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Abbildung von Gußgehäusen und Schrauben in der Containment Simulation

Um den heutigen Ansprüchen an Leistungsdichte, Wirtschaftlichkeit und Umweltschutz im Motorenbereich gerecht zu werden, ist eine Aufladung unumgänglich. Oft werden hierfür Abgasturbolader (ATL) eingesetzt, sei es bei Automobilen und Nutzfahrzeugen oder bei Aggregaten und Lokomotiven bis hin zu großen Schiffsantrieben. Neben den Anforderungen an Festigkeit und Lebensdauer unter den Betriebslasten sind auch die Anforderungen an die Sicherheit bei hohen Druckstößen und beim Bersten der Laufräder zu erfüllen. Letzteres, die Hersteller-verantwortung hinsichtlich der Containment Sicherheit beim Bersten der Laufräder, kann heute mittels der expliziten Simulation frühzeitig in der Entwicklung berücksichtigt und abgesichert werden und so aufwendige Versuche und Entwicklungszeiten eingespart werden. Je nach Größe und Anwendung des ATL besteht das Verdichtergehäuse meist aus Aluminium- oder Eisenguss, das Turbinengehäuse aus hochwarmfesten Sonderguss Legierungen; die Anbindung erfolgt bei kleinen ATL meist über Spannbänder, bei großen ATL über Schrauben. Um diese Gehäuse und Verbindungen mittels der Simulation bzgl. der Containment Sicherheit belastbar auszulegen, bedarf es gewisser CAE Techniken in der Abbildung der Bauteile und der Materialbeschreibung. Diese werden im Vortrag beschrieben und ihr Erfolg durch den Vergleich zu einem durchgeführten Versuch an einem Verdichtergehäuse belegt. Ein wichtiger Aspekt der Containment Simulation ist eine geometrie-getreue und ausreichend feine Vernetzung der Gussgehäuse und ihrer Verbindungen. „State oft he Art“ ist eine Volumen Vernetzung mit BRICK, PENTA und TETRA Elementen. Für eine robuste Simulation mit hohen Verzerrungen in den zerstörten Bereichen werden einfach integrierte Elementtypen bevorzugt. Der Vortrag zeigt Beispiele dieser SOLID Vernetzung für Gehäuse und Schraubenverbindungen. Ein zweiter Fokus liegt auf der Materialdefinition, die das Verformungs- und Versagensverhalten bis hin zum Bruch unter hoher dynamischer Belastung ausreichend genau beschreibt. Insbesondere bei Simulationen bis zum Bruch, d.h. bis zum Löschen der Elemente, ist die Berücksichtigung dehnratenabhängiger Fließkurven, der Mehrachsigkeit und ihrer Historie sowie der Elementgröße zwingend notwendig. Hier haben sich bekannte Materialbeschreibungen wie Johnson-Cook und ihre Derivate sowie Gurson_JC oder GISSMO mit einer zumeist tabulierten Eingabe bewehrt. Ein Beispiel zur Materialbeschreibung mit Abgleich zum Zugversuch wird im Vortrag gezeigt.