Characterisation of refractory failure under combined hydrostatic and shear loading at elevated temperatures

Titel in Übersetzung: Charakterisierung des Versagens Feuerfester Baustoffe unter hydrostatischem Druck und Scherbelastung bei erhöhten Temperaturen

Emilie Dahlem

Publikation: Thesis / Studienabschlussarbeiten und HabilitationsschriftenDissertation

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Abstract

In vielen industriellen Anwendungen wirkt eine Kombination von Druck- und Scherkräften auf feuerfeste Auskleidungen. Um eine Zerstörung der feuerfesten Auskleidung charakterisieren zu können, muss das multiaxiale Verhalten der eingesetzten Materialien unter Einsatzbedingungen bekannt sein. Um diese Aspekte bei der Erstellung eines Modells berücksichtigen zu können, wird oftmals das Drucker-Prager Kriterium zur Beschreibung von körnigen Materialien herangezogen. Es beschreibt eine lineare Abhängigkeit der Scherkräfte vom hydrostatischen Druck. Die Ermittlung des Versagens nach Drucker Prager setzt das Wissen über zwei essentielle, experimentell zu bestimmende Parameter voraus: die Kohäsion (d), welche das Versagen infolge von Scherbeanspruchung ohne hydrostatischen Druck beschreibt, sowie den Reibungswinkel (ß), welcher die Zunahme der Scherfestigkeit bei steigendem hydrostatischen Druck beschreibt. In der Literatur sind vor allem im Bereich der Geologie und des Zivilingenieurwesens für eine Vielzahl von Materialien experimentell ermittelte Daten verfügbar. Die Charakterisierung erfolgte bisher nur für niedrige Temperaturen (Raumtemperatur). Für feuerfeste Baustoffe müssen jedoch die Kohäsion und der Reibungswinkel für Temperaturen bis zu 1500°C bestimmt werden. Eine unkomplizierte Anpassung der Messvorrichtungen, welche bei Raumtemperaturen eingesetzt werden, ist für einen Hochtemperatureinsatz nicht möglich. Diese Arbeit stellt eine neue Herangehensweise zur Durchführung von Messungen für feuerfeste Materialien vor. Der Hauptaspekt liegt auf der uniaxialen Beanspruchung von Proben mit einer geneigten Kerbe, um dadurch eine lokale Kombination von Scher- und Druckbeanspruchung erzielen zu können. Der Vorteil ist die Eignung der Prüfeinrichtung für die Anwendung bei erhöhten Temperaturen. Mit dieser Prozedur wird die Bestimmung von d und ß durch Proben und zwei unterschiedlichen Kerbwinkeln möglich. Die Optimierung der Abmessungen der Probekörper erfolgte durch FEM Modellierung. In einem ersten Schritt wurden die bei Raumtemperatur bestimmten Werte für d und ß mit den Ergebnissen herkömmlicher Triax-Tests verglichen um somit eine Validierung der neuen Herangehensweise zu ermöglichen. In einem zweiten Schritt wurden bei hohen Temperaturen ermittelte Ergebnisse für zwei unterschiedliche feuerfeste Materialien bestimmt. Als zweite Prüfmethode wurde ein Torsions-Druckversuch verwendet. Die dafür erforderliche Probenform wurde mittels FEM Simulation optimiert. Die Probe wird durch uniaxial aufgebrachte Kräfte und Torsion belastet, dies kann auch bei hohen Temperaturen erfolgen. Bisher wurden die Experimente für Raumtemperatur durchgeführt und validiert.
Titel in ÜbersetzungCharakterisierung des Versagens Feuerfester Baustoffe unter hydrostatischem Druck und Scherbelastung bei erhöhten Temperaturen
OriginalspracheEnglisch
QualifikationDr.mont.
Gradverleihende Hochschule
  • Montanuniversität
Betreuer/-in / Berater/-in
  • Harmuth, Harald, Beurteiler A (intern)
  • Huger, Marc, Beurteiler B (extern), Externe Person
PublikationsstatusVeröffentlicht - 2012

Bibliographische Notiz

nicht gesperrt

Schlagwörter

  • Drucker-Prager
  • Kohäsion
  • Reibungswinkel
  • feuerfeste Baustoffe

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