Fachartikel

Lebensdauervorhersage für die Graugusswerkstoffe EN-GJS-700, EN-GJV-450 und EN-GJL-250 bei kombinierter nieder- und hochfrequenter Belastung
von Mario Metzger, Offenburg, Britta Nieweg, Freiburg, und Thomas Seifert, Offenburg

Für die Werkstoffe EN-GJS-700, EN-GJV-450 und EN-GJL-250 werden die Lebensdauern unter kombinierter thermomechanischer und hochfrequenter Belastung vorhergesagt. Hierzu wird ein Mechanismen basiertes Lebensdauermodell verwendet, das auf dem Wachstum von Mikrorissen beruht.

Lebensdauervorhersage für einen Motorblock
Bild: Lebensdauervorhersage für einen Motorblock. Foto: IWM

Das Modell berücksichtigt das Wachstum von Rissen durch nieder- und überlagerte hochfrequente Belastungszyklen. Anhand von einachsigen Ermüdungsversuchen wurden die Parameter des Lebensdauermodells angepasst, sodass eine bestmögliche Lebensdauervorhersage erzielt wird. Dabei stimmen die vorhergesagten Lebensdauern gut mit den experimentell ermittelten Zyklenzahlen zum Versagen überein.

Mit dem speziell für Eisengusswerkstoffe entwickelten Materialmodell für kombinierte niederzyklische und hochzyklische Belastung können die in einachsigen Versuchen ermittelten Lebensdauern gut vorhergesagt werden. Mit der Implementierung in Finite-Elemente-Programme kann das Materialmodell auch zur Lebensdauervorhersage in Bauteilsimulationen angewandt werden. Die Anwendung der Modelle zur Lebensdauervorhersage eines Zylinderkopfes zeigt plausible Ergebnisse hinsichtlich der kritischen Stelle im Bauteil und der lokalen Lebensdauer. Durch geeignete Deformations- und Lebensdauermodelle und deren Implementierung in Finite-Elemente-Programme können Designstudien am Rechner kostengünstig durchgeführt werden. Somit können aufwendige Bauteilversuche und die Entwicklungszeit neuer Komponenten durch rechnerische Optimierung der Bauteilgeometrie reduziert werden.

Mario Metzger, Masc., Hochschule Offenburg, Fakultät Maschinenbau und Verfahrenstechnik, Offenburg, Gastwissenschaftler am Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik IWM, Freiburg, Dipl.-Ing. (FH) Britta Nieweg, Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik IWM, Freiburg, Prof. Dr.-Ing. Thomas Seifert, Hochschule Offenburg, Fakultät Maschinenbau und Verfahrenstechnik, Offenburg


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