Technik, Technologie
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Dokumenttyp
Sprache
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Referierte Publikation
- nein (114)
Schlagworte
- Aufdampfschicht (2)
- Barkhauseneffekt (2)
- Biegung (2)
- Magnetowiderstand (2)
- Aluminium (1)
- Analyse (1)
- Asymptotisches Rißspitzenfeld (1)
- Aufdachung (1)
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- Autobahnwegweiserbrücken (1)
Das elastische Verhalten von Al-St-Freileitungsseilen
kann in befriedigender Weise aus dem der Drahtkomponenten hergeleitet werden. Bei voraussetzungsgemäß gleichen Drahtwerkstoffen ändert sich das elastische Verhalten von
Verbundseilen innerhalb weiter Grenzen mit dem Seilaufbau (Flechtformel, Schlagwinkel, Zahl der Drahtlagen und Drahtdurchmesser).
Die sicherheitstechnische Auslegung von Behältern aus duktilem Gusseisen mit erhöhten Reststoffanteilen wird untersucht. Ausgehend von den zu gewährleistenden Anforderungen an Transport- und Lagerbehälter für radioaktive Abfälle werden Referenzbeanspruchungs- situationen definiert. Für einen ausgewählten Referenzfall (bestehend aus der Kombination der Behälterbauart Gusscontainer Typ VI, einem Absturz aus 5 m Höhe auf ein hartes Endlagergestein simulierendes Betonfundament als repräsentativer Störfall und vorgegebenen Werkstoffeigenschaften) wird eine numerische Spannungsanalyse durchgeführt. Die Berechnungen erfolgen mit der Methode der finiten Elemente an dreidimensionalen Modellen, deren numerische Stabilität und Genauigkeit überprüft wird. Zur Berechnung der Behälterbeanspruchungen in Abhängigkeit vom Reststoffanteil werden dynamische Fließkurven für definiert legierte Testabgüsse angegeben.
Die für einen erfolgreichen Einsatz von Festschmierstoffen zur Minderung von Reibung und Verschleiß systembestimmender Parameter wie Last, Geschwindigkeit, Temperatur, umgebende Atmosphäre, Filmbildung und -haltung sowie die Anwendungstechnologien werden dargestellt, ferner Modellvorstellungen zum Verschleißverhalten von Festschmierstoffen im Hinblick auf konkrete Anwendungsfälle diskutiert.
Für die Sicherheit und Gebrauchstauglichkeit von geschweißten Behältern mit Aufdachungen unter Innendruck müssen die Biegezusatzspannungen berechnet oder wirklichkeitsnah abgeschätzt werden. Dazu können verschiedene Verfahren herangezogen werden, die sich in Aufwand, Genauigkeit und zeitlicher Verfügbarkeit des Ergebnisses unterscheiden. Beim Entwurf von Behältern, im Betrieb oder im Schadensfall kommen sie zum Einsatz.
Mit dem Ziel, die auf der Ebene der Kornstruktur ablaufenden Prozesse mit in die Beschreibung des Kriechverhaltens polykristalliner Werkstoffe einzubeziehen, wurde in der vorliegenden Arbeit zunächst die Schädigungsentwicklung einer einzelnen Korngrenze untersucht.
Hierfür wurde eine spezielle Simulationsmethode verwendet, deren Lösungsansatz auf holomorphen Funktionen basiert. Die für die Simulationen berücksichtigten Mechanismen umfassten insbesondere Nukleation, Wachstum durch Korngrenzendiffusion, Zusammenwachsen und Schrumpfen bis zum vollständigen Sintern von Korngrenzenporen. Auf Grundlage der Simulationsergebnisse konnte ein vereinfachtes Porositätsmodell entwickelt werden, welches die Korngrenzenschädigung durch zwei Zustandsvariablen und die zeitliche Entwicklung durch eine Mechanismen-orientierte Ratenformulierung beschreibt. Um den Einfluss von Korngrenzen in kontinuumsmechanischen Betrachtungen von Polykristallen berücksichtigen zu können, wurde ein Grenzflächenmodell erarbeitet, welches sowohl Schädigung entsprechend dem vereinfachten Porositätsmodell als auch Korngrenzengleiten in Abhängigkeit von einer phänomenologischen Korngrenzenviskosität umfasst. Darüber hinaus wurde ein mikromechanisches Polykristallmodell entwickelt, welches es im Rahmen von Finite-Elemente-Simulationen erlaubt, das Kriechverhalten unter Einbeziehung der Gefügestruktur eines polykristallinen Werkstoffes zu simulieren. Dabei werden die Deformationen einzelner Körner durch ein viskoplastisches Einkristallmodell und die Korngrenzen durch das entwickelte Grenzflächenmodell beschrieben. Die Gefügestruktur wird durch ein Finite-Elemente-Modell abgebildet, wobei die Korngrenzen durch kohäsive Elemente modelliert werden. Durch Auswertung experimenteller Kriechdaten konnte das Polykristallmodell für eine Kupfer-Antimon-Legierung bei einer Temperatur von 823 K kalibriert werden. Die Anpassung des Einkristallmodells erfolgte dabei anhand der Kriechraten von reinen Kupfereinkristallproben.
Die experimentelle Erfassung der Korngrenzenabgleitung und der Korngrenzenporosität für grobkörnige Kupfer-Antimon-Proben konnten hingegen zur Anpassung des Grenzflächenmodells genutzt werden. Das kalibrierte Polykristallmodell wurde abschließend in Kombination mit künstlich erzeugten Kornstrukturen genutzt, um zum einen numerische und modellierungstechnische Einflüsse auf die Simulationsergebnisse zu untersuchen. Dabei zeigte sich, dass die Vernetzungsfeinheit nur zu einer vergleichsweise geringen Beeinflussung des makroskopischen Kriechverhaltens führt. Aufgrund des nahezu inkompressiblen Deformationsverhaltens des Einkristallmodells war aber die Nutzung spezieller Kontinuumselementtypen notwendig, um das Auftreten von Volumenlocking zu verhindern. Zum anderen konnte das Kriechverhalten polykristalliner Werkstoffe, zu welchem insbesondere die versagensrelevante Schädigungsentwicklung zählt, für verschiedene Material- und Belastungsparameter analysiert werden. Speziell für die betrachtete Kupfer-Antimon-Legierung zeigte sich, dass das Kriechverhalten durch Korngrenzengleiten geprägt war. Insbesondere die Spannungsumlagerungen an den Korngrenzen waren vergleichbar mit dem Verhalten für ungehindertes Korngrenzengleiten. Darüber hinaus deuteten Simulationen für mehrachsige Belastungszustände darauf hin, dass die Schädigungsentwicklungmaßgeblich durch die maximale Hauptspannung und die von Mises-Spannung beeinflusst wird.
Die Mehrzahl der bei der technischen Anwendung metallischer Werkstoffe auftretenden Versagensursachen sind Dauerbrüche. Trotz neuer grundlegender Erkenntnisse v.a. in den letzten zehn Jahren ist es bisher nicht gelungen, die zum Dauerbruch führenden Vorgänge vollständig zu erklären.
Die bisher hauptsächlich an kubisch-flächenzentrierten Metallen sowohl an Einkristallen als auch mit vielkristallinen Proben durchgeführten Arbeiten zeigen, daß dem Eintreten des Dauerbruches eine Änderung der mechanischen Eigenschaften vorausgeht. Der Ausgangszustand des Werkstoffes, die Versuchstemperatur und die Beanspruchungsamplitude (Spannungs- oder Dehnungsamplitude) sind dafür maßgebend, ob eine Verfestigung oder eine Entfestigung des Materials eintritt. Bei den kubisch-raumzentrierten Metallen werden charakteristische, von den kubisch-flächenzentrierten Metallen abweichende mechanische Eigenschaften während der Wechselbeanspruchung beobachtet. Aus den bisher bekannten Ergebnissen wird in Analogie zum Verhalten bei einsinniger Belastung gefolgert, daß die anfängliche Verankerung von Versetzungen durch geringe Mengen von Verunreinigungen und Legierungselementen auch für die mechanischen Eigenschaften während Wechselbeanspruchung von Bedeutung sind.
Das Ziel der Arbeit ist, durch die Fortführung der bisherigen Untersuchungen zu einer weiteren Klärung des Plastizierungsprozesses (und der daran beteiligten Vorgänge) beizutragen. Hierzu wurden an normalisierten Proben von St 37-3 und St 52-3 (DIN 17100) die Änderung des Spannungs-Dehnungs-Verhaltens und die Ultraschallschwächung nach dem Impuls-Echo-Verfahren untersucht.
Bei der Besprechung der Versuchsergebnisse wurde in Analogie zum Mikro-Verformungsverhalten unter einsinniger Belastung davon ausgegangen, daß oberhalb der Grenz-Spannungsamplitude für das Auftreten eines feststellbaren mikroplastischen Anteiles der Dehnungsamplitude bereits im ersten Lastwechsel infolge örtlicher Spannungskonzentrationen vereinzelt Körner sich plastisch verformen. Diese sogenannten primär plastizierten Körner können beispielsweise über Versetzungsaufstauungen in ihren sich noch elastisch verhaltenden Nachbarkörnern hohe, der Korngröße zugeordnete Spannungen induzieren, wodurch diese Körner für eine Plastizierung besonders begünstigt werden. Unter Berücksichtigung der in den primär plastizierten Körnern stattfindenden Verfestigung läßt sich mit dieser Vorstellung der beobachtete Korngrößeneinfluß auf den Beginn der Verformungsweg-Amplitudenerhöhung erklären.
Die spannungsinduzierte Diffusion längs der Versetzungslinie wurde als eine Möglichkeit erörtert, durch Teilchen verankerte Versetzungen auch bei äußeren Spannungsamplituden, die weit unterhalb der ursprünglichen Streckgrenze liegen, zu Versetzungsquellen zu aktivieren und damit den Einfluß der Spannungsamplitude, der Korngröße und der in den plastizierten Körnern bei der Verfestigung stattfindenden Reibspannungserhöhung auf den Plastizierungsprozeß zu beschreiben. Das Verhältnis aus der Spannungsamplitude, die in den sich elastisch verhaltenden Nachbarkörnern der bereits plastizierten Körner zu erwarten ist, und der Spannungsamplitude, die in allen anderen sich elastisch verhaltenden Körnern auftritt, den Verlauf des Plastizierungsvorganges bestimmt. Die Höhe der Grenz-Spannungsamplitude für das Eintreten einer merklichen Verformungsweg-Amplitudenerhöhung ergibt sich aus der Situation, daß infolge der Reibspannungserhöhung in den primär plastizierten Körnern die in den sich elastisch verhaltenden Nachbarkörnern wirksame Spannung nicht mehr ausreicht, die spannungsinduzierte Diffusion bis zur Aktivierung von Versetzungsquellen aufrechtzuerhalten. Die Diffusionskonstante entspricht ziemlich genau dem Wert für die Diffusion des Kohlenstoffes im Ferrit; es blieb dabei die Frage offen, ob dieser Wert der Diffusion im Versetzungsschlauch oder der Diffusion von der Matrix in dem Versetzungsschlauch zuzuordnen ist.