TY - THES

T1 - Thermomechanische Ermüdung von bauteilnahen zylindrischen Hohlkörpern

AU - Spary, Michael

N1 - gesperrt bis 14-05-2014

PY - 2013

Y1 - 2013

N2 - Die vorliegende Arbeit setzt sich zum Ziel das Prüfungsgebiet für thermomechanische Ermüdung (thermo-mechanical-fatigue, TMF) zu erweitern. Die TMF-Prüfmethode zeigt gegenüber isothermen Versuchen bereits eine bessere Nachbildung der tatsächlichen Beanspruchung. Um diese Übereinstimmung weiter zu steigern werden TMF-Versuche an bauteilnahen Geometrien angestrebt. Einflussfaktoren welche beispielsweise geometriebedingter Natur sind, werden mit der Modellprobe (zylindrischer Vollkörper mit polierter Oberfläche), hier Standardprobe genannt nicht berücksichtigt. Bauteilversuche hingegen sind mit einem sehr großen Aufwand verbunden, daher werden in dieser Arbeit bauteilnahe Versuche an Rohren durchgeführt. Der TMF-Prüfstand wurde für die Anforderungen, welche der Hohlkörper in der Form eines zylindrischen Rohres mit einem Außendurchmesser von 23 mm und einer Wandstärke von 1 mm stellt, angepasst. Das Spannsystem, die Induktionsspule und die Art der Temperaturmessung wurden als Hauptkomponenten des TMF-Prüfstandes für den Einsatz von Rohren adaptiert. TMF-Versuche mit gleichen Prüfparametern für die Standardprobe und der Rohrprobe wurden durchgeführt. Die Phasenlage der thermischen zur mechanischen Dehnung erfolgte bei der ersten Versuchsreihe in gleicher Phasenlage (Inphase, IP) und in der zweiten Versuchsreihe um 180° Phasenversetz (Out of Phase, OoP). Einflüsse aus der Variation der Maximaltemperatur sowie aus den unterschiedlichen Dehnungsbehinderungen wurden in den beiden Versuchsmoden IP und OoP durchgeführt. Die entstandenen zeitlichen Verläufe von Spannung und Dehnung werden untersucht und miteinander verglichen. Die Spannungsverläufe im OoP-Versuch zeigen bei beiden Probenformen gleiche Verfestigungsmechanismen, bei IP-Versuchen sind die Spannungsverläufe von Rohrprobe und Standardprobe konträr. Der Vergleich der entstandenen Spannungs-Dehnungs Hysteresen zeigt eine gleiche Entwicklung bei beiden Probenformen im Laufe des Versuchs. Der Vergleich der Lebensdauer zwischen den beiden Probekörpern zeigt eine 3-fach höhere ertragbare Zyklenzahl der Standradprobe gegenüber der Rohrprobe. Die relative Änderung der Lebensdauer lässt erkennen, dass geänderte Prüfparameter auf jede Probenform die gleiche Auswirkung haben. Die abschließende Analyse der Bruchflächen von beiden Prüfkörpern zeigt ein ähnliches Schema im Schadensbild und im Risswachstum.

AB - Die vorliegende Arbeit setzt sich zum Ziel das Prüfungsgebiet für thermomechanische Ermüdung (thermo-mechanical-fatigue, TMF) zu erweitern. Die TMF-Prüfmethode zeigt gegenüber isothermen Versuchen bereits eine bessere Nachbildung der tatsächlichen Beanspruchung. Um diese Übereinstimmung weiter zu steigern werden TMF-Versuche an bauteilnahen Geometrien angestrebt. Einflussfaktoren welche beispielsweise geometriebedingter Natur sind, werden mit der Modellprobe (zylindrischer Vollkörper mit polierter Oberfläche), hier Standardprobe genannt nicht berücksichtigt. Bauteilversuche hingegen sind mit einem sehr großen Aufwand verbunden, daher werden in dieser Arbeit bauteilnahe Versuche an Rohren durchgeführt. Der TMF-Prüfstand wurde für die Anforderungen, welche der Hohlkörper in der Form eines zylindrischen Rohres mit einem Außendurchmesser von 23 mm und einer Wandstärke von 1 mm stellt, angepasst. Das Spannsystem, die Induktionsspule und die Art der Temperaturmessung wurden als Hauptkomponenten des TMF-Prüfstandes für den Einsatz von Rohren adaptiert. TMF-Versuche mit gleichen Prüfparametern für die Standardprobe und der Rohrprobe wurden durchgeführt. Die Phasenlage der thermischen zur mechanischen Dehnung erfolgte bei der ersten Versuchsreihe in gleicher Phasenlage (Inphase, IP) und in der zweiten Versuchsreihe um 180° Phasenversetz (Out of Phase, OoP). Einflüsse aus der Variation der Maximaltemperatur sowie aus den unterschiedlichen Dehnungsbehinderungen wurden in den beiden Versuchsmoden IP und OoP durchgeführt. Die entstandenen zeitlichen Verläufe von Spannung und Dehnung werden untersucht und miteinander verglichen. Die Spannungsverläufe im OoP-Versuch zeigen bei beiden Probenformen gleiche Verfestigungsmechanismen, bei IP-Versuchen sind die Spannungsverläufe von Rohrprobe und Standardprobe konträr. Der Vergleich der entstandenen Spannungs-Dehnungs Hysteresen zeigt eine gleiche Entwicklung bei beiden Probenformen im Laufe des Versuchs. Der Vergleich der Lebensdauer zwischen den beiden Probekörpern zeigt eine 3-fach höhere ertragbare Zyklenzahl der Standradprobe gegenüber der Rohrprobe. Die relative Änderung der Lebensdauer lässt erkennen, dass geänderte Prüfparameter auf jede Probenform die gleiche Auswirkung haben. Die abschließende Analyse der Bruchflächen von beiden Prüfkörpern zeigt ein ähnliches Schema im Schadensbild und im Risswachstum.

KW - Thermomechanische Ermüdung

KW - TMF

KW - Rohr

KW - tube

KW - thermo-mechanical fatigue

KW - tmf

M3 - Diplomarbeit

ER -