Dokument 1.pdf (35.736 KB) - RWTH Aachen University

3. Aufgabenstellung
• Die erste Teilaufgabe enthält die Charakterisierung der Mikrostruktur und die Ermittlung der
mechanischen Eigenschaften der Hybridlaserschweißverbindungen. Um erste Erkenntnisse über
die Verteilung der Gefügebereiche und die Heterogenität der untersuchten
Schweißverbindungen zu gewinnen, werden Härteprofile anhand der Makroschliffe erstellt und
bewertet. Anschließend wird das Mikrogefüge der einzelnen Zonen (Grundwerkstoff,
Schweißgut und die Wärmeeinflusszone) mit Hilfe der lichtmikroskopischen Aufnahmen von
angeätzten Schliffen analysiert und erste Schlussfolgerungen bezüglich der
Zähigkeitseigenschaften gezogen. Um den Einfluss des Gefüges auf den duktilen
Schädigungsprozess zu quantifizieren, wird der Flächenanteil zusammen mit den
morphologischen Eigenschaften und der Verteilung von nichtmetallischen Einschlüssen und
Partikeln bestimmt. Diese metallographischen Daten können bei der Anwendung des GTN-
Schädigungsmodells zur Abschätzung der Anfangsporosität f0, des Volumenanteils an
sekundären Hohlräumen fn und der Festlegung der Grenzen für die Elementgröße ly eingesetzt
werden. Weiterhin werden die Festigkeitskennwerte und die für die numerische
Schädigungsanalyse erforderlichen Fließkurven aus den Zugversuchen an den Rundzugproben
zur Verfügung gestellt. Zum Abschluss der ersten Teilaufgabe werden für die Ermittlung des
Zähigkeitsverhaltens die Kerbschlagbiegeversuche durchgeführt.
• Die zweite Teilaufgabe befasst sich mit der Modellierung des stabilen Risswachstums bei den
Hybridlaserschweißverbindungen (HLSV) mit Hilfe des GTN-Schädigungsmodells. Das
Hauptziel hierbei ist zu zeigen, dass das duktile Schädigungsverhalten mit den überprüften
Parametern des Grundwerkstoffs und des Schweißguts für beliebige Probengeometrien mit
unterschiedlichen Spannungszuständen beschrieben werden kann. Neben den
Zellmodellrechnungen werden auch die Versuche an den gekerbten Rundzugproben zur
Bestimmung der restlichen Schädigungsparameter herangezogen. Anschließend erfolgt die
Überprüfung und falls notwendig die Kalibrierung der festgelegten Parameter durch den
Vergleich zwischen den experimentellen und numerischen Ergebnissen der bruchmechanischen
Analysen. Mit Hilfe der Versuche an weiteren Bruchmechanik- und Großzugproben soll
schließlich die Übertragbarkeit des Schädigungsmodells zur Beschreibung des duktilen
Bruchverhaltnes demonstriert werden. Basierend auf diesen Ergebnissen kann der Einfluss der
Probengeometrie, der Risslage, etc. auf den Beginn und den Verlauf des stabilen
Risswachstums (z.B. Rissauswandern) analysiert werden.
• In der dritten Teilaufgabe wird das spröde Bruchverhaltens von hybridlasergeschweißten
Bruchmechanikproben analysiert. Zu diesem Zweck wird zunächst das probabilistische
Mastercurve-Konzept angewandt, mit dem die Wahrscheinlichkeit für die Spaltbruchauslösung
in Abhängigkeit von der Temperatur berechnet werden kann. Im weiteren Schritt sollen
fraktographischen Untersuchungen von einzelnen Bruchflächen unter REM durchgeführt
werden, um die spaltbruchauslösenden Stellen zu detektieren. Ausgehend von numerisch
berechneten Spannungszuständen an diesen Stellen, soll festgestellt werden, ob das
zweiparametrige Spaltbruchkriterium zur Abschätzung des Spaltbruchversagens für
unterschiedliche Risslängen Gültigkeit besitzt. Weiterhin soll die Frage geklärt werden, ob das
Beremin-Modell sowohl in der ursprünglichen als auch in der modifizierten Version in der Lage
ist, das Bruchverhalten in der Tieflage und im unteren Übergangsbereich zu prognostizieren.
Dabei werden die numerischen Ergebnisse in der Form der Wahrscheinlichkeitskurven den
entsprechenden Ergebnissen des Mastercurve-Konzepts gegenübergestellt und bewertet. Zum
25