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Integration von digitalen und experimentellen Methoden zur Analyse des Ermüdungsfortschrittshaltens in komplexen dreidimensionalen Blechbauteilen am Beispiel von L-Profilen

Innovative Umformverfahren für Blechmaterialien können in Bezug auf Energie- und Ressourceneffizienz einen Beitrag zu einer nachhaltigeren Industrie leisten. Aufgrund des starken Zusammenhangs zwischen Fertigungsprozessen und Ermüdungseigenschaften erfordert die Zulassung solcher Bauteile in sicherheitskritischen Luftfahrtanwendungen eine Neubewertung der Rissfortschrittseigenschaften. Entsprechende Testprogramme zur Bewertung der Schadenstoleranz dieser Komponenten sind jedoch zeit- und kostenaufwendig. Virtuelles Modellieren und Testen des Langrisswachstums kann bereits in frühen Designphasen erhebliche Optimierungspotentiale bieten.  Wir untersuchen daher das Rissausbreitungsverhalten in repräsentativen L-Profilen. Zu diesem Zweck wurden Profile der Aluminiumlegierung AA7475…

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Innovative Umformverfahren für Blechmaterialien können in Bezug auf Energie- und Ressourceneffizienz einen Beitrag zu einer nachhaltigeren Industrie leisten. Aufgrund des starken Zusammenhangs zwischen Fertigungsprozessen und Ermüdungseigenschaften erfordert die Zulassung solcher Bauteile in sicherheitskritischen Luftfahrtanwendungen eine Neubewertung der Rissfortschrittseigenschaften. Entsprechende Testprogramme zur Bewertung der Schadenstoleranz dieser Komponenten sind jedoch zeit- und kostenaufwendig. Virtuelles Modellieren und Testen des Langrisswachstums kann bereits in frühen Designphasen erhebliche Optimierungspotentiale bieten.  Wir untersuchen daher das Rissausbreitungsverhalten in repräsentativen L-Profilen. Zu diesem Zweck wurden Profile der Aluminiumlegierung AA7475 aus zwei Fertigungsrouten mit Abmessungen von etwa 50 mm x 50 mm x 300 mm vollständig digitalisiert und Ermüdungsrissfortschritt unter einachsiger Belastung in Simulation und Experiment untersucht. Die Rissfortschrittsversuche wurden auf der Vorder- und Rückseite der L-Profile mit zwei digitalen Bildkorrelationssystemen begleitet.  Anschließend wurden die Rissspitzenposition und die Rissspitzenbeanspruchung (K_I, K_II) vollautomatisch mit dem Deep-Learning-gestützten Python-Paket CrackPy identifiziert, analysiert und dem Simulationsmodel gegenübergestellt. Eine Digitalisierung der Bruchflächen nach dem Test gibt weiteren Aufschluss über das reale Rissfortschrittsverhalten. Die experimentellen Ergebnisse lassen Effekte wie Rissschließeffekte und Eigenspannungen erkennen. Diese Informationen liefern wesentliche Grundlagen, um Simulationsmodelle für eine verbesserte Abschätzung der Ermüdungslebensdauer und Optimierung von Flugzeugkomponenten zu ermöglichen.

Reference
BR-2025-463

Title
Integration von digitalen und experimentellen Methoden zur Analyse des Ermüdungsfortschrittshaltens in komplexen dreidimensionalen Blechbauteilen am Beispiel von L-Profilen
Author(s)
F. Dömling, F. Paysan, V. Schöne, E. Breitbarth
DOI
10.48447/BR-2025-463
Event
57. Tagung des DVM-Arbeitskreises Bruchmechanik und Bauteilsicherheit – Tagung 2025
Year of publication
2025
Publication type
conference paper (PDF)
Language
German
Keywords
FEM,Digitale Bildkorrelation,L-Profil,Schadenstoleranz