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Projekt
Experimentelle Charakterisierung und numerische Analyse der schwingfestigkeitssteigernden Wirkung von Eigenspannungen in quergewalzten Bauteilen
Fachliche Zuordnung
Ur- und Umformtechnik, Additive Fertigungsverfahren
Mechanik
Mechanik
Förderung
Förderung seit 2017
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 374767659
Im Rahmen des SPP 2013 wird die Nutzung umformtechnisch induzierter Eigenspannungen zur Verbesserung der Bauteileigenschaften erforscht. Ziel des beantragten Vorhabens ist die gezielte Einstellung von schwingfestigkeitssteigernden Eigenspannungszuständen in Prozessen der Kaltumformung. Im Projekt wird ein hybrides Bauteil betrachtet, bei dem Welle und Nabe durch einen Querwalzprozess verbunden werden. Hierbei entsteht eine prozessbedingte Kerbe, die einen ungünstigen Effekt auf die Lebensdauer haben kann. Durch gezielte Einstellung von Druckeigenspannungen während des Walzenprozesses kann dieser Nachteil kompensiert werden.In den ersten beiden Förderperioden konnte ein stabiler Prozess etabliert werden und die Leistungsfähigkeit des Ansatzes zur Lebensdauerverlängerung nachgewiesen werden. Hierzu wurden verschiedene Berechnungsmodelle zur Simulation von Prozess und Lebensdauer aufgebaut. Die Beeinflussbarkeit der Lebensdauer durch verschiedene Prozessvarianten wurde gezeigt.In der dritten und letzten Förderperiode liegt der Fokus auf dem Realbauteil unter Berücksichtigung des Einflusses eines Fügepartners (Nabe) unter Einsatzbedingungen. Hierfür wird die methodische Bauteil- und Prozessauslegung im Hinblick auf die einzustellenden Eigenspannungszustände in der Kerbe und der Fügezone in den Fokus gerückt. Für die praktische Umsetzung erfolgt der Aufbau einer höchst flexiblen Walzvorrichtung, die auch komplexe Prozessvarianten mit einer höheren Geometrievielfalt zulässt, um den Anforderungen an die einzustellenden Eigenspannungen entsprechen zu können.Weiterhin wird erneut der Betrieb des Bauteils betrachtet und gewinnt durch die Übertragung von Realbauteilen und Einsatzbedingungen an Bedeutung. Entscheidend für die Lebensdauer ist die Stabilität der Druckeigenspannungen in der versagensrelevanten Kerbe und an der Fügestelle. Dazu wird die Veränderung der Eigenspannungen unter zyklischer Last vermessen und mittels eines elastisch-plastischen Modells simuliert. Das Rissfortschrittsmodell wird auf den 3D-Fall erweitert und so im Rahmen einer zusammenhängenden Simulationsstrategie die Lebensdauer der Bauteile unter Berücksichtigung der veränderlichen Eigenspannungen analysiert.Zum Ende der dritten Förderperiode wird das gewalzte Bauteil hinsichtlich seiner Fügeverbindung und Kerbgeometrie gezielt mittels einer übertragbaren Auslegungsmethodik auslegbar sein. Die Lebensdauer wird dabei unter Berücksichtigung der Eigenspannungsstabilität analysiert und die Erkenntnisse über die Eigenspannungsveränderungen in die Auslegungsmethodik miteinbezogen. Es wird durch die flexible, neue Prozessführung möglich sein, die Eigenspannungen in Kerbe und Fügezone jeweils gezielt einzustellen und durch Langzeittests an Realbauteilen erfolgt der Nachweis des Gesamtansatzes. Darüber hinaus werden übertragbare Aussagen zur Eigenspannungsstabilität in massiven Bauteilen vorliegen.
DFG-Verfahren
Schwerpunktprogramme
