Simulation des Einflusses der Bauteilgeometrie auf den Randschichtzustand nach dem Kugelstrahlen und deren Anwendung zur Optimierung der Schwingfestigkeit von Bauteilen

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Ziel des Vorhabens ist es, ein Programmiersystem zu erstellen, das bei vorgegebener, komplexen Bauteilgeometrie, vorgegebener Beanspruchungsart und gegebenem Werkstoff bzw. Werkstoffzustand die von Kugelstrahlbehandlungen zu erfassenden Bereiche und die gegebenenfalls ortsabhängigen Kugelstrahlparameter eigenständig so optimiert bzw. optimieren hilft, dass die Schwingfestigkeit maximiert wird. Hierzu soll eine Randschichtzustands-Datenbank erstellt werden, in der die wesentlichen Randschichtcharakteristika (Eigenspannungs- und Verfestigungszustand und Oberflächentopographie) in Abhängigkeit von Strahlparametern wie Kugeldurchmesser, Aufschlaggeschwindigkeit, Aufschlagabstand und Aufschlagwinkel sowie der lokalen Bauteilnachgiebigkeit abgelegt werden sollen. Entscheidend hierbei ist die Speisung der Datenbank über Simulationsrechnungen mit dem Finite-Element-Programmsystem ABAQUS/ Explicit, in denen insbesondere die Bauteilkrümmungen und die Bauteildicke berücksichtigt und variiert werden. Für die vom Benutzer gewählten Werkstoffe und Werkstoffzustände soll die Datenbank jeweils noch nicht verfügbare, aber erforderliche Daten zum Randschichtzustand durch Anstoßen und Auswerten entsprechender Simulationsrechnungen bereitstellen. Anschließend werden die lokalen Randschichtzustände in Finite-Element-Simulationen Bauteilen aufgeprägt und deren Schwingfestigkeit abgeschätzt. Dabei werden die gestrahlten Flächen sowie die Strahlparameter gezielt so variiert, dass das Optimum der Schwingfestigkeit erzielt wird. Diese Rechnungen werden anhand von Schwingfestigkeitsuntersuchungen an bauteilähnlich gekerbten Proben und einem komplex geformten Bauteil verifiziert. Damit wird ein Konzept bereitgestellt, das es erlauben soll, bei Bauteilen nahezu beliebiger Geometrie die Parameter der zur Erzielung optimierter Schwingfestigkeit erforderlichen Kugelstrahlbehandlungen vorherzusagen.