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Nummerischen Untersuchung des Risswachstums in bauteilnahen Winkelstrukturen

Die Bewertung von Ermüdungsrissen ist elementarer Bestandteil der technischen Auslegung dynamisch beanspruchter Strukturen. Obwohl abgewinkelte Bleche Standardbauteile der Umformtechnik darstellen, ist das Ermüdungsrisswachstum in Geometrien wie C- und L-Profilen bisher wenig untersucht. Zumeist beschränkt sich die Evaluation des Risswachstum auf den Bereich vor und nach der verfahrensbedingte Umformzone. Zur experimentellen Separation der Effekte von Material und Umformprozess ist ein genaues Verständnis des geometrischen Einflusses notwendig. Aus diesem Grund wollen wir in diesem Beitrag das Ermüdungsrisswachstum in ebensolchen Strukturen nummerisch betrachten, um den Einfluss der Blechdicke, des Biegewinkels und des verfahrensbedingten Umformradius auf die Ermüdungslebensdauer…

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Die Bewertung von Ermüdungsrissen ist elementarer Bestandteil der technischen Auslegung dynamisch beanspruchter Strukturen. Obwohl abgewinkelte Bleche Standardbauteile der Umformtechnik darstellen, ist das Ermüdungsrisswachstum in Geometrien wie C- und L-Profilen bisher wenig untersucht. Zumeist beschränkt sich die Evaluation des Risswachstum auf den Bereich vor und nach der verfahrensbedingte Umformzone. Zur experimentellen Separation der Effekte von Material und Umformprozess ist ein genaues Verständnis des geometrischen Einflusses notwendig. Aus diesem Grund wollen wir in diesem Beitrag das Ermüdungsrisswachstum in ebensolchen Strukturen nummerisch betrachten, um den Einfluss der Blechdicke, des Biegewinkels und des verfahrensbedingten Umformradius auf die Ermüdungslebensdauer zu untersuchen. Am Beispiel eines L-Profils leiten wir den Spannungsintensitätsfaktor (SIF) als treibende Kraft des Risswachstums über den gesamten Risspfad ab. Besonderes Augenmerk wird auf die Entwicklung des SIF im Winkelbereich und seine Auswirkungen auf die Ermüdungslebensdauer gelegt. Die Evaluation erfolgt für mehrere anwendungsnahe Konfigurationen über einen umfassenden Parameterraum.
Die Ergebnisse zeigen, dass die SIF in einem abgewinkelten Blech für gegebene Belastungsbedingungen und Risslänge nicht ohne weiteres durch die SIF in einem äquivalenten geraden Blech angenähert werden kann. Biegewinkel und Radius führen zu einer Verzögerung oder Beschleunigung des Risswachstums, abhängig von der Risslänge. Diese Erkenntnisse liefern einen Beitrag zur Auslegung und Optimierung von Umformgeometrien im Hinblick auf das Ermüdungsrisswachstum und bieten gleichzeitig die Grundlage für den experimentellen Abgleich mit realen Halbzeugen.

Reference
BR-2024-356

Title
Nummerischen Untersuchung des Risswachstums in bauteilnahen Winkelstrukturen
Author(s)
F. Dömling, F. Paysan, E. Breitbarth
DOI
10.48447/BR-2024-356
Event
56. Tagung des DVM-Arbeitskreises Bruchmechanik und Bauteilsicherheit – Tagung 2024
Year of publication
2024
Publication type
conference paper (PDF)
Language
German
Keywords
FEM,L-Profil,Spannungsintensitätsfaktor,Schadenstoleranz