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A Multiscale Approach for Prediction of Failure Probabilities of Engine Components

Labusch, Matthias und Reischmann, Lisa und Meurer, Milena und Reh, Stefan (2025) A Multiscale Approach for Prediction of Failure Probabilities of Engine Components. Journal of Engineering for Gas Turbines and Power, 148 (4), 041021-1-11. American Society of Mechanical Engineers (ASME). doi: 10.1115/1.4069735. ISSN 0742-4795.

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Kurzfassung

This work focuses on a complete procedure to compute the failure probabilities of different engine components using multiscale simulations taking microstructural characteristics into account, and Weibull's weakest link theory. The weakest link theory evaluates the failure probability on the basis of experimental measurements. Multiple tests are required to obtain the scatter of the required fracture stress, which are limited by the high costs of manufacturing processes and measurement techniques. To circumvent this issue, experimental results can be complemented by multiscale simulations. With the application of a homogenization process, the overall material modulus is determined based on microscopic properties, such that the morphology of the microstructure, defects, or pores can be directly incorporated. In this paper, we use the FE2-method with the idea to assign a representative volume element (RVE) to each macroscopic integration point, instead of deriving a suitable macroscopic material model. This RVE reflects the properties of a realistic heterogeneous microstructure and represents the overall material behavior. The propagation of microcracks is simulated using a phase field model and is implicitly included in the homogenization process. Multiple variations of RVEs with small geometrical differences capture variations in the manufacturing process and result into a scattering of the fracture stress. With the obtained results, a subsequent Weibull analysis can be performed, resulting into a prediction of the failure probability of different engine components.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/219574/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:A Multiscale Approach for Prediction of Failure Probabilities of Engine Components
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Labusch, Matthiasmatthias.labusch (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Reischmann, LisaLisa.Reischmann (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Meurer, Milenamilena.meurer (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Reh, StefanStefan.Reh (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:17 November 2025
Erschienen in:Journal of Engineering for Gas Turbines and Power
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Nein
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:148
DOI:10.1115/1.4069735
Seitenbereich:041021-1-11
Verlag:American Society of Mechanical Engineers (ASME)
ISSN:0742-4795
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Phase field model, multiscale simulations, failure probability, weakest link theory, CMC
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HGF - Programm:Luftfahrt
HGF - Programmthema:Umweltschonender Antrieb
DLR - Schwerpunkt:Luftfahrt
DLR - Forschungsgebiet:L CP - Umweltschonender Antrieb
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):L - Werkstoffe und Herstellverfahren
Standort: Augsburg
Institute & Einrichtungen:Institut für Test und Simulation für Gasturbinen > Virtuelle Turbine und numerische Methoden
Hinterlegt von: Labusch, Matthias
Hinterlegt am:08 Dez 2025 10:30
Letzte Änderung:08 Dez 2025 10:30

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