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Lebensdauerbewertung von thermo-mechanisch belasteten Gusseisen-Zylinderköpfen

  • Marc Leidenfrost , Ewald Werner and Dietrich Meyer
Published/Copyright: May 26, 2013
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Kurzfassung

Deutlich gestiegene mechanische und thermische Belastungen in modernen Dieselmotoren erfordern eine detaillierte Betrachtung der dadurch verstärkt gefährdeten Bauteile, wie z. B. der Zylinderköpfe. Die Gefährdung ergibt sich hier neben den gestiegenen Spitzendrücken aus der höheren thermomechanischen Ermüdung (TME), die je nach Werkstoff die Lebensdauer des Bauteils stark beeinflusst. Zur Beurteilung dieser Beanspruchung kommt neben aufwendigen Thermoschock-Motorenversuchen die numerische Simulation (Finite-Element-Methode) zum Einsatz. Für quantitative Aussagen sind die Ergebnisse der numerischen Simulation mittels experimenteller Versuche (Bauteil- und Motorenversuche) zu verifizieren. Der vorliegende Beitrag beschreibt die Vorgehensweise zur realitätsnahen Nachrechnung eines durchgeführten Thermoschock-Bauteilversuchs mit Einzelzylinderköpfen sowie die in der Nachrechnung verwendeten mathematischen Werkstoff- und Lebensdauermodelle. Die berechneten und experimentell erhaltenen Ergebnisse zur Bestimmung der Lebensdauer werden einander gegenübergestellt und diskutiert.

Abstract

Mechanical and thermal loads increased considerably in modern diesel engines. This demands a detailed analysis of the “high-temperature” parts, for example the cylinder heads. Depending on the used material the higher thermo mechanical fatigue (TMF) limits the life-time dramatically. Besides time and cost intensive thermo-shock engine tests the numerical simulation (finite-element-method) is preferentially applied for the life-time evaluation. To achieve quantitative statements about the fatigue life a comparison must be made between numerical simulation and test results. The present article describes the proceeding in the numerical simulation to represent realistically the test. Also, the employed mathematical models for the description of the material and the fatigue life in numerical simulation are briefly introduced. Finally the results of the test and of the numerical simulation are compared and discussed.


Dipl.-Ing. (FH) Marc Leidenfrost, geb. 1983, studierte Maschinenbau an der Fachhochschule Nürnberg. Seit Juni 2009 ist er wissenschaftlicher Mitarbeiter am Lehrstuhl für Werkstoffkunde und Werkstoffmechanik der TU München in Garching und arbeitet an seiner Dissertation.

Professor Dr. mont. habil. Dr. rer. nat. h. c. Ewald A. Werner studierte Werkstoffwissenschaften an der Montanuniversität Leoben. Er promovierte 1984 am Erich Schmid Institut für Festkörperphysik der Österreichischen Akademie der Wissenschaften. Als Postdoc war er an der ETH Zürich und an der Montanuniversität Leoben tätig. 1991 habilitierte er auf dem Gebiet der Metallphysik an der Montanuniversität Leoben und wurde zum Assistenzprofessor ernannt. Den Ruf auf den Lehrstuhl A für Mechanik der Fakultät für Maschinenwesen der Technischen Universität München in Garching bei München erhielt er 1997. Diesen leitete er bis 2002. Seit 1997 leitet er das Staatliche Materialprüfamt für den Maschinenbau der TU München und seit 2002 den Lehrstuhl für Werkstoffkunde und Werkstoffmechanik. Von 1998 bis 2005 leitete er das Christian-Doppler-Laboratorium für Moderne Mehrphasenstähle. Seit 2010 ist er Studiendekan der Fakultät für Maschinenwesen.

Dr.-Ing. Dietrich Meyer, geb. 1960, war nach Maschinenbaustudium und Promotion an der TU Karlsruhe als Ingenieur selbstständig tätig und ist seit 2007 bei der MAN Truck & Bus AG als Projektleiter verantwortlich für die virtuelle Zylinderkopferprobung.


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Online erschienen: 2013-05-26
Erschienen im Druck: 2011-11-01

© 2011, Carl Hanser Verlag, München

Downloaded on 22.10.2025 from https://www.degruyterbrill.com/document/doi/10.3139/120.110287/html
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