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Ansprechpartner
Dr. Heinz Riesch-Oppermann

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Telefon +49 721 608 24155

 

Probabilistik und Zuverlässigkeit

Schwerpunkt der Arbeitsgruppe ist die Entwicklung und Anwendung probabilistischer (d.h. unter Einbeziehung stochastischer Unsicherheiten) Verfahren in der Werkstoff- und Bauteilmodellierung. Im Rahmen einiger Forschungsprojekte des 2011 abgeschlossenen SFB 483 „Hochbeanspruchte Gleit- und Friktionssysteme auf Basis ingenieurkeramischer Werkstoffe“ wurden dazu Werkzeuge zur Zuverlässigkeitsbewertung keramischer Bauteile (Finite-Elemente-Postprozessor STAU) und zur Bewertung von Unsicherheiten bei der Werkstoffcharakterisierung (Monte-Carlo- und Bayes-Verfahren) entwickelt. Während zunächst makroskopische Anwendungen (Wälzlager, Kupplungsscheiben, Gasturbinen) für Modellierung und Charakterisierung im Fokus standen, befassen sich die Arbeiten der letzten Jahre zunehmend mit der Beschreibung von Werkstoffen in kleinen Dimensionen sowie mikrostrukturellen Aspekten, wo lokale Variationen in der Mikrostruktur zu starken Schwankungen in den mechanischen Eigenschaften führen können. Typische Anwendungsfelder sind Eigenschaften keramischer Dünnschichten, Mechanismen bei hochzyklischer Ermüdung und Kriechverhalten von miniaturisierten Probengeometrien.

 

Durch Einsatz stochastischer Methoden ist auch eine Unsicherheitsbewertung der Zuverlässigkeitsanalyse möglich. Gleichzeitig können diese Methoden zu einer trennschärferen Datenanalyse genutzt werden. Wegen der Eigenschaft, auch für kleine Stichproben quantitative Aussagen zu erhalten, sind diese Methoden vor allem für aufwendige Testreihen, etwa Bauteiltests oder Lebensdauerversuche attraktiv. Hierbei können durch Plausibilitätsanalysen physikalische Mechanismen für Schädigung oder mechanisches Verhalten identifiziert werden, die sich aus der vorliegenden Datenbasis nicht offensichtlich ergeben.

Zuverlässigkeitsvorhersage keramischer Werkstoffe
Mikrostrukturbasierte bruchmechanische Ansätze zur Zuverlässigkeitsvorhersage keramischer Werkstoffe
Lebensdauerverteilungen aus Zeitraffertests
Bayes-Verfahren zur Parameterschätzung für korrelierte physikalische Größen
Versagensprognose für Nickel
Versagensprognose für Nickel auf Grundlage schwächster Gleitsysteme eines polykristallinen Gefüges

Ausgewählte Veröffentlichungen

  1. L. Luan, H. Riesch-Oppermann, M. Heilmaier, Tensile Creep of Miniaturized Specimens, Journal of Materials Research 32 (2017), 4563-4572 (Focus Issue: Mechanical Properties and Microstructure of Advanced Metallic Alloys – in Honor of Prof. Haël Mughrabi PART B), (DOI: 10.1557/jmr.2017.414).
  2. H. Riesch-Oppermann, Fracture Mechanics: Probabilistic Approaches, In: Saleem Hashmi (editor-in-chief). Reference Module in Materials Science and Materials Engineering, Oxford: Elsevier; 2016. (doi:10.1016/B978-0-12-803581-8.02990-8).
  3. R. Eslami, H. Riesch-Oppermann, O. Kraft, Prediction of multiaxial high cycle fatigue at small scales based on a micro-mechanical model, International Journal of Fatigue (special issue: "From Microstructure to Design: Advances in Fatigue of Metals"), 83 (2016), 66-74 (doi:10.1016/j.ijfatigue.2015.03.029).
  4. D. Leisen, R. Rusanov, F. Rohlfing, T. Fuchs, C. Eberl, H. Riesch-Oppermann, O. Kraft, Mechanical characterization between RT and 1000° C of SiC free-standing thin films by a novel high-temperature micro-tensile setup, Rev. Sci. Instrum., 86 (2015), 055104 (10 pages) (doi: 10.1063/1.4919765).
  5.  M. Härtelt, S. Fünfschilling, T. Schwind, H. Riesch-Oppermann, T. Fett, J.J. Kruzic, Deducing the fatigue crack growth rates of natural flaws in silicon nitride ceramics: Role of R-curves, J. Am. Ceram. Soc., 96 (2013), 2593-2597 (doi:10.1111/jace.12410).
  6.  H. Riesch-Oppermann, S. Scherrer-Rudyi, M. Härtelt, O. Kraft, Reliability prediction for contact strength and fatigue of silicon nitride high strength components using an R-curve approach, Eng. Fract. Mech. 100 (2013), 52-62 (doi: 10.1016/j.engfracmech.2012.07.001).
  7. M. Härtelt, H. Riesch-Oppermann, I. Khader, O. Kraft, Probabilistic lifetime prediction for ceramic components in rolling applications, J. Europ. Ceram. Soc. 32 (2012), 2073-2085 (DOI: 10.1016/j.jeurceramsoc.2012.01.009)
  8. Melikayeva, H. Riesch-Oppermann, V.B. Govorukha, O. Kraft, A Generalized Weibull Approach to Interface Failure in Bi-Material Ceramic Joints, Archive of Applied Mechanics 81 (2011), 1585-1596 (DOI: 10.1007/s00419-010-0503-y)
  9. M. Härtelt, H. Riesch-Oppermann, O. Kraft, Statistical analysis and predictions of fracture and fatigue of micro-components, Microsystem Technologies 17 (2011), 325-335 (DOI: 10.1007/s00542-011-1251-9)
  10. M. Härtelt, H. Riesch-Oppermann, T. Schwind, O. Kraft, Statistical evaluation of fatigue crack propagation from natural flaws in silicon nitride, J. Amer. Ceram. Soc. 94 (2011), 3480-3487 (DOI: 10.1111/j.1551-2916.2011.04635.x).
  11. Y. Gan, M. Kamlah, H. Riesch-Oppermann, R. Rolli, P. Liu, Crush probability analysis of ceramic breeder pebble beds under mechanical stresses, Journal of Nuclear Materials, 417 (2011), 706-709 (doi:10.1016/j.jnucmat.2010.12.131).
  12. M. Härtelt, Probabilistische Lebensdauervorhersage für keramische Bauteile unter komplexer zyklischer Beanspruchung, Dissertation, KIT, 2010.
  13. S. Scherrer-Rudiy, Bewertung von Unsicherheiten bei werkstoffmechanischen Fragestellungen mit dem Bayes-Verfahren, Dissertation, FZKA-Bericht 7491, Forschungszentrum Karlsruhe GmbH, 2009
  14. H. Riesch-Oppermann, M. Härtelt, O. Kraft, STAU - a review of the Karlsruhe weakest link finite element postprocessor with extensive capabilities, International Journal of Materials Research 99 (2008), 1055-1065.