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Anrisslebensdauervorhersage additiv gefertigter Proben durch Modellierung verformungsbedingter Zustandsgrößen

Die mechanischen Eigenschaften additiv gefertigter Werkstoffe zeigen eine große Abhängigkeit von Fertigungsparametern sowie Art und Umfang der Nachbearbeitung. Umso wichtiger ist die individuelle Ermittlung mechanischer Eigenschaften hinsichtlich Verformungsverhalten und Ermüdung.

Im Rahmen des Forschungsprojekts addLight wurden Schwingfestigkeitsversuche an additiv gefertigten AlSi10Mg-Proben im as-build-Zustand, mit gleitgeschliffener Oberfläche und im T7-Wärmebehandlungszustand durchgeführt. Mit einem eigens entwickelten Messaufbau wurde die zeitliche Entwicklung des elektrischen Widerstands der Proben als Reaktion auf die zyklische Belastung ermittelt. Dieser ist u.a. abhängig von der Versetzungsanordnung und -dichte und kann somit als Maß der Schädigung…

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Die mechanischen Eigenschaften additiv gefertigter Werkstoffe zeigen eine große Abhängigkeit von Fertigungsparametern sowie Art und Umfang der Nachbearbeitung. Umso wichtiger ist die individuelle Ermittlung mechanischer Eigenschaften hinsichtlich Verformungsverhalten und Ermüdung.

Im Rahmen des Forschungsprojekts addLight wurden Schwingfestigkeitsversuche an additiv gefertigten AlSi10Mg-Proben im as-build-Zustand, mit gleitgeschliffener Oberfläche und im T7-Wärmebehandlungszustand durchgeführt. Mit einem eigens entwickelten Messaufbau wurde die zeitliche Entwicklung des elektrischen Widerstands der Proben als Reaktion auf die zyklische Belastung ermittelt. Dieser ist u.a. abhängig von der Versetzungsanordnung und -dichte und kann somit als Maß der Schädigung interpretiert werden. Weiterhin wurden die relative Erwärmung der Probe mit Thermoelementen und die globale Dehnung mit einem Extensometer erfasst. Beide Zustandsgrößen geben Rückschluss auf die zyklische plastische Verformung der Probe.

Zyklische Belastung kann bereits unterhalb der quasistatischen Dehngrenze zu plastischen Mikroverformungen führen. Makroskopisch bildet sich eine Spannungs-Dehnungs-Hysterese aus. Die Form der Hysterese und deren Entwicklung wird u.a. durch den Fließbeginn sowie das kinematische und isotrope Verfestigungsverhalten charakterisiert. Das Verformungsverhalten und die Schädigung werden in einem konstitutiven Materialmodell als Differenzialgleichungssystem beschrieben. Durch gezieltes analytisches Lösen einzelner Differenzialgleichungen gelang es in einem neu entwickelten Vorgehen effizient präzise Modellparameter aus den Daten des entwickelten Messaufbaus abzuleiten. Diese Materialmodelle dienen als Grundlage für die Prognose der Anrisslastwechselzahl zyklisch beanspruchter Bauteile.

Reference
ADD-2023-287

Title
Anrisslebensdauervorhersage additiv gefertigter Proben durch Modellierung verformungsbedingter Zustandsgrößen
Author(s)
M. Hofmann, J. Schönherr, M. Klein, M. Oechsner, F. Funcke, M. Kolbinger
DOI
10.48447/ADD-2023-287
Event
DVM-Arbeitskreis Arbeitskreis Additiv gefertigte Bauteile und Strukturen - Tagung
Year of publication
2023
Publication type
conference paper (PDF)
Language
German
Keywords
Konstitutive Materialmodellierung,Ermüdung,Anrisslebensdauer,Potentialsonde