2019-10-01  –  2023-06-30

79.999,00 EUR

Bergische Universität Wuppertal Fakultät für Mathematik und Naturwissenschaften-Angewandte Mathematik - Stochastik, Wuppertal, Nordrhein-Westfalen

03EE5013N

Konventionelle Kraftwerkstechnik - Komponentenentwicklung [EA1312]

01189732/1  –  ROBOFLEX - Robuste Turbomaschinen für den flexiblen Einsatz

Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK.IIB5)

Forschungszentrum Jülich GmbH (PT-J.ESE5)

Energie

Ziel des Verbundprojekts ist die Modellierung des probabilistischen Ausfallverhaltens transient thermomechanisch belasteter Gasturbinenkomponenten mittels physikalisch basierter Modellierung der Materialstreuung. Das bereits entwickelte Perkolationsmodell zu Rissbildung und -ausbreitung berücksichtigt die Orientierung der Einzelkörner, nicht aber deren Wechselwirkung mit Nachbarkörnern. Aufbauend auf FEM-Simulationen zur Interaktion elastisch anisotroper Körner und den einhergehenden lokal gradientenbehafteten, mehrachsigen Spannungszuständen wird beim Partner BUW ein physikalisch begründetes, epidemiologisches Modell des Rissfortschritts erarbeitet. Das Teilprojekt der TUK legt hierzu die experimentelle Grundlage durch Ermüdungsversuche mit in-situ Verfolgung des Rissfortschritts, Bestimmung der Kornorientierungen entlang des Risspfads sowie Analysen der lokalen Beanspruchungen mit in-situ Verformungsexperimenten an Kleinproben im REM. Zweitens wird von bislang für die Bewertung der Anrisswahrscheinlichkeit angenommenen, zufälligen Kornorientierungen auf in Gasturbinenkomponenten auftretende Vorzugsorientierungen nahe der Oberfläche übergegangen und neben gleitsystemspezifischen Schubspannungen rissöffnende Normalspannungen einbezogen. Die im Teilprojekt der BUW angegeangene mathematische Modellbildung und numerische Simulation der beschriebenen Effekte werden in einem Finite-Elemente Postprozessor implementiert. Drittens wird der Übergang auf transiente Beanspruchungsverläufe im Sinne anisothermer Beanspruchungen und zeitlich variabler Mehrachsigkeiten angegangen. Hierfür wird das für isotherme Ermüdung entwickelte Modell auf Grundlage des kornspezifischen anisotropen Elastizitätsmoduls und Schmidfaktors in Schädigungsparameter für thermomechanische Belastung integriert. An der TUK erfolgen Untersuchungen des Anrissverhaltens bei thermomechanischer Ermüdung und variabel mehrachsigen Beanspruchungen.