Betriebsfestigkeit
TU Dresden
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eigenschaften Damage-Tolerant-Design
Merkmale der schadenstoleranten Bauweise
nenne die 3 memory effekte
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Warum wird nach dem 2. Durchlauf kein Residuum gewertet?
Der 2. und jeder weitere Durchlauf sind gleich. Das Residuum, das nach dem zweiten Durchlauf entsteht, führt im 3. Durchlauf zu Schwingspielen und es entsteht wieder genau das gleiche Residuum. Dadurch entsteht in der Summe ein ganzes Schwingspiel im 3. Durchlauf und ein Residuum muss nicht extra betrachtet werden.
Im 2. Durchlauf durch die Lastfolge sind halbsoviele Schwingspiele entstanden, wie die Lastfolge Lastumkehrpunkte hat. Kann man dies auf andere Lastfolgen verallgemeinern?
Nach der elementaren Miner-Regel schädigen Schwingspiele unterhalb der Dauerfestigkeit...
In gleichem Maße wir Schwingspiele oberhalb der Dauerfestigkeit, da die Zeitfestigkeitsgerade einfach in den Dauerfestigkeitsbereich verlängert wird.
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da
Die Werte nach FKM-Richtlinie unterscheiden sich von den experimentellen Ergebnissen. Hätte die Abschätzung nach FKM-Richtlinie für dieses Bauteil bedenkenlos angewendet werden und die experimentellen Versuche ersetzen können? Diskutieren Sie!
Die Ergebnisse nach FKM-Richtlinie sind eine Abschätzung auf Basis der Zugfestigkeit und der elastizitätstheoretischen Kerbformzahl. Natürlich unterscheiden sich die Ergebnisse von denen der Versuche. Die Dauerfestigkeit wird nach FKM niedriger abgeschätzt im Vergleich zum Experiment. Beim Plotten im Zeitfestigkeitsbereich zeigt sich, dass auch dort die FKM-Richtlinie niedrigere, ertragbare Lastwechselzahlen liefert. Die Abschätzung nach FKM-Richtlinie liefert demnach niedrigere Festigkeiten und hätte zu einer konservativen Bauteilauslegung geführt. Durch den Einsatz von Experimenten kann somit eine weniger konservative Bauteilauslegung erreicht werden.
Ein Bauteil soll für eine Ausfallwahrscheinlichkeit von PA=10−2 ausgelegt werden. Was bedeutet dies? Markieren Sie alle richtigen Antworten.
d
Nach der originalen Miner-Regel schädigen Schwingspiele mit Amplituden unterhalb der Dauerfestigkeit
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Sie haben jetzt die Ergebnisse der rechnerischen Lebensdauerabschätzungen nach den unterschiedlichen Miner-Regeln und kennen die erforderliche Bauteillebensdauer von ≈2⋅108 Schwingspielen.
Nein. Von den rechnerischen Methoden sagt nur der Originale Miner eine längere rechnerische Lebensdauer als die geforderte Lebensdauer voraus. Da der Originale Miner die Lebensdauer im Vergleich zu Experimenten im Allgemeinen überschätzt, sollten die Ergebnisse nach MM, EM und KM mehr Beachtung finden. Alle drei sagen hier ein Versagen vor Erreichen der erforderlichen Zyklenzahl voraus. Das Bauteil sollte daher nicht für den Einsatz freigegeben werden.
Was klassierung
H
Begriff und Ziel Betriebsfestigkeit:
Schwingfestigkeit Beurteilung von Bauteilen unter realen Betriebsbedingungen (Belastung, Umgebung) für eine endliche Lebensdauer
Leichtbau durch maximale Werkstoffauslastung bei gleichzeitiger ausreichender Sicherheit gegen Versagen des Bauteils innerhalb der gewünschten Nutzungsdauer
Was ist die Oberspannung/ unterpsannung / konstante Amplituden schwingung / ein Schwingspiel
Was ist das Druck-Schwell-Bereich, Wechse-Bereich, Zug-Schwell Bereich
Beschreibe die Wöhlerlinie und ihre bereiche
kann eine wöhlerlinie mehrere R verhältnisse darstellen?
nein
Variable Amplitude
Nenne Konzepte der rechnerischen Festigkeitsnachweiseses
Methode zur experimentellen lebensdauerschätzung
Blockversuche
mit was für probekörper testet man?
Bauteilen
bauteilähnlichen Proben
Werkstoffproben
was gibt es für versagenskriterien wie sehen deren wöhlerlinien aus, welche konzepte werden genutzt
Vergleich Bauteil/ Probenversuche vs Werkstoffversuche
Grundsätze der Versuchsplanung
Welche Dokumentationen sind wichtig für versuche
•Probenbeschreibung und Probenfertigung
•Belastungsart: Zug-Druck, Torsion, Biegung
•Spannungsverhältnis R, Mittelspannung S m
•Prüffrequenz
•Umgebungsbedingungen (Temperatur, Feuchte, Umgebungsmedium)
•Prüfmaschine (Genauigkeit, Kalibrierung)
•Versagenskriterium
•…
Methoden für die experimentellen verfahrensweisen für zeitfestigkeitsbereich und dauerfestigkeitsbereich
deutscher raum mathematischer ansatz wöhlerlinie + gesuchte unbekannte
Horizont Methode
pro horizont mind 4 mal empfohlen 5-10 mal + mind 3 horizonte
Welche Verteilungsfunktion wird verwendet?
logarithmische normalverteilung
verteilungsdichtefunktion vs verteilungsfunktion (summenhäufigkeit)
was ist die ausfallwarscheinlichkeit und was ist die überlebenswarscheinlichkeit?
rot überleben
-
- 1 / 119
-
Lernkarten
normierte wöhlerlinie
gemeinsame Auswertung verschiedener Verbindungsformen, experimentelle Daten normiert auf jeweilige
Dauerfestigkeit S Dund einheitliche Ecklastspielzahl N D
Vor Nachteile Normierte Wöhlerlinie
was ist das ziel der beanspruchungsanalyse
um lebensdauer abzuschätzen muss man reale betriebslast folgen mit wöhlerlinien mit konstanter amplitude zusammenbringen (vergleichbar machen)
Ziel beanspruchbarkeit ist > als beanspruchung
was ist klassierung
Eigenschaften:
•Aufbereitung von gemessenen Beanspruchungs-Zeit-Folgen durch Einordnen in Klassen
•Konstante Klassenbreiten, idealisierte Betrachtung
•Identifikation von Schädigungsereignissen = Schwingspielen bzw. Lastwechseln
Verfahrensarten:
•Einparametrische Klassierverfahren: Dokumentation von Spannungsamplituden der idealisierten
Schwingspiele (wird heute selten angewendet)
•Zweiparametrische Klassierverfahren: Dokumentation von Spannungsamplitude und Mittelspannung
was ist die klassenbreite/ regelmäßigkeit / extremwerte / klassenanzahl
nenne 2 einparameterische klassierverfahren
spitzenwert / extremwertzählung; Klassengrenzenüberschreitungszählung
wie funktioniert das übergangsklassierungsverfahren und was ist dessen problem
beschreibe die generelle durchführung der rainflow zählung
was sind die oberspannung unterspannung und spannungsschwingweite
warum muss bei der rainflow methode immer zwei durchläufe durchgeführt werden
Rainflow Hysteresen Zählung Annahmen
Erstbelastungskurve:
- Nichtlineare Funktion
Hystereseäste:
- Nichtlineare Funktion
- Vergrößerung der Erstbelastungskurve um 200%
- Richtung des Koordinatensystems dreht sich bei jedem Umkehrpunkt
Rainflow Klassierung - was ist eine matrix, residuum, bereichspaar mittelwertzählunge, extremwertzählung
wie bestimmt aus der spitzenwert zählung die ober unter spannungen, anzahl der lastwechsel
wie bestimmt aus der rainflow zählung die ober unter spannungen, anzahl der lastwechsel
Residuum wird nochmal extra dargestellt
•Zwischen 2 Umkehrpunkten entsteht ein halber Lastwechsel (n=0,5)
-> zweiter durchlauf
Rechteck, Gauß, Geradlinienkollektiv
wie verlängert man ein amplitudenkollektiv
muss statische festigkeit nicht überschreiten, bei zwei gaus kollektiven darf es nicht zur überschneidung kommen
wie können sonderereignisse im kollektiv dargestellt werden
sonderereignisse vs missbräuche
Berechnung Gesamtkollektiv
Manöver Identifikation
Manöver Messung
- bei Direktklassierungen: möglichst einheitliche Klasseneinteilung anstreben
- kann bis zum Versagen vielfach auf Bauteil aufgebracht werden
Additive überlagerung der teilkollektive entsprecend des prozentualen anteil sam gesamtleben
3 hypothesen zur transformation von mehrachsigen spannungszustand zu 1 achsiger vergleichsspannung
Hauptnormalspannungshypothese
Schubspannungshypothese
Gestaltänderungsenergiehypothese
(von Mises)
was ist eine proportionale beanspruchung
nichtproportionale beanspruchung
schadensakkumulation vorraussetzungen annahmen
Wöhlerlinie beschreibt alle Ermüdungs Einflüsse richtig:
•Werkstoff
•Halbzeug
•Fertigung
•Randschicht
•Umgebungsbedingungen
•Streuung der Schwingfestigkeit
•Rissentstehungs- und Rissfortschrittsphase
Reihenfolge der Lastwechsel hat keinen Einfluss auf Lebensdauer (ist eigentlich falsch)
lineare schadensakkumulation
was ist die originale miner regeln
diese hat sich jedoch nicht bewiesen
elementare miner regel
originale vs elementare miner regel
modifizierte miner regel
vergleich der drei miner regeln
konsequente miner regel
Miner-Modifikation nach Zenner/Liu
was muss Bei der Verwendung von normierten Wöhlerlinien beachtet werden?
Nennspannungskonzept vs Kerbspannungskonzept vs Örtliches Konzept
eingangsgrößen des örtlichen elastizitäts spannungs konzept
Kerbspannungskonzept probleme
motivation des Strukturspannungskonzept
wie funktioniert da strukturspannungskonzept
Kritische Bewertung der Konzepte
grundidee örtliche dings
Voraussetzungen das örtliche Konzept
ausgangspunnkt ist werkstoff
- zyklisches spannungsädehnungs-verhalten
- Dehnungswöhlerlinie
Ziel ist Bauteillebensdauer bis Anriss
- Bauteilgeometrie
- äußere Last = Last - Zeit - Funktion
Neu ist:
- Berechnung des örtlichen spannungs-Dehnungs-Pfades
- Berücksichtigung von elastisch-plastischem materialverhalten
- schädigungsparameter
