Jochen Tenkamp befasst sich mit der Charakterisierung und Modellierung des Ermüdungsverhaltens und der Schädigungstoleranz von im Kokillen- und Sandguss hergestellten AlSi7Mg0,3-Legierungen im HCF- und VHCF-Bereich. Die Schädigungsevolution wird über eine computertomografische Defektanalyse hochauflösend vom Ausgangszustand über Anriss bis zum Versagen erfasst und mit den struktursensitiven Messgrößen zwecks Kalibrierung korreliert. Die bruchmechanischen Modellierungsansätze ermöglichen eine lokale defektbasierte Betrachtung der Ermüdungsbeanspruchung. Das defektabhängige Ermüdungsverhalten im HCF- und VHCF-Bereich kann mit Hilfe des √area-Modell von Murakami-Noguchi, des Shiozawa-Modells für rissfortschrittsdominierte Werkstoffe und der El Haddad-Kurve mit Tanaka-Erweiterung im Kitagawa-Takahashi-Diagramm zuverlässig beschrieben werden. Die Erkenntnisse gewährleisten eine verbesserte Ausnutzung des Leistungsvermögens und Leichtbaupotentials, eine einheitliche Auslegung defektbehafteter Werkstoffe und dadurch einen sicheren Betrieb langzeitbeanspruchter Strukturen aus Aluminiumgusswerkstoffen im HCF- und VHCF-Bereich.
Aktualisiert: 2023-07-02
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Jochen Tenkamp befasst sich mit der Charakterisierung und Modellierung des Ermüdungsverhaltens und der Schädigungstoleranz von im Kokillen- und Sandguss hergestellten AlSi7Mg0,3-Legierungen im HCF- und VHCF-Bereich. Die Schädigungsevolution wird über eine computertomografische Defektanalyse hochauflösend vom Ausgangszustand über Anriss bis zum Versagen erfasst und mit den struktursensitiven Messgrößen zwecks Kalibrierung korreliert. Die bruchmechanischen Modellierungsansätze ermöglichen eine lokale defektbasierte Betrachtung der Ermüdungsbeanspruchung. Das defektabhängige Ermüdungsverhalten im HCF- und VHCF-Bereich kann mit Hilfe des √area-Modell von Murakami-Noguchi, des Shiozawa-Modells für rissfortschrittsdominierte Werkstoffe und der El Haddad-Kurve mit Tanaka-Erweiterung im Kitagawa-Takahashi-Diagramm zuverlässig beschrieben werden. Die Erkenntnisse gewährleisten eine verbesserte Ausnutzung des Leistungsvermögens und Leichtbaupotentials, eine einheitliche Auslegung defektbehafteter Werkstoffe und dadurch einen sicheren Betrieb langzeitbeanspruchter Strukturen aus Aluminiumgusswerkstoffen im HCF- und VHCF-Bereich.
Aktualisiert: 2023-04-01
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Jochen Tenkamp befasst sich mit der Charakterisierung und Modellierung des Ermüdungsverhaltens und der Schädigungstoleranz von im Kokillen- und Sandguss hergestellten AlSi7Mg0,3-Legierungen im HCF- und VHCF-Bereich. Die Schädigungsevolution wird über eine computertomografische Defektanalyse hochauflösend vom Ausgangszustand über Anriss bis zum Versagen erfasst und mit den struktursensitiven Messgrößen zwecks Kalibrierung korreliert. Die bruchmechanischen Modellierungsansätze ermöglichen eine lokale defektbasierte Betrachtung der Ermüdungsbeanspruchung. Das defektabhängige Ermüdungsverhalten im HCF- und VHCF-Bereich kann mit Hilfe des √area-Modell von Murakami-Noguchi, des Shiozawa-Modells für rissfortschrittsdominierte Werkstoffe und der El Haddad-Kurve mit Tanaka-Erweiterung im Kitagawa-Takahashi-Diagramm zuverlässig beschrieben werden. Die Erkenntnisse gewährleisten eine verbesserte Ausnutzung des Leistungsvermögens und Leichtbaupotentials, eine einheitliche Auslegung defektbehafteter Werkstoffe und dadurch einen sicheren Betrieb langzeitbeanspruchter Strukturen aus Aluminiumgusswerkstoffen im HCF- und VHCF-Bereich.
Aktualisiert: 2023-04-04
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Technische Bauteile und Konstruktionen sind während ihres Einsatzes zeitlich veränderlichen Belastungen ausgesetzt. Erfahrungen der vergangenen Jahre haben gezeigt, dass Werkstoffe diese Beanspruchungen selbst dann nicht beliebig oft ertragen, wenn die hierbei auftretenden maximalen Spannungen kleiner als die im Zugversuch ermittelten Zugfestigkeiten sind. Aus diesem Grund ist es von entscheidender Bedeutung, das Werkstoffverhalten unter dieser Art von Belastung zu kennen, um sicher und zuverlässig konstruieren zu können. Die Bauteilrandschicht stellt den höchstbeanspruchten Werkstoffbereich dar und besitzt daher einen erheblichen Einfluss auf die Lebensdauer bei zyklischer Belastung. Das Festwalzen ist seit Jahren ein anerkanntes Verfahren zur Steigerung der Schwingfestigkeit und positiven Beeinflussung dieser Randzoneneigenschaften. Es wird im Rahmen der vorliegenden Arbeit sowohl bei Raumtemperatur als auch unter erhöhter Temperatur durchgeführt. Als Versuchswerkstoff dient der unlegierte Vergütungsstahl C45E.
Das wesentliche Ziel liegt in der Erforschung und Beurteilung der Stabilität randnaher Mikrostrukturen im Falle komplexer Beanspruchungen, wobei gezielt auf das Werkstoffverhalten bei a) hoher Belastungsamplitude, b) mehrstufiger Belastung (Überlasteffekte), c) thermischer Beanspruchung sowie d) im Bereich sehr hoher Schwingspielzahlen eingegangen werden soll. Auf Basis von Wöhlerkurven lässt sich das Schwingfestigkeitsverhalten anhand von Lebensdauern und Wechselverformungskurven beurteilen. Röntgenographische Eigenspannungsmessungen und mikroskopische Untersuchungen werden zur ausführlichen Charakterisierung der erzeugten Randschichten eingesetzt so dass diese direkt mit denen des unverfestigten Zustands gegenübergestellt und diskutiert werden können.
Aktualisiert: 2022-01-26
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Technische Bauteile und Konstruktionen sind während ihres Einsatzes zeitlich veränderlichen Belastungen ausgesetzt. Erfahrungen der vergangenen Jahre haben gezeigt, dass Werkstoffe diese Beanspruchungen selbst dann nicht beliebig oft ertragen, wenn die hierbei auftretenden maximalen Spannungen kleiner als die im Zugversuch ermittelten Zugfestigkeiten sind. Aus diesem Grund ist es von entscheidender Bedeutung, das Werkstoffverhalten unter dieser Art von Belastung zu kennen, um sicher und zuverlässig konstruieren zu können. Die Bauteilrandschicht stellt den höchstbeanspruchten Werkstoffbereich dar und besitzt daher einen erheblichen Einfluss auf die Lebensdauer bei zyklischer Belastung. Das Festwalzen ist seit Jahren ein anerkanntes Verfahren zur Steigerung der Schwingfestigkeit und positiven Beeinflussung dieser Randzoneneigenschaften. Es wird im Rahmen der vorliegenden Arbeit sowohl bei Raumtemperatur als auch unter erhöhter Temperatur durchgeführt. Als Versuchswerkstoff dient der unlegierte Vergütungsstahl C45E.
Das wesentliche Ziel liegt in der Erforschung und Beurteilung der Stabilität randnaher Mikrostrukturen im Falle komplexer Beanspruchungen, wobei gezielt auf das Werkstoffverhalten bei a) hoher Belastungsamplitude, b) mehrstufiger Belastung (Überlasteffekte), c) thermischer Beanspruchung sowie d) im Bereich sehr hoher Schwingspielzahlen eingegangen werden soll. Auf Basis von Wöhlerkurven lässt sich das Schwingfestigkeitsverhalten anhand von Lebensdauern und Wechselverformungskurven beurteilen. Röntgenographische Eigenspannungsmessungen und mikroskopische Untersuchungen werden zur ausführlichen Charakterisierung der erzeugten Randschichten eingesetzt so dass diese direkt mit denen des unverfestigten Zustands gegenübergestellt und diskutiert werden können.
Aktualisiert: 2022-09-29
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Ermüdungsverhalten faserverstärkter Kunststoffe
im Very High Cycle Fatigue-Bereich
Während das Ermüdungsverhalten faserverstärkter Kunststoffe im Bereich niedriger und hoher Lastwechselzahlen bis 1E+6 umfassend erforscht ist, sind die Prozesse im sogenannten Very High Cycle Fatigue-Bereich > 1E+7 Lastwechsel bisher weitestgehend unbekannt. Grund hierfür ist in erster Linie das Fehlen geeigneter experimenteller Methoden zur Durchführung hochfrequenter Ermüdungsversuche an polymeren Werkstoffen.
Die Kenntnis des Very High Cycle Fatigue-Verhaltens faserverstärkter Kunststoffe ist von grundlegender Bedeutung für die Sicherheit, Leistungsfähigkeit, Wirtschaftlichkeit und Nachhaltigkeit moderner hochzyklisch belasteter Leichtbaustrukturen. Die vorliegende Arbeit stellt einen Beitrag zur Erforschung der Thematik dar.
Im ersten Schritt wird die Problemstellung hochfrequenter Ermüdungsversuche an faserverstärkten Kunststoffen erörtert, eine geeignete Prüfmethodik entwickelt und diese in Form eines spezialisierten Hochfrequenzprüfstands für Vierpunktwechselbiegung umgesetzt. Leistungsfähige online-Methoden zur Schadensdetektion (Steifigkeitscharakterisierung, Durchlichtverfahren zur Untersuchung der Schadensmechanismen und Thermographie) werden direkt in die Prüfeinrichtung integriert. Mit dem modularen, vierfach ausgeführten Prüfsystem sind parallele Ermüdungsversuche mit Frequenzen von bis zu 80 Hz bis in sehr hohe Lastwechselbereiche und innerhalb ökonomisch sinnvoller Versuchslaufzeiten möglich.
Im Rahmen der experimentellen Arbeiten werden Ermüdungsversuche an zwei unterschiedlichen glasfaserverstärkten Laminaten, einem Kreuz- sowie einem Winkelverbund durchgeführt. Durch Herabsetzen der Schwingbelastung im Horizontverfahren werden die Ermüdungsprozesse ausgehend vom High Cycle Fatigue-Bereich in den Bereich sehr hoher Lastwechselzahlen verschoben und die Änderungen im Schädigungs- und Steifigkeitsdegradationsverhalten untersucht. Die Ergebnisse zeigen, dass die Schadensmechanismen (Risswachstum, Delamination) unterhalb bestimmter Grenzbeanspruchungen nicht bzw. nur eingeschränkt initiieren. So wird für den Winkelverbund als Folge ausbleibenden Delaminationswachstums eine Pseudo-Dauerfestigkeit bis 1E+8 Lastwechsel nachgewiesen. Für das Kreuzlaminat kann eine Grenzbeanspruchung für transversales Risswachstum identifiziert werden. Zudem deuten die Ergebnisse an, dass die Schadensinitiierung bei sehr niedrigen Schwingungsamplituden auf Bereiche niedriger Querzugfestigkeiten beschränkt ist. Eine mit Hilfe quasistatischer Rissdichtenevolutionsversuche und analytischer/numerischer Methoden erfolgte Charakterisierung der Festigkeitsverteilung unterstützt diese Hypothese. Zusätzlich ermöglicht der Aufbau eines numerischen Einheitszellensatzes eine differenzierte Analyse der schädigungsbedingten Steifigkeitsdegradation.
Aktualisiert: 2020-02-24
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