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Inverse Modellierung des Hochfrequenzermüdungsverhaltens (VHCF) metallischer Werkstoffe Klausur- und Strategietagung am 6./7.2.2009, Wartenberger Mühle.

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1 Inverse Modellierung des Hochfrequenzermüdungsverhaltens (VHCF) metallischer Werkstoffe Klausur- und Strategietagung am 6./ , Wartenberger Mühle 1 Inverse Modellierung des Hochfrequenzermüdungsverhaltens (VHCF) metallischer Werkstoffe PI 1 (AG 1): D. Eifler, Lehrstuhl für Werkstoffkunde, WKK PI 2 (AG 2): W. Freeden, AG Geomathematik WKK: G. Wagner, (Landesstelle), M. Koster, (Landesstelle), V. Wagner (DFG) Mathe: H. Nutz

2 Inverse Modellierung des Hochfrequenzermüdungsverhaltens (VHCF) metallischer Werkstoffe Klausur- und Strategietagung am 6./ , Wartenberger Mühle 2 Inhalt Motivation Interdisziplinäre Kooperation Versuchsergebnisse Zusammenfassung / Ausblick

3 Inverse Modellierung des Hochfrequenzermüdungsverhaltens (VHCF) metallischer Werkstoffe Klausur- und Strategietagung am 6./ , Wartenberger Mühle 3 Inhalt Motivation Interdisziplinäre Kooperation Versuchsergebnisse Zusammenfassung / Ausblick

4 Inverse Modellierung des Hochfrequenzermüdungsverhaltens (VHCF) metallischer Werkstoffe Klausur- und Strategietagung am 6./ , Wartenberger Mühle Beanspruchungsamplitude Bruchlastspielzahl (log N B ) LCF HCF I II Schematische Wöhlerkurve für Typ II - Werkstoffe

5 Inverse Modellierung des Hochfrequenzermüdungsverhaltens (VHCF) metallischer Werkstoffe Klausur- und Strategietagung am 6./ , Wartenberger Mühle 5 [H. Mughrabi, Int. J. Fatigue 28 (2006) ] Beanspruchungsamplitude Bruchlastspielzahl (log N B ) OberflächenanrisseInnenanrisse LCF HCF VHCF Bereiche der Zeit- und Dauerfestigkeit VHCF - Bereich N f ≈ N f ≈ I II III IV Vollständige Wöhlerkurve für Typ II - Werkstoffe

6 Inverse Modellierung des Hochfrequenzermüdungsverhaltens (VHCF) metallischer Werkstoffe Klausur- und Strategietagung am 6./ , Wartenberger Mühle 6 Bauteilbeanspruchungen im VHCF-Bereich ICE 3 Untersuchungen zum ICE-Radstahl R7 Probenlage

7 Inverse Modellierung des Hochfrequenzermüdungsverhaltens (VHCF) metallischer Werkstoffe Klausur- und Strategietagung am 6./ , Wartenberger Mühle 7 „Steuern“ „Messen“ piezoelektrisches Schwingersystem Kontrolleinheit Piezoelektrische Versuchseinrichtung

8 Inverse Modellierung des Hochfrequenzermüdungsverhaltens (VHCF) metallischer Werkstoffe Klausur- und Strategietagung am 6./ , Wartenberger Mühle 8 Ultraschallimpuls 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0, ABC Schwingungsamplitude spec [µm] Zeit [s]

9 Inverse Modellierung des Hochfrequenzermüdungsverhaltens (VHCF) metallischer Werkstoffe Klausur- und Strategietagung am 6./ , Wartenberger Mühle 9 Inhalt Motivation Interdisziplinäre Kooperation Versuchsergebnisse Zusammenfassung / Ausblick

10 Inverse Modellierung des Hochfrequenzermüdungsverhaltens (VHCF) metallischer Werkstoffe Klausur- und Strategietagung am 6./ , Wartenberger Mühle 10 Inverses Problem: Rückschluss von Wirkung auf Ursache

11 Inverse Modellierung des Hochfrequenzermüdungsverhaltens (VHCF) metallischer Werkstoffe Klausur- und Strategietagung am 6./ , Wartenberger Mühle 11 Einfluss der Versuchsfrequenz auf das Volumen der Messdaten bei einer Versuchslaufzeit von 3 Wochen

12 Inverse Modellierung des Hochfrequenzermüdungsverhaltens (VHCF) metallischer Werkstoffe Klausur- und Strategietagung am 6./ , Wartenberger Mühle 12 Inhalt Motivation Interdisziplinäre Kooperation Versuchsergebnisse Zusammenfassung / Ausblick

13 Inverse Modellierung des Hochfrequenzermüdungsverhaltens (VHCF) metallischer Werkstoffe Klausur- und Strategietagung am 6./ , Wartenberger Mühle 13 Resistometrische Untersuchungen  R [µ  ] N R7  a = 385 MPa R = -1 Ablaufreserve (11 % Ferrit) Lauffläche (7% Ferrit)

14 Inverse Modellierung des Hochfrequenzermüdungsverhaltens (VHCF) metallischer Werkstoffe Klausur- und Strategietagung am 6./ , Wartenberger Mühle 14 Detaillierte Analyse der Generatorleistung N  P [W] E diss [J] P max [W] P mittel [W] DPDP P max E diss P mittel R7  a = 385 MPa R = -1

15 Inverse Modellierung des Hochfrequenzermüdungsverhaltens (VHCF) metallischer Werkstoffe Klausur- und Strategietagung am 6./ , Wartenberger Mühle 15 Inhalt Motivation Interdisziplinäre Kooperation Versuchsergebnisse Zusammenfassung / Ausblick

16 Inverse Modellierung des Hochfrequenzermüdungsverhaltens (VHCF) metallischer Werkstoffe Klausur- und Strategietagung am 6./ , Wartenberger Mühle 16 Verwendung der zugewiesenen Mittel Personalkosten E13 (ein wiss. Mitarbeiter der AG € Geomathematik) Lehrstuhl für Werkstoffkunde, WKK Eigenmittel Beabsichtigte Förderanträge und Kooperationen Zusammenarbeit mit der AG Geomathematik zurAutomatisierung der Datenauswertung mit dem Ziel der Erkennung irreversibler Werkstoffveränderungen (Schadensfrüherkennung) DFG Antrag zur o.g. Thematik

17 Inverse Modellierung des Hochfrequenzermüdungsverhaltens (VHCF) metallischer Werkstoffe Klausur- und Strategietagung am 6./ , Wartenberger Mühle 17 Beantragte Mittel Personalkosten E13 (ein wiss. Mitarbeiter WKK und ein wiss. Mitarbeiter der AG Geomathematik, je ½ Stelle) € WKK-Sachmittel € Meilensteine 07/09 bis 06/10 Vollständige Automatisierung der Auswertung niederfrequent (1000 Hz) erfasster Signale (P, T, Bewegungsamplitude Generator) (Abschluss geplant bisSeptember 2009) Entwicklung von Auswertungsalgorithmen für hochfrequent ( Hz) erfasste Messwerte (Bewegungsamplitude Laserinterferometer) (Abschluss geplant bis Dezember 2009) Inverse Modellierung des Ermüdungsverhaltens im VHCF-Bereich für die erfassten Signale(Abschluss geplant bis Dezember 2009) Anwendung des Online-Monitoring zur In-Situ Prozesskontrolle (Abschluss geplant bis Juni 2010)

18 Inverse Modellierung des Hochfrequenzermüdungsverhaltens (VHCF) metallischer Werkstoffe Klausur- und Strategietagung am 6./ , Wartenberger Mühle 18 Inverse Modellierung des Hochfrequenzermüdungsverhaltens (VHCF) metallischer Werkstoffe Klausur- und Strategietagung am 6./ in der Wartenberger Mühle Danke für ihre Aufmerksamkeit


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