TY - THES

T1 - Automatische Parameterermittlung von thermo-mechanisch beanspruchten Proben

AU - Stanojevic, Aleksandar

N1 - gesperrt bis null

PY - 2012

Y1 - 2012

N2 - Im Zuge dieser Arbeit wurden zyklisch beanspruchte Werkstoffproben untersucht, wobei sich aufgrund zyklischen Ermüdungsverhaltens zwangsläufig Risse an der Oberfläche der Probe ausbilden. Um besseres Verständnis über das Verhalten von Rissen zu erhalten, wurde eine neue Methode entwickelt, die mittels digitaler Bildverarbeitung, automatisch Risse erkennt und daraus Rissparameter, wie z.B. Risslänge, Rissbreite, Rissabstand und Öffnungswinkel, berechnet. Zusammenhänge zwischen diesen Rissparametern und der Bruchschwingspielzahl konnten hergestellt werden. Außerdem wurde ein Programm erstellt, das Parameter für ein Materialmodell, welches in FE-Simulationsprogrammen zur Nachbildung des plastischen Verhaltens von Werkstoffen verwendet wird, ermittelt. Die vorgestellten Methoden wurden unter Verwendung von MATLAB erstellt und sollen die behandelnden Thematiken weitestgehend automatisiert behandeln, um personenbezogene Einflüsse zu minimieren und somit eine objektive Betrachtungsweise zu gewährleisten. Die Ermittlung der realen Bruchschwingspielzahl, welche eine deutlich höhere Bruchspannung erträgt, soll die versuchstechnisch bedingte Unzulänglichkeit, den Versuch erst bei Bruch oder dem Erreichen einer besonders niedrigen Spannung abzuschließen, kompensieren. Damit entspricht die Angabe des ermittelten Spannungs-Lebensdauer-Wertepaares realistischen Werten. Werden anhand gebrochener TMF-Proben („thermo-mechanical fatigue“ - Thermo-mechanische Ermüdung) Schliffe angefertigt und anschließend mikroskopiert, können an der Oberfläche der Probe Risse beobachtet werden. Wird nun ein Bild dieses mikroskopischen Bereiches aufgenommen, können Risse durch das Anwenden von bildverarbeitenden Methoden und eingeführten Algorithmen eindeutig erkannt und Rissparameter berechnet werden. Diese können den zuvor ermittelten realen Bruchschwingspielzahlen gegenübergestellt werden, womit sich Zusammenhänge von Rissparametern mit steigender Lebensdauer ableiten lassen. Ein weiterer Bereich dieser Arbeit befasst sich mit der automatischen Ermittlung von Materialparametern auf Basis des stabilisierten Zyklus bei halber Bruchschwingspielzahl, die das Nachbilden einer Spannungs-Dehnungs-Hysterese ermöglichen. Der temperaturabhängige Parametersatz, lässt sich durch Annäherung an den plastischen Bereich der gemessenen Hysterese ermitteln. Die Methoden wurden an zwei Versuchsserien mit unterschiedlichem Werkstoff angewandt. Anhand den gebrochenen Proben und den aufgenommenen Versuchsdaten, konnten sowohl die Ermittlung der realen Lebensdauer und der Materialparameter für das verwendete Materialmodell, als auch die automatische Risserkennung und Rissparameterberechnung, evaluiert werden. Die zufriedenstellenden Ergebnisse ermöglichen die Einbindung der vorgestellten Methoden im Auswerteprozess.

AB - Im Zuge dieser Arbeit wurden zyklisch beanspruchte Werkstoffproben untersucht, wobei sich aufgrund zyklischen Ermüdungsverhaltens zwangsläufig Risse an der Oberfläche der Probe ausbilden. Um besseres Verständnis über das Verhalten von Rissen zu erhalten, wurde eine neue Methode entwickelt, die mittels digitaler Bildverarbeitung, automatisch Risse erkennt und daraus Rissparameter, wie z.B. Risslänge, Rissbreite, Rissabstand und Öffnungswinkel, berechnet. Zusammenhänge zwischen diesen Rissparametern und der Bruchschwingspielzahl konnten hergestellt werden. Außerdem wurde ein Programm erstellt, das Parameter für ein Materialmodell, welches in FE-Simulationsprogrammen zur Nachbildung des plastischen Verhaltens von Werkstoffen verwendet wird, ermittelt. Die vorgestellten Methoden wurden unter Verwendung von MATLAB erstellt und sollen die behandelnden Thematiken weitestgehend automatisiert behandeln, um personenbezogene Einflüsse zu minimieren und somit eine objektive Betrachtungsweise zu gewährleisten. Die Ermittlung der realen Bruchschwingspielzahl, welche eine deutlich höhere Bruchspannung erträgt, soll die versuchstechnisch bedingte Unzulänglichkeit, den Versuch erst bei Bruch oder dem Erreichen einer besonders niedrigen Spannung abzuschließen, kompensieren. Damit entspricht die Angabe des ermittelten Spannungs-Lebensdauer-Wertepaares realistischen Werten. Werden anhand gebrochener TMF-Proben („thermo-mechanical fatigue“ - Thermo-mechanische Ermüdung) Schliffe angefertigt und anschließend mikroskopiert, können an der Oberfläche der Probe Risse beobachtet werden. Wird nun ein Bild dieses mikroskopischen Bereiches aufgenommen, können Risse durch das Anwenden von bildverarbeitenden Methoden und eingeführten Algorithmen eindeutig erkannt und Rissparameter berechnet werden. Diese können den zuvor ermittelten realen Bruchschwingspielzahlen gegenübergestellt werden, womit sich Zusammenhänge von Rissparametern mit steigender Lebensdauer ableiten lassen. Ein weiterer Bereich dieser Arbeit befasst sich mit der automatischen Ermittlung von Materialparametern auf Basis des stabilisierten Zyklus bei halber Bruchschwingspielzahl, die das Nachbilden einer Spannungs-Dehnungs-Hysterese ermöglichen. Der temperaturabhängige Parametersatz, lässt sich durch Annäherung an den plastischen Bereich der gemessenen Hysterese ermitteln. Die Methoden wurden an zwei Versuchsserien mit unterschiedlichem Werkstoff angewandt. Anhand den gebrochenen Proben und den aufgenommenen Versuchsdaten, konnten sowohl die Ermittlung der realen Lebensdauer und der Materialparameter für das verwendete Materialmodell, als auch die automatische Risserkennung und Rissparameterberechnung, evaluiert werden. Die zufriedenstellenden Ergebnisse ermöglichen die Einbindung der vorgestellten Methoden im Auswerteprozess.

KW - lifetime

KW - thermo-mechanical fatigue

KW - matlab

KW - automatic

KW - crack

KW - digital image processing

KW - material model

KW - Lebensdauer

KW - thermo-mechanische Ermüdung

KW - Matlab

KW - automatisch

KW - Riss

KW - digitale Bildverarbeitung

KW - Werkstoffmodell

M3 - Diplomarbeit

ER -