Das Projekt "HiPOC - High Performance Oxide Ceramics: Hochleistungs-Oxidkeramiken zur Steigerung der Energieeffizienz" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Bremen, Fachgebiet Keramische Werkstoffe und Bauteile , Advanced Ceramics durchgeführt. 1. Vorhabenziel Die Aktivitäten von Ceramics umfassen experimentelle Untersuchungen und numerische Modellierungsarbeiten zur Unterstützung der Werkstoffentwicklung sowie zur Charakterisierung der Eigenschaften der Demonstratoren. Die von DLR WF und EADS IW neuentwickelten oxidischen CMC werden bezüglich ihrer physikalischen und thermomechanischen Eigenschaften untersucht. Auf der Basis der experimentellen Ergebnisse soll ein Werkstoffmodell entwickelt werden, das das Werkstoffverhalten unter quasistatischen und zyklischen Beanspruchungen realistisch beschreibt. Durch numerische Simulation sollen die entscheidenden Materialparameter ermittelt werden, deren Optimierung und Einstellung zu den gewünschten Materialeigenschaften führt. Das Werkstoffmodell soll außerdem eine korrekte Auslegung von CMC Bauteilen ermöglichen. 2. Arbeitsplanung Zur Bewertung des Entwicklungsstands der Verbundwerkstoffe werden bei Raum- und Hochtemperatur zuerst die Grundeigenschaften, wie z. B. Steifigkeit, Festigkeit, Bruchzähigkeit u.a. ermittelt. Weitere Langzeit- und Hochtemperaturversuche (thermomechanische Belastung, Kriechen, Ermüdung) sollen unter anwendungsrelevanten Bedingungen durchgeführt werden. Hierbei werden die ertragbaren Lasten für Werkstoffe mit und ohne WDS ermittelt. Begleitende Untersuchungen mittels REM, XRD (Phasenanalyse) Quecksilberporosimetrie und metallographischen Methoden dienen zur Korrelation der Struktur mit den thermomechanischen Eigenschaften. Darauf aufbauend werden FE-Modelle entwickelt, die das Versagensverhalten beschreiben. Die aus den weiterentwickelten Werkstoffen gefertigten Demonstratorbauteile werden schließlich hinsichtlich ihrer mechanischen, thermischen und physikalischen Eigenschaften charakterisiert werden. 3. Ergebnisverwertung Die experimentellen Ergebnisse und die entwickelten Werkstoffmodelle werden wissenschaftlich ausgewertet und publiziert. Die FE-Tools sollen mit den Industriepartnern genutzt werden, um Demonstratorbauteile gültig zu.
Das Projekt "Teilvorhaben: Simulationsmodelle für das 3D-Laserstrahlschweißen von Stahl/Aluminium Mischverbindungen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Brandenburgische Technische Universität Cottbus-Senftenberg, Institut für Leichtbau und Wertschöpfungsmanagement, Lehrstuhl Füge- und Schweißtechnik durchgeführt. Innerhalb des Verbundprojektes werden vom Lehrstuhl Füge- und Schweißtechnik validierte Lösungsansätze und Modelle zur numerischen Simulation des Laserstrahlschweißens von Stahl-Aluminium-Mischverbindungen entwickelt. Der Schwerpunkt liegt in der Abbildung der schweißprozessspezifischen Wärmeeinbringung sowie in der Berücksichtigung der metallurgischen Vorgänge und deren Einfluss auf die thermomechanischen Eigenschaften. Die entwickelten Vorgehensweisen und die ermittelten Werkstoffkennwerte sollen den industriellen Anwendern eine effiziente Simulation der Aluminium-Stahl-Mischverbindungen mit den verbreiteten und bereits eingesetzten Simulationsprogrammen ermöglichen. Der methodische Ansatz des Forschungsvorhabens beruht auf einer mehrstufigen Vorgehensweise. Zunächst werden die Wärmequellenmodelle für das Laserstrahlschweißen der Stahl-Al-Mischverbindungen qualifiziert und in Temperaturfeldsimulationen verifiziert. Die thermomechanischen Kennwerte der Grundwerkstoffe, Wärmeeinflusszone sowie des vermischten Schweißgutes werden unter Schweißbedingungen experimentell ermittelt. Mit den thermomechanischen Werkstoffkennwerten erfolgt die Kalibrierung der Werkstoffmodelle für die Gefüge-, Verzugs- und Eigenspannungssimulation.
Das Projekt "Thermische Ermüdung in Kraftwerkkomponenten - Charakterisierung und Weiterentwicklung von lebensdauermodellen; Teilprojekt: Lebensdauerbewertung mit atomistischen und schädigungsmechanischen Werkstoffmodellen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik durchgeführt. 1. Vorhabensziel Ziel des Vorhabens ist die Weiterentwicklung und experimentelle Validierung von Werkstoffmodellen und Methoden zur Beschreibung der Schädigungsentwicklung und der Lebensdauervorhersage von Komponenten unter thermischer Ermüdungsbeanspruchung. 2. Arbeitsplanung Zur Erreichung des Vorhabensziels sind theoretische und experimentelle Arbeiten vorgesehen, die in einer schrittweisen Vorgehensweise die folgenden Einzelzielsetzungen beinhalten: (1) Entwicklung geeigneter Laborexperimente an Proben unter thermischer Ermüdung, (2) Durchführung experimenteller mikrostruktureller Untersuchungen, (3) Entwicklung von Werkstoffmodellen zur Quantifizierung der Schädigungsentwicklung und Lebensdauervorhersage, (4) Weiterentwicklung und Anwendung von Multiskalensimulationen zur Vertiefung des Verständnisses der Schädigungsentstehung und (5) Ausbildung und Qualifikation von Studenten und Doktoranden. Im Rahmen des Unterprojekts am Fraunhofer IWM sollen insbesondere atomistische Simulationen und Mechanismen basierte Schädigungsmodelle zur qualitativen und quantitativen Beschreibung der Schädigungsentwicklung weiterentwickelt und an Versuchsergebnissen validiert werden.
Das Projekt "Erfassung und Bewertung des plastischen Deformationsverhaltens von Kraftwerkskomponenten unter mechanischer und thermo-zyklischer Belastung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik durchgeführt. In Kraftwerkskomponenten unter ueberlagerter mechanischer und thermo-zyklischer Belastung koennen plastische Deformationen auftreten, die nach Regelwerk bewertet bzw begrenzt werden muessen. Dieser Nachweis erfordert die Ermittlung des wirklichen Werkstoffverhaltens und komplexe Berechnungen. In den dabei eingesetzten, kommerziellen nicht-linearen F+E-Programmen werden klassische Materialmodelle verwendet, die zur Beschreibung der relevanten Phaenomene nur unzureichend geeignet sind. Die Beschreibung des realen Werkstoffverhaltens erfordert Materialmodelle von hoeherer mathematischer Komplexitaet mit einer groesseren Zahl von Werkstoffparametern, die ueber die Simulation geeigneter mechanischer zyklischer Versuche ermittelt werden muessen. Die Schwerpunkte der geplanten Arbeiten liegen in der Entwicklung erweiterter Modelle zur Beschreibung des mechanischen und thermozyklischen Deformationsverhaltens, in der Ermittlung der erforderlichen Werkstoffparameter in Laborversuchen an austenitischen Staehlen und in der Verifikation an geeigneten Begleitexperimenten und Bauteilversuchen (SH: MPA-Antrag). Diese Werkstoffmodelle erlauben eine genauere Vorhersage des Bauteilverhaltens und der Ermittlung der jeweiligen Sicherheitsreserven bei vorgegebener Werkstoffnutzung.
Das Projekt "Thermische Ermüdung in Kraftwerkskomponenten - Teilprojekt: Charakterisierung und Weiterentwicklung von Lebensdauermodellen, Lebensdauerbewertung mit mikromechanischen Werkstoffmodellen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Stuttgart, Otto-Graf-Institut, Materialprüfungsanstalt durchgeführt. 1. Vorhabensziel Das beantragte Vorhaben ist Teil des Verbundvorhabens 'Grundlagen des System-, Ausström- und Werkstoffverhaltens von Rohrleitungen bei thermischer Wechselbeanspruchung'. Gemeinsam mit dem IWM Freiburg werden Werkstoffmodelle und Methoden zur Beschreibung der Schädigungsentwicklung und der Lebensdauerbewertung unter thermischer Wechselbeanspruchung weiterentwickelt und durch experimentelle Untersuchungen validiert. Die Teilaufgabe der MPA Universität Stuttgart beinhaltet die Lebensdauerbewertung mit mikromechanischen Werkstoffmodellen. Durch die Kombination experimenteller Methoden und der Simulation der Verformungs- und Schädigungsprozesse auf mehreren Längenskalen, von der atomaren Ebene über die Mikroskala (Versetzungen, Kristallplastizität) bis zur Kontinuumsmechanik wird ein vertieftes Verständnis der für die Schädigung des Werkstoffs relevanten Mechanismen erreicht.. Die grundlegenden experimentellen und numerischen Arbeiten werden an einem austenitischen Rohrleitungswerkstoff im Temperaturbereich bis 350 Grad Celsius durchgeführt, der in den derzeitigen LWR-Anlagen eingesetzt wird. Der Schwerpunkt der geplanten Untersuchungen liegt im Bereich der hochfrequenten thermisch-mechanischen Werkstoffermüdung (HCF). 2. Arbeitsplanung AP7: Entwicklung einer Prüfvorrichtung für Grundlagenuntersuchungen unter ein- und mehrachsiger thermisch-mechanischer wechselnder Belastung im High Cycle Fatigue (HCF) Bereich (größer 100000 Lastwechsel), AP8: Durchführung von HCF-Versuchen, AP9: Mikrostrukturanalysen, AP10: Mikrostrukturmechanische Simulationen von Eigenspannungen, AP11: Untersuchung der Entwicklung von Versetzungsstrukturen, AP12: Validierung der mikrostrukturmechanischen Simulationsmethoden