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Main Title: Berechnungs- und Bewertungsstrategie zur Schadenstoleranzanalyse von komplexen Strukturen
Translated Title: Strategies for computation and validation for damage tolerance analysis of complex structures
Author(s): Pucknat, Daniel
Advisor(s): Mertens, Heinz
Referee(s): Liebich, Robert
Mertens, Heinz
Grädener, Erik
Granting Institution: Technische Universität Berlin, Fakultät V - Verkehrs- und Maschinensysteme
Type: Doctoral Thesis
Language: German
Language Code: de
Abstract: In der vorliegenden Arbeit wird eine Berechnungs- und Bewertungsstrategie zur Schadenstoleranzanalyse von komplexen Strukturen vorgestellt. Das gewählte Beispiel eines Triebwerks innerhalb der Fan Blade off Windmilling Condition dient hierbei als Paradebeispiel einer komplexen Geometrie und Beanspruchungssituation. Die numerische Abbildung dieser Problemstellung ist aufgrund der Komplexität nicht innerhalb einer einzigen Programmlösung zu begegnen. Dementsprechend soll dargestellt werden, mit welchen Mitteln und Methoden eine Modellierungen der einzelnen Problemstellungen erfolgen kann und eine adäquate Abbildung ermöglicht. Dadurch soll ein modularer Aufbau entstehen, der ohne große Anpassungsschwierigkeiten auf wesentlich komplexere Modelle und Lasten angepasst werden kann und dadurch die Aussagegüte in entsprechender Qualität ermöglicht. Mit Hilfe der vorzustellenden MMM- und der darauf aufbauenden weiterentwickelten DIH-Hypothese wird eine auf FEM- bzw. BEM-basierende Festigkeitsbewertung für (nicht-)proportionale Beanspruchungen lastfreier Oberflächen verwirklicht. Es wird gezeigt, wie sie im Rahmen einer FEM-basierten Beanspruchungsanalyse eingesetzt werden kann und welche Vorzüge sie durch ihr prozessabhängiges Vorzeichen ergeben, mit dem Zug- und Druckbeanspruchungen klar voneinander unterscheidet werden können. Das Lebensdauerkonzept, welches von Mertens und Hahn [HAH95] vorgestellt wurde, wird für Verwendung von Vergleichsspannungen angepasst, was die Einführung eines neuartigen Haigh-Diagramms ermöglicht. Durch die Verwendung des (modifizierten) Neuberverfahrens kann auf eine aufwendige plastische, nichtlineare FEM-Berechnung verzichtet werden, ohne nennenswerte Einbußen der Aussagegüte zu fürchten, wie der Vergleich mit Versuchswerten zeigt. Die vorgeführte Schadenstoleranzanalyse beweist exemplarisch, dass sie für eine komplexe Struktur gegenüber einer klassischen Bauteilbewertung überlegen ist und andere Aussagen bezüglich der Lebensdauer der Struktur zulässt.
In this dissertation a calculation and evaluation strategy is presented to perform a damage tolerance analysis of complex structures. The chosen example of a jet engine within windmilling fan blade off condition serves as suitable sample of a complex geometry and loading situation. The numerical illustration of this problem cannot be solved within a single program solution due to the complexity. Accordingly it will be shown which methods can be used to solve each problem and create a suitable modeling of the whole process. Thus, a modular process is to develop, which shall be adapted for more complex models and loads without major difficulties if desired. The result will only depend on the quality of the used models. With the help of the new presented MMM and further developed DIH-Hypothesis a FEM- or BEM-based fatigue assessment for (non-)proportional loading of load free surfaces is feasible. It will be shown, how the FEM-/BEM-based fatigue assessment will be used and which advantages this new procedure offers. One of the advantages is a process based algebraic sign of the equivalent stress of the MMM-Hypothesis, which matches also the von Mises yield criterion for ductile materials exactly. By using the (modified) Neuber method a non-linear FEM-calculation can be dispensed, without a significant loss of quality in the result but a minor effort in computation. The to presenting damage tolerance analysis is going to exemplify, that it is superior for a complex structure compared to a classical component based evaluation and will allow other statements regarding the prediction of the fatigue life of the structure.
URI: urn:nbn:de:kobv:83-opus4-66751
http://depositonce.tu-berlin.de/handle/11303/4781
http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-4484
Exam Date: 27-May-2015
Issue Date: 9-Jun-2015
Date Available: 9-Jun-2015
DDC Class: 620 Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
Subject(s): Bauteilbewertung
Festigkeit
Lebensdauerbewertung
MMM-Hypothese
Schadenstoleranzanalyse
Component assessment
Damage tolerance analysis
Lifetime assessment
MMM-hypothesis
Strength
Creative Commons License: https://creativecommons.org/licenses/by/3.0/de/
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