Schädigungsentwicklung und mechanismenbasierte Lebensdauermodellierung von Aluminiumgusslegierungen unter thermomechanischen Ermüdungsbelastungen
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In der vorliegenden Arbeit wird das temperaturabhängige und thermomechanische Ermüdungsverhalten von zwei Aluminiumgusslegierungen charakterisiert. Die belastungs- und temperaturabhängigen Schädigungsmechanismen werden identifiziert. Die Lebensdauern werden mit einem mechanismenbasierten Risswachstumsmodell vorhergesagt. Zudem wird die Schädigungsentwicklung mit der Finite-Elemente-Methode und mikrostrukturbasierten Zellmodellen untersucht.
Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit dem Ermüdungs- und Schädigungsverhalten der in Verbrennungsmotoren eingesetzten Aluminiumgusslegierungen AlSi7Cu0,5Mg-T7 und AlSi12Cu3Ni2Mg-T7. Im Vergleich zur niederzyklischen sowie thermomechanischen Ermüdungsbeanspruchung führt die zusätzliche Überlagerung hochzyklischer Belastungen zu einer signifikanten Lebensdauerreduktion, die mit der Replika-Technik beobachteten Beschleunigung des Kurzrisswachstums erklärt werden kann. Frakto- und metallographische Untersuchungen zeigen, dass Rissinitiierung und Lebensdauerverhalten durch Gussdefekte sowie von belastungs- und temperaturabhängigen Schädigungsmechanismen bestimmt werden. Die Lebensdauern werden mit einem mechanismenbasierten Risswachstumsmodell vorhergesagt. Dazu wird der Schädigungsparameter DTMF,brittle entwickelt, der die charakteristischen Schädigungsmechanismen berücksichtigt. Die Legierung AlSi12Cu3Ni2Mg-T7 wird abschließend mit der Finite-Elemente-Methode und mikrostrukturbasierten Zellmodellen untersucht. Mit den Simulationsergebnissen können die experimentell beobachteten Schädigungsmechanismen fundiert gestützt werden.
Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit dem Ermüdungs- und Schädigungsverhalten der in Verbrennungsmotoren eingesetzten Aluminiumgusslegierungen AlSi7Cu0,5Mg-T7 und AlSi12Cu3Ni2Mg-T7. Im Vergleich zur niederzyklischen sowie thermomechanischen Ermüdungsbeanspruchung führt die zusätzliche Überlagerung hochzyklischer Belastungen zu einer signifikanten Lebensdauerreduktion, die mit der Replika-Technik beobachteten Beschleunigung des Kurzrisswachstums erklärt werden kann. Frakto- und metallographische Untersuchungen zeigen, dass Rissinitiierung und Lebensdauerverhalten durch Gussdefekte sowie von belastungs- und temperaturabhängigen Schädigungsmechanismen bestimmt werden. Die Lebensdauern werden mit einem mechanismenbasierten Risswachstumsmodell vorhergesagt. Dazu wird der Schädigungsparameter DTMF,brittle entwickelt, der die charakteristischen Schädigungsmechanismen berücksichtigt. Die Legierung AlSi12Cu3Ni2Mg-T7 wird abschließend mit der Finite-Elemente-Methode und mikrostrukturbasierten Zellmodellen untersucht. Mit den Simulationsergebnissen können die experimentell beobachteten Schädigungsmechanismen fundiert gestützt werden.
| Erscheinungsdatum | 25.03.2022 |
|---|---|
| Reihe/Serie | Fraunhofer IWM Forschungsberichte ; 26 |
| Zusatzinfo | zahlr., meist farb. Abb. u. Tab. |
| Verlagsort | Stuttgart |
| Sprache | deutsch |
| Maße | 148 x 210 mm |
| Themenwelt | Naturwissenschaften |
| Technik ► Maschinenbau | |
| Schlagworte | Aluminiumgusslegierungen • B • Berechnungsingenieure • Entwicklungsingenieure • Fraunhofer IWM • Lebensdauermodellierung • Maschinenbauingenieure • Mikrostruktur & Schädigungsmechanismen • Mikrostrukturbasierte Finite-Elemente-Simulation • Thermomechanische Ermüdung • Werkstoffwissenschaftler |
| ISBN-10 | 3-8396-1794-4 / 3839617944 |
| ISBN-13 | 978-3-8396-1794-6 / 9783839617946 |
| Zustand | Neuware |
| Informationen gemäß Produktsicherheitsverordnung (GPSR) | |
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