Thermomechanische Ermüdung von Aluminiumlegierungen: Versuchstechnik und Methoden der Lebensdaueranalyse

Robert Minichmayr; Martin Riedler; Wilfried Eichlseder

doi:10.3139/120.100693

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Thermomechanische Ermüdung von Aluminiumlegierungen

Versuchstechnik und Methoden der Lebensdaueranalyse

Robert Minichmayr , Martin Riedler and Wilfried Eichlseder

Published/Copyright: May 26, 2013

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From the journal Materials Testing Volume 47 Issue 10

Kurzfassung

In umfangreichen Untersuchungen wurden die relevanten Einflüsse auf das zyklische Verformungs- und Lebensdauerverhalten ermittelt. Dabei kamen zwea unterschiedliche Prüfverfahren zur Bestimmung der Lebensdauer unter thermomechanischer Beanspruchung zur Anwendung. Diese werden im vorliegenden Beitrag sowohl mittels Versuchen als auch mittels FE-Simulationen verglichen. Dabei zeigt sich, dass Versuche mit starr eingespannten, zyklisch beheizten Proben unter Berücksichtigung der lokalen Effekte mit Versuchen des servohydraulischen TMF-Prüfstandes mit Dehnungs- und Temperaturregelung vergleichbar sind. Weiters werden zur Modellierung des Lebensdauerverhaltens unterschiedlich komplexe Ansätze gegenübergestellt. Die verwendeten Verfahren reichen von einparametrigen Ansätzen bis zum Schädigungsmodell nach Sehitoglu mit mehr als 20 Parametern. Abhängig von Material und Anwendung zeigt sich jeweils ein anderes Kriterium als besser geeignet. Energiekriterien scheinen den besten Kompromiss aus Genauigkeit und Aufwand im Einsatz darzustellen. Größere Abweichungen treten auf, wenn sich die beteiligten Schädigungsmechanismen ändern. Liegen beispielsweise lokal In-Phase-TMF-Belastungen mit einer zusätzlichen Kriechschädigung vor, so kann dies bei der Verwendung von Energiekriterien, die auf Basis von LCF- und OP-TMF-Versuchen kalibriert wurden, zu nichtkonservativen Aussagen führen.

Abstract

An extensive test program was carried out to investigate the relevant influences on the deformation and lifetime behaviour under LCF- and TMF-loading. Two different principles of testing thermo-mechanical fatigue are used. These test methods are compared both using finite element analysis and test results. It can be shown, that the results of rigid clamped specimens are comparable to the results of the servo-hydraulic TMF-test-rig, when the local effects are taken into account. To describe the lifetime behaviour different models with different complexity are analysed, beginning with one-parametric energy criterions to the demanding damage rate model of Sehitoglu with more than 20 parameters. Depending on the material and the application one specific lifetime calculation method should be preferred. Energy criterions show the best ratio between applicability and effort. Large errors can occur, when the dominating damage mechanism changes. E.g. local in-phase TMF loading involves additional creep damage, which leads to significantly lower number of cycles to failure. This effect leads to non-conservative prediction, when energy criterions calibrated with LCF/OP-TMF tests are used.

Dipl.-Ing. Robert Minichmayr, Jahrgang 1978, studierte Werkstoffwissenschaften an der Montanuniversität Leoben und ist seit 2002 als wissenschaftlicher Mitarbeiter im Christian-Doppler-Laboratorium für Betriebsfestigkeit am Institut für Allgemeinen Maschinenbau an der Universität Leoben tätig.

Dipl.-Ing. Dr. mont. Martin Riedler, Jahrgang 1975, studierte Montanmaschinenwesen in Leoben. Von 2001 bis Anfang 2005 war er als Vertragsassistent am Lehrstuhl für Allgemeinen Maschinenbau der Montanuniversität Leoben tätig, wo er auch promovierte. Seitdem ist er Mitarbeiter im Christian-Doppler-Laboratorium für Betriebsfestigkeit an derselben Universität.

Univ. Prof. Dipl.-Ing. Dr.techn. Wilfried Eichlseder, Jahrgang 1956. Nach dem Maschinenbaustudium an der TU Graz 1981 Eintritt in die Forschungsabteilung der Steyr-Daimler-Puch AG in Steyr. 1990 Abteilungsleiter “Technische Berechnung“, 1993 “Festigkeit” und 1995 Spartenleitung “Engineering” und Technologiezentrum Steyr. Seit 1999 Vorstand des Lehrstuhls für Allgemeinen Maschinenbau und seit 2002 zusätzlich Leiter des Christian-Doppler-Laboratoriums für Betriebsfestigkeit an der Montanuniversität Leoben.

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Online erschienen: 2013-05-26

Erschienen im Druck: 2005-10-01

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https://doi.org/10.3139/120.100693