Numerische Beanspruchungsanalysen und bruchmechanische Festigkeitskriterien zur Optimierung der Thermoschockbeständigkeit von gradierten und geschichteten Strukturen aus Feuerfestwerkstoffen

• Antragsteller: Professor Dr. Meinhard Kuna
• Fachliche Zuordnung: Mechanische Eigenschaften von metallischen Werkstoffen und ihre mikrostrukturellen Ursachen
• Förderung: Förderung von 2009 bis 2016
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 113970381

Übergeordnetes Ziel des Hauptprojekts sind neue Konzepte des Werkstoff- und Bauteildesigns für Feuerfesterzeugnisse, um deren Thermoschockbeständigkeit bei gleichzeitiger Reduzierung des Kohlenstoffgehalts zu verbessern. Ein Erfolg versprechender Ansatz besteht in keramischen Werkstoffen bzw. Bauteilen mit ortsabhängigen thermischen und mechanischen Eigenschaften (FGM), d. h. mit geschichtetem oder gradiertem Aufbau. Das vorliegende Projekt erforscht auf der Basis der Kontinuumsmechanik und Festigkeitslehre den Beanspruchungszustand in diesen neuen Feuerfestwerkstoffen und Komponenten bei einmaligem und wiederholtem Thermoschock. Zur Berechnung der transienten Wärmeleitung, der thermisch induzierten und herstellungsbedingten (Eigen-) Spannungen werden leistungsfähige numerische Methoden (FEM, FDM) eingesetzt und für FGM weiterentwickelt. Ein zweiter Schwerpunkt liegt auf der Erweiterung bruchmechanischer Konzepte und numerischer Berechnungsverfahren für gradierte und geschichtete Werkstoffe. Sie bilden die Voraussetzung für eine quantitative Bewertung der Thermoschockbeständigkeit und Restfestigkeit der neuen Feuerfesterzeugnisse. Die entwickelten Berechnungsmethoden und Festigkeitskriterien werden eingesetzt, um das werkstoffmechanische Design gradierter und geschichteter Feuerfestwerkstoffe zu optimieren und Bauteile beanspruchungsgerecht auszulegen. In enger Zusammenarbeit mit den Partnern im Hauptprojekt wird auf diese Weise zur Weiterentwicklung, Prüfmethodik und Einsatzvorbereitung dieser Werkstoffklasse beigetragen.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 1418: Feuerfest - Initiative zur Reduzierung von Emissionen