Deutscher Verband für Materialforschung und -prüfung e.V.
DVM-N 63 • Frühjahr 2015
NACHRICHTEN Mitteilungen für DVM-Mitglieder www.dvm-berlin.de
Liebe DVM-Mitglieder und Freunde des Verbandes, im Jahr 2014 stand der DVM im 118. Jahr seines Bestehens seit der ursprünglichen Gründung 1896 und im 60. Jahr nach seiner Wiedergründung 1954. Anlässlich dieses Datums fand am 18. November 2014 eine Jubiläumsveranstaltung am Sitz der DVM-Geschäftsstelle in Berlin in würdigem Rahmen statt. Die geladenen Festgäste – ehemalige und aktive Vorstände, Beiräte und verdiente Strategen – waren zahlreich gekommen und lauschten zunächst dem Grußwort des Bezirksbürgermeisters von Steglit z-Zehlendor f, Norbert Kopp, der insbesondere auf das historische Gutshaus Steglitz (vorgestellt in den DVMN 58, 2013), den Sitz des DVM, einging. Der erste Fachvortrag, Redner war der ehemalige DVM-Vorsitzende Dr. Man- DVM-Geburtstagstorte fred Wilhelm, beschrieb die Gründung des DVM 1896 und seine Geschichte bis zur Wiedergründung 1954. Mit der revolutionären technischen Entwicklung im 19. Jahrhundert entstanden ganze Industrien. Neue Werkstoffe, Produkte und Herstellungsverfahren wurden entwickelt. Damit hatte sich das Bedürfnis herausgestellt, die Eigenschaften der Werkstoffe experimentell zu ergründen und Ver-
Inhalt Profil: DVM-Jubiläum . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 – 3 Kommentar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 Berichte. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 – 9 Ehrungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 – 11 Interna . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
einheitlichungen vorzunehmen. Deutsche Fachleute gründeten daher 1896 den „Deutschen Verband für die Materialprüfungen der Technik“ (DVM). Die Normung von Prüfverfahren war in der Folgezeit die Hauptaktivität des Verbandes über alle historischen Ereignisse und daraus resultierende Durststrecken hinweg bis zur Neugründung 1954. Die gesamte Rede von Dr. Wilhelm ist im internen Mitgliederbereich auf der DVM-Website veröffentlicht. Einen historischen Einblick in den Lebenslauf und das Wirken von Aug us t Wöhler gab Prof. Harald Zenner, ehem. DVM-Vorsitzender und Ehrenmitglied des DVM-Vorstandes, im folgenden Vortrag „Anmerkungen zur Geschichte der Schwingfestigkeitsforschung aus Anlass des 100. Todestages von August Wöhler 2014“. Im ersten Teil beschrieb Prof. Zenner den Lebenslauf Wöhlers. Der zweite Teil beschäftigte sich mit den fünf Veröffentlichungen Wöhlers, die als Begründung der Schwingfestigkeitsforschung gelten. Diese Arbeiten führte Wöhler von 1847 bis 1869 bei der Eisenbahn durch. Von Beginn an wird ein gesamtheitliches Auslegungskonzept deutlich mit Betriebsmessungen, der Entwicklung von Prüfmaschinen und umfangreichen Versuchen mit wesentlichen Einflussparametern. 1870 folgten dann Ergänzungen der Versuche und die Formulierung eines „Gesetzes“: Brüche treten bei wiederholter Belastung auch unterhalb der statischen Festigkeit auf, maßgebend sind die Schwingweiten und nicht die absolute Höhe der Belastung, es gibt einen Mittelspannungseinfluss. Daraus leitete Wöhler ein Sicherheitskonzept ab. Übrigens hat Wöhler selbst noch keine Formel für den Zusammenhang zwischen Last und Lebensdauer angegeben und die Ergebnisse nicht grafisch dargestellt, die „Wöhlerlinie“ wurde erst später hergeleitet. Interessanterweise wurden die Leistungen
Profil
N. Kopp, Bezirksbürgermeister Steglitz-Zehlendorf
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M. Wilhelm
H. Zenner
von Wöhler international zunächst mehr gewürdigt als national, wahrscheinlich da Bauteilermüdung zuerst in England durch spektakuläre Schäden zu einem wichtigen Thema geworden war. Bemerkenswert ist auch, dass Wöhler seine 12jährige Tätigkeit als „Nebenarbeit“ bezeichnet hat! An dieser Stelle sei für Interessierte auf die DVM-Sonderpublikation „Bauteilermüdung“ verwiesen, die die Arbeit Wöhlers und ihre Rezeption behandelt.
in seiner historischen Verbindung zur BAM“ ging Dr. Pedro Portella, BAM, auf die Geschichte der Bundesanstalt für Materialforschung und –prüfung und ihrer Vorgängerorganisationen sowie auf die jeweiligen historischen und aktuellen Standorte in Berlin ein. Anhand historischer Dokumente ließen sich frühe Versuche der BAM an Eisenbahn-Werkstoffen gemäß der Erkenntnisse von Wöhler sowie Diskussionen um Materialeigenschaften belegen. Anschließend be-
I. Maslinski, ehem. DVM-Geschäftsführerin, H. A. Richard, K. Leers
K.-H. Schwalbe, K. Mädler
Im Vortrag „Das Leben und Wirken von Adolf Martens – Zum 100. Todestag 2014“ beschrieb Dr. Alois Wehrstedt, ehem. Deutsches Institut für Normung, Berlin, die Verdienste des DVM-Gründungsvorsitzenden Adolf Martens. Diese wurden in der letzten Ausgabe der DVM-Nachrichten Nr. 62 in der Beilage ausführlich gewürdigt. In seinem Beitrag „Der DVM
schrieb Dr. Portella das Wirken Wöhlers, insbesondere dessen selbst konstruierte Prüfmaschinen, sowie Martens Arbeiten im Bereich der Werkstofftechnik und Schadensanalyse, Metallografie und Entwicklung von Prüfmaschinen. Aus der von Martens geleiteten Königlichen Mechanischen Versuchsanstalt ging später die BAM hervor. Anhand dieser Arbeiten zeigten
P. D. Portella
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A. Wehrstedt, ehem. DIN
L. Krüger
DVM-N 63 • Frühjahr 2015 sich die Felder der Zusammenarbeit mit dem DVM. Abschließend gab der amtierende DVM-Vorsitzende Lothar Krüger einen Überblick über die aktuelle Situation des DVM und seine strategische Ausrichtung sowie einen Ausblick auf die Zukunft des Verbandes. Unter der Überschrift „Dem DVM geht’s gut!“ richtete er einen herzlichen Dank an die anwesenden Festgäste und mit ihnen an alle, die zu dieser anhaltend erfolgversprechenden Entwicklung maßgeblich beigetragen haben. Herr Krüger betonte, dass es der fachliche Nutzen ist, der den DVM für seine in den Verbandsgremien durchweg ehrenamtlich arbeitenden Aktiven attraktiv macht. Sie haben den Verband so ausgerichtet, dass es heute das Verständnis des DVM ist, den Begriff „Materialforschung und -prüfung“ nicht auf den Werkstoff zu begrenzen, sondern Bauteile und Systeme ganzheitlich zu sehen. So ordnen sich alle Verbandsaktivitäten unter dem Dach der „Strukturintegrität“ ein. Das neu erstellte DVMHaus visualisiert diese Strukturintegrität, indem das Zusammenwirken der Disziplinen deutlich wird. Die gesamte Rede ist im internen Mitgliederbereich der DVM-Website veröffentlicht. An die Festvorträge schloss sich dann ein geselliges Beisammensein an, bei dem sich alte Kollegen
Profil/Kommentar
Festgäste
und junge Weggefährten ausgiebig in festlicher Stimmung austauschen konnten. Abgerundet wurde der Tag durch eine Zeitreise durch Berlin zu historischen Schauplätzen. Eine gelungene Veranstaltung, die auch schon auf die 125-Jahr-Feier des DVM im Jahr 2021 verwies. Dr.-Ing. Jens Hoffmeyer Volkswagen AG Wolfsburg
Von der Statik zur Dynamik zur Strukturintegrität – Eine Bemerkung zum Leitmotiv des DVM – Die fachlich und organisatorisch sehr gelungene DVMJubiläumsveranstaltung gab neben einem interessanten Rückblick auch einen Ausblick auf die zukünftige Strategie des DVM. Man kann sie schlagwortartig wie folgt kennzeichnen: von der Statik zur Dynamik zur Strukturintegrität.
Die tradierten Aufgaben der Materialforschung und Materialprüfung zur Bestimmung statischer und dynamischer Eigenschaften von Werkstoffen und Bauteilen sind und bleiben natürlich nach wie vor wichtig. Aber in der heutigen Technik ist die Strukturintegrität – die Unversehrtheit funktionell zusammenwirkender Bauelemente unter komplexen Beanspruchungen – von zentraler Bedeutung für die Funktionalität und die Zuverlässigkeit technischer Systeme. Ich gratuliere daher dem DVM zur Wahl des Begriffs Strukturintegrität als zukunftsorientiertes Leitmotiv seiner Aktivitäten für Technik, Wirtschaft und Gesellschaft. Berlin, 18. November 2014
Prof. Dr. Horst Czichos Präsident der Bundesanstalt für Materialforschung und prüfung a.D. H. Czichos
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Bericht
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Fortbildungsseminar Mechanisch-technologische Prüfverfahren Das zweitägige DVM-Fortbildungsseminar „Mechanischtechnologische Prüfverfahren“ fand am 25. und 26. März 2014 statt. Seminarstätte war erstmalig die Staatliche Materialprüfungsanstalt des Zentrums für Konstruktionswerkstoffe in Darmstadt. Für die rechnerische Auslegung von Bauteilen, die Bewertung der betrieblichen Ist-Zustände und für die Schadensanalyse bilden zuverlässig ermittelte Werkstoffkennwerte eine wesentliche Grundlage. Die Themen am ersten Tag waren: Wozu Werkstoffkennwerte (Prof. M. Oechsner), Zugversuch (Prof. U. Wuttke), Kerbschlagbiegeversuch (Dr. M. Bauer), Kalibrierung von Werkstoffprüfmaschinen zur Qualitätssicherung (Prof. R. Tscheuschner). Prof. Oechsner betonte in seinem Vortrag „Wozu Werkstoffkennwerte“ die Wichtigkeit der Werkstoffkennwerte für die Qualitätssicherung und ging dabei auf die verschiedenen Charakteristiken der unter-
Umsetzung im Versuch erfolgte. Der erste Tag fand seinen Abschluss in einem Vortrag von Prof. Tscheuschner zur Qualitätssicherung von Werkstoffprüfmaschinen durch Kalibrierung. Dabei wurden ebenfalls die Normen vorgestellt. Im Detail ging Prof. Tscheuschner auf die Durchführung von Kalibrierungen der Kenngrößen Kraft, Härte, Schlagarbeit, Länge und Temperatur ein. Dabei wurde die Wichtigkeit der Kalibrierung der Prüfmaschinen durch ein akkreditiertes Labor hervorgehoben. Am zweiten Tag des Seminars wurden die Themen Härteprüfung und Messunsicherheit (beide Prof. R. Tscheuschner) den Teilnehmern präsentiert. Bei dem Thema „Härteprüfung“ wurden die Grundlagen, Definitionen und Normen zu den Standardhärteprüfverfahren aber auch zu mobilen Härteprüfverfahren vorgestellt. Außerdem wurde die Korrelation zwischen der Härte und der Festigkeit vermittelt. Im Praktikum konnten die Teilnehmer des Seminars die Umsetzung der Theorie an den Härteprüfverfahren Vickers, Rockwell, Brinell, Martens, Leeb, UCI und TIV üben und vertiefen.
Bild: Messwert als Qualitätskriterium für das Laboratorium
schiedlichen Werkstoffkennwerte ein. Weiter erläuterte Prof. Oechsner die Übertragbarkeit von Werkstoffkennwerten und deren Grenzen und ging auf deren Qualität und die damit verbundene Sicherheit für Bauteile ein. Zum Zugversuch wurden von Prof. Wuttke die theoretischen Grundlagen und Normen vorgestellt. In weiteren Schritten wurden die Versuchs- und Messtechnik sowie die Auswertung mit der Bestimmung der Werkstoffkenngrößen (Zugfestigkeit, Dehngrenze, Streckgrenze, Bruchdehnung) und des E-Moduls erläutert. Anschließend erfolgte an Prüfmaschinen die praktische Durchführung des Zugversuchs mit der Auswertung durch die Teilnehmer. Auch für den Kerbschlagebiegeversuch wurden zuerst die Grundlagen mit den neusten Normen (DIN EN ISO, ASTM), die Versuchs- und Messtechnik (Instrumentierung) und die Auswertung zur Ermittlung der Kenngrößen und der Kerbschlagarbeit-Temperaturkurven theoretisch von Dr. Bauer präsentiert, bevor die praktische Seite 4
Bild: Messunsicherheit – Definition, Abweichung, Häufigkeit
Abschließend konnten sich die Teilnehmer noch über das Thema Messunsicherheit (Prof. Tscheuschner) mit Vertiefung im Bereich der Härteprüfverfahren unterrichten. Hier gab es eine theoretische Einführung in die Messunsicherheit mit anschließenden praktischen Beispielen. Somit wurden den Teilnehmern des Fortbildungsseminars ein umfassender Einblick in die theoretischen Grundlagen, Normen und Verfahren der mechanisch-technologischen Werkstoffkennwerte vermittelt, den sie anhand der praktischen Versuche vertiefen konnten. Aufgrund der positiven Teilnehmerresonanz soll die Veranstaltung im Zwei-Jahres-Turnus stattfinden. Dr.-Ing. Jörg Ellermeier Zentrum für Konstruktionswerkstoffe Staatliche Materialprüfungsanstalt (MPA) Darmstadt
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Fortbildungsseminar Bauteilschäden – Ursachen und Folgerungen Vom 23. bis zum 25. September 2014 fand in Esslingen das Fortbildungsseminar „Bauteilschäden“ zum 9. Mal statt. Die Teilnehmer erwartete ein spannendes Programm aus Vorträgen und Übungen bzw. Fallbeispielen inklusive „metallischem Anschauungsmaterial“. In dem Einführungsvor trag wurden die unterschiedlichsten Schäden von gerissenen Schrauben bis zu zerbrochenen Schiffen präsentiert und einige der Ursachen und Zusammenhänge schon kurz angerissen. Was es zu beachten gibt, wenn ein Schaden eingetreten ist, und in welchen Einzelschritten dann eine Schadensanalyse durchzuführen ist, erfuhren wir im folgenden Vortrag. Hierbei helfen verschiedene Regelwerke weiter, wie z. B. die VDIRichtlinie 3822. Die erforderliche Bestandsaufnahme kommt einer „Spurensicherung am Tatort “ gleich, bei der eine genaue Dokumentation durchgeführt wird. Die hieraus abgeleitete Schadenshypothese dient als Orientierung für die danach durchzuführenden Untersuchungen mit den geeigneten zerstörungsfreien und zerstörenden Verfahren. Die nächsten zwei Vorträge befassten sich mit „Schäden bei statischer Belastung “. Verschiedene Auslegungskonzepte wurden erör ter t und miteinander verglichen. Wir beschäftigten uns im Detail mit den Versagensarten aus statischen Belastungen und welche Materialeigenschaften für die Auswahl eines Werkstoffs heranzuziehen sind. Wie eindrucksvolle Beispiele belegten, können allerdings durch eine ungeeignete Wärmebehandlung gute Werkstoffeigenschaften wieder zunichte gemacht werden. Die verschiedenen Schadensmerkmale mit ihren mannigfachen Ursachen wurden anhand von vielen Bruchbildern und REM-Aufnahmen erläutert. Von großer Bedeutung sind die sogenannten „sekundären Biegespannungen“, die gegenüber dem Nennspannungsverlauf zu stark abweichenden Beanspruchungen führen können – leider werden sie oft nicht korrekt beachtet. Das gilt im Kleinen (z. B. in Schweißnähten), wie auch im Großen (z. B. im Flansch des Pylons eines Schiffskrans). Wie Brüche nach makroskopischem Erscheinungsbild und wirksamer Beanspruchung unterschieden werden, wurde im Folgevortrag behandelt. Mit einer Vielzahl von REM-Aufnahmen wurden sie erläutert. Die „Schäden bei zeitlich veränderlicher Belastung“ und geeignete Festigkeitsnachweise waren das Thema am späten Nachmittag. Am Abend wurden uns die Prüfstände des Steinbeis Transferzentrums und der Hochschule Esslingen
gezeigt, auf denen mit vielfach selbst entwickelten Probenträgern die unterschiedlichsten statischen und dynamischen Versuche durchgeführt werden. Auch ein Kerbschlagbiegeversuch mit Auswertung wurde vorgeführt. Beim kommunikativen Abend konnten weitere fachliche Details vertieft werden. Am 2. Tag wurden „Bruchmechanische Konzepte“ behandelt und Berechnungsverfahren für das Risswachstum aufgezeigt. Auf Übungen zu den Themen des Vortages folgte ein Vortrag über thermische Schäden. Dabei ging es vor allem um das Kriechen, d. h. wie sich metallische Werkstoffe bei hohen Temperaturen verhalten und wie sich die Belastungsgrenzen ermitteln lassen. Dem zweiten abendlichen Treffen ging eine kurzweilige Führung voran in der sehr reizvollen Esslinger Altstadt durch den Leiter des Steinbeis Transferzentrums, Herrn Professor Issler, inklusive eines Besuchs der ältesten Sektkellerei Deutschlands.
Die schon vorher verschiedentlich er wähnten Schäden an Schweißverbindungen wurden am 3. Tag eingehender behandelt, wobei die metallurgischen Besonderheiten von Schweißnähten herausgestellt wurden. Wie Schäden vermieden werden können, z. B. durch korrekte Konstruktion, Werkstoffauswahl und Nachbehandlung, wurde im letzten Vortrag beschrieben. Dr. Johannes Heinrich BorgWarner Drivetrain Engineering GmbH, Ketsch Seite 5
Bericht
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Veranstaltungen des DVM-Arbeitskreises Betriebsfestigkeit Dieses Jahr fand das Fortbildungsseminar am 7. Oktober, sowie die Tagung am 08. und 09. Oktober 2014 in Ingolstadt statt. Großartige Veranstaltungsorte waren zum einen das Audi Forum Ingolstadt, zum anderen das Stadttheater Ingolstadt. Ein herzlicher Dank hierfür geht an die Audi AG Ingolstadt. Bei der Fortbildungsveranstaltung wurde das in 2013 eingeführte Konzept fortgesetzt: Das Fortbildungsseminar führt in eines der Hauptthemen der im Anschluss stattfindenden Tagung des Arbeitskreises Betriebsfestigkeit ein. Dadurch soll das Fortbildungsseminar den Besuch der Tagung ergänzen, aber auch ohne späteren Besuch der Tagung eine Teilnahme sinnvoll machen. Für das diesjährige Thema „Methoden der Last- und Beanspruchungsanalyse und Statistik für Betriebsfestigkeitsanwendungen“ konnten Dr. Dressler und Dr. Speckert vom Fraunhofer ITWM Kaiserslautern als Referenten gewonnen werden. Mit ihren engagierten Vorträgen gewährleisteten sie den Erfolg der mit 47 Teilnehmern sehr gut besuchten Veranstaltung. Unter der Thematik „Von der Lastannahme bis zur Absicherung – Betriebsfestigkeit entlang der Prozesskette“, fand anschließend die diesjährige, 41. Tagung des DVM Arbeitskreises Betriebsfestigkeit in Ingolstadt statt. Der gewählte Oberbegriff umschließt alle Teilschritte der betriebsfesten Bauteilentwicklung und bot den Teilnehmern der betroffenen Industriezweige ein hohes Potential, Forschungsfortschritte zu teilen und zu diskutieren. 19 Fach- und 7 Posterbeiträge gaben einen Einblick über aktuelle Entwicklungen zu folgenden Schwerpunkten: • Lastannahmen für Optimierungen hinsichtlich effizienter Auslegung und unter Berücksichtigung regionaler und kundenspezifischer Nutzung im Bereich PKW, Nutz- und Schienenfahrzeuge • Lastermittlung und Lastaufbereitung, virtuell und experimentell: * Simulative und numerische Methodik der Lastermittlung z.B. mittels Mehrkörpersimulation (MKS) * Erfahrungsberichte aus realer PKW-Schädigungsüberwachung und Beschleunigungsmessungen mit Fahrrädern • Optimierung und Anwendung des Auslegungsund Absicherungsprozesses in der PKW- und Schienenfahrzeugentwicklung
ersten Tagungstag konnte die dargestellte Entstehungsgeschichte zudem im Audi-Museum vertieft werden.
Der fachliche Teil der Tagung wurde außerdem von der Verleihung zweier Auszeichnungen begleitet. Herr Prof. Dr.-Ing. Karl Ludwig Kotte erhielt die Erich-SiebelGedenkmünze, die höchste Auszeichnung des DVM, für sein Lebenswerk. Zudem wurde Herr Prof. Dr.-Ing. Holger Hanselka für seine Leistungen auf dem Gebiet der Materialforschung und –prüfung, sowie für sein DVM-Engagement mit der August-Wöhler-Medaille ausgezeichnet. Der Rahmen und fachliche Inhalt der Tagung entsprach in jeder Hinsicht den Zielen des Arbeitskreises Betriebsfestigkeit, eine praxisnahe Prozesskette von der Lastannahme bis zur Bauteilabsicherung darzustellen. Insgesamt 224 Teilnehmer und 22 Aussteller besuchten die Tagung und spiegelten erneut das sehr hohe Interesse an der Veranstaltung wider. Der Berichtsband 141 enthält die Fachvorträge in schriftlicher Form sowie digital auf CD. Die nächste Tagung des DVM Arbeitskreises Betriebsfestigkeit wird am 07. und 08.10.2015 in Dresden mit dem Titel „Betriebsfestigkeit – Bauteile und Systeme Auch in diesem Jahr gelang es, die fachlichen Beiträ- unter komplexer Belastung“ stattfinden. ge durch einen interessanten Gastvortrag zu ergänzen. Herr Friese nutzte diese Gelegenheit, um den TeilnehBenedikt Brune mern in seinem lebendigen Beitrag „Die vier Ringe – Wurzeln und Technik im Wandel der Zeit“ die Histo- Dr.-Ing Andreas Müller rie der Audi AG näherzubringen. Im Anschluss an den Dr.-Ing. h.c. F. Porsche AG Weissach Seite 6
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Workshop Zuverlässigkeit und Probabilistik Nach einer erfolgreichen Auftaktveranstaltung im Jahr 2013 lud der DVM am 29. und 30. Oktober 2014 zum zweiten Mal zu diesem Workshop rund um das weit gefasste Thema „Statistik“. Gastgeber war in diesem Jahr Prof. Klemens Rother, der den Vorsitz des Programmausschusses von Prof. Eberhard Roos übernommen
vom Vorwissen konnte jeder der Teilnehmer etwas Praktisches mit nach Hause nehmen. Den ersten Block bildeten die Grundlagenvorträge, meine persönlichen Favoriten auf diesen Veranstaltungen. Auch wenn man nicht jede Folie bis ins letzte Detail versteht, so bekommt man doch ein Potpourri an Schlagworten inkl. der zugehörigen Anwendungsmöglichkeiten geliefert. Bei Themen, die für meine tägliche Arbeit oder meinen persönlichen Wissendurst interessant sind, liefern die persönlichen Gespräche mit den Referenten im Nachhinein oder auch ganz einfach Google später jede Menge Möglichkeiten, das Wissen zu vertiefen. In weiteren Blöcken wurden in den Themenblöcken • Strukturintegrität • Zerstörungsfreie Prüfung
hat. Ihm und seinem Team gebührt ein herzlicher Dank, wir haben uns bei Ihnen sehr wohl gefühlt. Der fachliche Teil der Veranstaltung begann mit einem Übersichtsvortrag und dort mit einem sehr treffenden Zitat des Philosophen und Mathematikers Bertrand Russel: „Probability is the most important concept in modern science, especially as nobody has the slightest notion of what it means“. Gemessen an dem Zeitpunkt des Gesagten (1929) zu der heute gelebten Praxis muss man manchmal Zweifel hegen, ob sich an der Gesamtsituation deutlich etwas geändert hat. Aber mit Veranstaltungen wie dieser wird versucht, entsprechendes Wissen aufzubereiten und zu streuen. Dies ist den Vortragenden gelungen, wobei die Spannweite des fachlichen Tiefgangs von recht einfachen Anwendungen probabilistischer Methoden bis hin zur komplexen Analyse der mathematischen Zusammenhänge reichte. Kurz: Unabhängig
• Lebensdauerbewertung speziellere Aufgabenstellungen beleuchtet. Der Fokus lag dabei stets auf den probabilistischen Methoden, wodurch z.B. die gängigen Methoden der Lebensdauerbewertung mit alternativen Ansätzen gewürzt wurden. Ein Gastvortrag aus Sicht eines Versicherers rundete die Veranstaltungsreihe ab. Die zwei Tage dauernde Veranstaltung war mit ca. 40 Teilnehmern gut besucht. Das anschließend aufgenommene Feedback der Teilnehmer war durchweg positiv. Es ist allerdings deutlich geworden, dass gerade bei solch komplexen und vor allem nicht alltäglichen Themen mehr Zeit für Diskussionen nach den Vorträgen eingeräumt werden sollte.
Dr. Patrick David Audi AG Ingolstadt
Impressum Die DVM-Nachrichten sind die Verbandsmitteilungen des Deutschen Verbandes für Materialforschung und -prüfung e. V. DVM-Redaktion: Dr.-Ing. Jens Hoffmeyer Volkswagen AG, EGDB/4 Brieffach 1712, 38436 Wolfsburg jens.hoffmeyer@volkswagen.de Prof. Dr.-Ing. Manuela Sander Universität Rostock / Fakultät für Maschinenbau und Schiffstechnik / Lehrstuhl für Strukturmechanik Albert-Einstein-Str. 2, 18051 Rostock manuela.sander@uni-rostock.de Dr.-Ing. Andreas Müller Dr.-Ing. h.c. F. Porsche AG Werkstofftechnik Betriebsfestigkeit Porschestrasse, 71287 Weissach andreas.mueller@porsche.de
Susanne Bachofer, MA(Berlin) DVM-Geschäftsstelle office@dvm-berlin.de Geschäftsführung: Dipl.-Kfm. Kathrin-Luise Leers k.leers@dvm-berlin.de DVM-Geschäftsstelle: Schloßstr. 48, 12165 Berlin Tel. (030)8113066 / Fax (030) 8119359 office@dvm-berlin.de www.dvm-berlin.de Vorsitzender: Dipl.-Ing. Lothar Krüger l.krueger@dvm-berlin.de
Stellvertretender Vorsitzender: Prof. Dr.-Ing. H. A. Richard Fachgruppe Angewandte Mechanik Universität Paderborn Pohlweg 47-49, 33098 Paderborn richard@fam.upb.de Redaktionell begründete Kürzungen und Änderungen von Beiträgen sind ausdrücklich vorbehalten. Namentlich gekennzeichnete Beiträge müssen nicht die Meinung der Redaktion widerspiegeln. Alle Angaben sind ohne Gewähr.
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Workshop Prüfmethodik für Betriebsfestigkeitsversuche in der Fahrzeugindustrie Am 28. und 29.01.2015 fand in Zwickau der DVMWorkshop „Prüfmethodik für Betriebsfestigkeitsversuche in der Fahr zeugindus trie “ s t at t. Wie immer sorgte das DVM-Team routiniert für einen reibungslosen Start der Veranstaltung und so konnte Dr. Rainer Masendorf vom IMAB der TU Clausthal den sechsten Workshop dieser Reihe vor fast 100 Teilnehmern im sehr schönen Saal des Zwickauer Rathauses eröffnen.
Besuch im August Horch Museum
In den praxisnahen Vorträgen stellten insgesamt über 20 Vortragende lebendig und umfassend den aktuellen Stand der Betriebsfestigkeitsprüfmethodik in der Fahrzeugindustrie dar. Hierbei wurden folgende Bereiche abgedeckt: • • • • • •
Lastdatenermittlung Neue Messmethoden Prüfstandstechnik Prüfmethodik Einsatzbereiche typischer Prüfstandstypen Methoden zur Effizienzsteigerung.
Im Anschluss an die Vorträge wurde eifrig diskutiert und die Erfahrungen der anderen WorkshopTeilnehmer brachten manch hilfreiche Ergänzung. Das Verhältnis zwischen Berechnung und Versuch wurde in einer von Dr. Martin Brune und Dr. Lothar Jung moderierten Diskussion kritisch hinterfragt und mit dem Fazit beendet: „Wir brauchen beides und die aktuelle Aufgabe liegt vor allem darin, beide Methoden zusammen zu bringen!“. Die Verans t altung w urde abger undet durch einen ge s chicht lichen Vor t rag anläs slich de s Seite 8
100. Todestages von August Wöhler gehalten durch Dr. Karsten Hinkelmann und Prof. Harald Zenner, der als Mitautor der FKM-Richtlinie „Rechnerischer Festigkeitsnachweis für Maschinenbauteile“ hohes Ansehen genießt. Während des teilweise schon philosophisch orientierten Vortrags von Prof. Zenner trauten sich selbst DVM-Urgesteine kaum zu atmen, um kein Wort zu verpassen.
F. Weidenmüller
Besonderer Dank gebührt der „Fahrzeug-Entwicklung Sachsen GmbH“ und Herrn Frank Weidenmüller und seinem Team, welche keine Mühen scheuten. So war beim Kommunikativen Abend im August Horch Museum der Namensgeber sogar „persönlich“ für eine Führung durch das beeindruckende Haus gewonnen worden! Philipp Spaney Jungheinrich AG, Norderstedt Dr.-Ing. Andreas Müller Dr. Ing. h. c. F. Porsche AG, Weissach
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Veranstaltungen des DVM-Arbeitskreises Bruchmechanik und Bauteilsicherheit Eine Plattform zur interdisziplinären Diskussion bruchmechanischer Problemstellungen bot die diesjährige Tagung des DVM Arbeitskreises „Bruchmechanik und Bauteilsicherheit “ am 10. und 11. Februar 2015 an der TU Bergakademie Freiberg. Der Tagung vorangestellt war am 09.02.2015 wiederum ein Fortbildungsseminar dieses Mal mit dem Titel „Bruchmechanische Bauteilbewertung – Beispiele und praktische Übungen“. Die mit 75 Teilnehmern sehr gut besuchte Tagung zeigte, wie gewinnbringend das Zusammenwirken von Experten mit unterschiedlichem ingenieurstechnischem und naturwissenschaftlichem Hintergrund sein kann. Im Fokus der Tagung standen die Anwendungsaspekte der Bruchmechanik. Hervorzuheben ist jedoch die Tatsache, dass neben experimentellen und ingenieurmäßigen Arbeiten auch wertvolle theoretische Beiträge zur Schädigungsmechanik, zur Multiskalensimulation und zur mathematischen Beschreibung komplexer Rissprobleme eingereicht wurden. Dass diese grundlagenorientierten Untersuchungen auch für die Praxis immer mehr Bedeutung gewinnen, zeigt sich in der angekündigten Wiederbelebung von Arbeitsgruppen zur schädigungsmechanischen Simulation und zur Mixed-Mode-Rissproblematik. Die Höhepunkte der Tagung stellten die hervorragenden Vorträge in den Plenarsitzungen dar. Der Eröffnungsvortrag wurde von Prof. Meinhard Kuna (TU Bergakademie Freiberg) zur Entwicklung der Finiten Elemente Methode im Bereich der Bruchmechanik in den letzten 40 Jahren gehalten. Für seine Verdienste im Bereich der numerischen Analyse von bruchmechanischen Problemen und insbesondere für die Förderung der Zusammenarbeit von Werkstofftechnik, –prüfung und –modellierung wurde Prof. Kuna mit der August-Wöhler-Medaille des DVM geehrt. Weiterhin war Prof. Kuna langjähriges Mitglied des DVM Programmausschusses und Obmann des AK Bruchvorgänge. Im Zuge der Verleihung der Auszeichnung sorgte die humorvolle Laudatio von Prof. Gerhard Pusch für einen weiteren Höhepunkt. Einen Rahmen der Veranstaltung bildeten die praxisbezogenen Ausführungen zum Rissfortschrittsverhalten und zur Absicherung von Prüfintervallen bei Radsatzwellen durch Dr. Katrin Mädler und Dr. Markus Traupe (DB Systemtechnik GmbH). Aufgrund ihrer herausragenden Leistungen auf dem Gebiet der Bahntechnik wurde Frau Dr. Mädler die DVM-Ehrennadel in Gold verliehen.
Weitere Schwerpunkte der Tagung wurden in den Parallelsitzungen lebhaft diskutiert. In der Sitzung „Simulation“ wurden weite Bereiche der Schädigungs- und Bruchmechanik bedient: Die Themen umfassten die Entwicklung und Anwendung von Schädigungsmodellen, die numerische Untersuchung der Rissausbreitung, Mehrfachrissprobleme und die Anwendung von Bauteilbewertungskonzepten. Eine Sondersitzung wurde der Vorstellung von Ergebnissen des Forschungsvorhabens „Thermisches Ermüdungsrisswachstum“ (THERRI) gewidmet, welches von der Universität Rostock (Prof. Manuela Sander) und dem TÜV Nord ins Leben gerufen wurde. Dieses Projekt dient der Erforschung bruchmechanischer Versagenskonzepte zur Verbesserung der Wirtschaftlichkeit von Kraftwerken. Ergebnisse zur Prüfmethodik und dem bruchmechanischen Verhalten verschiedener Werkstoffe wurden im dritten Programmschwerpunkt vorgestellt. Darin enthalten waren u. a. Beiträge zur Bruchzähigkeitsmessung bei hohen Temperaturen, zur Rissinitiierung unter dynamischer Belastung, zum Risswachstum in Naturfaser-Kunststoffverbunden und zur bruchmechanischen Prüfung von metallischen Werkstoffen. Als ein besonders erfreulicher Aspekt der Tagung ist die gesunde Mischung aus jungen und erfahrenen Wissenschaftlern zu nennen, welche auch von Prof. Peter Hübner (Obmann des AK) betont wurde. Einen zusätzlichen Ansporn für vortragende junge Wissenschaftler stellte zudem die Vergabe des DVM-Juniorpreises dar. An dieser Stelle möchte ich mich für diese Ehrung bedanken, welche meiner Arbeit zur schädigungsmechanischen Modellierung von TRIPStählen zuteil geworden ist. Für die Jur y war es sicherlich eine schwere Entscheidung, denn alle neun Bewerber stellten Forschungsergebnisse auf hohem wissenschaftlichem Niveau vor. Nicht zuletzt haben auch der kommunikative Abend im Ratskeller zu Freiberg und der ungezwungene Erfahrungsaustausch zu einer rundum gelungenen Veranstaltung beigetragen. Mit den gewonnen positiven Eindrücken darf man bereits auf das nächstjährige Treffen gespannt sein, welches im Fraunhofer IWM in Freiburg am 15., 16. und 17. Februar 2016 stattfinden wird. Andreas Seupel Institut für Mechanik und Fluiddynamik, TU Bergakademie Freiberg Seite 9
Ehrungen
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Erich-Siebel-Gedenkmünze für Prof. Dr.-Ing. habil. Karl Ludwig Kotte, TU Dresden Im Rahmen der 41. Tagung des DVM-Arbeitskreises Betriebsfestigkeit am 8. und 9.10.2014 in Ingolstadt erhielt Prof. Dr.-Ing. habil. Karl Ludwig Kotte von der TU Dresden die Erich-Siebel-Gedenkmünze. Die Laudatio hielt Prof. Dr.-Ing. Cetin Morris Sonsino ehem. Fraunhofer LBF Darmstadt.
August-Wöhler-Medaille des DVM für Prof. Dr.-Ing. Holger Hanselka, KIT Karlsruhe Im R ahmen der s elb en Verans t al t ung er hiel t Prof. Dr.-Ing. Holger Hanselka, Präsident des Karlsruher Institut für Technologie (KIT), die August-WöhlerMedaille. Die Laudatio hielt Prof. Dr.-Ing. Harald Zenner ehem. Technischen Universität Clausthal.
Galileo-Preis Werkstoffprüfung für Prof. Dr.-Ing. Martina Zimmermann, Fraunhofer IWS und TU Dresden Der Galileo-Preis Werkstoffprüfung wird jährlich vom Gemeinschaftsgremium Werkstoffprüfung von DGM, DVM und Stahlinstitut VDEh für herausragende Verdienste auf dem Gebiet der Werkstoffprüfung verliehen. Frau Prof. Zimmermann erhielt den Preis am 4. Dezember 2014 im Rahmen der Vortrags- und Diskussionstagung „Werkstoffprüfung“ in Berlin. Ausrichter im dreijährigen Turnus war 2014 der DVM unter der Federführung von Prof. Dr.-Ing. Holger Frenz, Westfälische Hochschule Recklinghausen.
v.l.n.r.: H. Frenz, M. Zimmermann, H.-J. Christ
Die Laudatio hielt Prof. Dr.-Ing. Hans-Jürgen Christ, Universität Siegen.
Wir gratulieren allen Preisträgern ganz herzlich! Eine Übersicht aller Träger von DVM-Ehrungen ist auf der Website www.dvm-berlin.de veröffentlicht. Seite 10
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Ehrungen
August-Wöhler-Medaille für Prof. Dr. rer.nat.habil. Meinhard Kuna Im Rahmen der 47. Tagung des DVM-Arbeitskreises „Bruchmechanik und Bauteilsicherheit“ erhielt Prof. Dr. rer. nat. habil. Meinhard Kuna vom Institut für Mechanik und Fluiddynamik der TU Bergakademie Freiberg die August-Wöhler-Medaille. Die Laudatio hielt Prof. Dr.-Ing. habil. Gerhard Pusch vom Institut für Werkstoff technik der TU Bergakademie Freiberg.
v.l.n.r.: P. Hübner (Obmann), M. Kuna, G. Pusch
DVM-Ehrennadel in Gold für Dr. Katrin Mädler Im Rahmen derselben Veranstaltung erhielt Frau Dr. Katrin Mädler, DB Systemtechnik GmbH, BrandenburgKirchmöser, die DVM-Ehrennadel in Gold. Die Laudatio hielt Dr. Michael Luke vom FraunhoferInstitut für Werkstoffmechanik IWM, Freiburg.
v.l.n.r.: M. Luke, K. Mädler, P. Hübner (Obmann)
DVM-Juniorpreis für Andreas Seupel Ebenfalls in Freiberg erhielt Andreas Seupel den DVMJuniorpreis für den besten Vortrag eines jungen Wissenschaftlers. Der Beitrag ist als Kurzfassung in der Beilage dieser Nachrichten veröffentlicht. A. Seupel
Bundesverdienstkreuz für Professor Dr. Manfred Hennecke Aus der BAM wurde mitgeteilt, dass Bundespräsident Joachim Gauck Herrn Professor Dr. Manfred Hennecke am 15.07.2014 das Verdienstkreuz 1. Klasse des Verdienstordens der Bundesrepublik Deutschland verliehen hat. Dies in Anerkennung seines herausragenden nationalen und internationalen Engagements sowie seiner Verdienste an der Schnittstelle zwischen Wissenschaft, Wirtschaft und Politik. Der DVM gratuliert Herrn Prof. Hennecke und möchte bei dieser Gelegenheit einen sehr herzlichen Dank aussprechen für die langjährige treue Mitgliedschaft und immer konstruktive richtungsweisende Unterstützung als DVM-Beiratsmitglied von Amts wegen in seiner Ära als Präsident der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung.
M. Hennecke
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DVM-N 63 • Frühjahr 2015
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Stochastic Life Approach Bauteilauslegung und ökonomischer Betrieb mittels statistischer Verfahren Die Stochastic Life Approach Philosophie (SLAP) ist ein Auslegungskonzept für Luftfahrzeuge, welches sich von der Damage Tolerance Philosophie (DTP) ableitet. Bei dem Betrieb von Bauteilen wird bewusst in Kauf genommen, dass während der Nutzungsdauer Schädigungen (Risse) entstehen. Bei kritischen Bauteilen ergibt sich die Konsequenz, solche Schädigungen durch Inspektionen zu erkennen, bevor sie zu einem katastrophalen Versagen führen. In der DTP sind die Anforderungen an ein Inspektionsschema so gestellt, dass eine hohe Sicherheit erreicht wird. Jedoch sind viele Inspektionen aus statistischer Sicht nicht notwendig, da eine mögliche Schädigung noch nicht erkennbar ist oder es weitere Inspektionen gibt, bevor sie kritisch wird. Durch die SLAP werden mittels statistischer Auswertung und stochastischer Überlegungen nur Inspektionen definiert, bei denen eine signifikante Chance besteht, die Schädigung zu entdecken. Die Anforderung an den sicheren Betrieb bleibt bestehen. Die Lebensdauer einer Struktur wird u.a. durch Materialeigenschaften, Bauteilgeometrie, Lastspektrum, etc. beeinflusst. Alle Einflussgrößen haben einen Zufallscharakter und lassen sich mittels einer geeigneten Verteilungsfunktion erfassen. Bei Lebensdauerproblemen wird häufig eine Weilbullverteilung angenommen, da diese einen sicheren Lebensdauerwert t 0 hat und wenige Ansprüche an die benötigten Inputdaten stellt. Selbst ohne bekanntes Schädigungsverhalten kann mit Daten ungeschädigter Strukturen eine (konservative) Verteilung erzeugt werden. Für eine gute statistische Auswertung kommen die Inputdaten bevorzugt aus In-Service-Auswertungen eines vergleichbaren Bauteils, andere mögliche Quellen sind Gesamtzellenermüdungsversuch oder Bauteiltests. Ein Inputdatensatz besteht aus einem Lebensdauerindikator und einer Schädigungsgröße (Risslänge). Der Lebensdauerindikator steht in Bezug zu der Beanspruchung des Bauteils. Infrage kommen z.B. Flugstunden, Anzahl der Landungen oder ganz allgemein ein Fatigue Index als abstrakte Größe. Während der Auswertung wird das Rissmodell mit seinen streuenden Parametern simuliert und gegen das Spektrum der möglichen Ins-
pektionsschemata geprüft. Als Resultat ergeben sich für jedes Inspektionsschema drei Kennwerte, nämlich der Zeitpunkt der Erstinspektion, die Gesamtzahl an Inspektionen und die Wahrscheinlichkeit, eine Schädigung nicht zu erkennen bevor diese kritisch wird (POF – Probability of Failure). Trägt man diese in einem Diagramm auf, welches die Gesamtzahl der Inspektionen über dem Lebensdauerindikator der Erstinspektion darstellt, so erhält man eine Kurvenschar. Jede Kur ve steht für eine konstante Versagenswahrscheinlichkeit. Höher liegende Kurven haben eine geringere Versagenswahrscheinlichkeit, die entsprechenden Inspektionsschemata sind also sicherer als die tiefer liegenden. Jede Kurve hat ein Minimum bezüglich der Zahl an Gesamtinspektionen. Bei der Strukturauslegung werden Rissfortschrittsmodelle über ihren Lebensdauerindikator aufgetragen. Dabei können Rissmodelle mit verschiedenen Lebensdauerindikatoren, jedoch gleichem Verhalten, zusammengefasst werden, indem auf einen abstrakten Fatigue Index skaliert wird, daher eine Normierung auf die Gesamtlebensdauer. Die SLAP optimiert die Anzahl an Inspektionen, jedoch müssen Zulassungsvoraussetzungen wie die Betriebssicherheit beachtet werden. Anhand der erzeugten Kurvenschar kann die Grenzkurve für die geforderte Sicherheit identifiziert werden. Eine weitere Zulassungsforderung der DTP ist ein spätester Zeitpunkt der Erstinspektion. Im Diagramm erfüllen alle Inspektionsschemata die Zulassungsvoraussetzungen, welche oberhalb der Grenzkurve und links der spätesten Erstinspektion liegen. Weitere Anforderungen bei einer Strukturauslegung sind in der Regel ökonomischer Natur, z.B. Forderungen nach einer Mindestlänge der Inspektionsintervalle. Im Diagramm begrenzt diese Forderung die möglichen Inspektionsschemata durch eine fallende Diagonale. Nur Schemata, die unterhalb der Diagonalen liegen, erfüllen die Forderung. Olaf Schwerdtner, Dr. Holger Hickethier, Christian Stolz (Airbus Defence and Space)
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Lastdatengenerierung anhand MKSGesamtfahrzeugsimulationen mit Fahrwerkregelsystemen (Kurzfassung: Vollversion im DVM-Berichtsband 141, 2014, S. 129-141) Gesamtfahrzeugsimulationen Der Einfluss elektronischer Systeme auf Fahrwerksbelastungen kann im digitalen Entwicklungsprozess der Automobilbranche ausschließlich anhand von Gesamtfahrzeugsimulationen abgeschätzt werden. Hierfür wird das als Mehrkörpersystem modellierte Fahrwerk um zahlreiche Subkomponenten erweitert: Hochaufgelöste digitalisierte Straßenoberflächen, physikalische Reifenmodelle, Fahrermodelle und Regelsystemmodelle sind erforderlich. Kopplung von Regelsystemmodellen Aufgrund hoher Rechenzeiten bei Lastdatensimulationen werden Regelsysteme als Software-in-the-Loop Modelle eingebunden und in Co-Simulation betrieben. Ohne standardisierte Schnittstelle ist dies im Entwicklungsprozess zeitlich jedoch kaum möglich. Das Functional-Mock-Up Interface ist hierfür ein vielversprechender Ansatz mit stark wachsendem Einsatz in der Automobilbranche. Einfluss der Regelung Abhängig vom betrachteten Manöver unterscheiden sich die Belastungseinflüsse und somit die Anforderungen an entsprechende Regelsystemmodelle und deren Notwendigkeit: Bei Geradeausbremsungen auf ebenen Straßenoberflächen kann auf ein Modell der Bremsregelung noch verzichtet werden. Auf Schlechtweg hingegen ist dieses zwingend erforderlich. Insbesondere das regelungstypische Öffnen der Bremse führt hierbei zu einer hohen Lastreduktion. Bei der ebenfalls betrachteten semiaktiven Verstelldämpfung zeigt sich auf Schlechtweg, aufgrund zusätzlicher Randbedingungen, ein untergeordneter Einfluss der Regelung. Auf einem mit maximal möglicher Geschwindigkeit gefahrenen Rundkurs hingegen ist zur Gewährleistung der Stabilität eine Vielzahl an Reglereingriffen notwendig. Die dadurch direkt verursachten Belastungen sind jedoch vergleichsweise gering. Weitere Lasteinflussgrößen Neben der Regelung selbst nehmen die jeweiligen Aktorikmodelle großen Einfluss auf die Ergebnisgüte: Bei Bremsmanövern ist beispielsweise auf eine korrekte Abbildung der Reibwertcharakteristik des Reifens sowie der physikalischen Eigenschaften der Bremse zu achten. Der dort wirksame nichtlineare Zusam-
menhang zwischen Bremsdruck und Bremsmoment beeinflusst insbesondere das erste Lastmaximum. Auch der in der Numerik anspruchsvoll zu modellierende Übergang von Gleit- zu Haftreibung zwischen Bremsbelag und Bremsscheibe ist physikalisch darzustellen, um die schädigungsrelevanten Schwingungen der Karosserie nach Bremsende abzubilden. Bezüglich der Schwingungsdämpfer muss deren Charakteristik bis in einen hohen Last- und Geschwindigkeitsbereich hinein bekannt und entsprechend modelliert sein. Anregungsbedingte Kavitationseffekte führen beispielsweise zu einem verzögerten Druckkraftaufbau und sollten bei der Lastdatenermittlung daher berücksichtigt werden. Besonderes Augenmerk muss zudem auf Ein- und Ausfederanschläge gelegt werden, da die resultierenden Lastspitzen schädigungsdominierend sind. Auf dem Rundkurs nehmen die Simulationsvorgaben in Form der Fahrspur und Fahrgeschwindigkeit eine zentrale Bedeutung hinsichtlich der resultierenden Bauteilbelastungen ein. Fazit Lastdatenermittlungen anhand von Gesamtfahrzeugsimulationen mit Fahrwerkregelsystemen sind prinzipiell möglich. Der direkte Einfluss auf die Fahrwerksbelastungen ist jedoch manöver- und systemspezifisch zu untersuchen. Neben dem Original-Steuergeräte-Code können daher auch entsprechende System-Verhaltensmodelle zur Lastabschätzung ausreichen, was insbesondere in frühen Entwicklungsphasen eine praktikable Möglichkeit darstellt. Um zukünftig den digitalen Entwicklungsprozess weiter zu stärken, sind neben standardisierten Schnittstellen insbesondere ausreichende funktionale Verhaltensbeschreibungen zur Parametrierung von Aktorikmodellen unabdinglich. S. Brandes, U. Leidner, B. Seufert Daimler AG, Sindelfingen T. Melz, R. Möller Fraunhofer LBF, Darmstadt
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Erweiterung eines duktilen Schädigungsmodells zur Beschreibung von TRIP-Stählen (Kurzfassung; Vollversion im DVM-Berichtsband 247, 2015, S. 83-92) In der vorliegenden Studie stehen die numerische Untersuchung der bei TRIP-Stählen auftretenden Schädigungsmechanismen und deren Modellierung im Rahmen der Kontinuumsmechanik im Vordergrund. Die betrachteten metastabilen austenitischen Stähle verfügen aufgrund der TRansformationsInduzierten Plastizität (TRIP) über ein enormes Verfestigungsvermögen bei hoher Duktilität. Die zusätzlichen inelastischen Dehnungen werden durch eine austenitischmartensitische Phasenumwandlung hervorgerufen, wobei der entstehende Martensit gleichzeitig wesentlich zur Gesamtverfestigung des Materials beiträgt. Die martensitische Phasenumwandlung wird dabei durch mechanische und chemische Triebkräfte hervorgerufen. Um deren Auswirkungen auf das Verformungs- und Verfestigungsverhalten in Modellen berücksichtigen zu können, wird eine entsprechende Martensitkinetik benötigt. Der relevante Schädigungsprozess in diesem duktilen Stahl wird durch das Wachstum und die Vereinigung von Mikroporen hervorgerufen. Die vorgeschlagene Formulierung des kontinuumsmechanischen Modells baut auf die Fließbedingung nach Rousselier auf, welche sowohl das plastische Materialverhalten als auch den duktilen Schädigungsprozess beschreibt (Rousselier, G., J. Mech. Phys. Solids 49 (2001), S. 1727-1746). Damit kann entfestigendes Materialverhalten abgebildet werden. Neben der plastischen Dehnung und einer skalaren Verfestigungsvariable liegt zusätzlich die Porosität als Schädigungsvariable vor. Die Martensitentwicklung wird über eine Umwandlungsbedingung bereitgestellt (Hallberg, H., Hakansson, P., Ristinmaa, M., Int. J. Plast. 23 (2007), S. 723-748). Als Triebkraft der Umwandlung geht der Spannungszustand in das Kriterium ein. Aus der Umwandlungsbedingung werden Evolutionsgleichungen für den Martensitvolumenanteil und die transformationsbedingten Dehnungen abgeleitet. Gleichzeitig wird eine Abhängigkeit der Anfangsfließspannung vom Martensitvolumenanteil angenommen, womit die zusätzliche Verfestigung durch die Phasenumwandlung in die Fließbedingung eingebunden wird. Das entwickelte Modell wird folgendermaßen eingesetzt: Zunächst erfolgt eine Anpassung der Materialund Modellparameter unter Nutzung von Zugversuchsergebnissen eines hochlegierten TRIP-Stahls, welcher im Sonderforschungsbereich 799 „TRIP-Matrix-Composite“ entwickelt wurde. Damit werden die reinen
Matrixeigenschaften bestimmt, d. h. die Schädigung ist deaktiviert. Im Anschluss werden Zellmodellsimulationen unter Verwendung des Modells mit diskret aufgelösten Poren unter verschiedenen makroskopischen Mehrachsigkeiten durchgeführt. Als Mehrachsigkeit wird das Verhältnis von hydrostatischer Spannung zur von Mises Vergleichsspannung definiert. Die Anpassung des Materialmodells mit aktiver Schädigung erfolgt zuletzt anhand der simulierten makroskopischen Fließ-, Schädigungs- und Martensitentwicklungskurven. In Abb. 1 a) sind die makroskopischen Fließkurven der Zellmodelle und des angepassten Schädigungsmodells dargestellt (Anfangsporosität 1%). Bis zum Einsatz der plötzlichen Entfestigung aufgrund des Porenzusammenwachsens kann das Verhalten für alle betrachteten Mehrachsigkeiten sehr gut abgebildet werden. Im Anschluss überschätzt das Modell die Zellmodellergebnisse. Das Sättigungsverhalten der Martensitevolution aus den Zellmodellrechnungen in Abb. 1 b) kann qualitativ wiedergegeben werden. Mit Erhöhung der Mehrachsigkeit sind jedoch größere Abweichungen vorhanden. Um das Materialverhalten bei Porenvereinigung besser darstellen zu können, sind weitere Modifikationen notwendig und geplant.
Abb. 1: Vergleich der mikromechanischen Simulationen und des vorgeschlagenen Modells anhand der normierten Fließkurven a) und des Martensitvolumenanteils b) bei verschiedener Spannungsmehrachsigkeit
A. Seupel, M. Kuna Institut für Mechanik und Fluiddynamik, TU Bergakademie Freiberg
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