Verformung und langfristige Festigkeit von Strukturelementen bei hohen Temperaturen, Fretting-Verschleiß und Korrosionsbedingungen

Der Einfluss der Umwelt (Wasser, Wasserstoff usw.) kann die langfristige Festigkeit von Bauelementen aufgrund von Materialverschlechterung wesentlich einschränken. Bei Kontakt mit den verschiedenen Oberflächen setzt sich die Verschlechterung der strukturellen Eigenschaften fort. Das Problem der Korrosion und des Verschleißes von Maschinenbaustrukturen ist in letzter Zeit in den Mittelpunkt der Aufmerksamkeit von Forschern und Ingenieuren gerückt, doch die Entwicklung einer Berechnungsmethode zur Abschätzung der Wechselwirkung von Hochtemperaturphänomenen wie Kriechen und versteckter Schadensakkumulation ist weiterhin eine dringende Aufgabe. Das Problem besteht darin, dass sich der Spannungs-Dehnungs-Zustand während des Langzeitbetriebs erheblich ändert. Die bestehenden Methoden zur Berechnung der Festigkeit von Strukturen unter dem Einfluss von Korrosion und Verschleiß berücksichtigen diese Veränderungen und die Akkumulation von Schäden in der Regel nicht, was zu falschen Lebensdauerschätzungen führen kann.

Strukturelemente, die bei hohen Temperaturen unter dem Einfluss aggressiver Medien arbeiten, gehören einerseits zu den teuersten, andererseits kann ihr Versagen zu Umweltschäden führen. Dies gilt für Gasturbinen und Gasturbinenmotoren, Kraftfahrzeuge, chemische Produktionsanlagen usw. Versagen und Bruch ihrer Strukturelemente führen zu finanziellen Verlusten, sind gefährlich und unter dem Gesichtspunkt der menschlichen Sicherheit inakzeptabel.

Experimentelle Methoden zur Bewertung von Hochtemperaturverformungen und -brüchen unter dem Einfluss aggressiver Medien und der Kontaktwechselwirkung verschiedener Details sind teuer und oft sehr gefährlich für die Gesundheit des Personals. Deshalb ist die Entwicklung eines neuen Ansatzes und einer numerischen Methode zur Analyse des Kriechens und der Schadensakkumulation in Strukturen, die von Korrosion und Fretting-Verschleiß betroffen sind, eine wichtige Aufgabe sowohl in der Entwurfsphase als auch für die Bewertung der sicheren Betriebszeit von bereits in Betrieb befindlichen Anlagen.

Deformation and long term strength of structural elements at high temperature fretting wear and corrosion conditions

The influence of the environment (water, hydrogen etc.) can essentially limit the long-term strength of structural elements due to material degradation. In the case of contacting the different surfaces the deterioration of structural properties continues. The problem of corrosion and wear of machine-building structures has recently been in the focus of attention of researchers and engineers, however, the development of a computational method for estimating the interaction of high-temperature phenomena, such as creep and hidden damage accumulation, continues to be an urgent task. The problem consists in the significant variation of the stress-strain state during long term operation. The existing methods for calculating the strength of structures under the influence of corrosion and wear, as a rule, do not take into account these changes and the accumulation of damage, which can lead to incorrect life estimates.

Structural elements operating at high temperatures under the influence of aggressive media, on the one hand, are among the most expensive, and on the other hand, their failure can lead to environmental damage. This applies to gas turbines and gas turbine engines, automobiles, chemical production equipment etc. Failure and fracture of their structural elements lead to financial losses, is dangerous and unacceptable from the point of view of human safety.

Experimental methods for evaluating high-temperature deformation and fracture under the influence of aggressive media and contact interaction of various details are expensive and often quite hazardous to the health of personnel. That is why the development of a new approach and a numerical method for analyzing creep and damage accumulation in structures affected by corrosion and fretting wear is an important task both at the design stage as well as for the assessing the safe operation time of already operating equipment.