Bauteilbewertung und Zuverlässigkeit

- Aufgaben / Fachliche Schwerpunkte
- Besondere Einrichtungen
- Ansprechpartner

Die Abteilung 55 Bauteilbewertung und Zuverlässigkeit ist in folgende Referate gegliedert:

  • Referat 551  Betriebsfestigkeit
  • Referat 552  Bauteilintegrität
  • Referat 553  Zuverlässigkeitsanalyse und Probabilistik

Die Abteilung befasst sich schwerpunktmäßig mit Zustands- und Lebensdaueranalysen sowie Sicherheits- und Risikoanalysen für Bauteile, Strukturen und Systeme des allgemeinen Maschinen- und Anlagenbaus sowie der Kraftwerkstechnik.

Dabei bildet die anwendungsorientierte Forschung die Grundlage für die verfügbaren Berechnungsverfahren und -modelle mit denen die verschiedenen Abschnitte im Lebenszyklus eines Bauteils, einer Struktur oder eines Systems zuverlässig beschreiben und deren Zustand bewertet werden kann. Dies ermöglicht es uns auch sehr komplexe Beanspruchungszustände zu analysieren und daraus Aussagen in Bezug auf die Betriebsfestigkeit und Integrität eines Bauteils abzuleiten.

Die Durchführung von Berechnungen und Nachweisen auf der Grundlage der gängigen Regelwerke, wie z. B. der harmonisierten europäischen Normen (EN 13445: Unbefeuerte Druckbehälter, EN 13480: Metallische industrielle Rohrleitungen, usw.), dem ASME Boiler and Pressure Vessel Code, dem Britisch Standard oder den Regeln des Kerntechnischen Ausschusses (KTA) ist ein wesentlicher Bestandteil der industriellen Dienstleistungen der Abteilung. Hierzu liegen auch die erforderlichen Rechenprogramme vor. Diese Arbeiten werden auch im Zuge der technischen Überwachung im Auftrag von Aufsichtsbehörden durchgeführt.

Die Abteilung befasst sich darüber hinaus mit Fragen der Zuverlässigkeit von Bauteilen und Systemen, was auch probabilistische Analysen und Risikobetrachtungen beinhaltet.   Auch werden eigene Software- und Datenbanksystem zur Zustandsanalyse und Überwachung von Bauteilen und Maschinengruppen entwickelt und in Kraftwerksanlagen implementiert.

Die Abteilung verfügt über modernste numerische und analytische Berechnungsmöglichkeiten. Es kommen Finite Elemente Programme wie ABAQUS, ANSYS, ADINA sowie Netzgenerierungs- und Auswerteprogramme mit Schnittstellen zu allen gängigen CAD-Systemen zum Einsatz. Die verfügbaren Rechenanlagen reichen von den Höchstleistungsrechnern am HLRS Stuttgart bis zu eigenen leistungsfähigen Arbeitsplatzrechnern und Servern.

Schadensuntersuchung an einer Kurbelwelle
Ermüdungsbewertung von thermo-mechanisch beanspruchten Rohrleitungskomponenten
mit Mischschweißverbindungen

 

 Aufgaben / Fachliche Schwerpunkte
Forschung
  • Untersuchungen zum Ermüdungsverhalten im Low Cycle (LCF), High Cycle (HCF) und Very High Cycle Fatigue (VHCF)-Bereich von austenitischen und ferritischen Werkstoffen und deren Schweißverbindungen in Luftumgebung und unter Hochtemperaturwasserbedingungen
  • Untersuchungen zur Korrosionsermüdung von Mischschweißverbindungen unter Hochtemperaturwasserbedingungen
  • Mikrostrukturuntersuchungen von Werkstoffen und Komponenten bei Korrosionsermüdung
  • Experimentelle Untersuchungen und theoretische Beschreibung der Schädigung metallischer Rohrleitungen bei turbulenter Durchströmung im Bereich hoher Drücke und hoher Temperaturen
  • Analyse des Trag- und Versagensverhaltens von Komponenten in Kraftwerksanlagen
  • Quantifizierung der Grenztragfähigkeit mechanischer Komponenten bei multiplen Störfallbelastungen auf der Grundlage eines schädigungsmechanisch basierten Grenzdehnungskonzepts
  • Anwendung statistischer und probabilistischer Methoden
  • Zuverlässigkeitsbewertung von Bauteilen mit Schweißverbindungen unter Berücksichtigung von realistischen Testfehlern bei der Ultraschallprüfung
  • Entwicklung von mikromechanisch basierten Modellen zur Integritätsbewertung wie z. B. von dickwandigen Schmiedestücken mit herstellungsbedingten Rissfeldern
  • Untersuchungen zur Wechselwirkungen des gekoppelten Systems „Bauwerk-Befestigung (Dübelkonstruktion)-Rohrleitung“ bei Erdbebenbeanspruchung
Versuchsaufbau Bauwerkbefestigung
Versuchsaufbau zur experimentellen Analyse des gekoppelten Systems „Bauwerk-Befestigung (Dübelkonstruktion)-Rohrleitung“ bei Erdbebenbeanspruchung
Entwicklung
  • Entwicklung von Konzepten zum Integritätsnachweis und Alterungsmanagement
  • Software-Entwicklung in den Bereichen numerische Simulation, Bruchmechanik und Risswachstum, Zustandsanalyse und Monitoring, Versuchsauswertung und Implementierung von Normen/Richtlinien
  • Rechnergestützte Systeme zur Zustandsanalyse und Monitoring von Kraftwerksanlagen
Schaufel FE-Analyse
Berechnung der Ermüdungsausnutzung eines Motor-Generators in einem Pumpspeicherkraftwerk
Gekoppelte fluiddynamische Simulation (CFD) thermischer Fluktuationen und Schichtenströmung an einem T-Stück bei Kalteinspeisung
Prüfung / Ermittlung
  • Festigkeitsberechnungen und Festigkeitsnachweise auf der Grundlage technischer Regelwerke (DIN, EN, TRD, AD, KTA, ASME, ...)
  • Experimentelle und numerische Analyse des Schwingungsverhaltens (Eigenfrequenzen, Eigenformen, Dämpfung) von Bauteilen des Anlagen- und Maschinenbaus, z. B. Rohrleitungssysteme in chemischen Anlagen oder in Kraftwerken
 
Untersuchungen / Analysen / Begutachtungen
  • Lebensdauer- und Ermüdungsanalysen mittels numerischer und analytischer Methoden (Tragfähigkeit, Tragfähigkeitsreserve, Ermüdungsausnutzung, Restlebensdauer, Tragfähigkeit und Tragfähigkeitsreserve)
  • Sicherheitsanalysen, Leck-vor-Bruch-Analysen und Integritätsnachweise für Bauteile und System
  • Analyse der Betriebsfestigkeit von Bauteilen und Systemen in Wasserkraftanlagen
  • Systemidentifikation und -optimierung mit Hilfe der Schwingungsanalyse
  • Analyse von Betriebsdaten mit nachfolgender Lebensdauerberechnung, einschließlich der Lokalisierung der bezüglich des Lebensdauerverbrauchs führenden Bauteile und Stellen. Dies beinhaltet insbesondere die Analyse von Betriebsdaten aus dem On-line Monitoring, Berechnung des Lebensdauerverbrauchs anhand dieser Betriebsdaten und Datenanalysen für ein risikobasiertes Lebensdauermanagement
  • Erstellung von Gutachten für Ministerien, Behörden und Industrie
Versuchskreislauf
Fluid-Struktur-Interaktion (FSI)-Versuchskreislauf an der MPA Universität Stuttgart
Überwachung / Zulassung / Zertifizierung
  • Zustandsüberwachung (Zustandsanalyse auf Basis von Wiederkehrenden Prüfungen) von Tragwerken des Anlagen- und Maschinenbaus und des Bauwesens (Türme, Brücken) und ihren Schnittstellen (z. B. Dübelbefestigungen)
Beratung
    • Beratung bei sicherheitstechnischen Fragestellungen
    • Messung und Bewertung von Erschütterungen
    • Seismische Gefährdungsanalysen
    • Optimierung von Lebensdauer- und Instandhaltungsmaßnahmen
    • Implementierung von zustandsorientierten Instandhaltungsstrategien
    • Erstellung von Risikoanalysen
    • Unterstützung der mittelständischen Industrie mit wissenschaftlichen Methoden
    • Beratungstätigkeiten im Bereich von probabilistischen Verfahren und Ansätzen
  • Beratung und Unterstützung von Kunden im Umgang mit großen Datenmengen im Rahmen von Zuverlässigkeitsanalysen (z.B. Erschöpfungsberechnungen nach TRD 508/301)
  • Support, Beratung und Schulung hinsichtlich der entwickelten Anwendungssoftware.
Mitarbeit in Ausschüssen
  • Mitwirkung in regelwerksgebenden Gremien bei der Weiterentwicklung technischer Regelwerke (CEN, DIN, KTA) und in Ausschüssen von Fachverbänden (DECHEMA, DVM, DVS, DIN/ISO, ESIS, FDBR, VDI, VGB) sowie in DFG-Arbeitskreisen
  • Mitarbeit in internationale Forschungsnetzwerken (NUGENIA) und Organisationen (OECD/NEA, IAEA)
Beschleunigungsaufnehmer Diagramm
Zustandsorientierte Instandhaltung von schwingungsbeanspruchten Systemen
Software-Paket Xpipe ™ R6/p
Ausbildung von Studenten
  • Betreuung von von studentischen Arbeiten (Bachelor- und Master-Studiengänge) in enger Zusammenarbeit mit dem IMWF
  • Vermittlung von Programmierfähigkeiten und Durchführung von Software-Projekten im Rahmen von studentischen Arbeiten (Bachelor,Master)
Information
  • Veröffentlichungen, Vorträge, Veranstaltungen von Workshops
  • Publikationen bei internationalen Konferenzen und Tagungen:
    ASME Pressure Vessels and Piping (PVP) Conference, Structural Mechanics in Reactor Technology (SMiRT)
 Besondere Einrichtungen
  • Modularer Versuchskreislauf für experimentelle Untersuchungen an durchströmten Rohrleitungen (Fluid-Struktur-Interaktion (FSI)-Versuchskreislauf)
  • Software-Paket Xpipe ™ R6/p zur Auswertung rissbehafteter Komponenten nach unterschiedlichen Gesichtspunkten (R6-Methode, Risswachstum, Grenzlasten, Leckflächen, Probabilistische Analysen)
  • Numerische und experimentelle Modalanalyse, Programme zum Model-updating
  • Software zur Schwingungsanalyse
  • Simulations- und Konstruktionsprogramme
  • Zugriff auf Höchstleistungsrechenanlagen des Höchstleistungsrechenzentrums Stuttgart (HLRS) und dem bwUniCluster des KIT in Karlsruhe
 
Weitere Informationen
 Ansprechpartner

Sekretariate

Frau A. Ulm



++49 (0)711/685-63054
 

Abteilungsleitung

Herr Dipl.-Ing. X. Schuler

 

++49 (0)711/685-62601
++49 (0)711/685-63053

Herr Dr.-Ing. L. Stumpfrock

++49 (0)711/685-63041
++49 (0)711/685-63053

Referate

Betriebsfestigkeit

 

Herr Dipl.-Ing. F. Dwenger

 

++49 (0)711/685-67676

Bauteilintegrität

Herr Dr.-Ing. L. Stumpfrock

++49 (0)711/685-63041

Zuverlässigkeitsanalyse und
Probabilistik

Herr Dr. rer. nat. G. Wackenhut

Herr Dr. rer. nat. R. Lammert

++49 (0)711/685-63044

++49 (0)711/685-60424