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Betriebsfestigkeit

Vorlesung Dr. Hantschke, TU Dresden

Vorlesung Dr. Hantschke, TU Dresden

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Cartes-fiches 16
Langue Deutsch
Catégorie Technique
Niveau Université
Crée / Actualisé 13.06.2017 / 14.08.2018
Lien de web
https://card2brain.ch/box/20170613_betriebsfestigkeit
Intégrer
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Étudier

Begriff der Betriebsfestigkeit

  • Schwinffestigkeitsbeurteilung von Bauteilen unter realen Betriebsbedingungen (Belastung, Umgebung) für eine endliche Lebensdauer
  • Ergebniss statischer oder quasistatischeer Versuche (z.B. statsiche Fertigkeit aus Zugversuch sind für die Betriebsfestigkeit meist ohne Nutzen (zyklische Versiche nötig)

Ziel der Betriebsfestigkeit

Leichtbau durch maximale Werkstoffauslastung bei gleichzeitiger ausreichender Sicherheit gegen Versagen des Bauteils innerhalb der gewünschten Nutzungsdauer

Aufgabenstellung der Betriebsfestigkeit

  • Belastung
    • konstante Sinusbelastung
    • zufalssartige Belastung
    • mehrkomponentige Belastung
  • Umgebung
    • Temperatur
    • korrosive Medien
    • mechanischer Angriff (Verschleiß)
  • Bauteilgeometrie
    • Größe
    • Kerbstellen
    • Steifigkeitssprünge
  • Werkstoff
    • Festigkeit
    • Zähigkeit
    • Härte
  • Fertigung
    • Fügeverbindung
    • Eingenspannungen
    • Oberfläche Randschicht

Forschungsinhalten der Betriebsfestigkeit

Ermittlung der exakten Belastung, zur Lebensdauerabschätzung, bei einer gegebenen Beanspruchbarkeit des Bauteils durch Geometrie, Werkstoff  und Fertigung.

Was ist die Wöhlerlinie ?

  • Diagaramm der Beanspruchbarkeit bei konstanter Nennspannungsamplitde und gegebener Lebensdauer.
  • Lebensdauer ist statisch verteilt.
  • bei Kenntnis der statischen Verteilung: Umwertung der Wöhlerlinie möglich

Erklärung Beanspruchungsanalyse

Zur Abschätzung der Bauteilslebensdauer ist neben der Beanspruchbarkeit auch die einwirkende Belastung erforderlich.

Die lokale Auswertung der am Bauteil angreifenden Belasttung im Sinne der Betriebsfestifkeit ist die Belastung- oder Beanspruchungsanalyse.

Erläuterung Lastdatenermittlung

  • Überführung der realen Last-Zeit-Verläufe in Lastwechsel
  • Klassifizierung

Erläuterung Lastwechsel

  • Spannung über Zeit aufgetragen
  • Darstellung eines Schwingspiels
  • Einteilung in:
    • Druck-Wechsel-Bereich
    • Zug-Wechsel-Breich
    • Zug-Schwell-Bereich

Erläuterung Beanspruchungskollektiv

Besteht aus:

  • Aufbereiteter Messung der Beanspruchung
  • Extrapolation (fiktive Verlängerung der Messzeit)
  • Hinzufügen von Sonderereignissen

Das Beanspruchungskollektiv muss im "Leben" des Bauteils ertragen werden.

Betriebslasten und Sonderereigniss sind auslegungsrelevant!

Gegen Missbrauch kann nicht ausgelegt werden.

 

Fehler in der Lastannahme

  • Dauerfeste Auslegung
    • Fehler in der Lastannahme besonders schwerwiegend
    • Reale Lebensdauer. 3 Tage
  • Im Betrieb wechelndes Antriebsmoment
  • Unkenntnis der Torsionseigenschwingung des Bauteils
  • Überlagerung der Kerbe aus Passfedernut und Schlagzahl der Teilennummer

Welche Wege der Abschätzung  der Lebensdauer gibt es ?

rechnerische Lebensdauerabschätzung

  • Schadensakkumulationshypothese nach Palmgren/Miner
  • gestuftes Berechnungskollektiv (Beanspruchung) wird der Wöhlerlinie (Beanspruchbarkeit) gegenübergestellt
  • keine Informationen zur Reihenfolge der Belastung
  • Konzepte:(dabei wird immer von Ermüdung, technischen Anriss und Bruch ausgegangen)
    • Nennspannungskonzept
      • Strukurspannungskonzept
      • Kerbspannungskonzept
    • örtliches (Kerbgrund-) Konzept
    • Bruchmechanikkonzept

 

experimenteller Lebensdauernachweis

Grundlagen Beanspruchbarkeit

in der Praxis:

  • konstante Amplitude ist Ausnahme
  • meist regellose Belastung und Beanspruchung
  • aber Voraussetzung für das Ziel Wöhlerlinie
    • Lebensdauerabschätzung
    • Beanspruchbarkeit bei variabler Amplitude

Erläuterung Bauteil-/ Probenversuche Nennspannungskonzept

 

  • gekerbte, gechweißte Proben, reale Bauteile
  • lastgeregelte Versuchführung (Kraft- Fa oder Momentenregelung Ma)
  • Beanspruchungen sinf Nennspannungen Sa, -dehungen ea
  • Ergebnis: Bauteilwöhlerlinie N = N(Sa)
  • Ausfallkriterium: Anriss oder Bruch oder Steifigkeitsänderung oder Risslange oder Verformungszuwachs oder...

Werkstoffversuche Örtliches Konzept

  • ungekerbte Proben: 7,5 mm < d < 10 mm; Kt=1,0
  • dehungsgeregelte Versuchsführung (Dehung εa)
  • Beanspruchung sind örtliche Spannungen σa und Dehnung εa (bei der identischen Sa und ea)
  • Ergebnis: Dehungswöhlerlinie NA = NA(εa) und Zyklische Spannungs-Dehnungs-Kurve
  • Ausflasskriterium. technischer Anriss

Grundsätze der Versuchsplanung

  • Zufällige Entnahme der Stichprobe aus der Grundgesamtheit
  • Feststellung aller Einflüsse auf die Lebensdauer
    • zu untersuchende Einflüsse
    • Ausschaltung unerwüschter Einflüsse
  • Versagenskriterium festlegen
    • Anriss
    • Bruch
    • Risslänge
    • zulässige Verformung
  • Einschätung zu Möglichkeiten und Grenzen des Versuchsumfangs
    • größerer Umfang ► steigende Genauigkeit der Aussage, aber steigende Kosten und Zeit
  •  

 

Formulierung und Dokumentation der Prüfbedingungen

 

Versuchskosten enorm!

Versuchsdokumentation muss möglichst vollständig sein !

  • Probenbeschreibung und Probenfertigung
  • Belastungsart: Zug-Druck, Torsion, Biegung
  • Spannungsverhältnis R, Mittelspannung Sm
  • Prüffrequenz
  • Umgebungsbedingungen (Temperatur, Feuchte, Umgebungsmedium)
  • Prüfmaschine (Genauigkeit, Kalibrierung)
  • Versagenskriterium

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