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Experimentelle und numerische Untersuchung hochbeanspruchter Ermüdungsrisse im Luftfahrtbereich

Breitbarth, Eric and Strohmann, Tobias and Requena, Guillermo (2019) Experimentelle und numerische Untersuchung hochbeanspruchter Ermüdungsrisse im Luftfahrtbereich. Werkstoffwoche 2019, Dresden.

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Abstract

Flugzeuge sind typische Leichtbaustrukturen, die in ihrem Betrieb wechselnden mechanischen Beanspruchungen ausgesetzt sind. Die eingesetzten Aluminiumlegierungen werden dabei im Flugzeugrumpf mit bis zu etwa einem Drittel ihrer Fließgrenze belastet. Hierdurch ist unweigerlich die Entstehung von Rissen verbunden, welche jedoch beim Fail-Safe Konzept bei der Auslegung berücksichtigt werden. Die Rumpfstrukturen lassen dann auch Risse von mehreren hundert Millimetern Länge zu. Den Werkstoffen kommen jedoch dabei besondere Anforderungen an das Ermüdungsverhalten und der Schadenstoleranz zu, die es sowohl experimentell als auch numerisch zu erfassen gilt. Der Vortrag zeigt, wie diesbezüglich Rissfortschrittskurven an neuartigen 950 mm breiten, einachsig belasteten MT-Proben ermittelt werden können. Untersucht wurden gewalzte Bleche mit einer Dicke von 1,6 mm aus der Aluminiumlegierung AA2024-T3, welche typischerweise im Luftfahrtbereich eingesetzt wird. Unter zyklischer Beanspruchung und einer maximalen Spannung von 120 MPa wurden Lastverhältnisse von 0,1, 0,3 und 0,5 eingestellt. Da die Maximallast bei allen Versuchen konstant gehalten wurde, war auch die Ausdehnung der primären plastischen Zone stets identisch. Der Einflussbereich von primärer und zyklischer plastischer Zone erfolge durch zyklische Finite Elemente Berechnungen. Begleitet wurden die Versuche durch digitale Bildkorrelation (DIC) zur Ermittlung der tatsächlichen Rissspitzenbeanspruchungen mittels des Wechselwirkungsintegrals. Dabei wurden schließlich sehr hohe Spannungsintensitätsfaktoren von mehr als 100 MPa√m zusammen mit stabilen Rissfortschrittsgeschwindigkeiten >1 mm/Zyklus erreicht. Hierdurch stellte sich weitestgehend eine um 45° geneigte Scherbruchfläche ein. Rasterelektronenmikroskopische Aufnahmen zeigen, dass es während der Versuche zu Kontakt der Bruchflächen gekommen ist. Derartige Einflüsse konnten durch die DIC Auswertung kompensiert und schließlich die effektiven Rissbeanspruchungen ermittelt werden. Durch diese Kombination lassen sich somit hochbeanspruchte (Ermüdungs-) Risse sowohl kostengünstig als auch sehr detailliert untersuchen.

Item URL in elib:https://elib.dlr.de/130388/
Document Type:Conference or Workshop Item (Speech)
Title:Experimentelle und numerische Untersuchung hochbeanspruchter Ermüdungsrisse im Luftfahrtbereich
Authors:
AuthorsInstitution or Email of AuthorsAuthors ORCID iD
Breitbarth, EricEric.Breitbarth (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-3479-9143
Strohmann, TobiasTobias.Strohmann (at) dlr.deUNSPECIFIED
Requena, GuillermoGuillermo.Requena (at) dlr.deUNSPECIFIED
Date:September 2019
Refereed publication:Yes
Open Access:No
Gold Open Access:No
In SCOPUS:No
In ISI Web of Science:No
Status:Published
Keywords:Ermüdungsrisse; Digitale Bildkorrelation; Simulation
Event Title:Werkstoffwoche 2019
Event Location:Dresden
Event Type:national Conference
HGF - Research field:Aeronautics, Space and Transport
HGF - Program:Aeronautics
HGF - Program Themes:fixed-wing aircraft
DLR - Research area:Aeronautics
DLR - Program:L AR - Aircraft Research
DLR - Research theme (Project):L - Structures and Materials, L - Simulation and Validation
Location: Köln-Porz
Institutes and Institutions:Institute of Materials Research > Metallic Structures and Hybrid Material Systems
Deposited By: Breitbarth, Eric
Deposited On:11 Nov 2019 18:22
Last Modified:11 Nov 2019 18:22

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