelt. Die Laserstrukturierung von Substratoberflächen ist hierfür vielversprechend und wurde im Rahmen der Arbeit mittels Adhäsionsversuchen untersucht. N2 - Repair by cold-spray is a promising alternative to the costly replacement of flawed components in aerospace applications. In the present work this process was investigated on the high-strength aluminum alloy Al6061-T6. For the cold-spray process, inexpensive Nitrogen was used as process-gas. Quasi-static tensile and highcycle- fatigue tests (HCF) were performed, focusing on in-situ shot peening to improve the mechanical properties of the repaired part. An improved adhesion between substrate and built-up material was identified as a key-factor for the applicability of the process. Under this respect laser-structuring of the substrate surface was applied and its effect on the mechanical performance of the restored samples were examined by adhesion tests. T2 - 9. Tagung des DVM-Arbeitskreises Additiv gefertigte Bauteile und Strukturen CY - Stuttgart, Germany DA - 06.11.2024 KW - Kaltgasspritzen KW - cold-spray KW - Reparatur KW - Repair KW - Ermüdungsfestigkeit KW - Fatigue KW - Luft- und Raumfahrt KW - Aerospace KW - Substratvorbehandlung KW - Substrate pre-treatment PY - 2024 DO - https://doi.org/10.48447/ADD-2024-BB VL - 409 SP - 67 EP - 79 AN - OPUS4-63182 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Duarte, Larissa A1 - Madia, Mauro A1 - Zerbst, Uwe T1 - The use of effective fatigue crack propagation data obtained at closure-free conditions for component assessment N2 - The knowledge of fatigue crack propagation data in terms of their effective values is important for a conservative and safe life assessment of components subjected to cyclic loading. To overcome issues related to the precise consideration of the crack-closure effects on experimental data obtained at small R ratios, closure-free data have been obtained at R ≈ 0.8 by different experimental procedures. The statistical analysis of the intrinsic fatigue crack propagation threshold obtained experimentally has shown a small data scatter and good agreement between procedures. When compared with effective values obtained from analytical corrections of closure-affected data, the data obtained at R ≈ 0.8 should lead to a conservative life estimation. T2 - 43rd International Conference on Materials Mechanics CY - Sani, Greece DA - 05.06.2022 KW - Component assessment KW - Effective crack propagation data KW - Experimental procedure KW - Crack-closure PY - 2022 SP - 104 EP - 108 AN - OPUS4-56851 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Zhu, J. A1 - Madia, Mauro A1 - Schurig, M. A1 - Kruse, Julius A1 - Conrad, F. A1 - Schlums, H. A1 - Kontermann, C. A1 - Zerbst, Uwe T1 - Anwendung von repräsentativen Proben zur Bewertung der Strukturintegrität von sicherheitsrelevanten Komponenten N2 - Sicherheitsrelevante Bauteile, bei denen ein Versagen im Betrieb katastrophale Folgen haben könnte, sind in der Regel für eine sehr geringe Ausfallwahrscheinlichkeit ausgelegt und unterliegen strengen Qualifizierungsverfahren gemäß den von den Aufsichtsbehörden festgelegten Richtlinien. Die Hersteller sind oft gezwungen, Tests an realen oder skalierten Komponenten durchzuführen, um die Strukturintegrität unter definierten Belastungsbedingungen sicherzustellen, die in der Regel strenger sind als die im Betrieb zu erwartenden. Dies ist in der Regel mit einem enormen experimentellen und finanziellen Aufwand verbunden. Daher versuchen die Unternehmen, neue Strategien wie digitale Zwillinge zu entwickeln, mit denen die Kosten massiv gesenkt werden können, ohne die Sicherheit zu beeinträchtigen. In dieser Arbeit wird ein neues quasistatisches Prüf- und Bewertungskonzept vorgestellt, dessen Hauptidee darin besteht, die experimentelle Prüfung von Bauteilen durch die Prüfung von für das Bauteil repräsentativen Proben zu ersetzen oder zumindest zu reduzieren. Der größte Vorteil des vorgeschlagenen Konzepts besteht darin, dass die Versuche auf Laborprüfmaschinen durchgeführt werden können. Die Wirksamkeit der Methodik wird anhand der Bewertung der Strukturintegrität einer Turbinenscheibe aus einer Ni-Basis-Superlegierung für Flugzeugtriebwerke bei Überdrehzahl demonstriert. T2 - 57. Tagung des DVM-Arbeitskreises Bruchmechanik und Bauteilsicherheit CY - Köln, Germany DA - 18.02.2025 KW - Strukturintegrität KW - Bruchmechanik KW - Turbinenscheibe KW - Repräsentative Proben PY - 2025 DO - https://doi.org/10.48447/BR-2025-536 SP - 231 EP - 240 PB - DVM CY - Berlin AN - OPUS4-62602 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Kanna, Naveen A1 - Bär, Jürgen A1 - Duarte, Larissa A1 - Madia, Mauro ED - Ricoeur, Andreas T1 - Ermittlung von Kitagawa-Takahashi-Diagrammen mittels Gleichstrompotentialsondenmessungen N2 - Das Kitagawa-Takahashi Diagramm ist ein wichtiges Werkzeug zur Beschreibung der ausgeprägten Langzeitfestigkeit fehlerbehafteter Bauteile. Insbesondere im technisch relevanten Übergangsbereich unterscheiden sich jedoch die verwendeten Modelle. Daher ist für eine sichere Aussage eine experimentelle Absicherung in diesem Bereich zwingend notwendig. In dieser Arbeit wird eine Methode vorgestellt, die eine einfache und schnelle Absicherung des Verlaufs im Übergangsbereich erlaubt. Hierzu werden in Flachproben mittels eines Gravierlasers scharfe Kerben mit einer definierten Breite und Tiefe eingebracht. Die so präparierten Proben werden mit blockweise steigender Last bis zum Bruch ermüdet. Die Erkennung von Anrissen erfolgt mittels einer Gleichstrom-Potentialsonde mit der auch die Länge des Lastblocks gesteuert wird. T2 - 57. Tagung des DVM-Arbeitskreises Bruchmechanik und Bauteilsicherheit CY - Cologne, Germany DA - 18.02.2025 KW - Ausgeprägte Langzeitfestigkeit KW - Materialdefekte KW - KT-Diagramm KW - Gleichstrom-Potentialsonde PY - 2025 DO - https://doi.org/10.48447/BR-2025-513 VL - 257 SP - 105 EP - 112 PB - Deutscher Verband für Materialforschung und -prüfung e.V. CY - Berlin, Deutschland AN - OPUS4-62604 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Nietzke, Jonathan A1 - Rhode, Michael A1 - Mente, Tobias A1 - Kannengießer, Thomas T1 - Experimental and numerical characterization of hydrogen diffusion in thick-walled submerged arc welded joint of S420G2+M offshore steel grade N2 - Offshore wind turbines are an important goal in national energy strategies worldwide. Foundation structures are manufactured from submerged arc welded (SAW) plates with thicknesses up to 200 mm. In that connection, high-strength steels like the S420G2+M are more and more applied offering the possibility for increased stability and load-bearing capacity of the foundations. These offshore steel grades can show a susceptibility for delayed hydrogen assisted cold cracking of the weld joints. For that purpose, a minimum waiting time (MWT) of up to 48 h (dependent on applied standards) is recommended before non-destructive testing is allowed and conducted. But this concept is based on older steel grades that have been used for three or more decades. Nowadays, the metallurgical improvements (clean steels, proper rolling, and heat treatment) of base materials and well as welding consumables must be anticipated. Hence, the MWT concept should be critically discussed as it is assumed to be very conservative. For that reason, the focus of this study was to investigate the diffusion behavior in S420G2+M steel and its multi-layer SAW joint. Electrochemical permeation experiments were carried at room temperature. Boundary conditions were anticipated in terms of using different sample thicknesses. From the experimental data, hydrogen diffusion coefficients and absorbed diffusible hydrogen concentrations had been calculated. It was shown that hydrogen diffusion in the base material is increased compared to the weld metal. In addition, the sample thickness had a significant on the calculated diffusion coefficients. The minimum and maximum diffusion coefficients had been used for numerical modelling of the hydrogen diffusion in the welding joint. It became clear that a MWT must be always regarded together with a critical initial diffusible hydrogen concentration for the evaluation of a possible delayed cracking as diffusion times were mostly > 48 h due to the thick plates. T2 - 4th International Conference on Metals and Hydrogen - Steely & Hydrogen 2022 CY - Ghent, Belgium DA - 11.10.2022 KW - Hydrogen KW - Submerged arc welding KW - Diffusion KW - Minimum waiting time KW - Electrochemical permeation PY - 2022 SP - 1 EP - 11 CY - Ghent, Belgium AN - OPUS4-56075 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER -