Numerical Studies on Crack Arrays in Aluminum Pressure Die Casting Molds

Titel in Übersetzung: Numerische Untersuchungen von Rissnetzwerken in Aluminium Druckgussformen

Peter Raninger

Publikation: Thesis / Studienabschlussarbeiten und HabilitationsschriftenDiplomarbeitBegutachtung

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Abstract

Die im Aluminium Druckguss eingesetzten Gussformen sind einer Ermüdungsbeanspruchung infolge thermischer und mechanischer Belastungen ausgesetzt. Zyklisch plastische Verformung an der Oberfläche der Formen bewirken eine schrittweise Veränderung des Belastungsprofiles, da sich Zugeigenspannungen aufbauen, die sich den Spannungen zufolge der zyklischen Belastungen überlagern. Diese Veränderung des Spannungsfeldes hat Einfluss auf Bildung und Wachstum von Rissen. Nach einigen Tausend Lastzyklen beginnt sich typischerweise ein Netzwerk aus Heißrissen auszubilden, in welchem die gegenseitige Abschirmung der Risse wesentliche Auswirkungen auf die weitere Entwicklung des Netzwerkes hat. Große Bedeutung wird auch den thermo-physikalischen und den mechanischen Eigenschaften des verwendeten Materials für die Gussformen beigemessen, da diese die Anfangsabstände, die Tiefe, in der die Risse stoppen, und die Risswachstumsgeschwindigkeiten der Risse beeinflussen. In dieser Arbeit werden die Einflüsse der Materialparameter auf die genannten Merkmale und Ausbildung der Heißrissnetzwerke numerisch untersucht. Um die Belastung der Gussformen, die für die Simulation der Rissnetzwerke benötigt werden, zu bestimmen, wird ein Finite Elemente (FE) Modell eines ebenen Abschnittes der Form erzeugt, um das stationäre Temperaturfeld sowie den Aufbau der Eigenspannungen über 100 Gießzyklen hinweg zu berechnen. Die so erhaltenen Verteilungen für Temperatur und Eigenspannungen werden an ein script-basiertes FE Modell übergeben, welches erlaubt, unter Annahme von linear-elastischem Materialverhalten, die Entstehung und Ausbildung von Rissnetzwerken zu untersuchen. Unter Zuhilfenahme eines Python-Scripts werden einzelne FE Modelle automatisch erzeugt, berechnet und ausgewertet. Dadurch entsteht eine Kette, in der Daten eines vorhergehenden Modells verwendet werden, um das darauf folgende zu generieren. Zu diesem Zweck überprüft das Script ein implementiertes Kriterium. Bei diesem wird Kmax, auf Basis experimenteller Daten und parallel gerechneten Modellen, in eine effektive zyklische Spannungsintensität DeltaKeff umgerechnet und mit einem Schwellwert DeltaKth verglichen. Somit können die Bereiche, in denen Risse stoppen, identifiziert werden. Mit dieser Vorgehensweise können Anfangskonfigurationen und die Ausbildung der Netzwerke für verschiedene Materialien automatisiert durchgeführt werden.
Titel in ÜbersetzungNumerische Untersuchungen von Rissnetzwerken in Aluminium Druckgussformen
OriginalspracheEnglisch
QualifikationDipl.-Ing.
Gradverleihende Hochschule
  • Montanuniversität
Betreuer/-in / Berater/-in
  • Antretter, Thomas, Mitbetreuer (intern)
  • Ebner, Reinhold, Betreuer (intern)
Datum der Bewilligung18 Dez. 2009
PublikationsstatusVeröffentlicht - 2009

Bibliographische Notiz

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Schlagwörter

  • Thermische Ermüdung Rissabschirmung Aluminium Druckguss Warmarbeitsstahl Finite Elemente Simulation

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