Für die Lebensdauersimulation werden eine Reihe von Eingangsdaten und Parameter benötigt, die alle natürlichen Streuungen unterworfen sind. Es wurde nun eine Methode entwickelt, um diese Streuungen in die Lebensdauerberechnung einfließen lassen und deren Auswirkungen auf das Ergebnis durch Robustheitsuntersuchungen quantifizieren zu können. Dafür wurde die Monte Carlo Simulation verwendet. In dieser Arbeit wird die Anwendung der stochastischen Lebensdauersimulation am Beispiel eines Aluminiumkolbens für Nutzfahrzeugmotoren gezeigt. Dabei wird untersucht, wie sich Streuungen der herrschenden Kolbentemperaturen und der temperaturabhängigen Werkstoffkennwerte auf die lokale Bauteilrobustheit auswirken. Dabei zeigen sich Stellen, die durch lokal unrobustes Systemverhalten kritische Ausfallswahrscheinlichkeiten aufweisen, obwohl sie in der deterministischen Lebensdauersimulation nicht auffällig waren. Daraus ergibt sich, dass für unterschiedliche Bereiche des Kolbens unterschiedliche Sicherheiten festgesetzt werden müssen, um örtlich gleiche Ausfallswahrscheinlichkeiten zu erzielen. Eine derartig geforderte Sicherheitsverteilung wurde als Ergebnis der Simulation für den untersuchten Kolben definiert und kann für die tägliche Arbeit als Vorgabe eingesetzt werden.
Input data and parameters which are used for a fatigue analysis are showing statistical spreads. In order to include those spreads in the fatigue analysis a new method was developed to evaluate the influence on the results. The basis for this new method is the Monte Carlo Simulation. In this paper, the influence of stochastic parameters on the fatigue analysis is shown for an aluminium alloy diesel engine piston for commercial vehicles. Especially, it is examined, how spreads of the piston temperature and spreads of the temperature depending material properties affect the local robustness of the component. The new simulation method shows local areas on the piston with critical reliabilities against fatigue failure due to a local un-robustness, which are not observed if a classically deterministic fatigue analysis is performed. Therefore, it can be said that different safety factors against fatigue failure have to be used for different areas of the piston in order to achieve the same conditional probability of failure for all areas. Such a distribution of safety factors against fatigue failure was defined as a result of the stochastic fatigue analysis of the piston and can now be used as a specification for similar pistons.
Berücksichtigung stochastischer Parameter in der Lebensdaueranalyse am Beispiel eines Aluminiumkolbens für NKW-Dieselmotoren
Consideration of stochastic parameters in the fatigue analysis of an aluminium alloy diesel engine piston for commercial vehicles
2006
20 Seiten, 14 Bilder, 13 Quellen
Conference paper
German
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