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Bestimmung von viskoplastischen Parametern aus miniaturisierten Relaxationsversuchen

Der Small Punch Test (SPT) ist ein miniaturisiertes Verfahren zur mechanischen Werkstoffprüfung. Die Kombination aus einfacher Probengeometrie und geringem erforderlichen Probenvolumen eignet sich ideal zur minimalinvasiven Charakterisierung und Überwachung des aktuellen Werkstoffzustandes in technischen Anlagen.
Neben klassischen Kriechversuchen können den zeitabhängigen Hochtemperatur-Experimenten auch Relaxationsversuche zugeordnet werden. Die dabei konstant gehaltene Verschiebung nach Belastung ermöglicht eine Spannungsumverteilung (Relaxation) innerhalb der Probe.
Die Materialcharakterisierung wird durch Simulationen mithilfe der Finite-Elemente-Methode (FEM) begleitet. Das verwendete Materialgesetz soll das Verhalten des Werkstoffes abbilden, um das…

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Der Small Punch Test (SPT) ist ein miniaturisiertes Verfahren zur mechanischen Werkstoffprüfung. Die Kombination aus einfacher Probengeometrie und geringem erforderlichen Probenvolumen eignet sich ideal zur minimalinvasiven Charakterisierung und Überwachung des aktuellen Werkstoffzustandes in technischen Anlagen.
Neben klassischen Kriechversuchen können den zeitabhängigen Hochtemperatur-Experimenten auch Relaxationsversuche zugeordnet werden. Die dabei konstant gehaltene Verschiebung nach Belastung ermöglicht eine Spannungsumverteilung (Relaxation) innerhalb der Probe.
Die Materialcharakterisierung wird durch Simulationen mithilfe der Finite-Elemente-Methode (FEM) begleitet. Das verwendete Materialgesetz soll das Verhalten des Werkstoffes abbilden, um das Deformationsverhalten von Strukturen vorhersagen zu können. Im Fall von Experimenten am warmfesten Chromstahl P91 (X10CrMoVNb9-1) muss das Materialgesetz die Ratenabhängigkeit des Antwortverhaltens beschreiben können. Hierbei wird für eine vollständige Beschreibung eines Relaxationsverlaufs auf das NORTON-Kriechgesetz zurückgegriffen.
Neben der Vorstellung der Experimente erfolgt ein Abgleich der experimentellen Ergebnisse mit denen der Simulation. Mittels Optimierungsverfahren kann somit auf die NORTON-Parameter geschlossen werden. Es wird geprüft, inwieweit sich ein Relaxationsversuch eignet, mehrere Kriechversuche bei verschiedenen Kräften zu ersetzen, um eine eindeutige Bestimmung der NORTON-Parameter zu ermöglichen. Weiterhin wird eine analytische Näherung jedes einzelnen Relaxationsverlaufes vorgestellt. Mit dieser ist eine Abschätzung der Materialparameter möglich.

Reference
BR-2023-012

Title
Bestimmung von viskoplastischen Parametern aus miniaturisierten Relaxationsversuchen
Author(s)
R. W. Schirmer, M. Selent, M. Abendroth, B. Kiefer
DOI
10.48447/BR-2023-012
Event
55th Conference of the Working Group on Fracture Mechanics and Structural Safety
Year of publication
2023
Publication type
conference paper (PDF)
Language
German
Keywords
Small Punch Test,warmfester Chromstahl,P91,Relaxationsversuch,Norton-Kriechgesetz