Aktualisiert: 2023-06-17
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Festigkeitslehre – Grundlagen
Schlüsselwort: Schwingfestigkeit
Festigkeitslehre – Grundlagen
Festigkeitslehre – Grundlagen
Integrale Betrachtung zur Lebensdauerabschätzung von Stumpfnähten im Bereich der Kurzzeitschwingfestigkeit.
Aufbauend auf der Einführung einer integralen Betrachtung von Stumpfnähten wird eine Berechnungsmethode zur Lebensdauerabschätzung vom Kurzzeit- in den Zeitfestigkeitsbereich vorgestellt. Die Beschreibung der Schweißnähte durch das zyklisch transiente Verhalten dient der anschließenden Simulation charakteristischer Spannungs-Dehnungs-Verläufe. Die infolge Schädigungsparametern vorgenommene Schadensakkumulation führt zur rechnerischen Lebensdauer.
Aktualisiert: 2023-06-01
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Schwingfestigkeitsanalyse struktureller Klebverbindungen unter Belastung mit variablen Amplituden.
Ziel der vorliegenden Arbeit ist es, eine anwendungsnahe Lebensdaueranalyse geklebter Strukturen unter schwingender Belastung mit variablen Amplituden zu ermöglichen. Die betrachteten Klebverbindungen finden sich vermehrt u.a. im modernen Fahrzeugbau. Um verlässliche Schwingfestigkeitskennwerte experimentell ermitteln zu können, werden Randbedingungen zur Versuchsdurchführung definiert und eine geeignete bauteilähnliche Probe entwickelt. Das Verhalten struktureller Klebverbindungen von Stahlfeinblechen unter Belastung mit variablen Amplituden wird unter Berücksichtigung von Reihenfolgeeffekten für unterschiedliche Beanspruchungsarten untersucht. Rechnerisch erfolgt eine Lebensdaueranalyse basierend auf mittels FEM berechneten Effektivspannungen und Referenzwöhlerlinien. Die Kollektivbelastung wird über eine lineare Schadensakkumulation berücksichtigt. Dabei werden Schadenssummen Dexp ≈ 0,1 beobachtet, die sowohl von der Beanspruchung, der Belastung als auch dem Versagenskriterium abhängig sind. Die alternative bruchmechanische Betrachtung einer Versagensschwelle unterstreicht vor dem Hintergrund einer mangelnden Dauerfestigkeit den Wert einer geeigneten Schadensakkumulation.
Aktualisiert: 2023-06-01
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Bestimmung der Ermüdungsfestigkeit von einbetoniertem Betonstahl mit dem Interaktiven Verfahren.
Die bisherige Vorgehensweise zur Festlegung der Wöhlerlinien für Betonstahl führt zu deutlich voneinander abweichenden Ergebnissen. Wöhlerlinien werden üblicherweise auf der Grundlage von Einstufenversuchen aufgebaut. Dabei ergeben sich i. A. unbestimmte statistische Verteilungen der Bruchschwingspielzahlen, insbesondere im Bereich der Dauerschwingfestigkeit. Dies erschwert eine zuverlässige statistische Auswertung. Durch die Anwendung des Interaktiven Verfahrens, mit welchem charakteristische Werte der Wöhlerlinien (z. B. 5%-Quantil mit einem Vertrauensniveau von 90%) sowie der zugehörige Teilsicherheitsbeiwert unter Berücksichtigung eines probabilistischen Sicherheitskonzepts direkt bestimmt werden können, wurden neue Untersuchungen mit konstanter Unterspannung an nicht einbetonierten und einbetonierten Betonstahlproben durchgeführt und bewertet.
Aktualisiert: 2023-06-01
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Dauerschwingfestigkeit von Spannstählen unter dynamischer Beanspruchung im eingebauten Zustand. Abschlussbericht.
Im Fokus der Untersuchungen standen der Einfluss der Betongüte und die Auswirkungen unterschiedlicher Umlenkradien im Bereich hoher Lastwechselzahlen und kleiner Schwingbreiten. Zusätzlich wurde ein Versuch an einem Spannbettbinder (Vorspannung mit sofortigem Verbund) mit gerader Spanngliedführung durchgeführt. Bei der Auswertung und Gegenüberstellung der gewonnenen Ergebnisse mit den entsprechenden normativen Regelungen konnten sowohl Erkenntnisse aus vorangegangenen Versuchen bestätigt als auch Defizite in Bezug auf die normativen Angaben aufgezeigt werden.
Aktualisiert: 2023-06-01
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Ein Beitrag zur Beurteilung der Schwingfestigkeit von Großgussbauteilen aus Gusseisen mit Kugelgraphit mit besonderer Berücksichtigung der Auswirkungen von Lunkern auf die Bauteillebensdauer.
Für die Bemessung von Großgussbauteilen aus Gusseisen mit Kugelgraphit ist die Kenntnis des zyklischen Werkstoffverhaltens insbesondere bei Vorhandensein von Lunkern von großer Wichtigkeit. Diese Arbeit beschreibt sowohl das zyklische Werkstoffverhalten dreier dickwandiger Kugelgraphitgusswerkstoffe als auch Wege Informationen der zerstörungsfreien Prüfung und insbesondere der Ultraschalltechnik für die Bemessung solcher Bauteile bei Vorhandensein von Lunkern zu nutzen.
Aktualisiert: 2023-06-01
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Schwingfestigkeit von Schweißverbindungen unter Berücksichtigung von Schweißeigenspannungen und Größeneinflüssen.
In dieser Arbeit wird eine anwendungsnahe Berechnungsmethodik zur Schwingfestigkeitsbewertung von geschweißten Bauteilen aus Stahlwerkstoffen vorgestellt. Mit dieser Methodik kann der Einfluss von Schweißeigenspannungen auf die Schwingfestigkeit quantitativ abgeschätzt werden. Dies erfolgt auf Basis eines Zwei-Phasen-Modells, in dem die Anrisslebensdauer mit dem Dehnungskonzept und die Rissfortschrittslebensdauer bruchmechanisch bewertet werden.
Aktualisiert: 2023-06-01
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Einfluss der Prozessparameter und Belichtungsstrategie beim pulverbettbasierten Schmelzen mittels Laserstrahl mit einer AlMgScZr-Legierung auf die mechanischen Eigenschaften
Der Einsatzbereich des pulverbettbasierten Schmelzens metallischer Werkstoffe mittels Laserstrahl (PBF-LB) als metallbasiertes additives Fertigungsverfahren verlagert sich durch die stetige Weiterentwicklung der Technologie zunehmend von der Prototypenherstellung zur Herstellung einsatzfähiger, lasttragender Bauteile. Komplexe Leichtbaustrukturen lassen sich aufgrund des schichtweisen Fertigungsprinzips individualisiert, endkonturnah und wirtschaftlich in Kleinserien umsetzen. Prädestiniert als Leichtbauwerkstoff für das PBF-LB sind Aluminium-Magnesium-Scandium-Zirkonium (AlMgScZr)-Legierungen, die bei der PBF-LB-Prozessierung einzigartige mikrostrukturelle Charakteristika ausbilden.
Als Urformverfahren mit zahlreichen Einflussfaktoren entlang der Prozesskette wird beim PBF-LB die Entstehung unterschiedlicher Defekte begünstigt, die in Abhängigkeit ihrer Lokalität und Ausprägung die mechanischen Eigenschaften beeinträchtigen. Folglich ist die Verbreitung des Einsatzes dieses Verfahrens zur Herstellung sicherheitskritischer Komponenten gegenwärtig limitiert.
In der vorliegenden Forschungsarbeit wird der Erkenntnisstand über die Beziehungen zwischen Pulverwerkstoff, PBF-LB-Prozessführung, Prozessphänomenen, Defekten, Mikrostruktur, statischen mechanischen Werkstoffeigenschaften und der Schwingfestigkeit für die AlMgScZr-Legierung Scalmalloy® wissenschaftlich erweitert. Zur Identifikation geeigneter Prozesseinstellungen und zur Abbildung statistisch signifikanter Effekte erfolgt eine mathematische Modellierung der Zusammenhänge zwischen Prozesseinflussgrößen und Defektgrößen durch Einbeziehung der statistischen Versuchsplanung.
Aktualisiert: 2023-02-23
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Betriebsfestigkeit
Betriebsfestigkeit
Einfluss fertigungsbedingter Imperfektionen auf die Schwingfestigkeit von FKV-Schalenstrukturen in Sandwichbauweise
Rotorblätter von Windenergieanlagen (WEA) weisen häufig nach wenigen Jahren, lange vor dem Erreichen der prognostizierten Lebensdauer von 20 bis 30 Jahren Risse in der Blattschale auf. Die Folge sind aufwendige Reparaturen am installierten und schwer zugänglichen Rotorblatt und der kostenintensive Nutzungsausfall durch den Stillstand der WEA.
Als mögliche Initiatoren für die Schäden in der Blattschale der Rotorblätter gelten fertigungsbedingte Imperfektionen. Für die Untersuchung des Einflusses dieser Imperfektionen auf das Ermüdungsverhalten der Rotorblätter wurde an der BAM (Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung) ein Prüfstand für statische und zyklische Versuche von Schalensegmenten im intermediate scale entwickelt und betrieben. Die untersuchten Schalensegmente in Sandwichbauweise sind der Rotorblattschale von WEA im Hinblick auf die Strukturmechanik, die eingesetzten Halbzeuge, den Laminataufbau und dem eingesetzten Fertigungsverfahren ähnlich. Als Imperfektionen wurden verschiedenen Variationen von Lagenstößen in die Hautlagen und Schaumstöße mit Breitenvariation in den Stützkern reproduzierbar eingebracht. Die Überwachung des Schädigungszustandes während der Schwingversuche unter realistischen Lastszenarien erfolgt über eine kombinierte in situ Schädigungsüberwachung mittels passiver Thermografie und Felddehnungsmessung.
Mit den durchgeführten Schwingversuchen und der begleitenden Überwachung des Schädigungszustandes ließen sich die Schadensinitiation und die signifikante Herabsetzung der Lebensdauer durch die eingebrachten Imperfektionen zweifelsfrei nachweisen und entsprechende Konstruktionshinweise für die betriebssichere Auslegung von Sandwichstrukturen ableiten.
Aktualisiert: 2022-09-01
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Werkstofftechnik-Praktikum
Die Werkstofftechnik gehört zu den Grundlagenfächern vieler technischer Studienrichtungen. Darüber hinaus werden Auszubildende in zahlreichen Lehrberufen mit der Werkstofftechnik und der Werkstoffprüfung vertraut gemacht.
Die werkstofftechnischen Grundlagen werden in Vorlesungen vermittelt und in Seminaren gefestigt. Weiterer wichtiger Bestandteil sind die Praktika. Studierende sollen zum einen praktische Fähigkeiten bei der Werkstoffprüfung erwerben, andererseits ist es wichtig für sie, die Ursachen für die ermittelten Eigenschaften zu erkennen.
Das Lehrbuch enthält die wichtigsten Praktikumsversuche, wie sie in dieser oder ähnlicher Form an vielen Hochschulen durchgeführt werden:- Thermische Analyse- Zugversuch an metallischen Werkstoffen- Metallographische Probenpräparation und lichtmikroskopische Gefügeuntersuchung gleichgewichtsnah umgewandelter Stähle- Härteprüfung- Wärmebehandlung von Stählen- Kerbschlagbiegeversuch nach Charpy- Ermüdung und Schwingfestigkeit
Mithilfe der ausführlichen Anleitung kann man sich sehr detailliert auf den jeweiligen Praktikumsversuch vorbereiten, so dass die Inhalte, die Durchführung und das Ziel der Versuche verstanden werden und ein maximaler Erkenntnisgewinn bei den Studierenden erreicht wird.
Die ausführliche Beschreibung der theoretischen Grundlage soll die Versuchsvorbereitung erleichtern und das naturwissenschaftliche und werkstofftechnische Basiswissen festigen. Es folgen wichtige Hinweise für die korrekte Versuchsdurchführung, Tipps zur Auswertung und Vorschläge zur normgerechten Protokollierung. Die im Buch gestellten Fragen zur Versuchsvorbereitung dienen der Überprüfung des Wissensstandes.
Aktualisiert: 2022-08-15
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Werkstofftechnik-Praktikum
Die Werkstofftechnik gehört zu den Grundlagenfächern vieler technischer Studienrichtungen. Darüber hinaus werden Auszubildende in zahlreichen Lehrberufen mit der Werkstofftechnik und der Werkstoffprüfung vertraut gemacht.
Die werkstofftechnischen Grundlagen werden in Vorlesungen vermittelt und in Seminaren gefestigt. Weiterer wichtiger Bestandteil sind die Praktika. Studierende sollen zum einen praktische Fähigkeiten bei der Werkstoffprüfung erwerben, andererseits ist es wichtig für sie, die Ursachen für die ermittelten Eigenschaften zu erkennen.
Das Lehrbuch enthält die wichtigsten Praktikumsversuche, wie sie in dieser oder ähnlicher Form an vielen Hochschulen durchgeführt werden:
- Thermische Analyse
- Zugversuch an metallischen Werkstoffen
- Metallographische Probenpräparation und lichtmikroskopische Gefügeuntersuchung gleichgewichtsnah umgewandelter Stähle
- Härteprüfung
- Wärmebehandlung von Stählen
- Kerbschlagbiegeversuch nach Charpy
- Ermüdung und Schwingfestigkeit.
Mithilfe der ausführlichen Anleitung kann man sich sehr detailliert auf den jeweiligen Praktikumsversuch vorbereiten, so dass die Inhalte, die Durchführung und das Ziel der Versuche verstanden werden und ein maximaler Erkenntnisgewinn bei den Studierenden erreicht wird.
Die ausführliche Beschreibung der theoretischen Grundlage soll die Versuchsvorbereitung erleichtern und das naturwissenschaftliche und werkstofftechnische Basiswissen festigen. Es folgen wichtige Hinweise für die korrekte Versuchsdurchführung, Tipps zur Auswertung und Vorschläge zur normgerechten Protokollierung. Die im Buch gestellten Fragen zur Versuchsvorbereitung dienen der Überprüfung des Wissensstandes.
Aktualisiert: 2022-10-11
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Magnetgelagerter Schleuderprüfstand zur Untersuchung der Betriebsfestigkeit von Faserverbund-Rotoren
Im Rahmen der Energiewende gewinnt die dezentrale Speicherung elektrischer Energie zunehmend an Bedeutung. Eine Speichertechnologie mit großem Potential sind kinetische Energiespeicher in Außenläuferbauform. Die Außenläuferbauform, bei der die Schwungmasse als Hohlzylinder aus einem Faser-Kunststoff-Verbund ausgeführt ist, verspricht eine hohe Energiedichte und geringe Verluste. Nachteilig sind ihre hohen Anschaffungskosten. Diese resultieren nicht zuletzt auch daraus, dass die Auslegung der Rotoren meist konservativ erfolgt, da über ihre zyklische Festigkeit kaum experimentelle Untersuchungen vorliegen. Um die zyklische Festigkeit zu untersuchen wird in dieser Arbeit ein Schleuderprüfstand entworfen und aufgebaut, mit dem Hohlzylinder-Proben aus Faser-Kunststoff-Verbund zyklisch auf hohe Drehzahlen beschleunigt und wieder abgebremst werden, bis es zu einem Probenversagen kommt. Besondere Herausforderungen resultieren hierbei aus den niederfrequenten und stark drehzahlabhängigen Biegeeigenfrequenzen des Rotors. Um diese zu stabilisieren, erfolgt die Lagerung der Antriebswelle mittels aktiver Magnetlager. Diese berührungslose Lagerung verhindert zudem mechanischen Verschleiß und reduziert die energetischen Verluste. Aufgrund der hohen Drehzahlen wird der Rotor im Vakuum betrieben, weshalb bereits geringe rotorseitige Verluste zu einem Überhitzen des Rotors führen können. Ein wesentlicher Anteil dieser Verluste resultiert aus der Vormagnetisierung der radialen Magnetlager. Daher wird im Rahmen einer robusten Reglerauslegung für die radialen Magnetlager untersucht, wie weit der Vormagnetisierungsstrom bei der hier verwendeten linearen Regelung gesenkt werden kann.
Aktualisiert: 2021-10-21
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Betriebsfestigkeit
Betriebsfestigkeit
Integrale Betrachtung zur Lebensdauerabschätzung von Stumpfnähten im Bereich der Kurzzeitschwingfestigkeit.
Aufbauend auf der Einführung einer integralen Betrachtung von Stumpfnähten wird eine Berechnungsmethode zur Lebensdauerabschätzung vom Kurzzeit- in den Zeitfestigkeitsbereich vorgestellt. Die Beschreibung der Schweißnähte durch das zyklisch transiente Verhalten dient der anschließenden Simulation charakteristischer Spannungs-Dehnungs-Verläufe. Die infolge Schädigungsparametern vorgenommene Schadensakkumulation führt zur rechnerischen Lebensdauer.
Aktualisiert: 2023-03-31
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Festigkeitslehre – Grundlagen
Bücher zum Thema Schwingfestigkeit
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