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Simulation des Einsatzhärtens und Abschätzung der Dauerfestigkeit einsatzgehärteter Bauteile

Simulation of case hardening and fatigue limit estimation of case hardened components

  • Die vorliegende Arbeit besitzt zwei Schwerpunkte. Zum einen wird das Einsatzhärten von Bauteilen basierend auf vorhandenen Materialmodellen simuliert. Zum anderen wird ein Konzept zur Abschätzung der Dauerfestigkeit einsatzgehärteter Bauteile vorgestellt, in dem wesentliche Ergebnisse der Wärmebehandlungssimulation als neue Ausgangsgrößen verwendet werden. Damit konnte erstmals ein geschlossenesDie vorliegende Arbeit besitzt zwei Schwerpunkte. Zum einen wird das Einsatzhärten von Bauteilen basierend auf vorhandenen Materialmodellen simuliert. Zum anderen wird ein Konzept zur Abschätzung der Dauerfestigkeit einsatzgehärteter Bauteile vorgestellt, in dem wesentliche Ergebnisse der Wärmebehandlungssimulation als neue Ausgangsgrößen verwendet werden. Damit konnte erstmals ein geschlossenes werkstoffmechanisches Dauerfestigkeitskonzept für einsatzgehärtete Bauteile erarbeitet werden. Für die Analyse beliebiger Bauteilgeometrien ist eine Implementation der Materialmodelle in die FEM notwendig. Im Rahmen dieser Arbeit wurde das FE-Programm ABAQUS verwendet. Speziell für dieses FE-Programm wurde innerhalb dieser Arbeit das Subroutine-System ANTRI zur Simulation des Einsatzhärtens und Abschätzung der Dauerfestigkeit für einsatzgehärtete Bauteile entwickelt. Zur Verifikation des Subroutine-Systems ANTRI wurden experimenteller Ergebnisse aus der Literatur herangezogen. Für alle untersuchten Beispiele wurde eine sehr gute Übereinstimmung zwischen experimentell ermittelten Daten und simulierten Daten festgestellt.show moreshow less
  • This thesis has two focuses. On the one hand, case hardening of components is simulated on the basis of existing material models. On the other hand, a concept is presented to evaluate the fatigue limit of case hardened components. In this concept the results of heat treatment simulation are used as new initial parameters. For the first time a complete (material-mechanical) concept for the fatigueThis thesis has two focuses. On the one hand, case hardening of components is simulated on the basis of existing material models. On the other hand, a concept is presented to evaluate the fatigue limit of case hardened components. In this concept the results of heat treatment simulation are used as new initial parameters. For the first time a complete (material-mechanical) concept for the fatigue limit of case hardened components is presented. For the analysis of any component geometry, an implementation of material models in FEM is necessary. The FE-program ABAQUS has been used in the frame of this thesis. The ANTRI subroutine system has been developed especially for this program to simulate case hardening and the evaluation of the fatigue limit for case hardened components. Experimental results found in publications have been used to verify the ANTRI subroutine system. A very good match has been observed between the data obtained through experiments and the simulated ones.show moreshow less

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Metadaten
Document Type:Doctoral Thesis
Author: Andreas Diemar
DOI (Cite-Link):https://doi.org/10.25643/bauhaus-universitaet.1109Cite-Link
URN (Cite-Link):https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:gbv:wim2-20080213-12945Cite-Link
Advisor:Prof. Dr.-Ing. Joachim W. Bergmann
Language:German
Date of Publication (online):2008/02/13
Year of first Publication:2007
Date of final exam:2007/12/11
Release Date:2008/02/13
Publishing Institution:Bauhaus-Universität Weimar
Granting Institution:Bauhaus-Universität Weimar, Fakultät Bauingenieurwesen
Institutes:Fakultät Bauingenieurwesen / Professur Experimentelle Konstruktions- und Materialanalyse
Tag:Fehlstellenmodell; Statistischer Größeneinfluss; transformationsinduzierte Plastizität
statistic size effect; transformation plasticity; weakest-link model
GND Keyword:Wärmebehandlung; Mehrachsige Beanspruchung; Einsatzhärten; Aufkohlung <Metallurgie>; Phasenumwandlung; Eigenspannung; Plastizität; Dauerfestigk
Dewey Decimal Classification:600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / 620 Ingenieurwissenschaften / 620 Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
Licence (German):License Logo Creative Commons 4.0 - Namensnennung-Nicht kommerziell (CC BY-NC 4.0)