Multidisziplinäre Analyse und Optimierung

Lebensdauerberechnung

Lebensdauerberechnung ist ein der wichtigsten Themen bei der Produktentwicklung für Zuverlässigkeit und Qualität. Es dient dem praktischen Zweck. Zum einen soll die Produktoptimierung bei der Konzeptphase schnell und kostengünstig erfolgen. Zum anderen sollen die Einsatzgrenzen und die Ausfallquoten beim Feldtest und Einsatz vorausberechnet werden. Lebensdauerberechnung basiert auf die thermische und mechanische Ausfallmechanismen. Die meisten Ausfälle beziehen sich auf thermo-mechanische Spannungen, die durch unterschiedliche Dehnungen der Materialien verursacht werden. der Ausfall tritt auf, wenn die Komponente unter der zyklische Spannung-Dehnung-Last steht und ein dauerhaftes Materialschaden entsteht. Es existieren 2 Hauptkomponenten der Lebensdauerberechnung: die Rissbildung und Rissausbreitung unter zyklischer Last.

Die Lebensdaueranalyse besteht prinzipiell aus 4 primären Schritten. Der erste Schritt ist die Auswahl oder Definition der theoretischen und konstitutiven Gleichungen für die Modellierung. Geeignete Annahmen für das Modell müssen getroffen werden. Der zweite Schritt ist die Überführung der konstitutiven Gleichungen in ein FEA-Softwareprogramm. Dazu muss ein Modell mit vordefinierten Elementen erstellt werden. Das externe Programm berechnet anschließend die Spannungs- und Dehnungswerte für gegebene und simulierte Bedingungen. Der dritter Schritt ist Übernahme der Spannungs- und Dehnungswerte aus FEA-Analyse zur Erstellung eines Lebensdauermodells, das die Anzahl der Lastzyklen beim Eintreten des Ausfalls ermittelt. Der vierte und letzte Schritt ist die Validierung der ermittelten Lebensdauerergebnisse mittels experimenteller Daten.