Ermüdungsrisse: Erkennen, sicher beurteilen, vermeiden
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Wiesbaden
Springer Vieweg
2012
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IMAGE 1
INHALTSVERZEICHNIS
1 AUSLEGUNG VON BAUTEILEN UND STRUKTUREN NACH FESTIGKEITSKRITERIEN
. 1
1.1 BELASTUNGEN VON BAUTEILEN UND STRUKTUREN
. 1
1.2 SPANNUNGEN UND SPANNUNGSZUSTAENDE IN BAUTEILEN UND STRUKTUREN
. 4 1.2.1 EBENER SPANNUNGSZUSTAND
.
5
1.2.2 RAEUMLICHER SPANNUNGSZUSTAND
. 6
1.2.3 HAUPTSPANNUNGEN
.
6
1.2.4 EBENER SPANNUNGS- ODER EBENER VERZERRUNGSZUSTAND
. 8
1.3 STATISCHER FESTIGKEITSNACHWEIS
.
X
1.3.1 VERGLEICHSSPANNUNG
.
8
1.3.2 ZULAESSIGE BEANSPRUCHUNG
.
9
1.3.3 ABLAUF EINES FESTIGKEITSNACHWEISES
. 9
1.3.4 BERUECKSICHTIGUNG DER KERBWIRKUNG
. 1 1
1.3.5 KERBFAKTOREN
.
12
1.3.6 MATERIALKENNWERTE UND SICHERHEITSFAKTOREN
. 14
.
1.4 DAUERFESTIGKEITSNACHWEIS 16
1.4.1 WIRKSAME UND ZULAESSIGE SPANNUNGEN
. I6
.
1.4.2 WERKSTOFTKENNWERTE 18
. 1.4.3
OBERFLAECHEN- UND GROESSENBEIWERTE 19
. 1.4.4 DAUERFESTIGKEITSNACHWEIS BEI
GEKERBTEN BAUTEILEN 21
.
1.5 HETRIEBSFESTIGKEIHNAECHWEIS 21
1.6 SONSTIGE NACHWEISE
.
22
. 1.7
GRENZEN DER KLASSISCHEN HAUTEILAUSLEGUNG 22
.
LITERATUR ZU KAPITEL I 23
2 SCHAEDEN DURCH RISSWACHSTUM
.
24
2.1 RISSENTSTEHUNG UND RISSWACHSTUM
.
26
2.2 STABILES UND INSTABILES RISSWACHSTUM
. 28
. 2.3
SCHADENSANALYSE 1 BRUCHFLAECHENANALYSE 29
2.4 ERMUEDUNGSRISSWACHSTUM BEIM ICE-RADREIFEN
. 33
. .
2.5 RISSWACHSTUM IN EINEM PRESSENKIIRPER
. 34
2.6 EMUEDUNGSRISSWACHSTUIN IM VERSCHLUSSKIJRPER EINER
INNENHOCHDRUCKUMFI~MMASCHINE
.
3 5
2.7 BRUCH DER ANTRIEBSWELLE EINES OLDTIMERS
. 36
2.8 WEITERE SCHADENSEREIGNISSE
.
36
. 2.9 PRINZIPIELLE RISSVERLAEUFE UND RISSFORMEN IN
BAUTEILEN UND STRUKTUREN 38 . 2.9.1
RISSVERLAEUFE BEI GRUNDLEGENDEN SPARINUNGSZUSTAENDEN 38
. 2.9.2
RISSVERLAEUFE UND RISSFORMEN IN WELLEN 40
. 2.9.3 SY~TEMATISIERUN~ DER RISSARTEN IN
BAUTEILEN UND STRUKTUREN 42 2.10 RISSE ERKENNEN MIT ZERSTOERUNGSFREIEN
PRUEFVERFAHREN . 46
LITERATUR ZU KAPITEL 2
.
48
IMAGE 2
V111 INHALTSVERZEICHNIS
3 GRUNDLAGEN DER BRUCHRNECHANIK
.
51
.
3.1 RISSE UND RISSBEANSPRUCHUNGSARTEN 51
.
3.1.1 MODEL 52
.
3.1.2 MODE 11 53
3.1.3 MODE 111
.
53
3.1.4 MIXED MODE
.
53
3.2 SPANNUNGSVERTEILUNGEN AN RISSEN
.
5 3
3.2.1 ELASTIZITAETSTHEORETISCHE LOESUNGEN FUER RISSPROBLEME
. 53
3.2.2 SPANNUNGSVERTEILUNGEN BEI EBENEN RISSPROBLEMEN
. 55
. 3.2.3 SPANNUNGSVERTEILUNGEN BEI
RAEUMLICHEN RISSPROBLEMEN 59
. 3.3
VERSCHIEBUNGSFELDER IN DER RISSUMGEBUNG 61
.
3.4 SPANNUNGSINTENSITAETSFAKTOREN 62
. 3.4.1 SPANNUNGSINTENSITAETSFAKTOREN FUER DIE
RISSMODEN I, I1 UND 111 62 . 3.4.2
SPANNUNGSINTENSITAETSFAKTOREN FUER GRUNDLEGENDE RISSPROBLEME 63 3.4.3
UEBERLAGERUNG VON SPANNUNGSINTENSITAETSFAKTOREN,
VERGLEICHSSPANNUNGSINTENSITAETSFAKTOREN
. 73
3.5 LOKALE PLASTIZITAET AN DER RISSSPITZE
.
77
. 3.5.1
ABSCHAETZUNG DER PLASTISCHEN ZONE 78
.
3.5.2 RISSLAENGENKORREKTUR 82
. 3.5.3 BEDEUTUNG DER PLASTISCHEN ZONE BEI DER
ERMUEDUNGSRISSAUSBREITUNG 82 3.6 ENERGIEFREISETZUNGSRATE UND J-INTEGRAL
. 82
.
3.6.1 ENERGIEFREIETZUNGSR~T~ 82
3.6.2 . J-INTEGRAL
.
83
3.7 ERMITTLUNG DER SPANNUNGSINTENSITAETSFAKTOREN UND ANDERE
BRUCHMECHANISCHER GROESSEN
.
8 4
3.7.1 ERMITTLUNG VON SPANNUNGSINTENSITAETSFAKTOREN AUS DEM SPANNUNGSFELD
IN DER RISSUMGEBUNG
.
85
3.7.2 ERMITTLUNG DER SPANNUNGSINTENSITAETSFAKTOREN AUS DEM
VERSCHIEBUNGSFELD IN DER RISSUMGEBUNG
. 86
3.7.3 ERMITTLUNG BRUCHMECHANISCHER GROESSEN MIT DEM J-INTEGRAL
. 86 3.7.4 ERMITTLUNG BRUCHMECHANISCHER GROESSEN
MIT DEM ISSSCHLIESSUNGSINTEGRAL . 86 3.8 KONZEPTE ZUR VORHERSAGE DES
INSTABILEN RISSWACHSTUMS . 89
3.8.1 K-KONZEPT FUER MODE I
.
89
3.8.2 K-KONZEPT FUER MODE 11-, MODE III- UND MIXED-MODE-BEANSPRUCHUNGEN
. 90 3.8.3 KRITERIUM DER ENERGIEFREISETZUNG
. 94
3.8.4 ./-KRITERIUM
.
95
3 . RISSZAEHIGKEITEN
.
95
3.10 BEWERTUNG VON BAUTEILEN MIT KISSEN MIT BRUCHMECHANISCHEN METHODEN
. 96 3.10.1 ABLAUF EINES BRUCHMECHANISCHEN NACHWEISES
. 96
3.10.2 ANWENDUNGEN DES SSRUCHKRITERIUMS UND DES BRUCHMECHANISCHEN
NACHWEISES AUF MODE I-RISSPROBLEME
. 97
3.10.3 ANWENDUNGEN DES BRUCHKRITERIUMS UND DES BRUCHMECHANISCHEN
NACHWEISES AUF MODE 11-, MODE 111- UND MIXED-MODE-PROBLEME
. 99 3.1 1 ZUSAMMENWIRKEN VON FESTIGKEITSBERECHNUNG UND
BRUCHMECHANIK . 100 LITERATUR ZU KAPITEL 3
.
103
IMAGE 3
INHALTSVERZEICHNIS 1X
4 ERMUEDUNGSRISSWACHSTUM BEI ZYKLISCHER BELASTUNG MIT KONSTANTER
AMPLITUDE . 106
4.1 ZUSAMMENHANG ZWISCHEN BAUTEILBELASTUNG UND ZYKLISCHER
SPANNUNGSINTENSITAET . 106 4.1.1 SPANNUNGSFELD BEI ZEITLICH
VERAENDERLICHER MODE I-BEANSPRUCHUNG . 106 4.1.2 ZYKLISCHER
SPANNUNGSINTENSITAETSFAKTOR BEI MODE I
. 108
4.1.3 R-VERHAELTNIS
.
109
4.1.4 RISSAUSBREITUNGSVORGANG
.
109
4.1.5 SPANNUNGSFELD BEI ZEITLICH VERAENDERLICHER MODE 11-, MODE 111- UND
MIXED-MODE-BEANSPRUCHUNG
. 109
4.1.6 ZYKLISCHER SPANNUNGSINTENSITAETSFAKTOR FUER MODE 11
. 110
4.1.7 ZYKLISCHER SPANNUNGSINTENSITAETSFAKTOR FUER MODE 111
. 111
4.1.8 EBENE MIXED-MODE-BEANSPRUCHUNG
. 111
4.1.9 RAEUMLICHE MIXED-MODE-BEANSPRUCHUNG
. 112
4.2 ZUSAMMENHANG ZWISCHEN RISSGESCHWINDIGKEIT UND ZYKLISCHEM
SPANNUNGSINTENSITAETSFAKTOR BEI MODE I
. 112
4.2.1 GRENZEN DER ERMUEDUNGSRISSAUSBREITUNG BEI MODE 1
. 113
4.2.2 EINFLUSSFAKTOREN AUF DIE RISSGESCHWINDIGKEITSKURVE
. 114 4.2.3 RISSSCHLIESSVERHALTEN BEIM
ERMUEDUNGSRISSWACHSTUM . 115
. 4.2.4 THRESHOLDWERT UND
SCHWELLENWERTVERHALTEN 119
.
4.2.5 KURZRISSWACHSTUM 123
. 4.3
RISSAUSBREITUNGSKONZEPTE BEI MODE I 124
4.3.1 PARIS - GERADE
.
124
. 4.3.2
ERDOGANIRATWANI-GESETZ 124
. 4.3.3
FORMANIMETTU-GLEICHUNG 125
4.3.4 VERGLEICH DER RISSFORTSCHRITTSGLEICHUNGEN
. 126
4.3.5 BESTIMMUNG DER RESTLEBENSDAUER
. 127
. 4.4 RISSWACHSTUM BEI MODE 11-, MODE 111- UND
MIXED-MODE-BEANSPRUCHUNG 130 . 4.4.1 RISSWACHSTUM BEI
MODE IL-BEANSPRUCHUNG AM AUSGANGSRISS 131 . 4.4.2
RISSWACHSTUM BEI MODE 111-BEANSPRUCHUNG AM AUSGANGSRISS 132
. 4.4.3 RISSWACHSTUM BEI EBENER
MIXED-MODE-BEANSPRUCHUNG 132
. 4.4.4 RISSWACHSTUM BEI RAEUMLICHER
MIXED-MODE-BEANSPRUCHUNG 133 4.5 VORGEHENSWEISE BEI DER BEWERTUNG DES
ERMUEDUNGSRISSWACHSTUMS . 134 .
4.5.1 BRUCHMECHANISCHE BEWERTUNG DES ERMUEDUNGSRISSWACHSTUMS 134 .
4.5.2 ERMITTLUNG DER RISSLAENGE, AB DER ERMUEDUNGSRISSWACHSTUM MOEGLICH IST
135
. 4.5.3 SICHERHEIT GEGEN DAS AUFTRETEN DES
ERMUEDUNGSRISSWACHSTUMS 137 4.5.4 BEREICH DES ERMUEDUNGSRISSWACHSTUMS
. 137
. 4.5.5 FESTLEGUNG
VON LNSPEKTIONSINTERVALLEN 137
. 4.6 ZUSAMMENWIRKEN VON DAUERFESTIGKEITSBERECHNUNG UND
HRUCHIIIECLIANIK 138
.
LITERATUR ZU KAPITEL 4 140
5 EXPERIMENTELLE ERMITTLUNG BRUCHMECHANISCHER WERKSTOFFKENNWERTE
. 143 5.1 KRITISCHER SPANNUNGSINTENSITAETSFAKTOR UND
RISSZAEHIGKEIT . 143
. 5.1.1 ERMITTLUNG DER
RISSZAEHIGKEIT NACH ASTM E 399 144
5.1.2 VERSUCHSDURCHTUEHRUNG BEI DER RISSZAEHIGKEITSBESTIMMUNG
. 147
. 5.1.3 KIC . ODER KU'?
- AUSWERTUNG DER VERSUCHE 148
IMAGE 4
X INHALTSVERZEICHNIS
. 5.2 THRESHOLDWERTE UND
RISSGESCHWINDIGKEITSKURVEN 151
5.2.1 ERMITTLUNG DER THRESHOLDWERTE UND RISSGESCHWINDIGKEITSKURVEN NACH
.
ASTM E 647 151
. 5.2.2 METHODEN DER
THRESHOLDWERTBESTIRNMUNG 154
. 5.2.3
METHODEN DER RISSLAENGENMESSUNG 157
. 5.2.4
RISSGESCHWINDIGKEITSERMITTLUNG 161
5.2.5 AUSWERTUNG DER THRESHOLDWERT- UND DER
RISSFORTSCHRITTSKURVENVERSUCHE 162
. 5.3 WERKSTOFFKENNWERTE
FUER DAS MODE I-RISSWACHSTUM 164
.
5.3.1 RISS~AEHI~KEITSWERTE 164
. 5.3.2 SCHWELLENWERTE DES
ERMUEDUNGSRISSWACHSTUMS 167
.
5.3.3 RISSGESCHWINDIGKEITSKUEN 168
. 5.4 WERKSTOFFKENNWERTE BEI MODE 11- UND MIXED
MODE-BEANSPRUCHUNG 170 5.4.1 MODE 11-BEANSPRUCHUNG
.
170
. 5.4.2 EBENE
MIXED-MODE-BEANSPRUCHUNG 171
5.4.3 RAEUMLICHE MIXED-MODE-BEANSPRUCHUNG
. 173
LITERATUR ZU KAPITEL 5
.
174
6 ERMUEDUNGSRISSWACHSTUM BEI BETRIEBSBELASTUNG
. 177
.
6.1 LASTSPEKTREN UND -KOLLEKTIVE 177
. 6.1 . 1
BESTIMMUNG VON BETRIEBSBELASTUNGEN 177
.
6.1.2 KLASSIER- UND ZAEHLVERFAHREN 178
.
6.1.3 STANDARDLASTSPEKTREN 179
. 6.2
REIHENFOLGEEFFEKTE UND IHRE WIRKUNG 180
6.2.1 UEBERLASTEN
.
181
6.2.2 UNTERLASTEN
.
185
. 6.2.3 KOMBINATIONEN AUS
UEBER- UND UNTERLASTEN 186
6.2.4 UEBER~ASTSEUENZEN
.
1X6
6.2.5 BLOCKLASTEN
.
188
.
6.2.6 BETRIEBSBELASTUNGEN 190
6.3 RISSFORTSCHRITTSKONZEPTE BEI BELASTUNG MIT VARIABLER AMPLITUDE
. 193 6.3.1 GLOBALE ANALYSEN
.
194
6.3.2 LINEARE SCHADENSAKKUMULATION
. 195
6.3.3 FLIESSZONENMODELLE
.
195
.
6.3.4 RISSSCHLIESSMODE~LE 203
6.3.5 FLIEBSTREIFENMODELLE
.
203
6.4 MIXED-MODE-BEANSPRUCHUNG
.
206
6.4.1 RISSWACHSTUM BEIM WECHSEL DER 13ELASTUNGSRICHTUNG BZW . DER
LOKALEN BEANSPRUCHUNG AIN RISS
. 207
6.4.2 EINFLUSS VON MIXED-~ODE-UEBERLASTEN AUF DAS ENNUEDUNGSRISSWACHSTUM .
207 LITERATUR ZU KAPITEL 6
.
208
. 7
SIMULATIONEN DES ERMUEDUNGSRISSWACHSTUMS 212
. 7.1
ANALYTISCHE RISSWACHSTUMSSIMULATIONEN 2 1 2
7.1.1 NASGRO UND ESACRACK
.
212
7.1.2 AFGROW
.
214
IMAGE 5
INHALTSVERZEICHNIS X1
7.2 NUMERISCHE RISSWACHSTUMSSIMULATIONEN
. 214
7.2.1 GRUNDLEGENDE VORGEHENSWEISE MITTELS DER FINITE-ELEMENTE-METHODE
. 215 7.2.2 PROGRAMMSYSTEM FRANCIFAM FUER EBENE
RISSAUSBREITUNGSSIMULATIONEN
. 2 18
7.2.3 PROGRAMMSYSTEM ADAPCRACK3D FUER RAEUMLICHE
RISSAUSBREITUNGSSIMULATIONEN
. 2 19
7.3 BESTIMMUNG DER WIRKUNG VON BELASTUNGSWECHSELN MITTELS
FINITE-ELEMENTE-ANALYSEN
.
220
LITERATUR ZU KAPITEL 7
.
224
8 PRAXISBEISPIELE
.
227
8.1 LECK IN EINER ROHRLEITUNG
.
227
8.1.1 SPANNUNGEN IM ROHR
.
227
8.1.2 SPANNUNGSINTENSITAETSFAKTOREN FUER DEN VORLIEGENDEN RISS
. 228 8.1.3 SICHERHEIT GEGEN INSTABILE
RISSAUSBREITUNG . 229
8.1.4 RISSLAENGE, BEI DER INSTABILE RISSAUSBREITUNG EINTRITT
. 229
8.2 UNTERSUCHUNG DES ERMUEDUNGSRISSWACHSTUMS IM ICE-RADREIFEN
. 230 8.2.1 AUFBAU UND BELASTUNG
GUMRNIGEFEDERTER RAEDER . 230
8.2.2 RECHNERISCHE SPANNUNGSANALYSE
. 231
8.2.3 SCHADENSANALYSE DES RADREIFENBRUCHES
. 233
8.2.4 BRUCHMECHANISCHE CHARAKTERISIERUNG DES RADREIFENWERKSTOFFS
. 233 8.2.5 NUMERISCHE SIMULATION DES
EMUEDUNGSRISSWACHSTUMS . 233
8.2.6 EXPERIMENTELLE SIMULATION DES RISSWACHSTUMS
. 235
8.3 SIMULATION DES ERMUEDUNGSRISSWACHSTUMS IN EINEM PRESSENKOERPER
. 237 8.4 SANIERUNGSMASSNAHME EINER PRESSE
. 240
8.4.1 MODELLIERUNG DER RISSGEOMETRIE IM VERSCHLUSSDECKEL
. 240
8.4.2 SPANNUNGSANALYSE FUER DEN DECKEL
. 241
8.4.3 ERGEBNISSE DER FE-ANALYSEN FUER DEN ANGERISSENEN VERSCHLUSSDECKEL
. 241 8.4.4 BRUCHMECHANISCHE AUSWERTUNG DER FE-ERGEBNISSE
. 242
8.4.5 FOLGERUNGEN FUER DEN WEITERBETRIEB DER MASCHINE
. 243
8.5 MASSNAHMEN ZUR VERLAENGERUNG DER LEBENSDAUER VON MASCHINEN, ANLAGEN
UND STRUKTUREN
.
243
8.5.1 WEITERBETRIEB EINER MASCHINE ODER ANLAGE NACH EINER RISSDETEKTION
. 243 8.5.2 OPTIMIERUNGSMASSNAHMEN BEI EINER NEUKONSTRUKTION
. 245
LITERATUR LU KAPITEL 8
.
246
.
9 WICHTIGE FORMELZEICHEN 248
SACHWORTVERZEICHNIS
.
254 |
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