TY - THES

T1 - Untersuchungen der Thermoschockbelastungen an keramischen Kugeln und Balken mit künstlichen Defekten

AU - Adlmann, Franz Alois

N1 - gesperrt bis 05-06-2017

PY - 2012

Y1 - 2012

N2 - Keramische Kugeln werden als Wälzkörper in hochbeanspruchten Lagern eingesetzt. Bisherige Untersuchungen (z.B.: Festigkeitsmessung mit dem „Notched Ball Test“) haben gezeigt, dass schon kleine Oberflächenfehler zu einer signifikanten Festigkeitsverminderung führen können. Ein rascher Temperaturwechsel (Thermoschock) erzeugt in keramischen Körpern in Abhängigkeit der thermoelastischen Eigenschaften und der Geometrie des Probekörpers, des Filmkoeffizienten und der Temperaturdifferenz transiente Spannungsfelder, die unter bestimmten Voraussetzungen zum Versagen durch Rissbildung oder -wachstum führen. Gemäß des Griffith-Irwin Kriteriums wird bei Überschreiten einer kritischen Belastung, dem sogenannten Spannungsintensitätsfaktor, an existierenden „rissartigen“ Defekten Risswachstum ausgelöst. Im theoretischen Teil dieser Arbeit wird der zeit- und ortsabhängige Verlauf der Spannungsintensitätfaktor an der Rissfront von semi-elliptischen Rissen in kugel- und balkenförmigen Proben bei einem raschen Abkühlvorgang mit Hilfe der Finite Element Methode (FEM) modelliert. Die experimentelle Validierung wird an entsprechenden Proben durchgeführt, in welche durch Knoopindentation künstliche Defekte in Form von näherungsweise semi-elliptischen Rissen eingebracht wurden. Durch systematisches Erhöhen der Temperaturdifferenz im Wasserabschreckversuch konnte jene Grenzbelastung bestimmt werden, bei der eine Schädigung durch Rissausbreitung stattfindet. Es konnte gezeigt werden, dass das validierte FE-Modell Geometrie und Position der zum Versagen führenden Defekte im Abschreckvorgang vorhersagen kann.

AB - Keramische Kugeln werden als Wälzkörper in hochbeanspruchten Lagern eingesetzt. Bisherige Untersuchungen (z.B.: Festigkeitsmessung mit dem „Notched Ball Test“) haben gezeigt, dass schon kleine Oberflächenfehler zu einer signifikanten Festigkeitsverminderung führen können. Ein rascher Temperaturwechsel (Thermoschock) erzeugt in keramischen Körpern in Abhängigkeit der thermoelastischen Eigenschaften und der Geometrie des Probekörpers, des Filmkoeffizienten und der Temperaturdifferenz transiente Spannungsfelder, die unter bestimmten Voraussetzungen zum Versagen durch Rissbildung oder -wachstum führen. Gemäß des Griffith-Irwin Kriteriums wird bei Überschreiten einer kritischen Belastung, dem sogenannten Spannungsintensitätsfaktor, an existierenden „rissartigen“ Defekten Risswachstum ausgelöst. Im theoretischen Teil dieser Arbeit wird der zeit- und ortsabhängige Verlauf der Spannungsintensitätfaktor an der Rissfront von semi-elliptischen Rissen in kugel- und balkenförmigen Proben bei einem raschen Abkühlvorgang mit Hilfe der Finite Element Methode (FEM) modelliert. Die experimentelle Validierung wird an entsprechenden Proben durchgeführt, in welche durch Knoopindentation künstliche Defekte in Form von näherungsweise semi-elliptischen Rissen eingebracht wurden. Durch systematisches Erhöhen der Temperaturdifferenz im Wasserabschreckversuch konnte jene Grenzbelastung bestimmt werden, bei der eine Schädigung durch Rissausbreitung stattfindet. Es konnte gezeigt werden, dass das validierte FE-Modell Geometrie und Position der zum Versagen führenden Defekte im Abschreckvorgang vorhersagen kann.

KW - thermal quenching

KW - MFE

KW - fracture mechanics

KW - ceramic

KW - siliconnitride

KW - Thermoschock

KW - FEM

KW - Bruchmechanik

KW - Keramik

KW - Siliziumnitrid

M3 - Diplomarbeit

ER -