FEM-Berechnungen von Spannungen und Spannungsintensitätsfaktoren in und an Einschlüssen

Derzeit ist es noch längst nicht etabliert, die Kontinuumsmechanik anzuwenden, um Ergebnisse von Ermüdungsversuchen phänomenologisch zu deuten. Die in dieser Arbeit betrachteten Ergebnisse von Lebensdauerversuchen des Werkstoffes 100Cr6 bieten einen Ansatz zu einer kontinuumsmechanischen Untersuchung. Dieser Werkstoff enthält Legierungselemente, die nicht vollständig in der Matrix gelöst, sondern als Einschlüsse eingelagert sind. Diese Einschlüsse rufen Spannungsüberhöhungen hervor, welche die Lebensdauer herabsetzen. Es handelt sich dabei um Aluminiumoxide und Titannitride und -karbide. Die Durchmesser von Aluminiumoxid-Einschlüssen betragen ungefähr 20 ... 30 μm, die Kantenlängen titanhaltiger Einschlüsse sind ungefähr 10 ... 30 μm. Während für den Aluminiumoxid-Einschluss in diesem Zusammenhang noch analytische Lösungen anwendbar wären, liegen für die titanhaltigen Einschlüsse solche nicht vor. Das Auffinden analytischer Lösungen selbst für einfache Abbildungen der Konturen ist als sehr aufwändig einzuschätzen. Um hier unter Berücksichtigung der dreidimensionalen Situation Spannungen zu ermitteln, wird die Finite- Elemente-Methode angewendet. Ziel der vorliegenden Arbeit ist, auf Basis der Spannungsberechnungen an den Einschlüssen die vorliegenden Versuchsergebnisse zu interpretieren.