Das Projekt "Quantifizierung des spröd-duktilen Versagensverhaltens von Reaktorstählen mit Hilfe des Small-Punch-Tests und mikromechanischer Schädigungsmodelle" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Bergakademie Freiberg, Institut für Mechanik und Fluiddynamik durchgeführt. Ziel ist die vollständige Beschreibung des Bruchverhaltens ferritischer Reaktorstähle in der Hoch- und Tieflage der Zähigkeit sowie im Übergangsbereich durch den Einsatz des Small-Punch-Tests. Die Charakterisierung des Bruchverhaltens erfolgt durch die Ermittlung der Parameter zweier Schädigungsmodelle zur Beschreibung des Spaltbruchs und der duktilen Schädigung anhand vorliegender Versuchsergebnisse aus einem aktuellen Forschungsvorhaben zum Small-Punch-Test. 1. Implementierung/Entwicklung nichtlokales duktiles Schädigungsmodell, Erweiterung Beremin-Modell, 2. Simulation SPT, Training Neuronaler Netze, Bestimmung Materialparameter, 3. Vorhersage bruchmechanischer Kenngrößen, 4. Verifikation bm. Kenngrößen. Die Anwendung der Methodik bietet durch das minimale benötigte Werkstoffvolumen und die Verwendung eines nichtlokalen Ansatzes zur Beschreibung duktiler Schädigung in Kombination mit einem mikromechanischen Schädigungsmodell zur Quantifizierung der Sprödbruchwahrscheinlichkeit erhebliche Vorteile gegenüber konventionellen Prüfmethoden. Die Ergebnisse erbringen damit einen wesentlichen Fortschritt zur Überwachung des aktuellen Werkstoffzustandes in kerntechnischen Anlagen.
Das Projekt "Verbesserte Bewertungskonzepte für Stahlbaukomponenten unter großen Dehnungsamplituden" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von RWTH Aachen University, Institut für Eisenhüttenkunde - IEHK durchgeführt. Das Projekt hat zum Ziel, Methoden zur Bewertung der Einsatzfähigkeit von Stahlkomponenten in kerntechnischen Anlagen auf Basis der Schädigungsmechanik zu entwickeln. Hierzu sollen schädigungsmechanische Ansätze für den Gleitbruch und local-approach-Konzepte für den Spaltbruch gekoppelt und um die Berücksichtigung transienter Verfestigungsvorgänge ergänzt werden. Hierdurch ergibt sich nicht nur die Möglichkeit zur quantitativen Beschreibung der Auswirkungen auslegungsüberschreitender Störfälle, sondern es können vielmehr auch Maßnahmen abgeleitet werden, um die Bauteilintegrität nach einem solchen Störfall zu gewährleisten. Im Projekt wird ein gekoppeltes phänomenologisches Modell zur Zähigkeitsbeschreibung mit einem Ansatz zur Beschreibung von ULCF-Schädigung verknüpft, um das Übergangsverhalten von Bauteilen nach Beanspruchungen mit großen Dehnungsamplituden zu bewerten. Teilziele sind: Ergänzung des ULCF-Schädigungsmodells um ein Spaltbruchkriterium, Berücksichtigung von Dehnraten- und Temperatureffekten, Weiterentwicklung des kinematischen Verfestigungsmodells. Es werden der Stahl S690Q sowie der RDB-Stahl 22NiMoCr3-7 untersucht. Für beide Stähle wurden im Rahmen von abgeschlossenen Reaktorsicherheitsprojekten die Parametersätze der Schädigungsmodelle bereits größtenteils bestimmt. AP 1 widmet sich der Entwicklung eines verbesserten kinematischen Verfestigungsgesetzes für das ULCF-Modell, welches bereits die Möglichkeit zur Berücksichtigung von Dehnraten- und Temperatureffekten bereithält. Diese werden in AP 2 experimentell untersucht, bevor in AP 3 die Kalibrierung der neu hinzugekommenen Modellparameter erfolgt. Zur Validierung werden in AP 4 und 6 experimentelle Untersuchungen zum Einfluss von plastischen Vorverformungen auf die Ergebnisse von Kerbschlagbiege- und Bruchmechanikversuchen durchgeführt, welche in AP 5 und 7 durch numerische Simulationen abgebildet werden. In AP 8 werden Richtlinien für die Anwendung des optimierten MBWOT-Modells verfasst.
Das Projekt "Teilprojekt: Phänomenologische Schädigungsmodellierung von realen Rissfeldern und Bildung eines Bewertungskriteriums" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von RWTH Aachen University, Institut für Eisenhüttenkunde - IEHK durchgeführt. In großen kerntechnischen Komponenten können herstellungsbedingt Rissfelder enthalten sein, die - mit einigen Einschränkungen - mit den Methoden der zerstörungsfreien Werkstoffprüfung erfasst werden können. Die sicherheitstechnische Beurteilung dieser Rissfelder mit Hilfe der Bruchmechanik ist allerdings nicht verifiziert, sodass eine Bewertung des von den Rissfeldern ausgehenden Gefährdungspotenzials bislang nicht möglich ist. Das Vorhaben hat deshalb zum Ziel, eine abgesicherte Methodik abzuleiten, um den Sicherheitsabstand gegen Versagen einer rissfeldbehafteten Komponente zu berechnen. Die Untersuchungen beruhen auf der schädigungsmechanischen Modellierung und zur Parameterkalibrierung und Modellvalidierung durchgeführten Experimenten. Es werden die beiden möglichen Bruchmechanismen Spalt- und Gleitbruch betrachtet. Das Projekt ist in ein Verbundprojekt eingegliedert und beschäftigt sich mit der phänomenologischen Schädigungsmodellierung, um ein Bewertungskriterium zu entwickeln. Für die Untersuchungen werden beim Antragsteller zwei Versuchsschmelzen mit näherungsweise gleicher chemischer Zusammensetzung hergestellt, von denen infolge der Prozessparameter nur eine die zu untersuchenden Rissfelder enthält. An der rissfreien Schmelze werden die Versagenskriterien für die schädigungsmechanische Modellierung mit Hilfe eines beim Antragsteller entwickelten phänomenologischen hybriden Schädigungsmodells für Spalt- und Gleitbruch kalibriert. Unter Verwendung dieser Parameter wird das Versagensverhalten der rissbehafteten Proben unter unterschiedlichen Spannungszuständen simuliert. Die Modellierungsergebnisse werden hinsichtlich der Aussagen zur Tragfähigkeit sowie zur Interaktion der einzelnen Risse experimentell validiert. Basierend auf den dadurch abgesicherten Modellierungsansätzen wird anschließend ein für die industrielle Anwendung tauglicher Bewertungsansatz für mehrfachrissbehaftete Komponenten entwickelt.