TY - THES

T1 - Entwicklung einer Auslegungs- und Optimierungsmethode für Hochdruckbauteile

AU - Müther, Alexander

N1 - gesperrt bis 20-03-2019

PY - 2014

Y1 - 2014

N2 - In hochbelasteten Bauteilen können durch unterschiedliche Fertigungsverfahren Eigenspannungen hervorgerufen werden, die die Gesamtspannung im Betrieb verringern. Um den Auslegungs‐ und Optimierungsprozess zu beschleunigen, stellen automatisierte Berechnungsabläufe dabei eine wertvolle Unterstützung dar. Diese Arbeit beinhaltet den Aufbau und die Anwendung eines analytischen Berechnungswerkzeuges mit MS EXCEL für die Bestimmung der Spannungszustände in hoch belasteten Bauteilen. Dabei werden die Berechnungen der Eigen-spannungs‐ und Betriebsspannungszustände von unterschiedlichen Herstellungsarten der Bauteile in das Auslegungswerkzeug implementiert. Die Berechnungen basieren auf Berechnungsvorschriften aus der Fachliteratur und dem ASME Code, der zusätzlich bestimmte werkstoffliche Effekte berücksichtigt. Zudem ermöglicht das Berechnungswerkzeug eine überschlagsmäßige Lebensdauerabschätzung auf Basis der linearen Schadensakkumulation nach Miner. Durch die Kopplung der erstellten Berechnungsblätter mit der frei verfügbaren Software DAKOTA ist die Optimierung von Spannungszuständen unter Berücksichtigung geometrischer und prozessspezifischer Eingangsgrößen möglich. Weiterhin erfolgt zur Validierung des entwickelten Werkzeuges und der implementierten Optimierungsstrategie eine Anwendung des MS EXCEL Tools auf ausgewählte hochbelastete Bauteile. Die Durchführung umfangreicher Optimierungsversuche ermöglichte die Identifizierung verschiedener Optima. Die Spannungen konnten hierbei bis zu 44 % reduziert werden und Belastbarkeiten bis zu 30 % bei gleichbleibender Schädigung erhöht werden.

AB - In hochbelasteten Bauteilen können durch unterschiedliche Fertigungsverfahren Eigenspannungen hervorgerufen werden, die die Gesamtspannung im Betrieb verringern. Um den Auslegungs‐ und Optimierungsprozess zu beschleunigen, stellen automatisierte Berechnungsabläufe dabei eine wertvolle Unterstützung dar. Diese Arbeit beinhaltet den Aufbau und die Anwendung eines analytischen Berechnungswerkzeuges mit MS EXCEL für die Bestimmung der Spannungszustände in hoch belasteten Bauteilen. Dabei werden die Berechnungen der Eigen-spannungs‐ und Betriebsspannungszustände von unterschiedlichen Herstellungsarten der Bauteile in das Auslegungswerkzeug implementiert. Die Berechnungen basieren auf Berechnungsvorschriften aus der Fachliteratur und dem ASME Code, der zusätzlich bestimmte werkstoffliche Effekte berücksichtigt. Zudem ermöglicht das Berechnungswerkzeug eine überschlagsmäßige Lebensdauerabschätzung auf Basis der linearen Schadensakkumulation nach Miner. Durch die Kopplung der erstellten Berechnungsblätter mit der frei verfügbaren Software DAKOTA ist die Optimierung von Spannungszuständen unter Berücksichtigung geometrischer und prozessspezifischer Eingangsgrößen möglich. Weiterhin erfolgt zur Validierung des entwickelten Werkzeuges und der implementierten Optimierungsstrategie eine Anwendung des MS EXCEL Tools auf ausgewählte hochbelastete Bauteile. Die Durchführung umfangreicher Optimierungsversuche ermöglichte die Identifizierung verschiedener Optima. Die Spannungen konnten hierbei bis zu 44 % reduziert werden und Belastbarkeiten bis zu 30 % bei gleichbleibender Schädigung erhöht werden.

KW - apparatus engineering

KW - fatigue strength

KW - fatigue

KW - optimization

KW - development of a design tool

KW - lifetime prediction

KW - Apparatebau

KW - Betriebsfestigkeit

KW - Ermüdung

KW - Optimierung

KW - Entwicklung eines Auslegungswerkzeuges

KW - Lebensdauerabschätzung

M3 - Diplomarbeit

ER -