15 Fakultätsübergreifend / Sonstige Einrichtung
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Item Open Access Advances in additive friction extrusion deposition (AFED) : process and tool design(2024) Hossfeld, Max; Wright, ArnoldAdditive friction extrusion deposition (AFED) is a recently developed additive manufacturing technique that promises high deposition rates at low forces. Due to the novelty of the process, the underlying phenomena and their interactions are not fully understood, and in particular, the processing strategy and tool design are still in their infancy. This work contributes to the state-of-the-art of AFED through a comprehensive analysis of its working principles and an experimental program, including a representative sample component. The working principle and process mechanics of AFED are broken down into their individual components. The forces and their origins and effects on the process are described, and measures of process efficiency and theoretical minimum energy consumption are derived. Three geometrical features of the extrusion die were identified as most relevant to the active material flow, process forces, and deposition quality: the topography of the inner and outer circular surfaces and the geometry of its extrusion channels. Based on this, the experimental program investigated seven different tool designs in terms of efficiency, force reduction, and throughput. The experiments using AA 6061-T6 as feedstock show that AFED is capable of both high material throughput (close to 550 mm3/s) and reduced substrate forces, for example, the forces for a run at 100 mm3/s remained continuously below 500 N and for a run at 400 mm3/s below 3500 N. The material flow and microstructure of AFED were assessed from macro-sections. Significant differences were found between the advancing and retracting sides for both process effects and material flow. Banded structures in the microstructure show strong similarities to other solid-state processes. The manufacturing of the sample components demonstrates that AFED is already capable of producing industrial-grade components. In mechanical tests, interlayer bonding defects resulted in more brittle failure behavior in the build direction of the structure, whereas in the horizontal direction, mechanical properties corresponding to a T4 temper were achieved.Item Open Access Ermüdungsverhalten von Stahlkonstruktionen unter multiaxialer Beanspruchung durch Radlasten : ausführlicher Bericht zum Forschungsvorhaben(2016) Kuhlmann, Ulrike; Roos, Eberhard; Herion, Stefan; Euler, Mathias; Rettenmeier, Philipp; Lipp, AndreasIm Hochbau, im Kranbau und in der Fördertechnik treten durch die Bewegung von Gütern und Maschinen wandernde Einzellasten auf, die in der Regel als Radlasten auf die meist aus Stahl hergestellten Tragkonstruktionen einwirken. Die Anschlüsse und Verbindungen dieser Konstruktionen erfahren im Bereich der Radlasteinleitung einen Spannungszustand aus lokalen Druck- und Schubspannungen, die sich mit globalen Spannungen aus Trägerbiegung und Querkraftschub überlagern. Da sich dieser mehrachsige Spannungszustand bei jeder Überrollung einstellt, können Ermüdungsschäden an den Anschlüssen und Verbindungen die Folge sein. Im Gegensatz zu den alten nationalen Bemessungsregeln für Krane und Kranbahnen, die vergleichbare Berechnungs- und Festigkeitsansätze für den Ermüdungsnachweis auf Basis von Nennspannungen enthielten, unterscheiden sich die neuen europäischen Bemessungsregeln für Krane und Kranbahnen. In der Folge werden eine Reihe von Konstruktionsdetails mit Radlasteinleitung bei Kranen im Vergleich zu Kranbahnen bei baugleicher Ausführung günstiger hinsichtlich ihrer Ermüdungsfestigkeit eingestuft. Die Kerbfalleinstufung dieser Konstruktionsdetails wird dabei in allen Bemessungsnormen bislang theoretisch hergeleitet, da entsprechende Ermüdungsversuche fehlen. Der Unterschied zwischen den alten nationalen und neuen europäischen Bemessungsregeln beruht teilweise auf einer abweichenden Berücksichtigung des Einflusses der Eigenspannungen auf die Ermüdungsfestigkeit von geschweißten Verbindungen. Die europäischen Bemessungsregeln unterstellen hohe Eigenspannungen und vernachlässigen daher einen Mittelspannungseinfluss. Der Kerbfallkatalog der Bemessungsnormen ist begrenzt und enthält beispielsweise keine Einstufung für das häufig ausgeführte Konstruktionsdetail der aufgeschweißten Kranschiene mit Radlasteinleitung. Der begrenzte Kerbfallkatalog stellt für die Ermüdungsbewertung von neuartigen Konstruktionen ein Hindernis dar. Es wird ein Überblick über die bekannten Ermüdungsversuche zu den Konstruktionsdetails mit Radlasteinleitung gegeben. Die bekannten Bewertungskonzepte für Schweißverbindungen bei mehrachsiger Ermüdungsbeanspruchung werden vorgestellt. Der Erkenntnisstand zur Entstehung von Eigenspannungen und deren Einfluss auf die Ermüdungsfestigkeit von Schweißverbindungen wird beschrieben. Es wird ein Versuchsprogramm aus Ermüdungsversuchen an Kranbahnträgern mit aufgeschweißter Kranschiene und an einer neuartigen Kranbahnkonstruktion mit Obergurten aus Hohlprofilen unter ortsfest schwellender und überrollender Radlast entwickelt. Die Untersuchung beider Arten von Radlasten berücksichtigt, dass überrollende Radlasten zu einer nichtproportional und ortfest schwellende Radlasten zu einer proportional mehrachsigen Ermüdungsbeanspruchung führen. Die Ermittlung der Ermüdungsfestigkeit der untersuchten Kranbahnträger erfolgt auf Basis von Nenn-, Struktur- und Kerbspannungen. Bei der Bewertung der mehrachsigen Ermüdungsbeanspruchung werden sowohl die klassischen Schwingfestigkeitshypothesen als auch neuere Bewertungsansätze wie die Hypothesen der kritischen Schnittebene und der integralen Anstrengung angewendet. Durch eine Schweißsimulation, die durch fertigungsbegleitende Temperaturmessungen kalibriert wird, werden für die Kranbahnträger mit aufgeschweißter Kranschiene Anhaltswerte für die Höhe der Schweißeigenspannungen als Eingangsgröße für die Ermüdungsbewertung hergeleitet.