Suche

zur Hauptseite

Institut für Energie- und Klimaforschung

Navigation und Service


Probablilistische Lebensdauermodellierung bei Hochtemperaturermüdung.

Probabilistische Lebensdauerberechnung für Hochtemperatur-ermüdungsbeanspruchte Ni-Basislegierungen.

Typische inhärente Streuung der Ermüdungslebensdauer einer Nickel-Basis SuperlegierungTypische inhärente Streuung der Ermüdungslebensdauer einer Nickel-Basis Superlegierung

Die Weiterentwicklung und Verbesserung hocheffizienter Gasturbinen- und Gas- und Dampfturbinen- Kombikraftwerke kann unter Verwendung traditioneller Versuchsplanungs- und Datenbewertungsmethoden nur mit erheblichem zeitlichen und wirtschaftlichen Aufwand vorangetrieben werden.

Daher nehmen mathematische Modellierungen sowie numerische Simulationen vermehrt eine zentrale Stellung ein, mit deren Hilfe auf Grundlage problemspezifischer Modellrechnungen in relativ kurzer Zeit ein zuverlässiges Komponentendesign erfolgen kann.
Die Auslegung metallischer Hochtemperaturkomponenten mittels probabilistischer Methoden stellt dabei ein bislang selten verwendetes Verfahren da, obgleich die hierfür relevanten Phänomene seit Jahrzehnten prinzipiell bekannt sind. Durch die zielorientierte Auswertung auf der Grundlage neuer, probabilistischer Methoden können Unsicherheiten in den ermittelten Kennwerten, die durch eine begrenzte Anzahl von Versuchen entstehen, analysiert und von der Unsicherheit durch die inhärente Materialstreuung unterschieden werden.
Im Rahmen eines aktuellen Forschungsvorhabens arbeitet das FZ Jülich in enger Kooperation mit Siemens Energy und dem ICS (Institute of Computational Science) Lugano an der Entwicklung eines probabilistischen Lebensdauermodells für Low-Cycle-Fatigue (LCF) Beanspruchung mit überlagerter Kriechschädigung einer Ni-Basis-Gusslegierung.

Die Arbeiten am FZ Jülich – IEK-2 umfassen Mikrostrukturanalysen an Turbinenschaufeln und Werkstoffproben sowie die Durchführung umfangreicher Hochtemperatur-LCF Versuche zur Ermittlung des Lebensdauerverhaltens. Hierbei wird über unterschiedliche Probengeometrien der Einfluss des Oberfläche-Volumen Verhältnisses auf die LCF-Lebensdauer quantifiziert und den Vorhersagen des bei Siemens und ICS entwickelten probabilistischen Modells gegenübergestellt. Ein weiterer Aspekt ist die Analyse des Einflusses durch Kriechbeanspruchung vor dem LCF-Versuch induzierter Volumenschädigungen auf die LCF-Lebensdauer. Im Rahmen der Identifikation der materialinhärenten Streuungen, wird der Einfluss der Korngröße und -orientierung in Bezug auf die äußere Belastung auf die Rissinitiierung und -ausbreitung mittels Licht- und Rasterelektronenmikroskopie untersucht.

Typische Spannung-Dehnung-Hysterese während eines LCF TestsTypische Spannung-Dehnung-Hysterese während eines LCF Tests


Servicemenü

Homepage