Die Schwerpunkte dieser Dissertation umfassen Untersuchungen der Ursachen und Mechanismen des Ermüdungsrisswachstums an Traktorradschüsseln.
Mithilfe eines in ABAQUS umgesetzten XFEM-Simulationsmodells werden der Entstehungsort des Ermüdungsrisses sowie das zyklische Risswachstum berechnet und der Risspfad vorhergesagt. Darüber hinaus wird das untersuchte Schadensbild mit einem servohydraulischen Prüfstand an Traktorrädern reproduziert. Als Hauptursache wird die umlaufende Biegebeanspruchung identifiziert.
Einen weiteren Schwerpunkt der Arbeit bilden die experimentellen Untersuchungen einzelner Effekte mit Flachproben. Es wird gezeigt, dass Schraubverbindungen den zyklisch wachsenden Ermüdungsriss in seiner Ausbreitungsrichtung beeinflussen oder das Risswachstum sogar behindern können. Weiterhin wird mit den Experimenten gezeigt, dass das Einlaufen von Ermüdungsrissen in Bohrungen und insbesondere in Langlöcher zu erheblichen Lebensdauererhöhungen führt.
Aktualisiert: 2022-04-29
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Das Fachbuch Ermüdungsrisse beschäftigt sich mit der Auslegung von Bauteilen nach Festigkeitskriterien sowie der Analyse von Schäden durch Risswachstum bei Belastung mit konstanter Amplitude und bei Betriebsbelastung. Die Ermittlung und Darstellung bruchmechanischer Werkstoffkennwerte und -kennfunktionen wird behandelt. Selbsterklärende Abbildungen zu charakteristischen Anwendungsbeispielen aus der Praxis visualisieren überzeugend die dargestellten Sachverhalte.
Aktualisiert: 2020-03-05
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Durch die Energiewende und den damit verbundenen Ausbau der erneuerbaren Energien ha-ben sich die Aufgaben und der Einsatz der konventionellen Kraftwerke grundlegend geändert. Die fluktuierende Einspeisung aus erneuerbaren Energien muss von den konventionellen Kraftwerken ausgeglichen werden und zwingt diese zu einer deutlich flexibleren Fahrweise mit zahlreichen Starts und Laständerungen. Durch diese völlig neue Belastung gewinnen die Ermüdung und im Besonderen das Ermüdungsrisswachstum gegenüber der Zeitstandfestigkeit an Bedeutung.
In der vorliegenden Arbeit wird daher das Ermüdungsrisswachstum im relevanten Temperaturbereich zwischen T = 300 °C 600 °C mithilfe experimenteller und numerischer Rissfortschrittsuntersuchungen charakterisiert und durch umfangreiche Bruchflächenanalysen inter-pretiert. Einen wesentlichen Teil stellt die umfassende Datenbasis dar, welche mithilfe von isothermen Risswachstumsversuchen an C(T)-Proben exemplarisch für den Kraftwerksstahl X20CrMo12-1 aufgebaut wurde. Die Versuchsergebnisse sind mittels einer geeigneten eigens entwickelten Methode statistisch ausgewertet und analytisch beschrieben. Dies ermöglicht die Ermittlung von statistisch abgesicherten Restlebensdauern, was exemplarisch für eine Kraft-werkskomponente dargestellt ist.
Neben den isothermen Ermüdungsrisswachstumsversuchen werden transiente Risswachstumsexperimente unter realitätsnahen Bedingungen präsentiert und den isothermen Versuchsergebnissen gegenübergestellt.
Aktualisiert: 2019-12-27
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Das Fachbuch Ermüdungsrisse beschäftigt sich mit der Auslegung von Bauteilen nach Festigkeitskriterien sowie der Analyse von Schäden durch Risswachstum bei Belastung mit konstanter Amplitude und bei Betriebsbelastung. Die Ermittlung und Darstellung bruchmechanischer Werkstoffkennwerte und -kennfunktionen wird behandelt. Selbsterklärende Abbildungen zu charakteristischen Anwendungsbeispielen aus der Praxis visualisieren überzeugend die dargestellten Sachverhalte.
Aktualisiert: 2023-03-14
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Das Fachbuch Ermüdungsrisse beschäftigt sich mit der Auslegung von Bauteilen nach Festigkeitskriterien sowie der Analyse von Schäden durch Risswachstum bei Belastung mit konstanter Amplitude und bei Betriebsbelastung. Die Ermittlung und Darstellung bruchmechanischer Werkstoffkennwerte und -kennfunktionen wird behandelt. Selbsterklärende Abbildungen zu charakteristischen Anwendungsbeispielen aus der Praxis visualisieren überzeugend die dargestellten Sachverhalte.
Aktualisiert: 2023-03-14
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Eine Vielzahl von technischen Systemen und Anlagen sind für sehr lange Betriebszeiten ausgelegt, wie beispielsweise Windkraftanlagen und Hochgeschwindigkeitszüge, oder weisen hohe Belastungsfrequenzen auf, wie z.B. Helikopterrotoren oder Kraftwerksturbinen. Daraus ergibt sich eine sehr hohe Anzahl (N > 107) von Belastungszyklen für einzelne Bauteile dieser Systeme. Auch bei derart hohen Lastwechselzahlen ist zu gewährleisten, dass es während der Einsatzzeit zu keinem Versagen sicherheitsrelevanter Bauteile kommt und Schäden an Mensch und Umwelt vermieden werden.
Im Bereich sehr hoher Lastwechselzahlen können auch Schwingungsamplituden unterhalb der Dauerfestigkeit zur Schädigung beitragen und damit bei vermeintlich dauerfester Auslegung zum Versagen des Bauteils führen. Deshalb sollte insbesondere der Einfluss von Betriebslasten im Bereich sehr hoher Lastwechselzahlen bei der Auslegung von Bauteilen in den Fokus rücken.
In dieser Arbeit wurden Untersuchungen an dem vergüteten Stahl 34CrNiMo6 im Bereich sehr hoher Lastwechselzahlen (VHCF) durchgeführt. Ziel der Untersuchungen war es, sowohl Erkenntnisse über den Einfluss variabler Amplitudenbelastungen auf die Phase der Rissinitiierung und des Rissfortschritts zu erlangen, als auch die Validität bestehender Lebensdauerkonzepte für den VHCF-Bereich zu überprüfen und ggf. bestehende Konzepte zu erweitern oder zu modifizieren.
Aktualisiert: 2018-07-31
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Aktualisiert: 2019-11-14
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Aktualisiert: 2018-07-12
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Hochfeste, zähmodifizierte Epoxid-Klebstoffe (EP-Klebstoffe) haben sich in der Automobilindustrie als Fügeverbindung im metallischen Rohbau etabliert. Um zukünftig weitere Leichtbaupotenziale erschließen zu können, stehen aktuell Multi-Material-Bauweisen im Blickpunkt der Entwicklung, woraus auch neue Herausforderungen an die Fügetechnik im Allgemeinen und die Klebtechnik im Speziellen resultieren. In einer Multi-Material-Struktur aus metallischen Werkstoffen und faserverstärkten Kunststoffen ist der Einsatz von EP-Klebstoffen aus verschiedenen Gründen nur noch in begrenztem Umfang zielführend. Stattdessen bieten Polyurethan-Klebstoffe (PU-Klebstoffe) an dieser Stelle eindeutige Vorteile, wie zum Beispiel eine größere Nachgiebigkeit beim Fügen von Werkstoffen mit unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten.
Eine wichtige Dimensionierungsgröße während der Fahrzeugauslegung stellt die Betriebsfestigkeit dar. Allerdings stehen derzeit noch keine Simulationsmethoden zur Verfügung, um die Lebensdauer für PU-Klebstoffe, mit ihrem nicht linear-elastischen, gummiähnlichen Materialverhalten, numerisch zu bestimmen.
Auf Basis bruchmechanischer Ansätze wird deshalb eine Methodik für die Lebensdauerberechnung von PU-Klebstoffen entwickelt. Die Kenngrößen für die Materialcharakterisierung können dabei mit Hilfe weniger standardisierter Versuche, wie dem Risswachstumsversuch, bestimmt werden. Schlussendlich erlaubt es die Methodik, eine Aussage über die zu erwartende Lebensdauer von PU-Klebverbindungen unter verschiedenen Beanspruchungsarten und Spannungsverhältnissen zu treffen.
Aktualisiert: 2019-12-12
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