TY - THES

T1 - Vorgehensweise zur Implementierung von Werkstoffmodellen in die Lebensdauerbewertung von thermo-mechanisch beanspruchten Komponenten

AU - Fortin, Martin

N1 - gesperrt bis null

PY - 2009

Y1 - 2009

N2 - Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Verifizierung von Methoden zur Abschätzung der Lebensdauer sowie der Parametrierung und Implementierung von Werkstoffmodellen zur Untersuchung der Belastungssituation von thermo-mechanisch beanspruchten Bauteilen. Es wird ein Überblick von Werkstoffmodellen und deren Möglichkeit zur Anwendung hinsichtlich der Verwendung zur Simulation thermo-mechanisch beanspruchter Bauteile gegeben. Dazu wurden verschiedene Modelle zur Beschreibung des Werkstoffverhaltens, die im kommerziellen Finite Elemente Solver Abaqus enthalten sind, bezüglich ihrer Anwendung zur Simulation untersucht. Im Zuge der Arbeit wurde eine Routine zur Erstellung von Materialparametern für das nonlinear isotropic/kinematic hardening Modell aus TMF-Versuchsdaten erstellt. Die Parametrierung dieser Größen basiert auf im Versuch gemessenen Spannungs-Dehnungs-Verläufen, wobei die Ermittlung der Parameter mittels einer uneingeschränkten nichtlinearen Optimierung in Matlab erfolgt. Mit dem gewählten Materialmodell ist es möglich, komplizierte Belastungssituationen bei überlagerter thermischer und mechanischer Beanspruchung in komplexen Bauteilen nach zu bilden. Zur qualitativen Verifizierung der durch die generierte Routine berechneten Materialparameter wurde ein Simulationsmodell erstellt und die gefundenen Parameter in dieses eingebunden. Die Implementierung des Werkstoffmodells erfolgte über eine User Subroutine, die abhängig von der Belastungssituation die entsprechenden Parameter zur Abbildung des Werkstoffverhaltens auswählt. Dieser Vorgang ermöglicht es, die Belastungen in der Struktur abhängig von Temperatur, Dehnungsbehinderung und Belastungsrichtung zu ermitteln. Die in der Simulation ermittelten Spannungs- und Dehnungsgrößen werden als Grundlage für eine Lebensdauerabschätzung herangezogen. Dabei werden unterschiedliche Konzepte miteinander verglichen und gegenübergestellt sowie deren Aussagekraft qualitativ bewertet. Die vorliegende Arbeit gibt einen Überblick über die wesentlichsten Methoden zur Lebensdauerbewertung von thermisch und mechanisch beanspruchten Bauteilen und zeigt die Möglichkeit der Anpassung und Implementierung eines Werkstoffmodells in einen kommerziellen FE-Solver.

AB - Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Verifizierung von Methoden zur Abschätzung der Lebensdauer sowie der Parametrierung und Implementierung von Werkstoffmodellen zur Untersuchung der Belastungssituation von thermo-mechanisch beanspruchten Bauteilen. Es wird ein Überblick von Werkstoffmodellen und deren Möglichkeit zur Anwendung hinsichtlich der Verwendung zur Simulation thermo-mechanisch beanspruchter Bauteile gegeben. Dazu wurden verschiedene Modelle zur Beschreibung des Werkstoffverhaltens, die im kommerziellen Finite Elemente Solver Abaqus enthalten sind, bezüglich ihrer Anwendung zur Simulation untersucht. Im Zuge der Arbeit wurde eine Routine zur Erstellung von Materialparametern für das nonlinear isotropic/kinematic hardening Modell aus TMF-Versuchsdaten erstellt. Die Parametrierung dieser Größen basiert auf im Versuch gemessenen Spannungs-Dehnungs-Verläufen, wobei die Ermittlung der Parameter mittels einer uneingeschränkten nichtlinearen Optimierung in Matlab erfolgt. Mit dem gewählten Materialmodell ist es möglich, komplizierte Belastungssituationen bei überlagerter thermischer und mechanischer Beanspruchung in komplexen Bauteilen nach zu bilden. Zur qualitativen Verifizierung der durch die generierte Routine berechneten Materialparameter wurde ein Simulationsmodell erstellt und die gefundenen Parameter in dieses eingebunden. Die Implementierung des Werkstoffmodells erfolgte über eine User Subroutine, die abhängig von der Belastungssituation die entsprechenden Parameter zur Abbildung des Werkstoffverhaltens auswählt. Dieser Vorgang ermöglicht es, die Belastungen in der Struktur abhängig von Temperatur, Dehnungsbehinderung und Belastungsrichtung zu ermitteln. Die in der Simulation ermittelten Spannungs- und Dehnungsgrößen werden als Grundlage für eine Lebensdauerabschätzung herangezogen. Dabei werden unterschiedliche Konzepte miteinander verglichen und gegenübergestellt sowie deren Aussagekraft qualitativ bewertet. Die vorliegende Arbeit gibt einen Überblick über die wesentlichsten Methoden zur Lebensdauerbewertung von thermisch und mechanisch beanspruchten Bauteilen und zeigt die Möglichkeit der Anpassung und Implementierung eines Werkstoffmodells in einen kommerziellen FE-Solver.

KW - thermo mechanical fatigue material models user subroutine lifetime prediction

KW - thermo-mechanische Ermüfung Werkstoffmodell User Subroutine Lebensdauerabschätzung

M3 - Diplomarbeit

ER -