Zur Lebensdauer-Bewertung additiv gefertigter Aluminium-Komponenten

Kern, Andreas (2024)
Zur Lebensdauer-Bewertung additiv gefertigter Aluminium-Komponenten.
Technische Universität Darmstadt
doi: 10.26083/tuprints-00028146
Dissertation, Erstveröffentlichung, Verlagsversion

URL / URN: https://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/28146

Kurzbeschreibung (Abstract)

Hauptanforderungen an Produkte sind die Erfüllung der technischen Funktion, die wirtschaftliche Umsetzung und die Sicherheit für Mensch und Umgebung. Dies ist nur erreichbar mit geeigneten Werkstoff- und Bauteil-Eigenschaften wie ausreichende Betriebsfestigkeit, Steifigkeit und Zähigkeit. Insbesondere eine mangelnde Festigkeit führt zum vorzeitigen Versagen, und das Bauteil kann seine Aufgabe nicht mehr übernehmen. In der virtuellen Produktentwicklung stellen Methoden zur Prognose der Lebensdauer ein wichtiges Werkzeug für die Auslegung und Konstruktion dar. Dies ist besonders für additiv gefertigte Aluminiumkomponenten wichtig, da bei der Herstellung dieser, häufig fertigungsbedingte Fehlstellen, wie z. B. Gasporen, Bindefehler, Keyhole-Defekte und Risse auftreten können. Für den Einsatz solcher Komponenten unter zyklischer Belastung, stellen die fertigungsbedingten Fehlstellen potenzielle Stellen dar, welche das Versagen auslösen können. Vor diesem Hintergrund wird in der vorliegenden Arbeit ein Modell für Lebensdauerprognose additiv gefertigter Aluminiumkomponenten vorgestellt. Grundlage für die Lebensdauerprognose bildet die Modellierung der Fehlstellen über Punktprozesse. Für die Berechnung der Lebensdauer wird ein Kurz- und Langrissmodell verwendet, welches die Ausbreitung, Interaktion und Koaleszenz von mehreren Rissen berücksichtigt. Die Validierung des vorgestellten Konzepts für die Lebensdauerprognose erfolgt anhand von selbst durchgeführten Versuchen an additiv gefertigten AlSi10Mg Werkstoffproben. Hierfür werden Versuchsreihen mit unterschiedlicher Porosität und Oberflächenzustände verwendet. Der Vergleich mit einer in der Literatur häufig verwendeten Methode zeigt, dass das Modell eine konservative Prognose der Lebensdauer, bei nahezu gleicher Streuspanne ermöglicht.

Typ des Eintrags:

Dissertation

Erschienen:

2024

Autor(en):

Kern, Andreas

Art des Eintrags:

Erstveröffentlichung

Titel:

Zur Lebensdauer-Bewertung additiv gefertigter Aluminium-Komponenten

Sprache:

Deutsch

Referenten:

Vormwald, Prof. Dr. Michael ; Lange, Prof. Dr. Jörg ; Jung, Prof. Dr. Udo

Publikationsjahr:

12 November 2024

Ort:

Darmstadt

Kollation:

xv, 154 Seiten

Datum der mündlichen Prüfung:

1 Juli 2024

DOI:

10.26083/tuprints-00028146

URL / URN:

https://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/28146

Kurzbeschreibung (Abstract):

Alternatives oder übersetztes Abstract:

Alternatives Abstract

Sprache

The main requirements for products are fulfillment of the technical function, economic realization and safety for people and the environment. This can only be achieved with suitable material and component properties such as sufficient fatigue strength, stiffness and toughness. A lack of strength in particular leads to premature failure, and the component can no longer perform its task. In virtual product development, methods for predicting the fatigue life are an important tool for the design process. This is particularly important for additively manufactured aluminum components, during the production of these, often process-related defects such as, gas pores, lack of fusion, keyhole defects and cracks can occur. For the use of such components under cyclic load, the process-related defects are potential locations which can trigger failure. With this in mind, this thesis presents a model for predicting the fatigue life of additively manufactured aluminum components. The foundation for the fatigue life prediction is the modeling of the defects with point processes. A short and long crack model is used to calculate the fatigue life while interaction and coalescence of multiple cracks is taken into account. The validation of the presented concept for the fatigue life prediction is carried out on the basis of self-conducted tests on additively manufactured AlSi10Mg material samples. For this purpose, test series with different porosity and surface conditions are used. The comparison with a method frequently used in the literature shows that the model enables a conservative prediction of the service life with almost the same scattering range.

Englisch

Status:

Verlagsversion

URN:

urn:nbn:de:tuda-tuprints-281460

Sachgruppe der Dewey Dezimalklassifikatin (DDC):

600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften > 620 Ingenieurwissenschaften und Maschinenbau

Fachbereich(e)/-gebiet(e):

13 Fachbereich Bau- und Umweltingenieurwissenschaften
13 Fachbereich Bau- und Umweltingenieurwissenschaften > Institut für Stahlbau und Werkstoffmechanik
13 Fachbereich Bau- und Umweltingenieurwissenschaften > Institut für Stahlbau und Werkstoffmechanik > Fachgebiet Werkstoffmechanik

Hinterlegungsdatum:

12 Nov 2024 10:09

Letzte Änderung: