Ermüdung & Bruchmechanik

Die Betriebsfestigkeit, Dauerfestigkeit und das Versagensverhalten werden mithilfe fortschrittlicher Ermüdungs- und Bruchmechanikmethoden analysiert, um die Langzeitzuverlässigkeit unter zyklischen und extremen Belastungen sicherzustellen. Das Leistungsspektrum umfasst High-Cycle- und Low-Cycle-Fatigue-Analysen, die Vorhersage von Rissinitiierung und -wachstum sowie lineare und nichtlineare bruchmechanische Bewertungen – jeweils unter Berücksichtigung betrieblicher Lastkollektive und Temperatureinflüsse. Anwendbar in zahlreichen Industriebereichen und für unterschiedlichste Komponenten – von Schweißnähten und rotierenden Bauteilen bis hin zu Druckbehältern und thermisch hochbelasteten Strukturen.

Schlüsselkompetenzen

High-Cycle- (HCF) und Low-Cycle-Fatigue- (LCF) Bewertung unter mechanischer und thermischer Belastung
Ermüdungsbewertung von Kerben, Schweißnähten und geometrischen Unstetigkeiten
Modellierung von Rissinitiierung und -ausbreitung in geschweißten und ungeschweißten Strukturen
3D-Rissausbreitungssimulation mit automatischer Richtungs- und Wachstumsvorhersage
Bruchmechanische Bewertung mit NASGRO oder IWM VERB zur Rissfortschritts- und Restlebensdauerabschätzung (FAD)
Thermische Ermüdung und Kriechermüdung unter transienten Lastbedingungen
Nachweisführung gemäß geltender Normen (z. B. ASME, EN 13445, FKM, IIW, …)

Weitere Informationen

Niederzyklische Ermüdung (LCF)

Bewertet die Ermüdungslebensdauer unter hoher Dehnung bei niedriger Lastzyklenzahl – typischerweise verursacht durch Start-Stopp-Betrieb, thermische Schocks oder Lastumkehr. Dabei werden Materialplastizität, zyklisches Verfestigungs- bzw. Entfestigungsverhalten sowie Temperatureinflüsse berücksichtigt, um die Schadensakkumulation und das Versagensverhalten vorherzusagen.
Beispiel: LCF-Lebensdauerabschätzung eines Verdichterschaufelträgers unter zyklischen thermischen Gradienten während des Betriebszyklus.

Hochzyklische Ermüdung (HCF)

Bewertet die Ermüdungslebensdauer unter niedrigen Spannungen bei hoher Lastzyklenzahl, wobei das Materialverhalten überwiegend elastisch bleibt. Typische Belastungen sind Schwingungen, akustische Anregungen oder Druckpulsationen. Die Analyse erfolgt mithilfe von Spannungs-Wöhler-(S-N)-Methoden unter Einbeziehung von Haigh- oder Smith-Diagrammen sowie frequenzbereichsbasierten Auswertungen.

Beispiel: High-Cycle-Fatigue-(HCF)-Bewertung eines Kompressorlagergehäuses unter Unwuchtanregungen.

3D-Rissausbreitungssimulation

Simuliert das 3D-Risswachstum unter Berücksichtigung lokaler Spannungsfelder, Materialeigenschaften und der Entwicklung des Risspfads bei zyklischer oder statischer Belastung. Die Methode ermöglicht die Vorhersage von Rissrichtung, Wachstumsgeschwindigkeit und Wechselwirkungen mit geometrischen Besonderheiten.
Beispiele: Thermisch oder mechanisch getriebene Rissausbreitung in einer Schweißnaht oder Ermüdungsrisswachstum aus einer Kerbe an gekühlten Turbinenschaufel – mit automatischer Pfadvorhersage durch komplexe Geometrien.

Bruchmechanische Bewertung

Bewertet die strukturelle Integrität von Bauteilen mit Rissvorkommen anhand linear-elastischer oder elastisch-plastischer bruchmechanischer Methoden. Dabei werden Spannungsintensitätsfaktoren, Rissantriebskräfte und Failure Assessment Diagrams (FAD) zur Abschätzung kritischer Rissgrößen und der verbleibenden Lebensdauer herangezogen.

Beispiel: Restlebensdauerbewertung einer Druckbehälterdüse mit Oberflächenriss unter Verwendung von NASGRO oder IWM VERB.