TY - THES

T1 - Lebensdauerbewertung von Platten aus gegossenem Aluminiumknetwerkstoff AlMg4,5Mn0,7

AU - Doutio Nana, Elvis Fleury

N1 - gesperrt bis null

PY - 2013

Y1 - 2013

N2 - Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit dem Schwingfestigkeits- und Lebensdauerverhalten von Platten aus einer gegossenen Aluminiumknetlegierung AlMg4,5Mn0,7, die mit dem Horizontal-Stranggussverfahren hergestellt wurden. Die Schwingfestigkeitsuntersuchungen wurden mit Charpy-V-Proben durchgeführt wobei das Werkstoffverhalten richtungsabhängig untersucht wurde. Für die Übertragbarkeit der Probenergebnisse auf Platten wurde ein rechteckiges Plattenmodell basierend auf der Kirchhoff-Theorie erstellt, wofür zwei Lösungsmethoden abgeleitet wurden. Einerseits wurde eine analytische Lösung und anderseits eine numerische Lösung erstellt, wobei die Ergebnisse gegenübergestellt wurden. Eine Finite-Elemente Simulationen mit ABAQUS basierend auf linear elastischen Materialdaten wurde für die Platte aufgebaut, womit für unterschiedliche Einspannbedingungen Berechnungen durchgeführt wurden. Für die Lebensdauerbewertung wurde eine Platte mit einer Kreis- bzw. Ellipsenbohrung versehen, und basierend auf den Berechnungen und Werkstoffuntersuchungen eine Lebensdauerberechnung mit der Betriebs-festigkeitssoftware FEMFAT durchgeführt. Zur Evaluierung der Lebensdauerberechnung wurde ein Prüfkonzept konstruiert. Die gesamten Ergebnisse der Schwingfestigkeitsuntersuchungen zeigen nahezu identische richtungsunabhängige Schwingfestigkeitswerte in der Größenordnung von 27 N/mm2, damit zeigt sich isotropes Verhalten und eine Homogenität des Gussblocks. Die vergleichenden Ergebnisse der numerischen und analytischen Berechnungen an der Kragplatte (Fall 1) zeigen eine Näherung der analytischen Lösung bei dem 2D-Modell und einen erheblichen Unterschied mit der Lösung des 3D-Modelles. Im Gegensatz dazu gibt es bei beidseitiger Einspannung der Platte (Fall 2) eine Annäherung der analytischen Lösung mit dem 3D-Modell und einen Unterschied mit der Lösung des 2D-Modelles. Bei Einspannung benachbarter Seiten (Fall 3) ist die analytische Lösung mit den Lösungen des 2D- und 3D-Modelles nahezu ident. Hinsichtlich dreiseitiger Einspannung (Fall 4) hat das 3D-Modell die höchste Spannung gefolgt von der Spannung des 2D-Modelles und der analytischen Lösung. Eine umgekehrte Reihenfolge der Ergebnisse ergibt sich bei vollständiger Ein-spannung (Fall 5). Die Lebensdauerberechnung der Platten mit dem Kreis- und Ellipsenbohrungsmodell zeigt, dass die Ellipsenbohrung keinen Einfluss auf die Randbedingungen hat und daher zur Lebensdauerbewertung das örtliche Spannungskonzept auf Gradientenbasis für Platten mit unterschiedlichen Bohrungen vorgeschlagen werden kann.

AB - Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit dem Schwingfestigkeits- und Lebensdauerverhalten von Platten aus einer gegossenen Aluminiumknetlegierung AlMg4,5Mn0,7, die mit dem Horizontal-Stranggussverfahren hergestellt wurden. Die Schwingfestigkeitsuntersuchungen wurden mit Charpy-V-Proben durchgeführt wobei das Werkstoffverhalten richtungsabhängig untersucht wurde. Für die Übertragbarkeit der Probenergebnisse auf Platten wurde ein rechteckiges Plattenmodell basierend auf der Kirchhoff-Theorie erstellt, wofür zwei Lösungsmethoden abgeleitet wurden. Einerseits wurde eine analytische Lösung und anderseits eine numerische Lösung erstellt, wobei die Ergebnisse gegenübergestellt wurden. Eine Finite-Elemente Simulationen mit ABAQUS basierend auf linear elastischen Materialdaten wurde für die Platte aufgebaut, womit für unterschiedliche Einspannbedingungen Berechnungen durchgeführt wurden. Für die Lebensdauerbewertung wurde eine Platte mit einer Kreis- bzw. Ellipsenbohrung versehen, und basierend auf den Berechnungen und Werkstoffuntersuchungen eine Lebensdauerberechnung mit der Betriebs-festigkeitssoftware FEMFAT durchgeführt. Zur Evaluierung der Lebensdauerberechnung wurde ein Prüfkonzept konstruiert. Die gesamten Ergebnisse der Schwingfestigkeitsuntersuchungen zeigen nahezu identische richtungsunabhängige Schwingfestigkeitswerte in der Größenordnung von 27 N/mm2, damit zeigt sich isotropes Verhalten und eine Homogenität des Gussblocks. Die vergleichenden Ergebnisse der numerischen und analytischen Berechnungen an der Kragplatte (Fall 1) zeigen eine Näherung der analytischen Lösung bei dem 2D-Modell und einen erheblichen Unterschied mit der Lösung des 3D-Modelles. Im Gegensatz dazu gibt es bei beidseitiger Einspannung der Platte (Fall 2) eine Annäherung der analytischen Lösung mit dem 3D-Modell und einen Unterschied mit der Lösung des 2D-Modelles. Bei Einspannung benachbarter Seiten (Fall 3) ist die analytische Lösung mit den Lösungen des 2D- und 3D-Modelles nahezu ident. Hinsichtlich dreiseitiger Einspannung (Fall 4) hat das 3D-Modell die höchste Spannung gefolgt von der Spannung des 2D-Modelles und der analytischen Lösung. Eine umgekehrte Reihenfolge der Ergebnisse ergibt sich bei vollständiger Ein-spannung (Fall 5). Die Lebensdauerberechnung der Platten mit dem Kreis- und Ellipsenbohrungsmodell zeigt, dass die Ellipsenbohrung keinen Einfluss auf die Randbedingungen hat und daher zur Lebensdauerbewertung das örtliche Spannungskonzept auf Gradientenbasis für Platten mit unterschiedlichen Bohrungen vorgeschlagen werden kann.

KW - Betriebsfestigkeit

KW - Lebensdauer

KW - Aluminium

KW - AlMg4

KW - 5Mn0

KW - 7

KW - lifetime

KW - fatigue analysis

KW - aluminium

KW - AlMg4.5Mn0.7

KW - plate

M3 - Diplomarbeit

ER -