Lebensdauerbewertung von thermo-mechanisch belasteten Gusseisen-Zylinderköpfen
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Marc Leidenfrost
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.
Literatur
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© 2011, Carl Hanser Verlag, München
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