Jeßberger, Julia (2024)
Schadensanalyse am Planetengetriebe bei Fragmenteinbringung mit Hilfe numerischer Modellbildung.
Technische Universität Darmstadt
doi: 10.26083/tuprints-00028723
Dissertation, Erstveröffentlichung, Verlagsversion

Kurzbeschreibung (Abstract)

Die vorliegende Dissertation befasst sich mit der Schadensanalyse an einem einstufigen Evolventen-Planetengetriebe bei Fragmenteinspeisung mit Hilfe von numerischer Simulation. Das betrachtete Getriebe stellt eine skalierte Form eines Hochleistungsgetriebes für Getriebefans dar. Aufgrund fehlender Empfehlungen in der Literatur zur Implementierung eines solchen numerischen Modells wird zunächst ein Versuchsplan zur Parameteridentifikation der verschiedenen Modelle entworfen. Im Rahmen der Untersuchungen erfolgt eine Analyse der initialen Anrissposition in Abhängigkeit vom vorliegenden Beanspruchungszustand sowie eine Untersuchung des Rissfortschritts. Daher werden die erforderlichen Parameter des Materialmodells, des Versagensmodells sowie des Kohäsivzonenmodells der verwendeten Zahnräder für den spezifischen Anwendungsfall bestimmt. Zur Identifikation des Materialmodells der einsatzgehärteten Außenverzahnung (30Cr-NiMo8 bzw. 18CrNiMo7-6) und der nitrierten Innenverzahnung (35CrAlNi7-10 bzw. 31CrMoV9) wird das Johnson-Cook Materialmodell auf Basis von dehnratenabhängigen Zug-, Druck- und Vickers-Versuchen implementiert. Die analytische Berechnungsvorschrift für die Umwertung der ermittelten Härte in die Streckgrenze wird basierend auf den Ergebnissen des Kernmaterials bestimmt. Die Modellierung von Zahnrädern unter Berücksichtigung der Randschicht ist durch den hohen Rechenaufwand und die zusätzliche Einschränkung der Vernetzungsstrategie begrenzt. Daher wird der Einfluss einer vereinfachten homogenisierten Betrachtung der wärmebehandelten Zahnräder analysiert. In der Literatur werden derartige homogene Zahnrad-Modelle basierend auf Erfahrungswerten sowie durch den Abgleich mit experimentellen Ergebnissen identifiziert. Da in der öffentlich zugänglichen Literatur hierzu keine Erfahrungswerte vorliegen, wird eine neue Strategie basierend auf einem gewichteten Mittelwert untersucht. Die Implementierung des Versagensmodells basiert ebenfalls auf der Johnson-Cook Methode unter Berücksichtigung des Härteprofils der wärmebehandelten Stirnräder. Die Versagensgrenze wird mit Hilfe von quasistatischen Pulsatorversuchen sowie vereinfachten Fragment-Eindruck-Versuchen ermittelt. Auf Grundlage der ermittelten Versagensgrenze kann schließlich die initiale Anrissposition im Zahnfuß ermittelt werden, welche einen maßgeblichen Einfluss auf die Richtung des Rissfortschrittes hat. Durch eine Unsicherheitsbetrachtung wird der zu berücksichtigende Fehler des numerischen Modells abgeschätzt. Das Kohäsivzonenmodell, dessen Parameter durch die vereinfachten Fragment-Eindruck-Versuche bestimmt werden, wird schließlich zur Abschätzung des Auftretens eines Zahnkranzbruchs verwendet. Anhand der ermittelten Parameter erfolgt schließlich die Implementierung des numerischen Modells. Als Vergleich werden die Dehnungsmessungen und die aus den Aufzeichnungen der Hochgeschwindigkeitskamera vermessenen Verschiebungen des projektspezifisch entwickelten Getriebeprüfstandes verwendet, der eine wiederholgenaue, dynamische Einbringung eines definierten Fragmentes ermöglicht. Abschließend erfolgt eine Untersuchung der möglichen Einflussparameter, um den Schadensausgang zu minimieren.

Frage zum Eintrag

Redaktionelle Details anzeigen