Betriebsfestigkeit
Betriebsfestigkeit Lehrveranstaltung der TU Dresden Studiengang Maschinenbau -> Dies sind keine offiziellen Fragen! Die Fragen habe ich mir während meiner Prüfungsvorbereitung aus den Vorlesungsmitschriften generiert.
Betriebsfestigkeit Lehrveranstaltung der TU Dresden Studiengang Maschinenbau -> Dies sind keine offiziellen Fragen! Die Fragen habe ich mir während meiner Prüfungsvorbereitung aus den Vorlesungsmitschriften generiert.
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22.) Welche Probleme treten bei der Übertragbarkeit der Ergebnisse des kraftgesteuerten Wöhlerversuches auf Belastungen mit veränderlicher Amplitude auf?
-> auftretende plastische Dehnungsamplitude bzw. die gesamte Dehnung wird nicht registriert
-> Soweit keine Versuche an Originalbauteilen durchgeführt werden, muss beachtet werden, daß die Beanspruchung der krit. Punkte eine Konstruktion in der Regel "dehnungsgesteuert" verläuft. (infolge des elest. Umfeldes)
23.) Welche Aussagen trifft zu?
Die Frequenz hat i.A. auf die Lebensdauer..
24.) Belastungspausen haben...
25.) Die Form des Prüfsignal hat...
26.) Mit der Zugfestigkeit der Werkstoffes...
27.) Mit zunehmender Kerbschärfe...
28.) Was enthält ein Beanspruchungskollektiv?
Größe der Amplitude über der Häufigkeit ihres Auftretens. Enthält nicht alle Lastwechsel die auftreten können sondern alle Amplituden.
29.) Was versteht man unter Klassierung und was ist ihr Ziel?
-> Klassierung ist eine Zählung von "Ereignissen" in äquidistanten Klassen
-> Idealisierung von Beanspruchungs-Zeit-Funktion zu Lastwechseln mit einer Aussagen zur Häufigkeit ihres Auftretens, also das Belastungskollektiv
dazu:
Einteilung des Messbereiches in Klassen
Registrierung von Ereignissen in den Klassen
30.) Wie werden Klassierverfahren unterteilt?
Einparametrische Klassierverfahren:
-> Erfassung der Amplitude
- Spitzen- / Extremwertzählung
- Klassengrenzenüberschreitungzählung
- Momentanwertzählung
- Verweildauerzählung
Zweiparametrische Klassierverfahren
Ziel: Aussage zur Amplitude mit ihrer Mittelspannung
- Übergangsklassierung
- Rainflow-Klassierung
-> einzigstes Verfahren mit Bezug zur Werkstoffbeanspruchung
31.) Was wird bei der Rainflow-Klassierung als Schädigungsereignis bewertet und welche Werkstoffmodelle müssen berücksichtigt werden?
- geschlossene Hysteresen sind sind Schädigungsereignisse
Werkstoffmodelle:
Masingverhalten
Werkstoffmemory
32.) Beschreibe das Masingverhalten.
- Die Erstnelstungskurve beschreibt das Spannungs- Dehnungs- Verhalten bei erstmaliger Belastung. Sie ist symmetrisch zum Koordinatenursprung, besitzt also einen betragsmäßig gleichen Verlauf für Zug- und Druckbeanspruchung.
- Der Verlauf eines Hystereseasten entspricht der in Spannung und Dehnung verdoppelten Erstbelastungskurve.
33.) Beschreibe das Werkstoffmemoryverhalten.
M1: Nach dem Schließen einer Hysterese, die von der Erstbelastungskurve ausging, setzt sich der Spannungs- Dehnungs- Pfad auf der Erstbelastungskurve fort.
M2: Nach dem Schließen einer Hysterese, die von einem Hystereseast ausging, setzt sich der Spannungs- Dehnungs- Pfad auf dem ürsprünglichen Hystereseast fort.
M3: Ein von der Erstbelastungskurve ausgehender Hystereseast setzt sich bei erreichen der Erstbelastungskurve im gegenüberliegenden Quadranten auf dieser fort.
34.) Was ist das Ergebnis der Rainflow-Klassierung?
- registrierte, geschlossene Hysteresen
35.) Wozu extrapoliert man Amplitudenkollektive und welche Schritte sind dazu nötig?
- um seltene, womöglich nicht gemessene Ereignisse abzuschätzen
Schritte:
- Multiplikation aller Häufigkeiten mit einen konstanten Faktor ( entspricht näherungsweise dem Verlängerungsfaktor der Messzeit)
- Extrapolation der Extremwerte durch Verlängerung der "Hüllkurve" des Kollektivs
- Kontrolle physikalische Grenzen eingehalten werden ( da die wahl des Extrapolationsfaktors oft ohne jeglichen physikalichen Hintergrund erfolgt)
36.) Welche Schritte sind nötig zur Berechnung von Gesamtlastkollektiven?
1. Analyse von Art und Umfang des Einsatzes im "Gesamtleben"
- Einsatzzustände
- Einsatzzeiten
2. Messung von Teilkollektiven für die verschiedenen Einsatzzustände
3. Additive Überlagerung der Teilkollektive
37.) Was enthält ein Belastungskollektiv?
alle im Gesamtleben zu erwartende Amplituden mit den ihnen zugeordneten Häufigkeiten
38.) Was sind Voraussetzungen für eine Lebensdauerabschätzung mit dem Nennspannungskonzept?
Wöhlerlinie einer Probe / eines Bauteils
Wöhlerlinie beihnhaltet alle Einflüsse auf die Ermüdung
39.) Was sind Annahmen der Originalen Miner Regel?
- Die Hystereseenergie im sigma- epsilon- Diagramm ist das Maß der Schädigung
- keine Ver- oder Enfestigung ( Form der Hysterese ändert sich nicht, Hystereseenergie bleibt über Lebensdauer konstant)
- keine Einfluss der Reihenfolge der Lasten
- NUR Lastwechsel oberhalb der Dauerfestigkeit SD schädigen
40.) Was sind Voraussetzungen des Örtlichen Konzeptes?
- Entscheident für die Schädigung ist der Ablauf der Dehnung im schwingbruchgefährdeten Bereich
- die Schädigung der Dehnung im schwingbruchgefährdeten Bereich eines Bauteils ist äquivalent zu der einer Dehnung im ungekerbten Werkstoff
41.) Konstruktionsrinzipien?
- es gibt keine im Sinne der Schwingfestigkeit keine Ausfallsicherheit
- es gibt nur eine Ausfallsicherheit mit sehr geringer Ausfallwahrscheinlichkeit
Prinzipien:
- Schwingbruchsichere Konstruktion (fail savs design)
- Schadenstolerante Konstruktion (damage tolerance design)
1.) Was ist das Ziel der Betriebsfestigkeit?
Die sichere und wirtschaftliche Bemessung schwingbruchgefährdeter Bauteile für eine begrenzte Lebensdauer unter Betriebsbelastungen.
oder kurz:
Sichere Bemessung unter zufälliger Beanspruchung auf ein endliches Leben.
Bemmesung heißt hier nicht Dimensionierung sondern auch Einflussnahme auf die Gestalt ( Kerben) sowie Werkstoffauswahl und Oberflächenbehandlung.
2.) Wie ist das Spannungsverhältnis definiert?
Su
R=-------
So
Su...Unterspannung
So...Oberspannung
3.) Nenne Einflüsse auf die Betriebsfestigkeit.
Bauteilgestalt:
- Geometrie
- Größe
- Kerbstellen
- Steifigkeitssprünge
Belastungen:
- konstante Sinusbelastung
- zufallsartige Belastung
- zusammengesetzte Belastung
Fertigung:
- Eigenspannungen
- Fügungen
- Oberfläche
- Randschichten
Umgebung:
- Korrosion
- mechanischer Angriff
- Temperatur
Werkstoff:
- Festigkeit
- Härte
- Zähigkeit
4.) Welche Aussagen treffen auf Belastungen zu?
5.) Welche Aussagen treffen auf Beanspruchungen zu?
7.) Welche Methoden werden zur Ermittlung der Zeitfestigkeit angewendet?
Horizontenmethode:
Prüfung auf einigen (2 bis 5) Beanspruchungshorizonten mit mehreren (4 bis 10) Prüflingen je Horizont
Auswertung der Versuch je Horizont
Perlenschnurmethode:
Prüfung auf vielen Beanspruchungshorizonten mit im Allgemeinen nur einem Prüfling je Horizont
bei wenigen Prülingen
Anwendung dieser Methoden zur experimentellen Ermittlung des Zeitfestigkeitsbereiches ( Bestimmung der Lage und Neigunge der Wöhlerlinie)
8.) Was sagt die Dauerfestigkeit aus?
Als Dauerfestigkeit SD wird die Spannungsamplitude bezeichnet, die ohne Versagen theoretisch unendlich oft, praktisch jedoch mindestens bis zur Grenzlastwechselzahl NG ertragen wird.
9.) Worin liegt der Unterschied zwischen einer Wöhlerlinie vom Typ I und einer Wöhlerlinie vom Typ II?
Wöhlerlinie vom Typ I:
es existiert eine ausgeprägte Dauerfestigkeit, d.h. die Wöhlerlinie geht ab der Knickpunktlastwechselzahl ND für hohe Lastwechselzahlen in eine Waagerechte über
z.B.:
- scharfgekerbte Bauteile aus Stahl
- Stahl mit Rm < 1200 MPa
Wöhlerlinie vom Typ II:
bei hohen Lastwechselzahlen ist ab der Knickpunktlastwechselzahl ND ein weiteres absinken der Wöhlerlinie zu beobachten
z.B.:
- metallische Werkstoffe mit kfz Gitter Aluminiumlegierungen)
- austenitische Stähle
- hochfeste Stähle ( Rm > 1200MPa)
- Einsatz bei erhöten Temperaturen und unter korrosiven Medien
10.) Was sind die Voraussetzung für Ermittlung der Dauerfestigkeit mittles Treppenstufenverfahren?
Normalverteilung der Dauerfestigkeit
ausreichend große Probenanzahl
11.) Nenne die Verfahren zur Auswertung von Treppenstufenversuchen und beschreibe diese kurz.
Auswertung noch Dixon/Mood
nur Brüche oder Durchläufer werden bewertet
-> nur die Hälfte der Möglichen Informationen wird verwendet
Ablauf:
- Vergabe einer Horizontenordnungszahl, wobei die niedriegste Treppenstufe i=0 ist
- Häufigkeit der binären Ereignisse feststellen -> weniger Häufiges wird zur Auswertung verwendet
- Mittelwert und Standardabweichung feststellen
- Bedingung für die Standardabweichung kontrollieren
- ggf. Dauerfestigkeiten für geforderte Überlebenswahrscheinlichkeiten ermitteln
IABG- Methode
Voraussetzung: wenn d < 5 % der Gesamtspannung
es werden Brüche und Durchläufer gemeinsam ausgewertet
-> sicherere Abschätzung der Standardabweichung
-> höherer augenutzter Informationsgehalt
Ablauf:
- anfügen eines fiktiven Versuches
- Ergebnisse ordnen nach fallenden Sa
- Zuordnung einer Überlebenswahrscheinlichkeit
- Eintragung ins Wahrscheinlichkeitsnetz
- Berechnung der Ausgleichsgeraden
- Bestimmen des Mittelwertes der Dauerfestigkeit
- Bestimmen der der Hilfsgröße
- Bestimmen der Standardabweichung
- ggf. Dauerfestigkeiten für geforderte Überlebenswahrscheinlichkeiten ermitteln
Deubelbeiss
Voraussetzung: wenn d > 5 % der Gesamtspannung
Ablauf:
- siehe IABG- Methode
Probit- Verfahren
auch geeignet für Versuche die keinen Treppenstufenablauf aufweisen
12.) Was sind die größten Einflussfaktoren auf die Ermüdung von Bauteilen?
1. Spannungsamplitude
2. Mittelspannung
Beanspruchungsart
Oberfläche
Temperatur
Umwelt
Eigenfrequenzen
13.) Was ist der Vorteil der Darstellung von ertragbarere Spannungsamplitude über Mittelspannung im Haigh- Schaubild?
es sind sofort Linien gleicher Ober und Unterspannung bzw. gleichen Spannungsverhältnisses darstellbar
14.) Von welchen Einflussfaktoren ist die Mittelspannungsempfindlichkeit abhängig und was sagt sie aus?
abhängig von der Beanspruchungshöhe bzw von der Versagenslastspielwechselzahl
ist der Antieg der Linie N = const. zwischen R=-1 und R=0
ist Linie gleicher Schädigung
15.) Was versteht man unter Ersatzamplituden?
- mittelspannungsbehaftete Amplituden (Sm ungleich 0) werden im Haigh- Schaubild auf schädigungsgleiche Ersatzamplituden mit Sm=0 umgerechnet
- ist schädigungsgleiche Spannungsamplitude
16.) Je größer das verwendete Halbzueg, desto
17.) Was beschreibt der spannungsmechanische oder geometrische Größeneinfluss und was geschieht bei proportionaler Zuhnahme der Probenabmessungen?
der spannungsmechanische oder geometrische Größeneinfluss beschreibt die unterschiedliche Stützwirkung benachbarter Volumenelemente bei unterschiedlichem Spannungsgradienten.
Stützwirkung wird kleiner bei Zuhname aller Probenabmessungen!
18.) Was beschreibt der statistische Größeneinfluss?
Er beschreibt die statistische Vertielung der Lage von Fehlstellen im Bauteil. Von diesen Fehlstellen kann das Versagen ausgehen.
Je größer das Bauteil, desto größer die Wahrscheinlichkeit das im Messbereich der Probe eine Fehlstelle zufinden ist.
19.) Nenne das Prinzip von normierten Wöhlerlinien.
Spannungsamplituden verschiedener Verbindungsformen und unterschiedlicher Spannungsverhältnisse werden gemeinsam in ein Diagramm eingetragen. Dazu wurden sie auf ihre Dauerfestigkeit bei einheitlicher Ecklastwechselzahl ND normiert.
20.) Worin liegt der Vorteil von normierten Wöhlerlinien?
Mit normierten Wöhlerlinien gelang es, aus zahlreichen Versuchsreihen unterschiedlicher Bauteile gemeinsame Streufelder und typische Exponenten der Wöhlerlinie abzuleiten.
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41.) Konstruktionsrinzipien?
- es gibt keine im Sinne der Schwingfestigkeit keine Ausfallsicherheit
- es gibt nur eine Ausfallsicherheit mit sehr geringer Ausfallwahrscheinlichkeit
Prinzipien:
- Schwingbruchsichere Konstruktion (fail savs design)
- Schadenstolerante Konstruktion (damage tolerance design)
