2015-10-01  –  2020-04-30

142.558,63 EUR

Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) - Fachbereich 5.2 - Experimentelle und modellbasierte Werkstoffmechanik, Berlin, Berlin

03ET7071E

Fortgeschrittene Kraftwerkssysteme - Kraftwerke mit Null Emissionen [EA1325]

01144152/1  –  COOREFLEX-Turbo

Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK.IIB5)

Forschungszentrum Jülich GmbH (PT-J.ESE5)

Energie

Dieses Vorhaben ist Teil des Verbundprojektes AG Turbo COOREFLEX-turbo. Die Lebensdauer einer Gasturbinenschaufel wird wesentlich von der Anzahl der Temperatur- und Spannungswechsel bis zur Rissbildung bestimmt, die beim An- und Abfahren der Turbine auftreten. Rissinitierungsorte sind häufig Bohrungen, welche eine Kühlung der Metalloberfläche durch einen Luftfilm herbeiführen. Diese Bohrungen stellen Schwierigkeiten bei der Bewertung der Lebensdauer des Bauteils dar: Einerseits liegen Spannungsgradienten in der Nähe der Bohrungen vor, so dass Lebensdauerkonzepte für glatte Bauteile nicht direkt anwendbar sind. Andererseits wird effektiv ein kleiner Bereich des Werkstoffs stark beansprucht, so dass die Anzahl der Lastzyklen bis zum Anriss stark streut. Eine rein experimentelle Untersuchung des Einflusses der Bohrungen ist aufwendig, da zusätzlich zu den Belastungsparametern die Geometrie der Bohrung und das Bohrungsverfahren zu berücksichtigen sind. Das Ziel dieses Projekts ist es, mit einer kleinen Anzahl an Versuchen, ein Berechnungsmodell zu entwickeln und zu validieren, mit dem später beliebige Bohrungen im Bauteil analysiert werden können. Mit diesem Modell sollen Ergebnisse aus wenigen Versuchen mit gebohrten Proben auf Bauteilen mit beliebigen Spannungskonzentrationen übertragen werden, so dass der experimentelle Aufwand insgesamt reduziert werden kann. 1. Auswahl von Bohrungsgeometrien und Belastungsparametern 2. Fertigung von gebohrten Proben 3. Analyse von Konzepten aus der Literatur zur Berücksichtigung der Spannungsgradiente an einer Bohrung 4. Durchführung von 'Low Cycle Fatigue' Versuchen an gebohrten Proben 5. Modellierung der Proben und Simulation der lokalen Beanspruchungen. Anwendung der vorhandenen Lebensdauermodelle. 6. Anwendung und Weiterentwicklung der Berechnungskonzepte zur Berücksichtigung der Spannungsgradiente 7. Erarbeitung einer Berechnungsprozedur zur Übertragung der Ergebnisse auf weitere Beanspruchungen/Bohrungsgeometrien