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Tomographie und FEM-Analyse auf Rotorblatt für Luftfahrtturbine

Beschreibung


 

Zuverlässigkeit gegenüber der Ermüdung

In der modernen Industrie nehmen die Verlässlichkeitsprobleme der mechanischen Komponenten eine wichtige Rolle ein: In Kombination mit strukturellen FEM-Analysen kann die Tomografie die Durchführung von Ermüdungsanalysen ermöglichen, um die Annehmbarkeitskriterien an den durch Schmelzen oder additive Fertigung gefertigten Komponenten zu verbessern.

Asotech und TEC Eurolab haben die eigenen Kompetenzen kombiniert, um einen neuen Service zu schaffen, dank dessen man Mängel in den Schmelzprozessen mit Tomographie feststellen und FEM-Prüfungen der Ermüdung der erfassten Geometrie durchführen kann. Außerdem ist es möglich, die Untersuchung zu vertiefen, indem man Versuchstests zur Validierung und Optimierung der Komponente einführt.

Mit dem Ziel, die Prozesse dieses Dienstes zu validieren, wurden industrielle Tomographien und strukturelle FEM-Analysen durchgeführt, die an die Probleme von Mängeln bei mit der additiven Fertigung gefertigten Rotorblättern für die Luftfahrt angewendet wurden.

Fallstudie

Von im Vorhinein festgelegten CAD-Geometrien ausgehend wurden Muster einer Luftfahrtturbine mit dem additiven Fertigungsverfahren aus Aluminium AlSi10Mg gefertigt, die für diese Technologie typische Mängel aufweisen: Porosität aufgrund von Gas und mangelnder Verschmelzung.

Asotech hat dank der Verwendung von Ansys Workbench FEM-Ermüdungssimulationen am Rotorblatt durch die Nachahmung eines Funktionszyklus im Motor entwickelt.

Der Zweck dieser Tätigkeit war die Schätzung der Lebensdauer angesichts des Auftretens von für die additive Fertigungstechnologie typischen Mängeln.

Dank der 3D-Software konnte die von der Tomographie generierte STL-Datei mit den Mängeln an den Luftfahrt-Rotorblättern in die ANSYS-Umgebung importiert werden. Die Analysen haben zur Schätzung der Lebensdauer der Komponenten mit einer Abweichung von 5% bezüglich der infolge von TEC Eurolab durchgeführten Versuchstests geführt.

Dank der Untersuchung konnte auch ein potentieller Bruch der Komponente an der Stelle des Mangels ausgeschlossen werden, indem ein Abrundungsradius als kritischste Stelle angegeben wurde.

Die Verwendung der STL hat einerseits eine bessere Korrelation zwischen den virtuellen Daten und denen der Versuchsrealität ermöglicht, andererseits die Korrektur der Schätzung der Lebensdauer mit durchschnittlich um 30% unter denen einer fehlerfreien Geometrie liegenden Werten.

Vorteile

Die im Bereich des Testings und der Simulation entstandene Zusammenarbeit zwischen Asotech und TEC Eurolab versichert einen neuen, tieferen Ansatz an das Thema Verlässlichkeit der Komponenten.

Mit der Tomographie können Mängel der durch Schmelzen oder in additiver Fertigung gefertigten Komponenten festgestellt werden. Diese Technologie bietet in Kombination mit einer strukturellen Prüfungssoftware ein besseres Verständnis der Funktionsweise der tatsächlichen Komponenten und eine genauere Schätzung der Lebensdauer der Komponenten: Der neue Ansatz geht über die derzeitigen Qualitätskontrollen hinaus und versichert bessere Annehmbarkeitskriterien.

Mit dieser Untersuchungsmethode kann man außerdem mit strukturellen Änderungen und einer Änderung bei der Planung für die Verbesserung der Verlässlichkeit der Komponenten eingreifen.

Diese Fallstudie wurde im Rahmen des RM FORUM s in Zusammenarbeit mit TEC-EUROLAB präsentiert.