Thermomechanische Ermüdung von bauteilnahen zylindrischen Hohlkörpern

Publikationen: Thesis / Studienabschlussarbeiten und HabilitationsschriftenDiplomarbeit

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Thermomechanische Ermüdung von bauteilnahen zylindrischen Hohlkörpern. / Spary, Michael.
2013.

Publikationen: Thesis / Studienabschlussarbeiten und HabilitationsschriftenDiplomarbeit

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@phdthesis{373473fbc9c24d50957c010544327d57,
title = "Thermomechanische Erm{\"u}dung von bauteilnahen zylindrischen Hohlk{\"o}rpern",
abstract = "Die vorliegende Arbeit setzt sich zum Ziel das Pr{\"u}fungsgebiet f{\"u}r thermomechanische Erm{\"u}dung (thermo-mechanical-fatigue, TMF) zu erweitern. Die TMF-Pr{\"u}fmethode zeigt gegen{\"u}ber isothermen Versuchen bereits eine bessere Nachbildung der tats{\"a}chlichen Beanspruchung. Um diese {\"U}bereinstimmung weiter zu steigern werden TMF-Versuche an bauteilnahen Geometrien angestrebt. Einflussfaktoren welche beispielsweise geometriebedingter Natur sind, werden mit der Modellprobe (zylindrischer Vollk{\"o}rper mit polierter Oberfl{\"a}che), hier Standardprobe genannt nicht ber{\"u}cksichtigt. Bauteilversuche hingegen sind mit einem sehr gro{\ss}en Aufwand verbunden, daher werden in dieser Arbeit bauteilnahe Versuche an Rohren durchgef{\"u}hrt. Der TMF-Pr{\"u}fstand wurde f{\"u}r die Anforderungen, welche der Hohlk{\"o}rper in der Form eines zylindrischen Rohres mit einem Au{\ss}endurchmesser von 23 mm und einer Wandst{\"a}rke von 1 mm stellt, angepasst. Das Spannsystem, die Induktionsspule und die Art der Temperaturmessung wurden als Hauptkomponenten des TMF-Pr{\"u}fstandes f{\"u}r den Einsatz von Rohren adaptiert. TMF-Versuche mit gleichen Pr{\"u}fparametern f{\"u}r die Standardprobe und der Rohrprobe wurden durchgef{\"u}hrt. 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). Einfl{\"u}sse aus der Variation der Maximaltemperatur sowie aus den unterschiedlichen Dehnungsbehinderungen wurden in den beiden Versuchsmoden IP und OoP durchgef{\"u}hrt. Die entstandenen zeitlichen Verl{\"a}ufe von Spannung und Dehnung werden untersucht und miteinander verglichen. Die Spannungsverl{\"a}ufe im OoP-Versuch zeigen bei beiden Probenformen gleiche Verfestigungsmechanismen, bei IP-Versuchen sind die Spannungsverl{\"a}ufe von Rohrprobe und Standardprobe kontr{\"a}r. 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 Probek{\"o}rpern zeigt eine 3-fach h{\"o}here ertragbare Zyklenzahl der Standradprobe gegen{\"u}ber der Rohrprobe. Die relative {\"A}nderung der Lebensdauer l{\"a}sst erkennen, dass ge{\"a}nderte Pr{\"u}fparameter auf jede Probenform die gleiche Auswirkung haben. Die abschlie{\ss}ende Analyse der Bruchfl{\"a}chen von beiden Pr{\"u}fk{\"o}rpern zeigt ein {\"a}hnliches Schema im Schadensbild und im Risswachstum.",
keywords = "Thermomechanische Erm{\"u}dung, TMF, Rohr, tube, thermo-mechanical fatigue, tmf",
author = "Michael Spary",
note = "gesperrt bis 14-05-2014",
year = "2013",
language = "Deutsch",
type = "Diploma Thesis",

}

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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 -