By means of fracture mechanics evaluation concepts, the most accurate possible estimation of the crack growth behaviour of complex and highly loaded structures is to be aimed for a more efficient use of components, a more precise planning of inspection intervals and for the realization of advanced design approaches. Standard fracture mechanics specimen used in materials testing are globally subjected to purely uniaxial loading. In contrast, the technical components usually experience multi-axial stresses due to the external loads and to their complex geometry. The influence of multi-axial far-field loads on the crack propagation rate and the crack closure behaviour is unclear and controversially discussed in literature. In this context, the crack propagation behaviour of uniaxially loaded corner-crack specimens and multiaxially loaded cruciform specimens is systematically studied in this investigation. Here, the multiaxiality condition is characterized by the so-called T-stress and systematically varied within the tests. The results so far show no significant influence of the far-field multiaxiality or the T-stress on the crack propagation behaviour. However, the evaluation of the crack closure behaviour indicates that an engineering approach for thin-walled structures leads to a non-conservative estimation.
Zur Auslegung von Bauteilen unter wechselnden Beanspruchungen werden häufig Lebensdaueranteilregeln verwendet, um eine Aussage über die erwartete Verformung zu treffen. Im Falle von Ofenkomponenten hat sich gezeigt, dass die Kriechverformung unter wechselnder Temperaturbeanspruchung bei niedrigen, konstanten mechanischen Lasten mit der Lebensdaueranteilregel stark unterschätzt wird. Temperaturwechsel scheinen einen sehr viel schädlicheren Einfluss zu haben, als bisher angenommen. Um die höhere Kriechverformung durch Temperaturwechselbeanspruchungen berechnen zu können, wurden verschiedene isotherme und anisotherme Kriechversuche durchgeführt und daraus ein Kriechmodell entwickelt. Gekoppelte Fluid-Struktur-Interaktions (FSI) Berechnungen auf Basis dieses Kriechmodells an einem typischen Ofenelement, einem metallischen P-Strahlheizrohr, wurden mit weiteren Versuchen validiert. Schlagwörter Kriechen, Temperaturwechsel, Strahlheizrohr, Fluid-Struktur-Interaktion
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