Erweiterte Schädigungskonzepte für thermomechanische Beanspruchung unter variablen Amplituden und plastischer Deformation

Vorhabenbeschreibung:

Die Energiewende verlangt eine Flexibilisierung der bestehenden konventionellen Kraftwerke, um die unvorhersehbaren Schwankungen in der Stromproduktion durch Solar- und Windanlagen auszugleichen. Hierdurch erfahren Kraftwerkskomponenten eine verstärkte thermomechanische Ermüdungsbeanspruchung. Für den Betriebsfestigkeitsnachweis stellen Schweißverbindungen besondere Herausforderungen dar. Bisherige Schadensakkumulationskonzepte, wie die Minerregel, führen zu teilweise nichtkonservativen Bewertungen, da die mit der variablen Belastung verbundenen Reihenfolgeeffekte hierbei vernachlässigt werden. Ziel des Vorhabens ist es, verbesserte Berechnungskonzepte für Schweißverbindungen unter thermischen und mechanischen Belastungen zu entwickeln. Zur Erreichung des Forschungsziels werden Versuche an dem austenitischen Edelstahl 1.4550 unter konstanten und variablen Amplituden durchgeführt. Hierbei liegt ein besonderes Augenmerk auf der Identifikation von Reihenfolgeeffekten. Als Laborproben dienen ungekerbte, gekerbte und geschweißte Proben. Neben dem Grundwerkstoff werden zusätzlich das Schweißgut sowie ein charakteristisches Gefüge aus dem Bereich der Wärmeeinflusszone untersucht. Die Versuchsbedingungen umfassen isotherme und anisotherme Versuche unter Ein- und Mehrstufenbelastung sowie Betriebslastfolgen. Die Basis für die zu entwickelnden Bewertungskonzepte stellt die Bruchmechanik dar, da Risse unter den oben skizzierten Belastungen in der Regel frühzeitig initiieren. Für eine handhabbare Anwendung werden bruchmechanische Näherungslösungen zur Bewertung von thermischen Belastungen, Spannungs- und Werkstoffgradienten entwickelt. Durch die bruchmechanische Herangehensweise können Reihenfolgeeffekte berücksichtigt werden. Für eine mittelfristig angestrebte Übernahme der entwickelten Methodik in Regelwerke und Richtlinien, werden die Ergebnisse regelwerkskonform dargestellt, wodurch die Ergebnisse auch für kleine und mittelständische Unternehmen nutzbar werden.