fe-safe

Lebensdauer-Analysesoftware für Finite-Elemente-Modelle.

fe-safe/TURBOlife

Inwiefern senkt der Betrieb bei erhöhten Temperaturen die Lebensdauer? Was ist die Ursache des Bruchs – Ermüdung, Kriechen oder Kriechermüdung? fe-safe/TURBOlife hat die Antworten.

fe-safe/TURBOlife ist eine leistungsstarke, einzigartige und umfassende Software zur Analyse der Kriechermüdung. Die Kriechermüdungs-Algorithmen in fe-safe/TURBOlife wurden bereits erfolgreich auf Komponenten von Kernkraftwerken, Kraftwerkboiler, Gasturbinenblätter und Dampfturbinenkomponenten angewendet. fe-safe/TURBOlife wird immer häufiger in der Antriebstechnik verwendet, um Kriechen und Kriechermüdung in Autoabgaskomponenten und Turboladerverdichtern zu bestimmen.

fe-safe/TURBOlife:

  • Berücksichtigt komplexe und interagierende Beschädigungsmechanismen durch Kriechen und Ermüdung
  • Erkennt, ob es sich bei der Hauptursache des Ermüdungsbruchs um Ermüdung, Kriechen oder Kriechermüdung handelt
  • Ermöglicht die Berechnung von Beschädigungen aufgrund von Formbarkeitsermüdung mit Interaktion durch Kriechermüdung oder Partitionierung des Dehnbereichs
Auf einen Blick

fe-safe/TURBOlife erkennt, ob es sich beim vorherrschenden Schädigungsmechanismus um Ermüdung und/oder Kriechen handelt, damit der Schwerpunkt bei einer Neukonzeption auf den betreffenden Mechanismus gelegt werden kann, was die Komponentenprüfung vor der Inbetriebnahme deutlich reduziert.

fe-safe/TURBOlife nutzt die elastische Finite-Element-Analyse und allgemein verfügbare Werkstoffdaten zur Konstruktion komplexer Spannungs-Dehnungs-Hystereseschleifen, darunter Spannungsrelaxation aufgrund von Kriechen. So können komponentenspezifische Betriebsverläufe und die Reihenfolge der Zyklen umfassend berücksichtigt werden.

Die Kriechermüdungsmethoden in fe-safe/TURBOlife basieren auf den Formbarkeitsermüdungs-Konzepten und der Dehnbereichspartitionierung, die in den vergangenen 25 Jahren in den USA und Großbritannien entwickelt wurden. Diese Methoden werden in der Stromerzeugung durch Kernenergie und fossile Brennstoffe intensiv eingesetzt, um neue Konzeptionen zu entwickeln und Boiler und Gasturbinen in Kraftwerken dauerhaft zu überwachen.

fe-safe/TURBOlife berechnet Folgendes:

  • Wo Ermüdungsbrüche auftreten werden
  • Wann Ermüdungsbrüche auftreten werden
  • Wie sich Kriechmechanismen auf die Ermüdungslebensdauer auswirken
  • Sicherheitsfaktoren bei Arbeitsspannungen für eine schnelle Optimierung
  • Die Festigkeit von Komponenten in Umgebungen mit hohen Temperaturen, in denen Ermüdungs- und Kriechschädigungsmechanismen interagieren, um die Komponentenlebensdauer deutlich zu verringern
  • Ob die Hauptursache des Ermüdungsbruchs Ermüdung, Kriechen oder Kriechermüdung ist

fe-safe/TURBOlife ist ein zusätzliches Modul für fe-safe, mit dem Benutzer die Auswirkungen komplexer Lastverläufe, multiaxialer Ermüdung und anderer erweiterter Funktionen in fe-safe berücksichtigen können.

Merkmale
  • Berechnet die Festigkeit von Komponenten in Umgebungen mit hohen Temperaturen, in denen Ermüdungs- und Kriechschädigungsmechanismen interagieren, um die Komponentenlebensdauer deutlich zu verringern.
  • Berücksichtigt die erforderlichen Temperatureffekte, die Erkennung des Niveaus von Kriech- und Ermüdungsschäden und die Wahrscheinlichkeit für Risse.
  • Nutzt die elastische Finite-Element-Analyse und allgemein verfügbare Werkstoffdaten zur Konstruktion komplexer Spannungs-Dehnungs-Hystereseschleifen, darunter Spannungsrelaxation aufgrund von Kriechen. So können komponentenspezifische Betriebsverläufe und die Reihenfolge der Zyklen umfassend berücksichtigt werden.
  • Erkennt, ob es sich beim vorherrschenden Schädigungsmechanismus um Ermüdung und/oder Kriechen handelt, damit der Schwerpunkt bei einer Neukonzeption auf den betreffenden Mechanismus gelegt werden kann, was die Komponentenprüfung vor der Inbetriebnahme deutlich reduziert.
  • Stellt eine umfassende grafische Ausgabe in Bezug auf Lebensdauerkonturen und Belastungssicherheitsfaktoren bereit, die eine einfache Erkennung kritischer Bereiche gestattet.
  • Beinhaltet eine umfassende Onlinehilfe sowie Informationen zur Vorbereitung von Werkstoffdaten.
  • Ermöglicht einen direkten Import und eine einfache Bearbeitung von Daten mit FEA-Software.
Vorteile
  • Ermöglicht eine genaue Prognose der Ermüdungslebensdauer anhand von komplexen Analysen der Kriechdehnung, von Kriechermüdungsschäden und von veränderten Werkstoffeigenschaften bei hohen Temperaturen.
  • Ermöglicht die Berechnung von Beschädigungen aufgrund von Formbarkeitsermüdung mit Interaktion durch Kriechermüdung oder Partitionierung des Dehnbereichs.
  • Benutzer können einfach erkennen, ob die Hauptursache des Ermüdungsbruchs Ermüdung, Kriechen oder Kriechermüdung ist.
  • Schnell zu erlernen und benutzerfreundlich.
  • Verwendet allgemein verfügbare Werkstoffdaten.
  • Ermöglicht eine schnelle Optimierung von Konzeptionen, kürzere Entwicklungszeiten, geringer Werkstoffkosten und Prüfung der finalen Konzeption am Computer, damit Prüfzyklen gleich beim ersten Mal bestanden werden.
  • Wird durch hochgradig erfahrene Ermüdungs- und Prüfingenieure sowie die umfassenden Werkstoffprüflabore bei AMEC Foster Wheeler unterstützt.
Anwendungen
  • Gasturbinenblatt
    • Komplexe Konzeption, einschließlich interner Kühlmittelkanäle zur Begrenzung der maximalen Betriebstemperaturen.
    • In der Regel werden Gasturbinenblättern anhand sehr konservativer Konzeptionsregeln bewertet, die zu einem übermäßigen Konstruktionsaufwand und Werkstoffverbrauch führen.
    • Tatsächliche Betriebszyklen und fe-safe/TURBOlife gestatteten dem Benutzer eine sehr realistische Prognose der Lebensdauer, was deutliche Konzptionsoptimierungen und eine längere Lebensdauer ermöglichte.

 

  • Kompressorrad
    • Kompressorräder aus Aluminiumlegierung versagen oft, da sie aufgrund der Kriechausdehnung bei höheren Temperaturen am Gehäuse reiben oder aufgrund von zyklischen Kriechermüdungsschäden reißen.
    • Der letztendliche Versagensmechanismus wurde anhand von zerstörenden Prüfungen unter verschiedenen Kriechbeanspruchungen bestimmt.
    • Die Analyse der Prüfbedingungen mit fe-safe/TURBOlife zeigte, dass die Wahrscheinlichkeit für Ermüdungsbrüche durch Kriechen sehr gering war und die berechnete Kriechausdehnung mit den Messungen übereinstimmte.
    • fe-safe/TURBOlife erkannte, dass Ausfälle durch Kriechausdehnung anstatt durch Kriechermüdung verursacht wurden, sodass die Konstrukteure sich auf die effektivste Methode zur Verlängerung der Kompressorrad-Lebensdauer konzentrieren konnten.