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T1 - Thermomechanische Ermüdung des Gusseisenwerkstoffes GJV450

AU - Winter, Gerhard

N1 - nicht gesperrt

PY - 2008

Y1 - 2008

N2 - Mit dieser Arbeit soll das thermomechanische Ermüdungsverhalten (TMF, thermomechanical fatigue) des Eisengusswerkstoffes GJV450 untersucht werden. Bei diesem Werkstoff handelt es sich im Motorenbau um eine interessante Möglichkeit, die immer höher werdenden Anforderungen hinsichtlich Leistung, Gewicht und Umwelt erfüllen zu können. Dieser Werkstoff kann im Zylinderkopf eines Motors vor allem dort eingesetzt werden, wo aufgrund der hohen Leistungen Aluminium oder typisches graues Gusseisen nicht mehr zufriedenstellend verwendet werden kann. Eine detaillierte Charakterisierung hinsichtlich thermischer und mechanischer Einflüsse unter thermomechanischer Ermüdung soll nicht nur die Leistungsgrenzen dieses Werkstoffes aufzeigen, sondern auch Aufschluss über das Versagensverhalten geben. Hochentwickelte Bauteile wie Zylinderköpfe können heute mit Methoden der Finiten Elemente hinsichtlich mechanischer und thermischer Lasten berechnet werden, um Aussagen hinsichtlich der Beanspruchung zu erhalten. Auf Basis dieser Beanspruchungen ist es möglich, örtliche Schädigungen zu berechnen und eine Bewertung des Bauteils hinsichtlich der zu erwartenden Lebensdauer zu machen. Werden quasistatische bzw. isotherme Kennwerte für diese Berechnungen verwendet, so können die im Bauteilversuch ermittelten Ergebnisse teilweise nicht abgebildet werden. Ein weiterer Punkt beinhaltet die Anwendung von Werkstoffmodellen bzw. Lebensdauermodellen, wobei die im TMF Versuch ermittelten Ergebnisse in der Simulation abgebildet werden. Die Erkenntnisse aus den TMF Versuchen zeigen, dass aufgrund des Schädigungsverhaltens konventionelle empirische Ansätze zur Lebensdauerermittlung, basierend auf Spannungs- und Dehnungskennwerten, nur bedingt geeignet sind. Aus diesen Erkenntnissen, die sowohl aus den TMF Versuchen als auch aus der Simulation gewonnen werden konnten, ist ein modifizierter Ansatz auf Basis einer Temperaturwöhlerlinie erstellt worden, welcher verbesserte Ergebnisse in der Simulation liefert. Mit dieser Methode sowie unter Berücksichtigung der gewonnenen Erkenntnisse kann eine verbesserte Lebensdauerbewertung von Bauteilen durchgeführt werden. Eine Abstimmung dieser Resultate mit den Erfahrungen an realen Bauteilen kann zu weiteren Verbesserungen führen. Ein daraus abgeleitetes optimiertes Modell kann somit zur Lebensdauerbewertung unter TMF Beanspruchung in den Produktentwicklungsprozess als fixer Bestandteil eingebunden werden.

AB - Mit dieser Arbeit soll das thermomechanische Ermüdungsverhalten (TMF, thermomechanical fatigue) des Eisengusswerkstoffes GJV450 untersucht werden. Bei diesem Werkstoff handelt es sich im Motorenbau um eine interessante Möglichkeit, die immer höher werdenden Anforderungen hinsichtlich Leistung, Gewicht und Umwelt erfüllen zu können. Dieser Werkstoff kann im Zylinderkopf eines Motors vor allem dort eingesetzt werden, wo aufgrund der hohen Leistungen Aluminium oder typisches graues Gusseisen nicht mehr zufriedenstellend verwendet werden kann. Eine detaillierte Charakterisierung hinsichtlich thermischer und mechanischer Einflüsse unter thermomechanischer Ermüdung soll nicht nur die Leistungsgrenzen dieses Werkstoffes aufzeigen, sondern auch Aufschluss über das Versagensverhalten geben. Hochentwickelte Bauteile wie Zylinderköpfe können heute mit Methoden der Finiten Elemente hinsichtlich mechanischer und thermischer Lasten berechnet werden, um Aussagen hinsichtlich der Beanspruchung zu erhalten. Auf Basis dieser Beanspruchungen ist es möglich, örtliche Schädigungen zu berechnen und eine Bewertung des Bauteils hinsichtlich der zu erwartenden Lebensdauer zu machen. Werden quasistatische bzw. isotherme Kennwerte für diese Berechnungen verwendet, so können die im Bauteilversuch ermittelten Ergebnisse teilweise nicht abgebildet werden. Ein weiterer Punkt beinhaltet die Anwendung von Werkstoffmodellen bzw. Lebensdauermodellen, wobei die im TMF Versuch ermittelten Ergebnisse in der Simulation abgebildet werden. Die Erkenntnisse aus den TMF Versuchen zeigen, dass aufgrund des Schädigungsverhaltens konventionelle empirische Ansätze zur Lebensdauerermittlung, basierend auf Spannungs- und Dehnungskennwerten, nur bedingt geeignet sind. Aus diesen Erkenntnissen, die sowohl aus den TMF Versuchen als auch aus der Simulation gewonnen werden konnten, ist ein modifizierter Ansatz auf Basis einer Temperaturwöhlerlinie erstellt worden, welcher verbesserte Ergebnisse in der Simulation liefert. Mit dieser Methode sowie unter Berücksichtigung der gewonnenen Erkenntnisse kann eine verbesserte Lebensdauerbewertung von Bauteilen durchgeführt werden. Eine Abstimmung dieser Resultate mit den Erfahrungen an realen Bauteilen kann zu weiteren Verbesserungen führen. Ein daraus abgeleitetes optimiertes Modell kann somit zur Lebensdauerbewertung unter TMF Beanspruchung in den Produktentwicklungsprozess als fixer Bestandteil eingebunden werden.

KW - thermomechanical fatiuge

KW - TMF

KW - cast iron

KW - CGI

KW - GJV450

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KW - Thermomechanische Ermüdung

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KW - Gusseisen mit Vermiculargraphit

KW - GJV

KW - GJV450

KW - Betriebsfestigkeit

KW - Werkstoffmodell

KW - Lebensdauermodell

M3 - Dissertation

ER -