Leben mit Rissen - Bruchmechanische Berechnungsmethoden
Im Seminar lernen Sie Methoden zur FE-Modellierung von Rissen sowie die wichtigsten bruchmechanischen Kenngrößen kennen. Diese Schulung wird als 3-tägiges Seminar angeboten.
Dauer
3 Tage
Voraussetzungen
Grundwissen in Ansys Mechanical
Verwendete Software
Ansys Mechanical
- Bauteilversagen durch instabiles Risswachstum vermeiden
- automatische Rissfortschrittsanalyse in Ansys Mechanical
- Rissstabilität über bruchmechanischen Festigkeitsnachweis beurteilen
- Restlebensdauer ermitteln - notwendige Inspektionsintervalle festlegen
Beschreibung
Im Gegensatz zur klassischen Festigkeitsbetrachtung mit Spannungen und Dehnungen, berücksichtigt die Bruchmechanik unvollkommene Werkstoffausbildung wie Poren, Lunker, Einschlüsse und Risse. Fehler im Bauteil werden dabei in Kauf genommen und im Bauteil abgebildet. Die Methode der schadenstoleranten Bemessung bietet Werkzeuge zur Vorhersage des Verhaltens von Rissen bei Belastung. Damit sind Aussagen zur Betriebssicherheit, wie stabiles oder instabiles Risswachstum und Restlebensdauer, sowie weiteren Maßnahmen wie Revisionszyklen möglich. Die FKM-Richtlinie bietet dann Hilfestellung bei der Anwendung und Interpretation des bruchmechanischen Festigkeitsnachweises.
In Ansys Mechanical gibt es verschiedene Möglichkeiten, Risse im Bauteil abzubilden. In dieser Schulung lernen Sie neben den Methoden zur Modellierung von Rissen die wichtigsten bruchmechanischen Kenngrößen kennen. Ein Highlight sind die Möglichkeiten der automatischen Rissfortschrittsanalyse. Unter Anwendung des bruchmechanischen Festigkeitsnachweises beurteilen Sie die Stabilität der Risse im Bauteil unter statischen und zyklischen Lasten und erhalten so wertvolle Informationen zur Restlebensdauer Ihres Produktes bzw. zur Festlegung notwendiger Inspektionsintervalle.
Detaillierte Agenda für diese 3-tägige Schulung
Tag 1
01 Wissen was dahintersteckt
- Bauteilversagen beherrschen
- Rissbildung und Risswachstum
- Fragestellungen, die mittels der Bruchmechanik beantwortet werden können
- Einteilungen in der Bruchmechanik
- Spannungsfeld an der Rissspitze und vollplastisches Versagen
- Diskussionsbeispiel: 2D-Analyse mit Riss
02 Kenngrößen in der Bruchmechanik
- Lebenszyklus eines Bauteils
- Arten der Rissöffnung
- Überblick der wichtigsten Kenngrößen für die bruchmechanische Bewertung
- Berechnung der Energiefreisetzungsrate mit dem Rissschließintegral (VCCT Methode)
- Übung: Angerissenes Blatt Papier
03 Linear-Elastische Bruchmechanik (LEFM)
- Linear-elastisches Materialverhalten
- Berechnung der Spannungsintensitätsfaktoren (K-Faktoren)
- Überlegungen zur Größe der plastischen Zone an der Rissspitze
- Anwendung des “Semi-Elliptical-Crack” Objekts
- Workshop: Halbelliptischer Oberflächenanriss an Rohrknoten
04 Oberflächenrisse in Ansys Mechanical
- Anwendbare Werkstoffgesetze und Elementformulierungen
- Diskretisierung an der Rissspitze
- Erhöhung der Ergebnisgenauigkeit mit der Unstructured Mesh Method (UMM)
- Handhabung verschiedener Rissformen in Ansys Mechanical
- Abbildung von Oberflächenrissen mit dem „Arbitrary Crack“ Objekt
- Demo: Modellierung und Bewertung beliebig geformter Oberflächenrisse
Tag 2
05 Elastisch-Plastische Bruchmechanik (EPBM)
- Kenngrößen bei nichtlinearem Materialverhalten
- Motivation und Bestimmung des J-Integrals
- Bewertung stabilen Risswachstums mittels Risswiderstandskurven
- Übung: CT-Probe (Compact Tension) unter monoton steigender Last
06 Unterschied LEFM und EPBM
- CTOD: Crack Tip Opening Displacement
- CTOA: Angle, J-Integral
- Umrechnung verschiedener bruchmechanischer Kennwerte
- FAD-Konzept: statische Bewertung nach der FKM-Richtlinie
- Übung angerissener Zylinder: Bestimmung der kritischen Rissgröße nach FAD-Konzept
07 Benutzerdefinierte Rissformen abbilden
- „Premeshed Crack“ Objekt
- Gerissene und ungerissene Bereiche per „Shared Topology“ im Modeler definieren
- Manuelle Rissspitzenvernetzung mit Konturnetzen
- Risskoordinatensystem bei ebenen Rissflächen festlegen
- Allgemeine Definition der lokalen Rissausbreitungsrichtung bei beliebigen Rissformen
- Übung: Angerissene Baggerachse
08 Belastete Rissflanken und fortschrittliche Vernetzungsoptionen
- Randbedingungen auf Rissflanken
- Analyseeinstellungen bei Rissmodellen
- Ausnutzung von Symmetrien:
- Aufbau eines Rissmodells mittels Mesh-Assembly und Node Merge
- Halbsymmetrie bei Rissmodellen
- Übung: Angerissener Kolben mit nicht-ebenem Riss
Tag 3
09 Bruchmechanischer Festigkeitsnachweis nach FKM Richtlinie
- Überblick FKM-Richtlinie zum bruchmechanischen Nachweis
- Die Richtlinie als nützliche Datensammlung nutzen
- Festigkeitsnachweis für statische Lasten
- Restlebensdauer und zyklische Belastung
- Übung: Bestimmung der Reservefaktoren und der Restlebensdauer eines angerissenen Zylinders
10 Risswachstum mit SMART unter statischer Belastung
- SMART: Risswachstum durch sukzessive Neuvernetzung der Rissspitze
- Simulation des Risswachstums unter statischer Belastung
- Empfehlungen für die Belastungs- und Lösungssteuerung
- Auswertung mittels Fracture Probes
- Übung: Angerissener Zylinder unter statischer Last
11 Risswachstum bei zyklischer Belastung mit SMART
- Empfehlungen für die Randbedingungen und Lösungssteuerung bei zyklischer Belastung
- Vergleich mit den Vorgaben der FKM-Richtlinie
- Definition von einem Riss und mehreren Rissen
- Demo: Rissausbreitung in einem Panel mit drei Anrissen
- Übung: Zyklisches Risswachstum an einem Zylinder mit SMART
12 Weitere Möglichkeiten des MAPDL-Solvers (Ausblick)
- Analyse des Versagens von geklebten Strukturen: Debonding-Verhalten mit dem Cohesive Zone Modell (CZM)
- XFEM (eXtended Finite Element Method): Rissabbildung und -wachstum durch Elemente hindurch
- Demo: Analyse des angerissenen Zylinders mittels XFEM
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