Verbesserte Methoden zur Lebensdauerberechnung von Abgasturbolader-Radialverdichterräder aus hochwarmfesten Aluminiumlegierungen

Als Basis für eine rechnerische Lebensdauervorhersage unter einsatzrelevanten Beanspruchungsbedingungen wurde eine solide Datenbasis für die Modellierung des Verformungsverhaltens und eine Vorhersage des Versagensverhaltens erarbeitet. Dazu wurden im relevanten Temperaturbereich quasistatische Zug- und Druckversuche, Kurzzeit-Relaxationsversuche, Kriechversuche, isotherme und thermisch-mechanische Ermüdungsversuche sowie Versuche mit wechselnden Maximallasten und Verformungsgeschwindigkeiten durchgeführt. Die Ergebnisse wurden einerseits für den unmittelbaren Gebrauch in der ingenieurmäßigen Praxis aufbereitet. Andererseits dienten sie der Parameteridentifikation von Rechenmodellen und dem wissenschaftlichen Verständnis. Die im Vorhaben weiterentwickelten Modelle beschreiben sowohl das Wechselverformungsverhalten einschließlich des Spannungsrelaxations- und Kriechverhaltens und Dehnratenabhängigkeit als auch die Schädigungsentwicklung durch Mikrorisswachstum unter komplexen Belastungen. Es wurde ein Schädigungsparameter, welcher auf der zeitunabhängigen elastisch-plastischen Bruchmechanik kleiner Risse beruht weiterentwickelt. Die Modelle wurden an thermomechanischen Ermüdungsversuchen, an Kerbproben und an einem bauteilähnlichen Versuch validiert. Die Modelle mitsamt der gemessenen Datenbasis wurden unmittelbar für die Industrie nutzbar gemacht. Dazu wurden die Modellgleichungen und alle Modellparameter, die sich aus der Anpassung an die Versuche ergaben, im ausführlichen Abschlussbericht dokumentiert. Das Modell zur Wechselplastizität (Jiang-Modell) wurde zusammen mit dem Schädigungsmodell als Benutzerroutine für ABAQUS und ANSYS kodiert. Diese Benutzerroutine wurde den beteiligten Firmen als Object-Code zur Verfügung gestellt. Mit dieser Routine können Motorenkomponenten hinsichtlich ihrer Beanspruchbarkeit unter einsatztypischen Belastungen bewertet werden. Damit werden insbesondere zeit- und kostenintensive Entwicklungsarbeiten bei der Überarbeitung oder Neukonstruktion von Motorenkomponenten reduziert.