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(00019) 26.01.1999 14:59

Vorhersage von Materialversagen


Bochum, 26.01.1999
Nr. 20

Bevor der Zug entgleist ...
Vorhersage von Materialversagen möglich
RUB-Ingenieur: Neues Modell vermeidet Belastungssituationen


Flugzeugabstürze, Eisenbahnunglücke und ähnliche Katastrophen werden
immer wieder von Materialermüdung verursacht. An der RUB wurde jetzt
eine Theorie entwickelt, die ein erster Schritt hin zu einem Modell
ist, mit dem man das Verhalten und Versagen von Metallbauteilen unter
Belastung verstehen und berechnen kann. In seiner mit dem "Preis für
Studierende 1998" der RUB als beste Arbeit aus der Fakultät für
Maschinenbau ausgezeichneten Diplomarbeit "Über die Lokalisation von
Scherbändern in duktilen Einkristallen" hat Dipl.-Ing. Henning Schütte
die Auswirkungen von hohen Belastungen auf die kristalline Struktur
von Metallen untersucht. Die Arbeit von Dipl.-Ing. Schütte wurde am
Lehrstuhl für Allgemeine Mechanik (Leiter: Prof. Dr.-Ing. Helmut
Stumpf) betreut.

Einkristalle für Vorhersagen nützlich

Metalle bestehen normalerweise aus einer Vielzahl von Kristallkörnern.
Darüber hinaus gibt es Bauteile, die nur aus einem einzelnen Kristall
bestehen, dem Einkristall. Die Wissenschaft benutzt diese
Einkristalle, um Modelle über das Verhalten und Versagen von
Kristallen unter Belastung zu erstellen. So gewinnt sie neue
Erklärungen für das Versagen von Material oder gesamten Bauteilen.
Diese Erkenntnisse sollen helfen, Katastrophen zu vermeiden.

Von der Verformung zum Riß

Dipl.-Ing. Schütte hat zunächst ein mathematisches Modell für das
Verhalten von Einkristallen entwickelt, das im Vergleich zu
Vorgängermodellen mit weniger Annahmen auskommt. Anhand dieses Modells
berechnete er das Verhalten und Versagen des Einkristalls im
Zugversuch: Belastungen hält der Einkristall aufgrund seiner
Elastizität bis zu einem gewissen Grad aus. Überschreitet die
Belastung diese Grenze, verändert sich die Gitterstruktur des
Kristalls nachhaltig. Diese plastischen Veränderungen kalkulieren
Ingenieure bei der Planung von Bauteilen in einem gewissen Ausmaß als
Sicherheitsreserve ein. Bei Überschreitung einer weiteren
Belastungsgrenze können Verformungen als dünne Bänder, als sogenannte
Scherbänder, an bestimmten Stellen entstehen. Weitere Belastungen
verteilen sich nicht mehr gleichmäßig auf den gesamten Kristall,
sondern konzentrieren sich auf die Scherbänder, die sich zu Rissen und
damit dem Versagen des Kristalls auswachsen können. Da Metalle in
ihrem Verhalten den Einkristallen ähneln, können aufgrund des Modells
Belastungssituationen vermieden werden, die zu Scherbandbildung und zu
Materialermüdung führen.

Quellenangabe

Die Ergebnisse der Diplomarbeit wurden von Le Khanh Chau, Henning
Schütte und Helmut Stumpf im "International Journal of Plasticity",
Vol. 14 (1998) veröffentlicht. Schütte arbeitet derzeit an seiner
Dissertation, die sich mit der Entstehung und Ausbreitung von Rissen
in geschädigtem Material beschäftigt.

Weitere Informationen

Dipl.-Ing. Henning Schütte, Fakultät für Bauingenieurwesen, Lehrstuhl
für Technische Mechanik, 44780 Bochum, Tel: 0234/700 3078, Fax:
0234/7094 229.



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Mit freundlichen Gruessen

Dr. Josef Koenig
RUB - Ruhr-Universitaet Bochum
- Pressestelle -
44780 Bochum
Tel: + 49 234 700-2830, -3930
Fax: + 49 234 7094-136
Josef.Koenig@ruhr-uni-bochum.de

Schauen Sie doch bei uns mal rein:
http://www.rz.ruhr-uni-bochum.de/pressestelle

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