Vorhersage der Ermüdungslebensdauer Mikrostrukturen im Fokus

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QuesTek Innovations erweitert die ICMD-Plattform für Materialdesign und -technik mit einem Fatigue Toolkit. Es wurde entwickelt, um Benutzern die Vorhersage der Ermüdungslebensdauer in Abhängigkeit von Material, Mikrostruktur und Belastungsszenario zu ermöglichen.

Die erweiterte Funktion der ICMD-Plattform verspricht Fortschritte in der Ermüdungsanalyse und nutzt die mechanistische, physikalisch basierte Modellierung zur Verbesserung der Vorhersagegenauigkeit und der technischen Effizienz. Dieser Ansatz zur Modellierung der minimalen Ermüdungslebensdauer lässt sich mit begrenzten Tests unter Verwendung der AIM-Methodik (Accelerated Insertion of Materials) innerhalb von ICMD kombinieren, um 70 Prozent der Testkosten im Vergleich zu herkömmlichen vollständigen Versuchsplanungsansätzen für die Qualifizierung ermüdungskritischer Materialien einzusparen.

Modellierung der minimalen Ermüdungslebensdauer

Das Fatigue Toolkit von ICMD kombiniert physikalisch basierte Simulationen mit digitalen Zwillingen von Mikrostruktur und Defekten und ermöglicht es Ingenieuren, die Sicherheit zu verbessern, Kosten zu senken und datengestützte Entscheidungen für Materialauswahl, Konstruktion und Einsatz zu treffen.

Antworten auf die Herausforderungen der Industrie

Der derzeitige Stand der Technik bei der Ermüdungsmodellierung stützt sich in erster Linie auf die empirische Datenanpassung oder die lineare elastische Bruchmechanik, die beide jedoch erhebliche Einschränkungen aufweisen. Empirischen Modellen fehlt es an Vorhersagekraft, und sie erfordern große Sicherheitsfaktoren. Das kann zu kostspieligem Overengineering führen. Bruchmechanische Ansätze sind zwar nützlich, befassen sich aber nur mit der makroskopischen Rissausbreitung, nachdem bereits erhebliche Schäden aufgetreten sind.

Das ICMD Fatigue Toolkit führt eine mikrostruktursensitive Ermüdungsmodellierung unter Verwendung von Kristallplastizitätssimulationen ein, um Ingenieure in die Lage zu versetzen, die Rissbildung und mikrostrukturell kleine Risswachstumsphasen vorherzusagen, was insbesondere für hochzyklische Ermüdungsanwendungen entscheidend ist. Durch die Einbeziehung mikrostruktureller Eigenschaften reduziert dieser Ansatz die Abhängigkeit von konservativen Sicherheitsfaktoren und führt zu sichereren und kosteneffizienteren technischen Lösungen.

Industrielle Anwendungen

Das Fatigue Toolkit von ICMD hat sich bereits in der Industrie bewährt und hilft Unternehmen bei der Optimierung der Materialauswahl, der Verbesserung der Qualifikationsanforderungen an Lieferanten und der Beschleunigung von Zertifizierungsprozessen. Beispiele hierfür sind:

• Studien zur Materialauswahl: In der Luft- und Raumfahrt zur Bewertung der Hochzyklus-Ermüdungsleistung verschiedener konkurrierender Legierungen, die eine physikalisch fundierte Materialauswahl ermöglichen.
• Optimierung der Lieferantenqualifikation: Hilft OEMs bei der Definition präziserer Qualifikationsanforderungen, indem mikrostrukturelle Einflüsse auf die Ermüdungsleistung berücksichtigt werden, wodurch die Variabilität zwischen den Materiallieferanten verringert und die Widerstandsfähigkeit der Lieferkette verbessert wird.
• Accelerated Qualification for Additive Manufacturing: In Zusammenarbeit mit dem Air Force Research Laboratory (AFRL) angewandt, um die Qualifizierung von additiv gefertigten Materialien zu rationalisieren, die erforderlichen Experimente erheblich zu reduzieren (Verkürzung der Zeitspanne von Jahren auf Monate) und die Qualifizierungskosten um bis zu 2 Millionen Dollar zu senken.

Leistungsmerkmale des Fatigue Toolkits

• digitale 3D-Mikrostrukturerzeugung -- statistischer digitaler Zwilling von Korngröße, Ausrichtung, Morphologie, Einschlüssen und Porosität.
• Kalibrierung von Materialmodellen -- Verwendet zyklische Spannungs-Dehnungs-Daten, um eine kundenspezifische Kalibrierung von Plastizitätsmodellen zu ermöglichen.
• anpassbare Belastungsszenarien -- Unterstützt verschiedene multiaxiale oder einachsige Dehnungszustände, Dehnungsverhältnisse und Ermüdungszyklen.
• mehrstufige Ermüdungsvorhersage -- Verfolgt die Ermüdungslebensdauer von der Rissentstehung bis zum langen Risswachstum und prognostiziert die volle Ermüdungslebensdauer bei hohen und niedrigen Ermüdungszyklen.
• optimierte CPFEM-Integration -- Ermöglicht rechnerisch effiziente, physikbasierte Ermüdungssimulationen.
• Ermüdungsanalyse auf Komponentenebene -- Integriert in Finite-Elemente-Simulationen für reale Ermüdungsvorhersagen.

Nahtlose Integration mit Alloy Design Toolkit

Das Toolkit erweitert die Möglichkeiten von ICMD über die statische Eigenschaftsanalyse hinaus und ermöglicht die Vorhersage der Ermüdungslebensdauer direkt anhand der Legierungszusammensetzung und der Verarbeitungsparameter. Es enthält validierte Modelle für wichtige technische Legierungen wie Superlegierungen auf Nickelbasis (zum Beispiel IN625, IN100), Titanlegierungen (zum Beispiel Ti64), hochfestes Aluminium (z. B. AA7075-T6) und martensitische Stähle (zum Beispiel Ferrium C64).

Datensicherheit und Compliance

Innovative Materialforschung verdient ein Höchstmaß an Schutz. Innerhalb der ICMD-Plattform genießt die Datensicherheit Priorität, damit sich Kunden darauf konzentrieren können, die Grenzen der Materialwissenschaft zu verschieben. QuesTek ist nach ISO 27001 und SOC 1 zertifiziert und gewährleistet damit die Einhaltung branchenführender Sicherheitsstandards. Unsere Plattform setzt fortschrittliche Verschlüsselungsrichtlinien ein, um Daten zu schützen und geistiges Eigentum zu bewahren.

Weitere Informationen: https://questek.com/

Migration von PLM-Daten

End-to-End-Lösungen für Interoperabilitätsprojekte