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Leben mit Rissen - Bruchmechanische Berechnungsmethoden

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​Bauteilversagen durch unkontrolliertes Risswachstum vermeiden - Bruchmechanische Analyse zur Erhöhung der Sicherheit und Lebensdauer

Die Idee der Schadenstoleranz-Methode, ursprünglich motiviert aus dem Flugzeugbau, hat sich mittlerweile in vielen weiteren Branchen als nützliches Auslegungskonzept etabliert. Kernaussage bei der Schadenstoleranz ist die Tolerierung und Inkaufnahme von Schäden (Rissen) in einem Bauteil bis zu einer definierten Schadensgröße und Anzahl. Die Bruchmechanik stellt für diese Auslegungsphilosophie das geeignete Handwerkszeug zur Verfügung. 

ZIELGRUPPE

​Das Seminar richtet sich an Berechnungsingenieure und Konstrukteure, die im Rahmen ihrer Produktentwicklung mit Hilfe einer bruchmechanischen Analyse die Stabilität von Rissen im Bauteil unter statischen und zyklischen Lasten beurteilen und nachweisen möchten. Auch jenseits der Idealvorstellung einer 100% schadensfreien Struktur sind auf diesem Weg mittels FE Analyse klare Aussagen zur Bauteilfestigkeit möglich.

IHR NUTZEN

​Für die Abbildung von Rissen im Bauteil gibt es in ANSYS Mechanical verschiedene Möglichkeiten. In diesem Seminar lernen Sie neben den Methoden zur Modellierung von Rissen und deren Wachstum die wichtigsten bruchmechanischen Kenngrößen kennen. Unter Anwendung des bruchmechanischen Festigkeitsnachweises beurteilen Sie die Stabilität der Risse und erhalten so wertvolle Informationen zur Restlebensdauer Ihres Produktes bzw. zur Festlegung notwendiger Inspektionsintervalle.

Agenda

Tag 1

M1: Wissen was dahinter steckt

  • ​Bauteilversagen beherrschen
  • Auslegungskonzepte Safe-Life, Fail-Safe, Damage-Tolerance
  • Rissbildung und Risswachstum
  • Einteilungen in der Bruchmechanik
  • Spannungsfeld an der Rissspitze
  • Übung: 2D Analyse mit Riss

M2: Kenngrößen in der Bruchmechanik

  • ​Entstehung von Rissen
  • Arten der Rissöffnung
  • Energiefreisetzungsrate
  • Spannungsintensitätsfaktoren
  • J-Integral
  • C*-Integral
  • T-Spannungen
  • Materielle Kräfte
  • Übung: Fehlstelle in einer Schweißnahtverbindung

M3: Linear-elastische Bruchmechanik

  • ​Linear-elastisches Materialverhalten
  • Berechnung der K-Faktoren
  • Berechnung der Energiefreisetzungsrate mit der VCCT Methode
  • Größe der plastischen Zone am Riss
  • Übung: Simulieren und Bewerten eines semi-elliptischen Risses

M4: Modellbildung und Vernetzung

  • ​Diskretisierung an der Rissspitze
  • Erhöhung der Ergebnisgenauigkeit mit der Unstructured Mesh Method (UMM)
  • Verwendung und Handhabung des Bruchmechanik Tools in ANSYS
  • Übung: Modellierung und Bewertung beliebig geformter Oberflächenrisse
  • Übung: Simulieren und Bewerten eines innenliegenden Risses

Tag 2

M5: Elastisch-plastische Bruchmechanik

  • ​Nichtlineares Materialverhalten
  • Berechnung des J-Integrals
  • Plastischer Kollaps des rissbehafteten Bauteils
  • Übung: Rissbehaftetes Bauteil mit nichtlinearem Materialgesetz

M6: Bruchmechanischer Festigkeitsnachweis nach FKM Richtlinie

  • ​Festigkeitsnachweis für statische und zyklische Lasten
  • Ermüdungsrisswachstum nach Paris
  • Bewertung der Restlebensdauer und Inspektionsintervalle
  • Übung: Ermüdungsbruch unter wechselnder Beanspruchung

M7: Debonding Verhalten mit dem Cohesive Zone Modell (CZM)

  • ​Simulation des Risswachstums bei bekannter Ausbreitungsrichtung
  • Resttragfähigkeit der angerissenen Bauteilstruktur
  • Übung: Ablösungsverhalten an einer CT Probe

M8: Risswachstum mit XFEM

  • ​Simulation des Risswachstums bei unbekannter Ausbreitungsrichtung
  • Methode der eXtended Finite Elements
  • Vorhersage der Ausbreitungsrichtung des Risses
  • Übung: Abknickender Riss an einem Getriebezahn

ERGÄNZENDE VERANSTALTUNGEN