Simulation des Einlaufverhaltens und Festigkeitsbewertung reibkorrosionsgefährdeter Bauteilverbindungen im Dauerfestigkeitsbereich
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Ziel des Forschungsprojekts war die Weiterentwicklung des Wirkzonenkonzepts zu einem geschlossenen Verfahren zur Anrissbewertung reibkorrosionsgefährdeter Verbindungen. Hierzu wurden entscheidende Verbesserungen der Reibverschleißberechnung in Hinblick auf die Prozesssimulation und Aussagefähigkeit erzielt sowie die erfolgreiche Integration einer leistungsfähigen Festigkeitsberechnung als Postprocessing Tool in die Gesamtstrategie erreicht. Die Entwicklung der Simulationsprozesse hin zu praxistauglichen Rechenzeiten konnte erfolgreich durch die Kombination einer automatisierten Substrukturtechnik auf Seiten des Beanspruchungsmoduls und einer entkoppelten lastwechselabhängigen Formulierung der Gleichungen des Verschleißmoduls umgesetzt werden. Im Vordergrund der qualitativen Verbesserungen steht eine kontinuierliche Abbildung der Verschleißund Transportprozesse innerhalb der diskretisierten Kontaktfläche mittels modifizierter Ansatzgleichungen und numerischer Algorithmen. Darüber hinaus flossen neue Erkenntnisse aus den assoziierten Versuchsdaten von Bauteil- und Klötzchenversuchen in das Wirkzonenkonzept ein. Durch letztere konnten im Unterschied zu üblichen Versuchsanordnungen mit Kugelkontakten, erstmals explizit flächige Kontakte untersucht werden. Die Verknüpfung der Ergebnisse beider Versuchsanordnungen, führte zu einer weiterentwickelten Formulierung der Reibwertentwicklung, welche den bekannten sogenannten „Trainingseffekt“ in Pressverbänden mit dem anfänglichen adhäsiven Verschleißvorgang in Verbindung bringt. Anhand der qualitativen Auswertung der flächigen Klötzchentragbilder wurde erfolgreich die Übertragbarkeit der Simulationsmethode nach dem Wirkzonenkonzept nachgewiesen. Somit bestätigt sich die breite Anwendungstauglichkeit für sehr unterschiedliche flächige Kontaktkonfigurationen. Große Streubreiten in den lastwechselabhängigen Verschleißtiefenmessungen verhinderten jedoch eine quantitative Erfassung der Verschleißentwicklung. Aufgrund von Unwägbarkeiten im Versuchsaufbau kann nicht davon ausgegangen werden, dass der Verbleib der Verschleißprodukte zwischen den Kontaktpartnern sichergestellt war. Es wird demnach die Entwicklung einer neuen Versuchseinrichtung empfohlen. Über die Weiterentwicklung der Reibkorrosionssimulation hinaus, konnte in das Wirkzonenkonzept erfolgreich ein Algorithmus zu Festigkeitsbewertung eingebunden werden. Die für die druck- und schubbeanspruchten Reibflächen weiterentwickelte MMM-Hypothese nach [MP14] ermöglicht durch eine in Invarianten formulierte, zeitlich veränderliche Vergleichsspannungsfunktion den Umgang mit dem nichtproportionalen Beanspruchungsgeschehen im Reibkontakt. Die erfolgreich verifizierte Übertragbarkeit der Reibkorrosionssimulation auf unterschiedliche Kontaktkonfigurationen berechtigt zur Weiterführung der Forschung zur Formulierung einer bauteilunabhängigen Berechnungsstrategie.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Simulation of fretting wear evolution for fatigue endurance limit estimation of assemblies, Wear 316 (2014), S. 49-57
B. Zeise, R. Liebich, M. Prölß
(Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.wear.2014.04.013)
