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13.07.2015 | Werkstofftechnik | Schwerpunkt | Online-Artikel

Materialermüdung verliert ihren Schrecken

verfasst von: Dieter Beste

2 Min. Lesedauer

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Bei vielen Bauteilen liegen kleine Materialfehler vor, die die Lebensdauer erheblich beeinflussen können. Oder eine andauernde Belastung ermüdet das Material. Eine junge Forscherin hat nun ein Konzept entwickelt, auch innerhalb verschiedener Materialstrukturen das Wachstum von Rissen vorherzusagen.

In der industriellen Fertigung kommen zunehmend funktional gradierte Materialien zur Anwendung. Dabei liegen innerhalb eines metallischen Bauteils aufgrund seiner Herstellung unterschiedliche Mikrostrukturen vor. Durch diese örtlich unterschiedlichen bruchmechanischen Materialeigenschaften ist die Reaktion auf hohe Belastungen bislang nur schwer zu prognostizieren. Gerade im modernen Leichtbau ist allerdings die Vorhersage von großer Bedeutung, wann Rissbildungen einsetzen und wie diese sich ausbreiten.

Tritt eine Werkstoffschädigung bei zyklischer Belastung auf, spricht man von einer Ermüdung des Werkstoffes. In „Werkstoffmechanik“ definieren die Springer-Autoren: „Als Ermüdung bezeichnet man die werkstoffschädigende Folgeerscheinung unter zyklischen Belastungen in Form von Rissbildung und langsamem, stabilen Risswachstum. Dieser Begriff ist also werkstoffkundlich exakt definiert und sollte auch nur in diesem Sinne verwendet werden, und nicht etwa für allgemeine ‚Alterung‘ eines Bauteils.“ (Seite 93)

Rissfortschritt in gradierten Materialien bestimmt

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Mit ihrer Doktorarbeit „Risswachstum in funktional gradierten Materialien und Strukturen“ an der Fakultät für Maschinenbau der Universität Paderborn hat nun Britta Schramm ein Konzept vorgelegt, mithilfe neuartiger wissenschaftlicher Verfahren jene Prozesse zu verstehen, die den Rissfortschritt in gradierten Materialien bestimmen. „Es geht mir in meiner Forschung darum, Bauteile sicher und zuverlässig auszulegen. Denken wir nur etwa an die Folgen, wenn ein ICE aufgrund von Materialermüdung entgleist oder an die Sicherheit im Flugverkehr. Dabei wird deutlich, wie enorm wichtig es ist, die Lebensdauer eines Bauteils exakt und sicher vorhersagen zu können“, sagt Schramm, die für ihre Arbeit mit dem Bertha Benz-Preis 2015 ausgezeichnet wurde.

Untersuchungsmethoden entscheidend weiterentwickelt

Während bisherige Untersuchungskonzepte sich auf homogene und gleichförmige Materialien bezogen, vermag das neuentwickelte Konzept auch die Unterschiede innerhalb verschiedener Materialstrukturen zu berücksichtigen. Die Auszeichnung wurde Britta Schramm verliehen, da sie in ihrer Arbeit theoretische, numerische und experimentelle Untersuchungsmethoden entscheidend weiterentwickelte und damit einen bedeutenden wissenschaftlichen Beitrag zur Vorhersage des Risswachstums geleistet hat.

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Die Hintergründe zu diesem Inhalt

2014 | OriginalPaper | Buchkapitel

Zyklische Belastung

Quelle:
Werkstoffmechanik

2014 | OriginalPaper | Buchkapitel

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