KE-Verformungsinteraktion

Abstract

Im Projekt wurden sowohl experimentelle Untersuchungen zur Kriech-Ermüdungsverformungsinteraktion am ferritisch-martensitischen Stahl Grade 92 in zwei Zuständen als auch numerische und theoretische Arbeiten zur Beschreibung des Werkstoffverhaltens mit fortschrittlichen Werkstoffmodellen und zur Anwendung in Bezug auf Bauteile durchgeführt. Anhand der in dem Projekt gewonnenen Ergebnisse und Erkenntnisse können Hochtemperaturbauteile aus der Werkstoffgruppe der 9%-Chromstähle bezüglich ihres Einsatzes in vermehrt zyklisch betriebenen Anlagen zukünftig sicherer ausgelegt und betrieben werden. Dazu trägt einerseits das im Vorhaben entwickelte Konzept zur verbesserten Modellierung der Kriech-Ermüdungsverformung mit der bei betriebsnahen Lasten beobachteten Interaktion bei. Das Konzept basiert auf einem viskoplastischen 2-Dehnraten Werkstoffmodell vom Typ Chaboche, welches zur Anwendung im Rahmen der Finiten-Elemente-Methode oder in eigenständigen Berechnungsroutinen, z. B. von KMU wie Berechnungsdienstleistern und Softwareentwicklern, und auf Basis eines linear-elastisches Materialverhaltens eingesetzt werden kann. Andererseits wurde das Konzept zur verbesserten Verformungsmodellierung mit bestehenden fortschrittlichen Berechnungskonzepten zur Lebensdaueranalyse unter Kriechermüdung kombiniert. Die im Vorhaben entwickelten Routinen und auf Basis umfangreicher Analysen von Daten aus unterschiedlichsten Kriechermüdungsversuchen erarbeiteten Modellanpassungen zu Grade 92 wurden den Arbeitskreismitgliedern für eigene Anwendungen zur Verfügung gestellt und können auf Anfrage bei den Verfassern des Berichts auch Dritten zugänglich gemacht werden. In the project, both experimental investigations on the creep-fatigue deformation interaction on the ferritic- martensitic steel Grade 92 in two states as well as numerical and theoretical work to describe the material behavior with advanced material models and to apply the models to components were carried out. Based on the results and insights gained from the project, cyclically loaded high-temperature components made from 9% chromium steels can be more safely designed and operated in the future. On the one hand, this is achieved by an improved modeling concept for creep-fatigue deformation, considering the observed interaction under operationally relevant creep-fatigue loading conditions. The concept is based on a viscoplastic material model of the Chaboche type with two strain rates, which can be applied within the framework of the finite element method or in standalone calculation routines, for example, by SMEs such as calculation service providers and software developers, on basis of a linearelastic stress analysis. Furthermore, the concept for an improved deformation modeling was combined with existing advanced lifetime calculation methods for creep-fatigue conditions. The routines developed in the project and the model adjustments for Grade 92, derived from extensive analyses of data from various creep-fatigue tests, have been made available to the working group members for their own applications, and can also be made available to third parties upon request from the authors of the report.