MCL – MATERIALS CENTER LEOBEN FORSCHUNG GMBH
FORSCHUNGSPROGRAMM
COMET K
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MPPE
Highlights
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„Fitness-for-Purpose“ von Bauteilen und Komponenten
Was nach einem Gesundheits-Programm klingt, ist die technische Beschreibung der
Gebrauchstauglichkeit von Strukturen, die einen wichtigen Forschungsschwerpunkt
am Materials Center Leoben darstellt.
Der Hintergrund: Ein ständiger Druck in Richtung Material- und Energieeffizienz führt
in allen Branchen zur Herausforderung, immer leichtere Bauteile mit weniger Mate-
rialeinsatz zu realisieren.
Dies kann durch verschiedene Maßnahmen erreicht werden:
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mit dem Einsatz festerer Werkstoffe,
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mit dem Einsatz leichterer Werkstoffe mit hoher Festigkeit,
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durch verbesserte Konstruktion, oder
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durch optimierte Fertigung mit gezielter Eigenschaftsoptimierung in den höchst-
belasteten Zonen von Bauteilen.
Generell werden dabei Werkstoffe in einem höheren Maße ausgenutzt als das bisher
der Fall war, d.h. man geht näher an Anwendungsgrenzen heran. Das ist aber nur
dann sicher möglich, wenn die Werkstoffe und deren Verhalten entsprechend gut ver-
standen und beschrieben werden können.
Die Herausforderung der kleinen Fehler
Eine besondere Herausforderung ergibt sich daraus, dass Werkstoffe im Allgemeinen
nicht frei von Fehlern sind und dass es selbst mit den modernsten heute verfügbaren
Prüfmethoden nicht gelingt alle Fehler aufzuspüren. Wir müssen daher davon aus-
gehen, dass kleine unentdeckte Fehler in jedem Werkstoff bzw. Bauteil vorhanden
sind, die aber trotzdem nicht zum Versagen führen dürfen. Bei diesen Fehlern handelt
es sich häufig um Poren oder Mikrorisse, die im Einsatz Ausgangsstellen für Ermü-
dungsrisse darstellen.
Von Schädigung zufolge von Werkstoffermüdung spricht man bei wiederholter Belas-
tung, dabei ist oft langsames Risswachstum, ausgehend von kleinen inneren Fehlern
entscheidend für die Lebensdauer bzw. die Ausfallwahrscheinlichkeit. Wenn diese
inneren Fehler während der geplanten Lebensdauer trotzdem nicht zum Versagen
führen, so spricht man von schadenstolerantem Design.
In sehr aufwendigen Untersuchungen ist das Materials Center Leoben dem Wachs-
tumsverhalten von kleinen Rissen auf der Spur. Kleine Risse verhalten sich anders
als lange Risse, vor allem wachsen sie viel schneller. Die Charakterisierung des Ver-
haltens von kleinen Rissen erfordert ausgeklügelte experimentelle Untersuchungs-
methoden und die Erstellung von neuen Berechnungsmodellen zur Beschreibung des
Risswachstumsverhaltens.
Leicht und trotzdem sicher –
Schadenstolerantes Design
