Zur Berechnung von Kriechverformungen und Spannungen in dickwandigen Rohren

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Untersuchung des Verformungsverhaltens von stengel- und einkristallinen Superlegierungen bei Temperaturen oberhalb 900"oC

This work concerns the microstructure and the anisotropic mechanical behaviour of several, chosen nickel-base superalloys in case of directional solidificatin. The uni- and multiaxial, mainly strain-rate controlled experiments were run with single crystal and columnar grained, solid, cylindrical specimen (orientation <100>) at temperature above 900 C. These reality-close testing conditions refer to intended future applications as material for the first row of cooled turbine blades in stationary gas turbines. The changes of the microstructure (#gamma#' coarsening) due to pure thermal exposure and to thermal and mechanical load were analysed. The relation between axial and/or torsional stationary strain-rate and corresponding stress response was described mathematically. This description is based on a creep-potential, which is modified for anisotropic behaviour using a formalism formulated by HILL. The analysis of stationary strain-rates and measured stresses leads to a creep law, which implicates the microstructure-based unified model of PENKALLA as special case. (orig.)Dissertation submitted by S. NahrathAvailable from TIB Hannover: RA 831(2893) / FIZ - Fachinformationszzentrum Karlsruhe / TIB - Technische InformationsbibliothekSIGLEDEGerman

Beitrag zur Phasenkinetik in neuen Superlegierungen

Dissertation submitted by A. WeisbrodtSIGLETIB: RA 831(2377) / FIZ - Fachinformationszzentrum Karlsruhe / TIB - Technische InformationsbibliothekDEGerman

Inelastische Analyse des Verformungsverhaltens einer innengekuehlten Gasturbinenschaufel aus dem Werkstoff IN 738 LC unter Verwendung des strukturabhaengigen Werkstoffmodells

To enhance the high temperature potential of Superalloys for applications in stationary gas turbines a new concept is required for the prediction of the service life of the blades with an improved method for inelastic analysis. The applicability of the microstructural dependent constitutive equations, which has been developed at the IWE of the KFA, are discussed for a structural analysis of an internally cooled IN 738 LC turbine blade. For the multiaxial confirmation of the model tension-torsion experiments and experiments with precision casted internally cooled model turbine blades were carried out. The blades were exposed to temperature transients and tension stresses to simulate the centrifugal forces. For the mathematical analysis the constitutive equations were implemented into the Finite Elemente Code ABAQUS. A two dimensional mesh was used. At first, the temperature distribution in the blade was calculated based on the temperatures measured at certain points during the experiments. After the temperature distribution was known, it was possible to calculate the stresses and inelastic strains at every point of the model structure. The comparison of the experiments with the calculations, using the constitutive equations of Penkalla, showed a good conformity. For the life time prediction by experiments with short holding times, an elastic analysis could be used. But for experiments with long holding times creep is more dominant and has to be considered. (orig.)Fuer die optimale Nutzung der Eigenschaften neuer hochwarmfester Superlegierungen reicht die herkoemmliche Auslegung dann nicht mehr aus, wenn ein Bauteil komplizierten Temperatur- und Belastungszyklen ausgesetzt ist. Die Beurteilung des Betriebsverhaltens und der Lebensdauer solcher Bauteile bedarf neuer Konzepte. Ein solches Bauteil ist die innengekuehlte Turbinenschaufel einer modernen stationaeren Gasturbine. Im Rahmen dieser Arbeit wurde die Anwendbarkeit des strukturabhaengigen Werkstoffmodells, das im IWE der KFA entwickelt wurde, fuer strukturmechanische Untersuchungen von innengekuehlten, stationaeren Gasturbinenschaufel diskutiert. Die mehraxiale Ueberpruefung des Modells geschah zum einen mit Hilfe von Torsionshohlproben aus dem Werkstoff IN 738 LC und zum anderen mit Experimenten an feingegossenen Modellturbinenschaufeln derselben Legierung. Die Belastung der Modellschaufel bestand aus einer Zuglast zur Simulation der Fliehkraefte, sowie aus Temperaturzyklen. Die rechnerische Analyse der Schaufel fand mit Hilfe des Finiten Elemente Programms ABAQUS, in dem das Werkstoffmodell implementiert wurde, statt. Verwendet wurde eine zweidimensionale Netzstruktur. Basierend auf den im Experiment gemessenen Oberflaechentemperaturen wurde in einem ersten Schritt die Temperaturverteilung in der Modellschaufel berechnet. Erst danach war eine Spannungs- und inelastische Dehnungsanalyse moeglich. Ein Vergleich der Experimente mit den Rechnungen unter Verwendung des strukturabhaengigen Werkstoffmodells nach Penkalla zeigte eine gute Uebereinstimmung bei der Lebensdauerprognose. Waehrend bei den Versuchen mit der kurzen Haltezeit das Versagen an der Abstroemkante elastisch abgeschaetzt werden konnte, ist dies fuer die laengere Haltezeit nicht exakt moeglich, da hier den Kriecheffekten eine staerkere Bedeutung zukam. (orig.)Dissertation submitted by S. BeckmoellerSIGLEAvailable from TIB Hannover: RA 831(2924) / FIZ - Fachinformationszzentrum Karlsruhe / TIB - Technische InformationsbibliothekDEGerman

Untersuchungen zum Kriechverhalten von Rohren aus X10NiCrAlTi 32 20 (Nicrofer 32 20) im Anlieferungszustand bei mehrachsiger Belastung

Dissertation submitted by K. FranzkeCopy held by FIZ Karlsruhe; available from UB/TIB Hannover / FIZ - Fachinformationszzentrum Karlsruhe / TIB - Technische InformationsbibliothekSIGLEDEGerman

Implementierung eines strukturabhaengigen Werkstoffmodells fuer die Superlegierung IN738LC in das Finite Elemente Programm ABAQUS

Superalloys, mainly consisting of nickel, are used for applications in aerospace as well as in stationary gas turbines. In the temperature range above 800 C the blades, which are manufactured of these superalloys, are subjected to high centrifugal forces and thermal induced loads. For computer based analysis of the thermo-mechanical behaviour of the blades models for the stress-strain behaviour are necessary. These models have to give a reliable description of the stress-strain behaviour, with emphasis on inelastic affects. The implementation of the model in finite element codes requires a numerical treatment of the constitutive equations with respect to the given interface of the used code. In this paper constitutive equations for the superalloy IN738LC are presented and the implementation in the finite element code ABAQUS with the numerical preparation of the model is described. In order to validate the model calculations were performed for simple uniaxial loading conditions as well as for a complete cross section of a turbine blade under combined thermal and mechanical loading. The achieved results were compared with those of additional calculations by using ABAQUS, including Norton's law, which was already implemented in this code. (orig.)Als Werkstoff fuer Turbinenschaufeln, sowohl in der Luftfahrt als auch bei stationaeren Gasturbinen, kommen Superlegierungen zum Einsatz, die ueberwiegend aus Nickel bestehen. Die aus ihnen gefertigten Schaufeln werden im Temperaturbereich ueber 800 C hohen Fliehkraftbelastungen und thermisch induzierten Beanspruchungen ausgesetzt. Zur rechnergestuetzten Analyse des thermomechanischen Verhaltens der Schaufeln sind Werkstoffmodelle erforderlich. Diese Modelle muessen das Spannungs-Verzerrungsverhalten zuverlaessig beschreiben. Hierbei kommt es vor allem auf die Erfassung inelastischer Effekte an. Die Implementierung des Werkstoffmodells in ein FE-Programm erfordert eine numerische Aufbereitung der konstitutiven Gleichungen. Sie muss unter Beachtung von Schnittstellendefinitionen des vorliegenden FE-codes durchgefuehrt werden. In der folgenden Arbeit wird das Werkstoffmodell fuer die Superlegierung IN738LC vorgestellt und die Implementierung in ABAQUS mit der damit verbundenen numerischen Aufbereitung des Modells beschrieben. Zur Validierung wurden Testrechnungen sowohl fuer einfache einachsige Belastungsfaelle als auch fuer ein Turbinenschaufelprofil unter thermischer und mechanischer Belastung durchgefuehrt. Die erzielten Ergebnisse wurden mit den Resultaten weiterer ABAQUS-Rechnungen verglichen, bei denen das bereits implementierte Norton-Gesetz verwendet wurde. (orig.)Diplomarbeit submitted by J. WoltersAvailable from TIB Hannover: RA 831(2907) / FIZ - Fachinformationszzentrum Karlsruhe / TIB - Technische InformationsbibliothekSIGLEDEGerman