Im Sommer 2023 wurden zahlreiche Flugzeugtriebwerke aufgrund von Verunreinigungen im Metallpulver zurückgerufen, das für den 3D-Druck der Turbinenschaufeln verwendet wurde. Diese Verunreinigungen führten dazu, dass das Verhalten der Turbinenschaufeln nicht zuverlässig vorhergesagt werden konnte, wodurch das Risiko eines Versagens bestand. Weitere Informationen finden Sie in diesen Artikeln:
https://www.popularmechanics.com/flight/airlines/a44656285/1200-airbus-jet-engines-recalled/
https://www.aerotelegraph.com/mtu-rechnet-mit-milliardenkosten-wegen-problemen-bei-pratt-and-whitney
Dieser Vorfall verdeutlicht, wie wichtig die Stochastik für die Vorhersage von Bauteilverhalten ist. Mithilfe der Time-separated Stochastic Mechanics haben wir eigene Berechnungen angefertigt, um die Problematik zu verdeutlichen.
In Grafik 1a) ist der Erwartungswert der Spannung in einer Turbinenschaufel dargestellt. Dies ist im wesentlichen äquivalent zu der Berechnung mit festen, d.h. deterministischen, Materialwerten.
Durch die Belastung der Turbinenschaufel entstehen hohe Spannungen an den Rändern des oberen Teils. Angenommen wurde ein elasto-viskoplastisches Materialverhalten, das realistisch unter den hohen Temperaturen ist.
Werden jedoch variable Materialparameter berücksichtigt, wird auch die Standardabweichung relevant. Diese gibt an, wo besonders große Abweichungen der Sjpannungen zu erwarten sind. Das Resultat ist in Grafik 1b) dargestellt. Ganz klar ist, dass die Standardabweichung örtlich anders verteilt ist als der Erwartungswert. Insbesondere in dem unteren Teil des Turbinenschaufel ist eine hohe Standardabweichung aber ein geringer Erwartungswert der Spannungen sichtbar. Genau hier können manche Turbinenschaufeln schädigen.
Um das Risiko eines Schadens auszuschließen wurden die betroffenen Triebwerke vorzeitig gewartet und betroffene Turbinenschaufeln ausgetauscht. Die Kosten belaufen sich auf mehrere Milliarden US-Dollar. Eine Einbeziehung der Stochastik in die Auslegung hätte dies möglicherweise verhindern können.
