Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Müde Metalle: Lebensdaueranalysen zyklisch beanspruchter Stahltragwerke

24.04.2009
RUBIN SFB 398: Ultrakurzzeitermüdung berechnen

Wenn man eine Büroklammer an immer derselben Stelle hin- und zurückbiegt, dauert es nicht lange, bis sie an dieser Stelle zerbricht.

Ähnliche Ermüdungserscheinungen durch wiederkehrende Belastungen zeigen auch größere Metallbauteile, teils mit katastrophalen Folgen: Ermüdung war zum Beispiel der Grund für das ICE-Unglück in Enschede.

Besonders tückisch ist, dass das Versagen scheinbar aus heiterem Himmel kommt: Eine Schädigung ist nicht erkennbar. Ingenieure des Sonderforschungsbereichs 398 "Lebendauerorientierte Entwurfskonzepte" entwickeln daher Simulationsprogramme, die die Lebensdauer von Metallbauteilen errechnen können.

Sie berichten in der aktuellen Sonderausgabe von RUBIN, dem Wissenschaftsmagazin der Ruhr-Universität Bochum.

Tückisch: Versagen aus heiterem Himmel

Besonders tückisch ist die Ultrakurzzeitermüdung, die erst seit den 1990er Jahren Gegenstand der Forschung ist. Dabei versagt ein Stahltragwerk ohne Vorwarnung schon nach weniger als 100 zyklisch auftretenden Belastungsspitzen. Grund dafür sind Veränderungen der Mikrostruktur des Materials, meist in lokal hoch beanspruchten Zonen. Vorhersagemethoden gab es viele - doch stimmten sie häufig nicht mit der Realität überein. Fortschritte in der Entwicklung numerischer Lösungsansätze und wirklichkeitsnaher Werkstoffmodelle ermöglichten es nun, ein mikrostrukturell motiviertes Simulationskonzept zu entwickeln.

Gefahren vorher berechnen und gegensteuern

Das am Lehrstuhl für Statik und Dynamik der Ruhr-Universität (Prof. Dr. Günther Meschke) entwickelte Konzept wurde in drei Phasen erarbeitet: Die Ingenieure bestimmten zuerst die werkstoffspezifischen Eigenschaften der einschlägigen Materialien. Dabei mussten sie von einer gewissen Elastizität ausgehen, sowie von Mikroporen, die von vornherein in Stahlbauteile eingeschlossen sind und natürliche Schwachpunkte bilden, von denen ausgehend sich Schädigungen ausbreiten können. Diese Eigenschaften überprüften sie dann im Experiment mit genormten Probekörpern, die sie standardisierten zyklischen Belastungen aussetzten. Ergebnis: Die Berechnungen stimmen gut mit dem wirklichen Materialverhalten überein. Zum Schluss ermittelten die Forscher mit der Finite Elemente Methode dann die Lebensdauer des untersuchten Stahltragwerks. Als ein Beispiel wählten sie den Ethylentank eines Wilhelmshavener Unternehmens, den sie virtuell den Bedingungen des realen El Centro Erdbebens vom 18. Mai 1940 in Kalifornien aussetzten. Fazit: Der Tank hätte die Erschütterungen unbeschadet überstanden. Auf diese Weise könnte man künftig schon im Planungsstadium ermitteln, ob die Gefahr einer Ultrakurzzeitermüdung besteht, und gegebenenfalls die Konstruktionspläne anpassen.

Weitere Themen im SFB-RUBIN

Weitere Themen in RUBIN: "Garantiert sicher - planen, bauen, überwachen", Interview mit Prof. Dr. Friedhelm Stangenberg (Sprecher des SBF 398); "Simulierte Alterung: Referenzbauwerke präzisieren Lebensdauerprognose" (Lehrstuhl für Stahl- und Spannbetonbau); "Die an den Fundamenten rütteln: Langzeitverformungen bei Offshore-Windenergieanlagen" (Institut für Bodenmechanik und Felsmechanik, TU Karlsruhe); "Straßen im Stress: Wie Betonbauwerke auf dynamische Belastung reagieren" (Lehrstuhl für Baustofftechnik); "Der Beton lebt: Lebensdauerprognose von Betontragwerken" (Baumechanik/Baudynamik, Universität Kassel, Lehrstuhl für Statik und Dynamik, Ruhr-Universität Bochum); "Eigendynamik unerwünscht: Wie Druckwellen von Hochgeschwindigkeitszügen wirken" (Fakultät für Bau- und Umweltingenieurwesen, Ingenieurbüro Niemann&Partner, Bochum); "Mit Zufällen rechnen: Stochastische Strukturoptimierung bei der Lebensdauerprognose"; SFB 398: Projekt-Überblick. RUBIN "SFB 398" ist erhältlich am Lehrstuhl für Entwurf und Konstruktion - Massivbau der Ruhr-Universität, Sekretariat: Tel. 0234/32-25980, E-Mail: gisela.wegener@ruhr-uni-bochum.de

Weitere Informationen

Prof. Dr. techn. Günther Meschke, Lehrstuhl für Statik und Dynamik, Fakultät für Bau- und Umweltingenieurwissenschaften der Ruhr-Universität, 44780 Bochum, Tel. 0234/32-29051 Guenther.Meschke@rub.de

Redaktion: Meike Drießen

Dr. Josef König | idw
Weitere Informationen:
http://www.rub.de/rubin
http://www.ruhr-uni-bochum.de/

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Architektur Bauwesen:

nachricht Bauübergabe der ALMA-Residencia
26.04.2017 | Max-Planck-Institut für Astronomie

nachricht Mehr Sicherheit und Effizienz im Tunnelbau - DFKI-Software steuert Wartungsroboter für Bohrwerkzeug
19.04.2017 | Deutsches Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz GmbH, DFKI

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Architektur Bauwesen >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Weltweit einzigartiger Windkanal im Leipziger Wolkenlabor hat Betrieb aufgenommen

Am Leibniz-Institut für Troposphärenforschung (TROPOS) ist am Dienstag eine weltweit einzigartige Anlage in Betrieb genommen worden, mit der die Einflüsse von Turbulenzen auf Wolkenprozesse unter präzise einstellbaren Versuchsbedingungen untersucht werden können. Der neue Windkanal ist Teil des Leipziger Wolkenlabors, in dem seit 2006 verschiedenste Wolkenprozesse simuliert werden. Unter Laborbedingungen wurden z.B. das Entstehen und Gefrieren von Wolken nachgestellt. Wie stark Luftverwirbelungen diese Prozesse beeinflussen, konnte bisher noch nicht untersucht werden. Deshalb entstand in den letzten Jahren eine ergänzende Anlage für rund eine Million Euro.

Die von dieser Anlage zu erwarteten neuen Erkenntnisse sind wichtig für das Verständnis von Wetter und Klima, wie etwa die Bildung von Niederschlag und die...

Im Focus: Nanoskopie auf dem Chip: Mikroskopie in HD-Qualität

Neue Erfindung der Universitäten Bielefeld und Tromsø (Norwegen)

Physiker der Universität Bielefeld und der norwegischen Universität Tromsø haben einen Chip entwickelt, der super-auflösende Lichtmikroskopie, auch...

Im Focus: Löschbare Tinte für den 3-D-Druck

Im 3-D-Druckverfahren durch Direktes Laserschreiben können Mikrometer-große Strukturen mit genau definierten Eigenschaften geschrieben werden. Forscher des Karlsruher Institus für Technologie (KIT) haben ein Verfahren entwickelt, durch das sich die 3-D-Tinte für die Drucker wieder ‚wegwischen‘ lässt. Die bis zu hundert Nanometer kleinen Strukturen lassen sich dadurch wiederholt auflösen und neu schreiben - ein Nanometer entspricht einem millionstel Millimeter. Die Entwicklung eröffnet der 3-D-Fertigungstechnik vielfältige neue Anwendungen, zum Beispiel in der Biologie oder Materialentwicklung.

Beim Direkten Laserschreiben erzeugt ein computergesteuerter, fokussierter Laserstrahl in einem Fotolack wie ein Stift die Struktur. „Eine Tinte zu entwickeln,...

Im Focus: Leichtbau serientauglich machen

Immer mehr Autobauer setzen auf Karosserieteile aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK). Dennoch müssen Fertigungs- und Reparaturkosten weiter gesenkt werden, um CFK kostengünstig nutzbar zu machen. Das Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) hat daher zusammen mit der Volkswagen AG und fünf weiteren Partnern im Projekt HolQueSt 3D Laserprozesse zum automatisierten Besäumen, Bohren und Reparieren von dreidimensionalen Bauteilen entwickelt.

Automatisiert ablaufende Bearbeitungsprozesse sind die Grundlage, um CFK-Bauteile endgültig in die Serienproduktion zu bringen. Ausgerichtet an einem...

Im Focus: Making lightweight construction suitable for series production

More and more automobile companies are focusing on body parts made of carbon fiber reinforced plastics (CFRP). However, manufacturing and repair costs must be further reduced in order to make CFRP more economical in use. Together with the Volkswagen AG and five other partners in the project HolQueSt 3D, the Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) has developed laser processes for the automatic trimming, drilling and repair of three-dimensional components.

Automated manufacturing processes are the basis for ultimately establishing the series production of CFRP components. In the project HolQueSt 3D, the LZH has...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Ballungsräume Europas

26.04.2017 | Veranstaltungen

200 Weltneuheiten beim Innovationstag Mittelstand in Berlin

26.04.2017 | Veranstaltungen

123. Internistenkongress: Wie digitale Technik die Patientenversorgung verändert

26.04.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Akute Myeloische Leukämie: Ulmer erforschen bisher unbekannten Mechanismus der Blutkrebsentstehung

26.04.2017 | Biowissenschaften Chemie

Naturkatastrophen kosten Winzer jährlich Milliarden

26.04.2017 | Interdisziplinäre Forschung

Zusammenhang zwischen Immunsystem, Hirnstruktur und Gedächtnis entdeckt

26.04.2017 | Biowissenschaften Chemie