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Numerical calculation of ΔCTOD for thermomechanical fatigue crack growth

  • The cyclic crack tip opening displacement ΔCTOD is a promising loading Parameter to quantify the crack propagation under thermomechanical fatigue (TMF). In this work, suitable techniques are investigated and compared for an accurate calculation of ΔCTOD under TMF loading using a viscoplastic temperature dependent material model. It turned out that collapsed special crack tip elements give the best results. An efficient FEM-technique is developed to simulate the incremental crack growth by successive remeshing, whereby the deformations and internal state variables are mapped from the old mesh onto the new one. The developed techniques are demonstrated and discussed for two-dimensional examples like TMF-specimens. Recommendations are made regarding important numerical control parameters like optimal size of crack tip elements, length of crack growth increment in relation to plastic zone size and ΔCTOD value.
  • Zur Bewertung des Rissfortschritts unter thermomechanischer Ermüdung (TMF) ist die zyklische Rissöffnungsverschiebung ΔCTOD ein aussichtsreicher bruchmechanischer Beanspruchungsparameter. In dieser Arbeit werden unter Anwendung eines viskoplastischen, temperaturabhängigen Materialmodells geeignete FEM-Techniken für die akkurate Berechnung des ΔCTOD bei TMF erprobt und verglichen. Als beste Technik hat sich die Verwendung kollabierter Rissspitzenelemente erwiesen. Es wurde ein effizienter FEM-Algorithmus zur Simulation der Rissausbreitung mit inkrementeller Neuvernetzung entwickelt, bei dem die Verformungen und inelastischen Zustandsvariablen jeweils vom alten auf das neue Netz übertragen werden. Die erarbeiteten Techniken werden am Beispiel von zweidimensionalen Strukturen und TMF-Proben vorgestellt und diskutiert. Dabei werden wesentliche Kontrollparameter der Simulation wie optimale Grösse der Rissspitzenelemente, Länge des Rissinkrementes in Relation zur plastischen Zone und demZur Bewertung des Rissfortschritts unter thermomechanischer Ermüdung (TMF) ist die zyklische Rissöffnungsverschiebung ΔCTOD ein aussichtsreicher bruchmechanischer Beanspruchungsparameter. In dieser Arbeit werden unter Anwendung eines viskoplastischen, temperaturabhängigen Materialmodells geeignete FEM-Techniken für die akkurate Berechnung des ΔCTOD bei TMF erprobt und verglichen. Als beste Technik hat sich die Verwendung kollabierter Rissspitzenelemente erwiesen. Es wurde ein effizienter FEM-Algorithmus zur Simulation der Rissausbreitung mit inkrementeller Neuvernetzung entwickelt, bei dem die Verformungen und inelastischen Zustandsvariablen jeweils vom alten auf das neue Netz übertragen werden. Die erarbeiteten Techniken werden am Beispiel von zweidimensionalen Strukturen und TMF-Proben vorgestellt und diskutiert. Dabei werden wesentliche Kontrollparameter der Simulation wie optimale Grösse der Rissspitzenelemente, Länge des Rissinkrementes in Relation zur plastischen Zone und dem ΔCTOD-Wert empfohlen.zeige mehrzeige weniger

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  • GENAUE_NUMERISCHE_BERECHNUNG_VON_BEI_THERMOMECHANISCHER_ERM_DUNGSRISSAUSBREITUNG.pdf
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Autor*innen:Rahul Ganesh, Stephan Gesell, M. Kuna, Bernard FedelichORCiD, B. Kiefer
Dokumenttyp:Beitrag zu einem Tagungsband
Veröffentlichungsform:Graue Literatur
Sprache:Englisch
Titel des übergeordneten Werkes (Englisch):DVM-Bericht: Bruchmechanische Werkstoff- und Bauteilbewertung: Beanspruchungsanalyse, Prüfmethoden und Anwendungen
Jahr der Erstveröffentlichung:2021
Organisationseinheit der BAM:5 Werkstofftechnik
5 Werkstofftechnik / 5.2 Metallische Hochtemperaturwerkstoffe
5 Werkstofftechnik / 5.5 Materialmodellierung
Verlag:DVM (Deutscher Verband für Materialforschung und -prüfung)
Verlagsort:Berlin
Erste Seite:1
Letzte Seite:10
DDC-Klassifikation:Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / Ingenieurwissenschaften / Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
Freie Schlagwörter:Crack growth; Crack tip opening displacement; Thermomechanical fatigue
Themenfelder/Aktivitätsfelder der BAM:Material
Material / Degradation von Werkstoffen
Veranstaltung:53. Tagung des Arbeitskreises "Bruchmechanik und Bauteilsicherheit"
Veranstaltungsort:Online meeting
Beginndatum der Veranstaltung:18.02.2021
Enddatum der Veranstaltung:19.02.2021
Verfügbarkeit des Dokuments:Datei im Netzwerk der BAM verfügbar ("Closed Access")
Datum der Freischaltung:28.04.2021
Referierte Publikation:Nein
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