Browsing by Author "Julisch, Peter"

Now showing 1 - 1 of 1

Open Access
Bruchmechanische Bewertung von Rohrleitungskomponenten auf der Basis statistisch verteilter Werkstoffkennwerte
(2008) Julisch, Peter; Roos, Eberhard (Prof. Dr.-Ing. habil.)
Für sicherheitstechnisch relevante Bauteile ist zu gewährleisten, dass Versagen un-ter allen Bedingungen, auch bei Vorhandensein von Materialfehlern oder Rissen, si-cher ausgeschlossen werden kann. Dazu sind zuverlässige bruchmechanische Be-rechnungsmethoden sowie zerstörungsfreie Prüfverfahren notwendig. Der Einsatz bruchmechanischer Berechnungsmethoden erfordert die vertrauenswürdige Kenntnis der Werkstoffkennwerte wie auch der Abmaße der geometrischen Verhältnisse des entsprechenden Bauteils. Um Informationen über die Lage und Geometrie eventuell vorhandener Risse zu bekommen, werden Methoden der zerstörungsfreien Werk-stoffprüfung eingesetzt. Das übergeordnete Ziel dieser Arbeit war es, die statistische Verteilungsfunktion der erforderlichen Werkstoffkennwerte bzw. geometrischen Abmessungen zu bestimmen und mit Hilfe von probabilistischen Methoden die Auswirkungen auf bruchmechani-sche Berechnungen darzustellen. Für die bruchmechanischen Berechnungen wurde die R6-Methode eingesetzt. Um die statistische Streuung der material- und geomet-riespezifischen Einflussgrößen für Bauteilberechnungen zu berücksichtigen, wurde die R6-Methode in einen Monte-Carlo-Algorithmus implementiert. Zur Validierung der Berechnungen wurden begleitende Bauteilversuche an Geradrohren mit Umfangsfehler an der Rohrinnenseite unter Innendruck und überlagerter äußerer Biegung durchgeführt. Die Bedeutung zerstörungsfreier Prüfmethoden für den Bewertungsprozess soll in diesem Zusammenhang dargestellt werden. Zunächst wurden umfangreiche empirische Untersuchungen zur statistischen Verteilung von werkstoffmechanischen Kennwerten mit Relevanz für bruchmechanische Untersuchungen einiger ausgesuchter Stähle vorgenommen. Teilweise wurden ergänzend die geometrischen Abmaßen von Rohrleitungskomponenten statistisch er-fasst. Jeder Einflussgröße der bruchmechanischen Berechnung wurde so eine expe-rimentell, systematisch bestätigte statistische Verteilung zugeordnet. In den meisten Fällen stimmte diese mit einer allgemeinen Empfehlung aus der Literatur überein. Mit Hilfe der für das R6-Verfahren benötigten Einflussgrößen wurden die Rissinitiierungsbiegemomente von 15 ausgewählten austenitischen Geradrohren mit Umfangsriss unter Innendruck und überlagerter äußerer Biegung deterministisch berechnet und mit den experimentell ermittelten Lasten verglichen, um so die Genauigkeit in Bezug auf die vorliegenden Geradrohre zu testen. Es ergaben sich teilweise merkliche Abweichungen. Bei einer großen Anzahl von Vorhersagen wird das Versuchsergebnis ungefähr so häufig über- wie unterschätzt. In guter Näherung ist die rechnerische Vorhersage des Initiierungsmomentes jedoch erwartungstreu. Es wurden Sensitivitätsanalysen unter Berücksichtigung der Streuung der jeweiligen Einflussgrößen durchgeführt, um die Auswirkung auf die Initiierungswahrscheinlichkeit darzustellen. Von den Werkstoffkennwerten hat die Streckgrenze vor dem KIJ-Wert und der Zugfestigkeit den größten Einfluss. Bei den geometrischen Einflussgrößen wirkt sich die Wanddicke sensitiver als der Durchmesser aus. Die Rissinitiierungswahrscheinlichkeit nimmt stark mit steigender Fehlerlänge und Fehlertiefe zu. Die Fehlertiefe ist sensitiver als die Fehlerlänge. Die zerstörungsfreie Prüfung wurde anhand von mehreren Ultraschallverfahren durchgeführt. Es wurden Fehlerdetektionsraten (POD-Kurven) mit Hilfe von Arbeitsproben erstellt. Die POD-Kurven wurden für die Bewertung einer Auswahl der 15 Geradrohre verwendet, um auf diese Weise Aussagen über die Leistungsfähigkeit der Verfahren zu machen. Eine allgemeine Empfehlung zur Auswahl und Beurteilung des für einen bestimmten Anwendungsfall optimalen ZfP-Verfahrens war im Rahmen der Arbeit nicht darstellbar, an einigen Anwendungsfällen konnten jedoch wichtige Teilaspekte diskutiert werden. Ergänzend dazu wurden im Rahmen dieser Arbeit Korrelationen zwischen verschiedenen bruchmechanischen Kennwerten untereinander sowie zwischen Kennwerten der Bruchmechanik, des Zug- und des Kerbschlagbiegeversuchs ermittelt. Die in der Regel aufwändig zu ermittelnden bruchmechanischen Werkstoffkennwerte sollten durch einfacher zu bestimmende Kennwerte aus dem Zugversuch bzw. dem Kerbschlagbiegeversuch abgeschätzt werden. Es konnte über eine detaillierte Auswertung umfangreicher Versuchsserien gezeigt werden, in welcher Weise die Ji-Werte mit den JIc-Werten korrelieren. Für niedriglegierte Stähle war es möglich, eine sehr gute Vorhersage der Ji- sowie der JIc-Werte aus der Kerbschlagarbeit und der lokalen Bruchdehnung zu erhalten.