Betriebsfestigkeit: Verfahren und Daten zur Bauteilberechnung
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|---|---|
| Format: | Electronic eBook |
| Language: | German |
| Published: |
Berlin ; Heidelberg ; New York
Springer
2006
|
| Edition: | 3., korrigierte und erg. Aufl. |
| Series: | VDI
|
| Subjects: | |
| Online Access: | BFB01 BHS01 BTU01 BTW01 FAB01 FAN01 FAW01 FCO01 FHA01 FHD01 FHI01 FHM01 FHN01 FHR01 FKE01 FLA01 FRO01 FWS01 FWS02 HTW01 TUM01 UBG01 UBM01 UBT01 UBW01 UBY01 UER01 UPA01 Volltext Inhaltstext Inhaltsverzeichnis |
| Physical Description: | 1 Online-Ressource Ill., graph. Darst. |
| ISBN: | 3540293639 9783540293637 9783540293644 |
| DOI: | 10.1007/3-540-29364-7 |
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| adam_text | Inhaltsverzeichnis
1 Einführung und Übersicht 1
1.1 Einführung 1
1.1.1 Problemstellung der Betriebsfestigkeit 1
1.1.2 Abriss der Zusammenhänge 7
1.1.3 Kenngrößen und Grenzfälle der Betriebsfestigkeit 11
1.1.4 Nachweis der Betriebsfestigkeit 13
1.2 Übersicht 15
1.2.1 Anliegen und Gliederung dieses Buches 15
1.2.2 Begriffe und Formelzeichen 17
2 Experimentelle Grundlagen der Betriebsfestigkeit 21
2.1 Wöhler Versuche 21
2.1.1 Kennzeichnung der Schwingbeanspruchung 21
2.1.2 Versuchsdurchführung und Versuchsauswertung 23
2.1.3 Darstellung der Ergebnisse durch Wöhlerlinien 25
2.1.4 Darstellung der Ergebnisse im Dauerfestigkeits Schaubild ... 27
2.1.5 Statistische Belegung der Zeitfestigkeitslinie 30
2.1.6 Statistische Belegung des Dauerfestigkeitswertes 35
2.1.7 Normierte Wöhlerlinien 39
2.1.8 Kritik des Wöhler Versuchs 50
2.2 Blockprogramm Versuche 51
2.2.1 Betriebsbeanspruchung und Beanspruchungskollektiv 51
2.2.2 Versuchsdurchführung und Versuchsauswertung 58
2.2.3 Einfluss der Kollektivform 63
2.2.4 Normverteilung als Einheitskollektiv 64
2.2.5 Amplitudenkollektiv, Mittelspannung, Spannungsverhältnis . . 66
2.2.6 Überlagerte Schwingungen unterschiedlicher Frequenz 68
2.2.7 Umlaufend beanspruchte Teile 73
2.2.8 Einflüsse des Werkstoffs und der Bauteileigenschaften 77
2.2.9 Kritik des Blockprogramm Versuchs 82
2.3 Zufallslasten Versuche 84
2.3.1 Unterscheidung von Beanspruchungs Zeit Funktionen 84
2.3.2 Beschreibung stochasticher Beanspruchungsvorgänge 89
2.3.3 Versuchsdurchführung und Versuchsauswertung 93
2.3.4 Betriebslastennachfahr Versuche 96
2.3.5 Digitale Aufbereitung gemessener Beanspruchungs Zeit
Funktionen 99
2.3.6 Analoge Erzeugung stochastischer Beanspruchungs Zeit
Funktionen 103
2.3.7 Digitale Erzeugung stochastischer Beanspruchungs Zeit
Funktionen 106
2.3.8 Standard Lastfolgen mit Gauß scher Häufigkeitsverteilung ... 114
2.3.9 Kritik des Zufallslasten Versuchs 120
2.4 Einzelfolgen Versuche und spezielle Versuchstechniken .... 124
2.4.1 Beanspruchungs Zeit Funktionen mit veränderlicher
Mittelspannung 124
2.4.2 Standard Lastfolge Twist 125
2.4.3 Lebensdauer bei verändertem Kollektiv
der Standard Lastfolge 129
2.4.4 Experimentelle Ermittlung der Kerbgrundbeanspruchung . . . 132
2.4.5 Experimentelle Ermittlung des Rissfortschritts 135
2.4.6 Kritik des Einzelfolgen Versuchs 137
2.5 Übertragbarkeit von Betriebsfestigkeits Werten 139
2.5.1 Übereinstimmung von Lebensdauerwerten aus Labor
und Betrieb 139
2.5.2 Schrifttumsauswertungen zum Reihenfolge Einfluss 143
3 Rechnerische Verfahren der Betriebsfestigkeit 151
3.1 Berechnen der auftretenden und ertragbaren Spannungen ... 151
3.1.1 Nennspannung, Formzahl, bezogenes Spannungsgefälle .... 151
3.1.2 Spannungen aus Finite Element oder Randelement
Berechnungen 160
3.1.3 Rechnerische Abschätzung der Wöhlerlinien gekerbter
Bauteile 175
3.1.4 Rechnerische Abschätzung der Wöhlerlinien geschweißter
Bauteile 198
3.1.5 Rechnerische Behandlung des Eigenspannungseinflusses .... 225
3.1.6 Rechnerische Behandlung einer mehrachsigen
Schwingbeanspruchung 239
3.1.7 Kritik der Verfahren zur Spannungsberechnung 260
3.2 Lebensdauerberechnung anhand der Nennspannungen .... 266
3.2.1 Miner Regel (Hypothese der linearen Schädigungs¬
akkumulation) 266
3.2.2 Elementare Form der Miner Regel 268
3.2.3 Völligkeitsgrad und Schädigungsfunktion eines Kollektivs ... 271
3.2.4 Schädigungsgleiches Rechteck Ersatzkollektiv 274
3.2.5 Sinnvolle Festlegung der Kollektivtreppung 277
3.2.6 Amplitudentransformation auf ein Kollektiv mit R,: = 1 .... 282
3.2.7 Original Form der Miner Regel 283
3.2.8 Modifizierte Form der Miner Regel 285
3.2.9 Konsequente Form der Miner Regel 294
3.2.10 Schädigungsäquivalente Spannungsamplitude 303
3.2.11 Überprüfung der Miner Regel an Versuchsergebnissen 305
3.2.12 Folgerungen für die praktische Anwendung 324
3.2.13 Kritik der Miner Regel 333
3.3 Lebensdauerberechnung anhand der Kerbgrundbeanspruchung 335
3.3.1 Dehnungskontrollierte Wöhler Versuche 335
3.3.2 Experimentell ermittelte Kerbgrundbeanspruchung
und Lebensdauer 353
3.3.3 Rechnerische Ermittlung der Kerbgrundbeanspruchung .... 358
3.3.4 Rainflow Verfahren 370
3.3.5 Lebensdauerberechnung anhand der Kerbgrundbeanspruchung 384
3.3.6 Lebensdauerberechnung mittels Amplituden Transformation . . 404
3.3.7 Lebensdauerberechnung ausgehend von Finite Element
Berechnungen 414
3.3.8 Kerbgrundbeanspruchung und normierte Wöhlerlinie 424
3.3.9 Kritik des Kerbgrund Konzeptes 429
3.4 Lebensdauerberechnung anhand des Rissfortschritts 431
3.4.1 Spannungsfeld eines Risses 431
3.4.2 Rissfortschrittsgesetz bei Schwingbeanspruchung 436
3.4.3 Rissfortschritt bei konstanter Schwingbreite der Spannung . . . 443
3.4.4 Wöhlerlinie eines Bauteils mit Anfangsriss 447
3.4.5 Normierte Wöhlerlinie für Risse in hochbeanspruchten
Bauteilen 449
3.4.6 Rissfortschritt bei veränderlicher Schwingbreite der Spannung 451
3.4.7 Rissfortschritt und Miner Regel 453
3.4.8 Berücksichtigung von Reihenfolgeeinflüssen 455
3.4.9 Rissfortschrittsverhalten kurzer Risse 468
3.4.10 Rissmodell sowie Bauteil und Werkstoffeigenschaften 487
3.4.11 Kritik des Bruchmechanik Konzeptes 498
3.5 Berechnen der Sicherheitszahl und Ausfallwahrscheinlichkeit 501
3.5.1 Lebensdauer, Ausfallwahrscheinlichkeit, Sicherheitszahl 501
3.5.2 Extrapolation auf niedrige Ausfallwahrscheinlichkeiten 511
3.5.3 Streuung der betrieblichen Beanspruchungshöhe 518
3.5.4 Abdeckung der Zufälligkeiten weniger Einzelversuche 523
3.5.5 Anzusetzende Streuspannen und abzudeckende Streueinflüsse 526
3.5.6 Statistischer Größeneinfluss 536
3.5.7 Kritik der anzusetzenden Sicherheitszahl 548
4 Praktische Umsetzung des Betriebsfestigkeits Konzeptes ... 551
4.1 Abzuhandelnde Teilaufgaben als Leitlinie des Vorgehens .... 551
4.1.1 Festlegen der Anforderungen und der Vorgehensweise 551
4.1.2 Erkennen der schwingbruchkritischen Querschnitte 555
4.1.3 Bestimmen der einwirkenden Betriebslasten 557
4.1.4 Berechnen der kennzeichnenden Beanspruchung 568
4.1.5 Ermitteln der ertragbaren Beanspruchungshöhe 570
4.1.6 Ableiten der angemessenen Sicherheitszahl 574
4.1.7 Erstellen und Beurteilen des Nachweises 577
4.1.8 Dokumentieren des Nachweises 579
4.2 Maßnahmen bei unbefriedigendem Betriebsfestigkeits
Nachweis 580
4.2.1 Maßnahmen bei unbefriedigendem Ergebnis des Nachweises . . 580
4.2.2 Maßnahmen bei Schwingbrüchen im Betrieb 584
4.3 Betriebsfestigkeit und methodisches Konstruieren 592
4.3.1 Wesen des methodischen Konstruierens 592
4.3.2 Knotenpunkte zur Betriebsfestigkeit 600
4.3.3 Gewinnen der erforderlichen Informationen 601
4.3.4 Bewertungskriterien zur Lösungsauswahl 605
4.4 Betriebsfestigkeit und unternehmerische Entscheidungen ... 610
4.4.1 Gesichtspunkte einer Kosten Nutzen Analyse 610
4.4.2 Neuzeitliche Konzepte der Betriebsfestigkeit 613
4.4.3 Elemente eines Gesamtkonzeptes 622
4.4.4 Unternehmerische Entscheidungen 624
5 Anhang 625
5.1 Daten zu statistischen Verfahren 625
5.2 Typisierte Kollektive und Standard Lastfolgen 636
5.3 Approximationsformeln für Formzahlen 641
5.4 Ältere Vorschläge zur Abschätzung der Dauerfestigkeit 649
5.5 Kurzfassung des Berechnungsablaufs nach der FKM Richtlinie 652
5.6 Hinweise auf Daten zur Betriebsfestigkeit 663
6 Schrifttumshinweise 681
7 Verwendete Formelzeichen 707
8 Sachverzeichnis 737
|
| adam_txt |
Inhaltsverzeichnis
1 Einführung und Übersicht 1
1.1 Einführung 1
1.1.1 Problemstellung der Betriebsfestigkeit 1
1.1.2 Abriss der Zusammenhänge 7
1.1.3 Kenngrößen und Grenzfälle der Betriebsfestigkeit 11
1.1.4 Nachweis der Betriebsfestigkeit 13
1.2 Übersicht 15
1.2.1 Anliegen und Gliederung dieses Buches 15
1.2.2 Begriffe und Formelzeichen 17
2 Experimentelle Grundlagen der Betriebsfestigkeit 21
2.1 Wöhler Versuche 21
2.1.1 Kennzeichnung der Schwingbeanspruchung 21
2.1.2 Versuchsdurchführung und Versuchsauswertung 23
2.1.3 Darstellung der Ergebnisse durch Wöhlerlinien 25
2.1.4 Darstellung der Ergebnisse im Dauerfestigkeits Schaubild . 27
2.1.5 Statistische Belegung der Zeitfestigkeitslinie 30
2.1.6 Statistische Belegung des Dauerfestigkeitswertes 35
2.1.7 Normierte Wöhlerlinien 39
2.1.8 Kritik des Wöhler Versuchs 50
2.2 Blockprogramm Versuche 51
2.2.1 Betriebsbeanspruchung und Beanspruchungskollektiv 51
2.2.2 Versuchsdurchführung und Versuchsauswertung 58
2.2.3 Einfluss der Kollektivform 63
2.2.4 Normverteilung als Einheitskollektiv 64
2.2.5 Amplitudenkollektiv, Mittelspannung, Spannungsverhältnis . . 66
2.2.6 Überlagerte Schwingungen unterschiedlicher Frequenz 68
2.2.7 Umlaufend beanspruchte Teile 73
2.2.8 Einflüsse des Werkstoffs und der Bauteileigenschaften 77
2.2.9 Kritik des Blockprogramm Versuchs 82
2.3 Zufallslasten Versuche 84
2.3.1 Unterscheidung von Beanspruchungs Zeit Funktionen 84
2.3.2 Beschreibung stochasticher Beanspruchungsvorgänge 89
2.3.3 Versuchsdurchführung und Versuchsauswertung 93
2.3.4 Betriebslastennachfahr Versuche 96
2.3.5 Digitale Aufbereitung gemessener Beanspruchungs Zeit
Funktionen 99
2.3.6 Analoge Erzeugung stochastischer Beanspruchungs Zeit
Funktionen 103
2.3.7 Digitale Erzeugung stochastischer Beanspruchungs Zeit
Funktionen 106
2.3.8 Standard Lastfolgen mit Gauß'scher Häufigkeitsverteilung . 114
2.3.9 Kritik des Zufallslasten Versuchs 120
2.4 Einzelfolgen Versuche und spezielle Versuchstechniken . 124
2.4.1 Beanspruchungs Zeit Funktionen mit veränderlicher
Mittelspannung 124
2.4.2 Standard Lastfolge Twist 125
2.4.3 Lebensdauer bei verändertem Kollektiv
der Standard Lastfolge 129
2.4.4 Experimentelle Ermittlung der Kerbgrundbeanspruchung . . . 132
2.4.5 Experimentelle Ermittlung des Rissfortschritts 135
2.4.6 Kritik des Einzelfolgen Versuchs 137
2.5 Übertragbarkeit von Betriebsfestigkeits Werten 139
2.5.1 Übereinstimmung von Lebensdauerwerten aus Labor
und Betrieb 139
2.5.2 Schrifttumsauswertungen zum Reihenfolge Einfluss 143
3 Rechnerische Verfahren der Betriebsfestigkeit 151
3.1 Berechnen der auftretenden und ertragbaren Spannungen . 151
3.1.1 Nennspannung, Formzahl, bezogenes Spannungsgefälle . 151
3.1.2 Spannungen aus Finite Element oder Randelement
Berechnungen 160
3.1.3 Rechnerische Abschätzung der Wöhlerlinien gekerbter
Bauteile 175
3.1.4 Rechnerische Abschätzung der Wöhlerlinien geschweißter
Bauteile 198
3.1.5 Rechnerische Behandlung des Eigenspannungseinflusses . 225
3.1.6 Rechnerische Behandlung einer mehrachsigen
Schwingbeanspruchung 239
3.1.7 Kritik der Verfahren zur Spannungsberechnung 260
3.2 Lebensdauerberechnung anhand der Nennspannungen . 266
3.2.1 Miner Regel (Hypothese der linearen Schädigungs¬
akkumulation) 266
3.2.2 Elementare Form der Miner Regel 268
3.2.3 Völligkeitsgrad und Schädigungsfunktion eines Kollektivs . 271
3.2.4 Schädigungsgleiches Rechteck Ersatzkollektiv 274
3.2.5 Sinnvolle Festlegung der Kollektivtreppung 277
3.2.6 Amplitudentransformation auf ein Kollektiv mit R,: = 1 . 282
3.2.7 Original Form der Miner Regel 283
3.2.8 Modifizierte Form der Miner Regel 285
3.2.9 Konsequente Form der Miner Regel 294
3.2.10 Schädigungsäquivalente Spannungsamplitude 303
3.2.11 Überprüfung der Miner Regel an Versuchsergebnissen 305
3.2.12 Folgerungen für die praktische Anwendung 324
3.2.13 Kritik der Miner Regel 333
3.3 Lebensdauerberechnung anhand der Kerbgrundbeanspruchung 335
3.3.1 Dehnungskontrollierte Wöhler Versuche 335
3.3.2 Experimentell ermittelte Kerbgrundbeanspruchung
und Lebensdauer 353
3.3.3 Rechnerische Ermittlung der Kerbgrundbeanspruchung . 358
3.3.4 Rainflow Verfahren 370
3.3.5 Lebensdauerberechnung anhand der Kerbgrundbeanspruchung 384
3.3.6 Lebensdauerberechnung mittels Amplituden Transformation . . 404
3.3.7 Lebensdauerberechnung ausgehend von Finite Element
Berechnungen 414
3.3.8 Kerbgrundbeanspruchung und normierte Wöhlerlinie 424
3.3.9 Kritik des Kerbgrund Konzeptes 429
3.4 Lebensdauerberechnung anhand des Rissfortschritts 431
3.4.1 Spannungsfeld eines Risses 431
3.4.2 Rissfortschrittsgesetz bei Schwingbeanspruchung 436
3.4.3 Rissfortschritt bei konstanter Schwingbreite der Spannung . . . 443
3.4.4 Wöhlerlinie eines Bauteils mit Anfangsriss 447
3.4.5 Normierte Wöhlerlinie für Risse in hochbeanspruchten
Bauteilen 449
3.4.6 Rissfortschritt bei veränderlicher Schwingbreite der Spannung 451
3.4.7 Rissfortschritt und Miner Regel 453
3.4.8 Berücksichtigung von Reihenfolgeeinflüssen 455
3.4.9 Rissfortschrittsverhalten kurzer Risse 468
3.4.10 Rissmodell sowie Bauteil und Werkstoffeigenschaften 487
3.4.11 Kritik des Bruchmechanik Konzeptes 498
3.5 Berechnen der Sicherheitszahl und Ausfallwahrscheinlichkeit 501
3.5.1 Lebensdauer, Ausfallwahrscheinlichkeit, Sicherheitszahl 501
3.5.2 Extrapolation auf niedrige Ausfallwahrscheinlichkeiten 511
3.5.3 Streuung der betrieblichen Beanspruchungshöhe 518
3.5.4 Abdeckung der Zufälligkeiten weniger Einzelversuche 523
3.5.5 Anzusetzende Streuspannen und abzudeckende Streueinflüsse 526
3.5.6 Statistischer Größeneinfluss 536
3.5.7 Kritik der anzusetzenden Sicherheitszahl 548
4 Praktische Umsetzung des Betriebsfestigkeits Konzeptes . 551
4.1 Abzuhandelnde Teilaufgaben als Leitlinie des Vorgehens . 551
4.1.1 Festlegen der Anforderungen und der Vorgehensweise 551
4.1.2 Erkennen der schwingbruchkritischen Querschnitte 555
4.1.3 Bestimmen der einwirkenden Betriebslasten 557
4.1.4 Berechnen der kennzeichnenden Beanspruchung 568
4.1.5 Ermitteln der ertragbaren Beanspruchungshöhe 570
4.1.6 Ableiten der angemessenen Sicherheitszahl 574
4.1.7 Erstellen und Beurteilen des Nachweises 577
4.1.8 Dokumentieren des Nachweises 579
4.2 Maßnahmen bei unbefriedigendem Betriebsfestigkeits
Nachweis 580
4.2.1 Maßnahmen bei unbefriedigendem Ergebnis des Nachweises . . 580
4.2.2 Maßnahmen bei Schwingbrüchen im Betrieb 584
4.3 Betriebsfestigkeit und methodisches Konstruieren 592
4.3.1 Wesen des methodischen Konstruierens 592
4.3.2 Knotenpunkte zur Betriebsfestigkeit 600
4.3.3 Gewinnen der erforderlichen Informationen 601
4.3.4 Bewertungskriterien zur Lösungsauswahl 605
4.4 Betriebsfestigkeit und unternehmerische Entscheidungen . 610
4.4.1 Gesichtspunkte einer Kosten Nutzen Analyse 610
4.4.2 Neuzeitliche Konzepte der Betriebsfestigkeit 613
4.4.3 Elemente eines Gesamtkonzeptes 622
4.4.4 Unternehmerische Entscheidungen 624
5 Anhang 625
5.1 Daten zu statistischen Verfahren 625
5.2 Typisierte Kollektive und Standard Lastfolgen 636
5.3 Approximationsformeln für Formzahlen 641
5.4 Ältere Vorschläge zur Abschätzung der Dauerfestigkeit 649
5.5 Kurzfassung des Berechnungsablaufs nach der FKM Richtlinie 652
5.6 Hinweise auf Daten zur Betriebsfestigkeit 663
6 Schrifttumshinweise 681
7 Verwendete Formelzeichen 707
8 Sachverzeichnis 737 |
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