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Bruchmechanik – Grundlagen und Anwendungen

Methoden zur bruchmechanischen Charakterisierung metallischer Werkstoffe

Bruchmechanik – Grundlagen und Anwendungen
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Bruchmechanik – Grundlagen und Anwendungen

Für die Bewertung der Betriebssicherheit von Bauteilen gibt es unterschiedliche Konzepte. Einleitend werden die Grundlagen der Sicherheitsbewertung (Nennspannungskonzept und Sprödbruchsicherheitskonzepte) besprochen und ihre Grenzen bei der Bewertung von Bauteilen mit rissartigen Fehlstellen herausgearbeitet. Die Lösung ist in der Bruchmechanik zu finden. Das Seminar konzentriert sich schwerpunktmäßig auf die bruchmechanische Charakterisierung metallischer Werkstoffe. Jeder bruchmechanische Sicherheitsnachweis basiert auf quantitativen Korrelationen zwischen der Bauteilbeanspruchung, der Größe und Lage vorhandener bzw. hypothetisch angenommener Risse oder rissähnlicher Spannungskonzentrationsstellen im Bauteil und den bruchmechanischen Werkstoffeigenschaften (z. B. Bruchzähigkeit, Risswiderstandskurven, zyklische Risswachstumskurven u.a.m.). 

Ausgehend von den ingenieurmäßigen Grundlagen der unterschiedlichen Konzepte (linear-elastische Bruchmechanik, elastisch-plastische Bruchmechanik) und den Möglichkeiten der Ermittlung dementsprechender Werkstoffkennwerte wird die Anwendung der Bruchmechanik bei zwei typischen Grundbeanspruchungen (statische bzw. zyklische Belastung) diskutiert. Abschließend werden ausgewählte Regelwerke (z.B. die FKM-Richtlinie „Bruchmechanischer Festigkeitsnachweis“) und Bauteil-Bewertungskonzepte (z. B. das Fehlerbewertungsdiagramm FAD) vorgestellt. 

Für eine bruchmechanische Bauteilbewertung sind zusätzlich numerische Beanspruchungsanalysen des Bauteils mit Riss erforderlich. Diese sind nicht Gegenstand des Seminars.

 

Zum Thema

Die beanspruchungsgerechte Bewertung der Sicherheit von Bauteilen mit Hilfe bruchmechanischer Methoden findet zunehmend Eingang in das internationale Regelwerk. Der bruchmechanische Festigkeitsnachweis erfolgt dabei auf der Basis quantitativer Korrelationen zwischen der Bauteilbeanspruchung, der Größe vorhandener bzw. hypothetisch angenommener Risse oder rissähnlicher Spannungskonzentrationsstellen und der jeweiligen bruchmechanischen Werkstoffeigenschaft (z. B. Bruchzähigkeit, zyklische Risswachstumskurven u.v.m.).

 

Programm

Tag 1, 09:00 bis 17:00 Uhr

Nennspannungs- und Sprödbruchsicherheitskonzept

  • Nennspannungskonzept
  • Zähigkeit/Sprödbruch
  • Übergangstemperaturkonzepte
  • Grenztemperaturkonzepte

 

Bruchmechanik-Konzepte

  • Grundlagen der linear-elastischen Bruchmechanik (LEBM)
    • Kennwertermittlung, statisch
    • Anwendung der LEBM, statisch
    • Kennwertermittlung, dynamische LEBM
    • Grundlagen der LEBM, zyklisch
    • Kennwertermittlung, zyklische Risswachstumskurven
    • Einflüsse auf das zyklische Risswachstumsverhalten
    • Anwendung der LEBM, zyklisch
  • Grundlagen der elastisch-plastischen Bruchmechanik (EPBM)
    • CTOD-Konzept
    • J-Integral-Konzept
    • Kennwertermittlung, statisch
    • Statische Risswiderstandskurven
    • Kennwertermittlung, dynamisch
    • Dynamische Risswiderstandkurven 

 

Bruchmechanische Bauteilbewertung

  • Voraussetzungen, Eingangsgrößen, Korrelationen
  • Regelwerke
  • Failure Assessment Diagramm (FAD)
  • Crack Drive Force (CDF) Diagramm

 

Zielsetzung

Durch das Grundverständnis der Bruchmechanik kann zukünftig entsprechend der jeweils spezifischen Einsatzbedingungen bewusst entschieden werden, welche bruchmechanischen Kennwerte erforderlich sind, welcher Aufwand und welche Besonderheiten bei der Kennwertermittlung vorhanden sind und wie eine bruchmechanische Bauteilbewertung durchzuführen ist.

 

Teilnehmerkreis

  • Technische Fach- und Führungskräfte sowie Ingenieure aus den Bereichen, Werkstoffeinsatz, Fertigung, Schweißen, Qualitätssicherung und Instandhaltung sicherheitsrelevanter Bauteile und Anlagen der Verkehrs-, Anlagen- und Kraftwerkstechnik
  • Werkstofffachleute und Ingenieure, die mit der Berechnung, Auslegung und Sicherheitsbewertung zyklisch beanspruchter Bauteile befasst sind
  • Mitarbeiter in der Werkstoff- und Bauteilprüfung
  • Mitarbeiter von Genehmigungs- und Überwachungsbehörden sowie Planungsingenieurgesellschaften
  • Schadensanalytiker, Sachverständige, beratende Ingenieure und Zertifizierer von Industrieanlagen

 

Das Seminar ist geeignet für Branchen, wie die Metallurgie, der metallverarbeitenden Industrie, den Stahlbau, dem Giessereiwesen und dem Fahrzeugbau.

 

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Referenten

Dr.-Ing. Peter Trubitz

Sachverständiger für Werkstoffkunde, Oederan

1983-1986: Ingenieur für Forschung/Entwicklung im Kraftwerksanlagenbau Dresden, Arbeitsgebiete: Kriechen, Restlebensdauerbewertung, Bruchmechanik von Kraftwerkskomponenten

1986-1992: Gruppenleiter Prüftechnik an der Bergakademie Freiberg, Aufbau eines Labors „Servohydraulische Prüftechnik“

Seit 1992: Leiter des Laborbereichs „Werkstoffprüfung“ am Institut für Werkstofftechnik der TU Bergakademie Freiberg

Seit 2002: Geschäftsführender Oberassistent am Institut für Werkstofftechnik der TU Bergakademie Freiberg

Aktuelle Forschungstätigkeit: "Bruchmechanische Werkstoffcharakterisierung bei statischer, zyklischer und dynamischer Beanspruchung"

 

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