Volume 51, Issue 9

A parallelepipedic coupon containing an edge notch has been submitted to cyclic edge temperature evolution, implying a cyclic temperature gradient in the specimen thickness. Associated analytical calculation of the stress intensity factor is also carried out using Duhamel's theory and weight functions: this allows the study of the influence of geometric and thermal parameters on crack development. Moreover, an automatic procedure using scripting language introduced in a tridimensional numerical ABAQUS simulation leads to a prediction of the crack shape evolution in good agreement with experimental observations.

The slip activity and shear strain of persistent slip bands (PSBs) in polycrystalline nickel were studied after half-cycle deformation on well-polished specimen surfaces at different stages of fatigue life using the combination of atomic force microscopy (AFM) and scanning electron microscopy (SEM). Although the local shear strain of PSBs seems to be nearly independent of the stage of fatigue life, the half-cycle slip activity of PSBs significantly depends on it. In-situ deformation experiments in the scanning electron microscope (SEM) showed that during half-cycle loading the slip steps do not proportionally develop to the applied plastic strain and not the whole accumulated PSB volume is active. The reactivation of the cumulative PSB volume is different for individual PSBs and grains, and evolves more slowly than the reactivation of grains. PSBs in polycrystals are subjected to a development history — their activity changes both temporally as well as spatially. Possible reason for this behaviour could be hardening effects due to secondary slip within the PSBs. Detailed investigations of the dislocation structure developed at different stages of fatigue life using the electron channelling contrast (ECC) in the SEM give more information about it.

The dynamic behaviour of steam turbine components is currently a key issue in terms of the discontinuity in the power supply from regenerative energy systems like wind-mills. These systems call for a combined and flexible use of conventional steam power plants. The influence on fatigue behaviour with superimposed creep on lifetime of large plant components is still unknown. Fatigue loading of such components is induced by temperature transients during start-up and shut-down processes. This requires an anisothermal inspection of the thermo-mechanical fatigue (TMF) loading at design. Hence, a viscoplastic constitutive material model of the Chaboche type was adapted to a 10% Cr forged steel. As a verification of the constitutive material model, uniaxial TMF experiments were performed. These experiments were derived from a temperature cycle on the surface of a turbine rotor during a hot start. The mechanical loading depends on the start temperature and the temperature rate of the start up, and the induced loading of the surface is biaxial. Therefore, a biaxial experiment with variable amplitude loading was also used for the purpose of material model verification. In order to recalculate deformation and to predict lifetime, the constitutive material model was implemented in a FEM calculation. In the present contribution it is shown that the constitutive material model of type Chaboche introduced can be applied to the recalculation of the deformation with an implicit evolution of damage under service-type conditions. Further efforts are necessary to investigate innovative parameter identification procedures and routines for the extrapolation of the inner variables of the constitutive material model under cyclic loading.

The influence of crystallographic texture on the mechanical properties of magnesium alloys is already well-known. However, it is not clear how the crystallographic texture affects the fatigue properties in the sense of cyclic deformation behaviour of magnesium alloys. The objective of this study is to investigate and compare the deformation processes of the extruded magnesium alloys AZ31 and AZ80 during static and cyclic tensile testing. The influence of the loading condition and chemical composition on the evolution of the microstructure and the crystallographic texture has been observed. Changes of the plastic strain have been observed and have been interpreted for both AZ alloys with cyclic hardening curves. However, the maximal stress during the fatigue test was higher than the TYS for both alloys. Both experimental materials exhibited significant lower plastic deformations and lower density of tensile twins compared to static tensile test. The microstructure and texture analyses have been performed before and after experiments.

Kurzfassung Dieser Beitrag zeigt Potenziale einer differenzierten Chargenuntersuchung von Aluminiumblechwerkstoffen für die Umformtechnik auf. Die dabei neu erstellten Ansätze bieten im besonderen Maße für umformkritische Leichtbaublechwerkstoffe die Möglichkeit zur differenzierten Werkstoffcharakterisierung. Die Untersuchung der auftretenden Korrelation mechanischer Werkstoffkennwerte ermöglicht eine verbesserte Charakterisierung von Chargenschwankungen. Die experimentelle und analytische Bestimmung der Grenzformänderung erlaubt darüber hinaus eine differenzierte Charakterisierung der Umformbarkeit. Einerseits können somit umformkritische Werkstoffeigenschaften eindeutiger als auch kosten- und zeitsparender detektiert werden.

Kurzfassung Befragungen durch das Experiment vervollständigten die Kenntnis über den Werkstoff oder das Bauteil immer nur insoweit, als die prüftechnischen Möglichkeiten es zuließen. Fortschritte in den Werkstoffwissenschaften sind daher von Beginn an mit der Entwicklung der Prüftechnik eng verknüpft. In jüngerer Zeit haben Mikroelektronik und Informationstechnik nicht nur industrielle Abläufe, sondern auch die Prüftechnik grundlegend verändert. Zum besseren Verständnis des derzeitigen Entwicklungsstands zeichnet Teil 1 die wesentlichen Entwicklungsschritte der Prüfmaschinen vom historischen Beispiel bis zur Gegenwart nach. Aufgezeigt wird der sich vollziehende Wandel in den Hauptfunktionsträgern „Kraftmesser“ und „Prüfantrieb“. Um deren Wirkungsweise bzw. Zusammenwirken klar herauszustellen, erweist sich die Konstruktionsmethodik, eine funktionsorientierte Vorgehensweise der Systemtechnik, als geeignetes Anschauungsmittel.

Kurzfassung Elektronisches Messen mechanischer Größen und Antriebsregelung in der Prüftechnik waren die Wegbereiter zur neuzeitlichen Prüfmaschine, die in Teil 2 näher untersucht wird. Bestehend aus den Komponenten Sensor, Aktor und Informationsverarbeitung ist die Prüfmaschine das Ergebnis einer Technologieintegration, also ganzheitlich zu betrachten. Zusammen mit dem Grundsystem Prüfobjekt bilden die Komponenten der Maschine ein mechatronisches System, dessen Funktionszusammenhang sich durch Gleichungen und Diagramme im Sinne der Systemtheorie beschreiben lässt. Bei den Diagrammen handelt es sich um blockorientierte Darstellungsebenen, die das jeweilige Übertragungsverhalten durch den Signal- bzw. Energiefluss in den Vordergrund stellen. Auf diesen Ebenen kann man neuzeitliche von konventionellen Prüfantrieben nach Wirkungsablauf und Energieübertragung eindeutig abgrenzen. Das Teilsystem „Beanspruchungseinrichtung‟ ist in seinem Verhalten vom Aktor, insbesondere durch die Art des verwendeten Energieträgers bestimmt. Die für Prüfsysteme wichtigsten Aktoren werden nach Aufbau und Wirkungsweise vorgestellt. Für Langzeitversuche, vornehmlich mit schwingender Beanspruchung, rückt der vom Verstärkerprinzip des Aktors abhängige Energieverbrauch zunehmend ins Blickfeld. Die Auswahl der Prüfmaschine erfolgt daher nicht allein nach Gütekennwerten der Signalübertragung. Vielmehr ist die Energieeffizienz des Prüfantriebs in einen qualitativen Systemvergleich einzubeziehen.

The paper derives from a long-term research program that is aimed at developing qualitative and quantitative design guidelines to influence mechanical surface treatments in order to improve the fatigue life of structural components. A four point bending test rig was developed using finite element analysis. High cycle fatigue tests were performed on plane specimens taken from Ti 6Al 4V forgings with mill-annealed or bimodal microstructure. The high cycle fatigue behaviour of specimens with two different surface conditions (as-forged and machined) was compared. In order to assess the fatigue failure mechanisms, detailed investigations of the surface layer were carried out. Residual stresses were shown to play an important role in fatigue.

Kurzfassung Ziel der hier vorgestellten Untersuchungen war es, die Einflüsse von variierenden thermischen Eigenschaften des Baustoffs sowie von unterschiedlichen Emissivitäten der Oberfläche auf die Ortung von Inhomogenitäten in Bauwerksstrukturen mit der aktiven Thermografie zu quantifizieren bzw. durch geeignete Auswerteverfahren zu reduzieren. Vorgestellt werden Ergebnisse von Untersuchungen an Betonprobekörpern mit unterschiedlichen Betonrezepturen und Oberflächenbeschichtungen und -modifikationen sowie an einem historischen Mauerwerksprobekörper mit aufsteigender Feuchte. Die Auswertung der Thermografiesequenzen erfolgte sowohl im Zeitals auch im Frequenzbereich.

Kurzfassung Die induktiv angeregte Thermografie stellt eine Alternative zu klassischen Oberflächenrissprüftechniken wie der Magnetpulverprüfung oder auch der Farbeindringprüfung bei leitfähigen Materialien, insbesondere ferromagnetischen und austenitischen Stählen dar. Im vorliegenden Beitrag sollen die Grundlagen des Verfahrens, einige Anwendungsbeispiele sowie die Nachweisgrenzen und besonderen Vorteile der Prüftechnik dargestellt werden. Die thermische Prüftechnik hat sich als ein Verfahren erwiesen, das eine objektive Oberflächenrissprüfung mit hoher Nachweisempfindlichkeit, Prüfgeschwindigkeit und Zuverlässigkeit ermöglicht. Da die Prüftechnik vollkommen berührungslos und schnell arbeitet und eine relativ einfache Automatisierung ermöglicht, eignet sie sich insbesondere für vollautomatische Prüfanlagen zur 100%-Prüfung von Bauteilen im Rahmen der industriellen Qualitätssicherung.