Das Projekt "Teilvorhaben: Mikromechanische Modellierung von systematischen Rissfeldern und Bildung eines Bewertungskriteriums" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Stuttgart, Otto-Graf-Institut, Materialprüfungsanstalt durchgeführt. In großen kerntechnischen Komponenten können herstellungsbedingt Rissfelder enthalten sein. Solche Rissfelder werden mit ZfP-Methoden mit einigen Einschränkungen erfasst. Die ZfP-Ergebnisse fließen in die sicherheitstechnische Beurteilung von rissfeldbehafteten Komponenten derart ein, als dass in den Regelwerken die Rissfelder als abdeckender Einzelfehler betrachtet werden. Bei großen Rissfeldern ist diese Vorgehensweise bruchmechanisch nicht anwendbar. Gesamtziel dieses Vorhabens ist es, eine ingenieursmäßige Methodik abzuleiten, mit der es möglich ist, den Sicherheitsabstand gegen Versagen für eine rissfeldbehaftete Komponente zu berechnen. Das Vorhaben ist Teil eines Verbundprojekts gemeinsam mit dem IEHK RWTH Aachen. Schwerpunkt der MPA-Untersuchungen sind Charakterisierung der Werkstoffe, Bruchmechanik- und Bauteilversuche, Simulationen mit Rousselier-Modell In einer Literaturrecherche werden Aufbau und Größe typischer Rissfelder herausgearbeitet. Existierende Berechnungskonzepte zur Bewertung von Rissfeldern werden gesichtet. Im Vorhaben werden drei Werkstoffe - eine Forschungsschmelze mit einem repräsentativen Rissfeld (IEHK; MeKom1), eine vergleichbare Schmelze ohne Rissfeld (IEHK; MeKom2) und ein realer Reaktordruckbehälterwerkstoff (MeKom3) - untersucht. Die Werkstoffe MeKom1 und 2 werden mechanisch (unterschiedliche Mehrachsigkeiten) und bruchmechanisch charakterisiert. Für alle 3 Werkstoffe werden Bruchmechanikversuche unter Mixed-Mode-Belastung durchgeführt. Aus MeKom1 wird ein Modellbehälter geprüft. Für systematische Untersuchungen werden Proben mit künstlichen Mehrfachrissen gefertigt, um den Einfluss von Rissausrichtung, -größenverteilung, -anzahl sowie der gegenseitigen Beeinflussung von Rissfeldern zu untersuchen. Zum Verständnis der Vorgänge beim Risswachstum und beim Zusammenwachsen der Risse werden Simulationen mit dem Schädigungsmodell nach Rousselier und Beremin (Tieflage) durchgeführt. Das Rousselier-Modell wird zur Beschreibung von niederen Mehrachsigkeiten erweitert.
Das Projekt "Quantifizierung der Grenztragfähigkeit mechanischer Komponenten bei multiplen Störfallbelastungen auf der Grundlage eines schädigungsmechanisch basierten Grenzdehnungskonzepts" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Stuttgart, Otto-Graf-Institut, Materialprüfungsanstalt durchgeführt. Wie die Nuklearkatastrophe von Fukushima zeigte, können natur- und/ oder zivilisatorisch bedingte auslegungsüberschreitende Belastungen nicht gänzlich ausgeschlossen werden. Es muss dabei davon ausgegangen werden, dass in kerntechnischen Anlagen, z. B. durch seismische Aktivitäten, mehrere Störfallbelastungen in Folge hintereinander auftreten können. Hier gewinnt die Frage nach der Quantifizierung von Sicherheitsreserven in Bezug auf die Tragfähigkeit von kerntechnischen Komponenten an Bedeutung. Gesamtziel des Vorhabens ist es, zur zuverlässigen Bewertung der Grenztragfähigkeit von Komponenten unter komplexen Beanspruchungen ein einfaches praxistaugliches Konzept abzuleiten. Hierzu sind mit Hilfe von schädigungsmechanischen Berechnungen belastungspfadabhängige Dehnungsgrenzkurven abzuleiten. Zur Herleitung des Grenzdehnungskonzeptes werden in umfangreichen experimentellen Untersuchungen der Einfluss der Spannungsmehrachsigkeit, der absoluten Bauteilgröße, von Spannungszuständen mit zeitlich wechselnder Mehrachsigkeit (rotierendes Hauptachsengerüst) und einer multiplen Belastung quantifiziert. Dabei werden sowohl rissfreie Proben als auch Proben mit Rissen betrachtet. Die schädigungsmechanischen Berechnungen bauen auf dem Rousselier-Modell auf, das für die hier zu betrachtenden Beanspruchungszustände modifiziert werden soll. Das so abgeleitete Grenzdehnungskonzept wird dann mit Hilfe von vorliegenden Bauteilversuchen verifiziert. Um eine breite Anwendbarkeit des Grenzdehnungskonzepts zu gewährleisten, werden im Forschungsvorhaben die in den deutschen Kernkraftwerken häufig verwendeten Stähle 20MnMoNi5-5 und X6CrNiNb18-10 betrachtet.
Das Projekt "Werkstoffcharakterisierung des Werkstoffs 15 NiCuMoNb 5 einschliesslich der Ermittlung der schaedigungsmechanischen Parameter fuer das Rousselier-Modell fuer zwei Werkstoffzustaende" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Stuttgart, Staatliche Materialprüfungsanstalt durchgeführt. Das Forschungsvorhaben verfolgt das Ziel, die Nanosimulation als wichtige Voraussetzung fuer das Verstaendnis der Eigenschaften komplexer Werkstoffsysteme einzubringen. In diesem Zusammenhang ist insbesondere die Strahlenversproedung von Reaktordruckbehaelterstaehlen zu nennen. Das Vorhaben soll den Uebergang von der Ebene der Nanosimulation zum Mikrostrukturmodell und den uebergeordneten Ebenen schaffen, in denen mesoskopische Bruchaspekte und Meso-Makro-Betrachtungen im Vordergrund stehen. Aufgrund des hohen Kupfergehalts des Werkstoffs 15 NiCuMoNb 5 werden an diesem Werkstoff Untersuchungen zur Zaehigkeitsminderung und Festigkeitserhoehung durch Kupferausscheidungen durchgefuehrt. Anhand des Aufstockungsantrags wird eine mechanisch-technologische Werkstoffcharakterisierung des Werkstoffs 15 NiCuMoNb 5 einschliesslich der Ermittlung der schaedigungsmechanischen Parameter fuer das Rousselier-Modell fuer zwei Werkstoffzustaende durchgefuehrt.