Auslegung von keramischen Strukturbauteilen unter mehraxialer statischer und zyklischer Beanspruchung:
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Hamburg
TuTech Innovation
2013
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| Series: | Hamburger Schriftenreihe Produktentwicklung und Konstruktionstechnik
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INHALTSVERZEICHNIS
NOMENKLATUR , V
1 EINLEITUNG 1
1.1 AUSGANGSSITUATION 1
1.2 PROBLEMSTELLUNG 2
1.3 ZIELSETZUNG DER ARBEIT 3
2 STAND DER FORSCHUNG 5
2.1 ANWENDUNG VON KERAMIK IM MASCHINENBAU 5
2.1.1 HISTORIE 5
2.1.2 MECHANISCHE AUSLEGUNG EINZELNER KOMPONENTEN 14
2.1.3 SYSTEMATISCHE ENTWICKLUNG KERAMISCHER BAUTEILE UND BAUGRUPPEN 16
2.2 BELASTUNGEN UND BEANSPRUCHUNGEN 17
2.2.1 ALLGEMEINE GRUNDLAGEN DES FESTIGKEITSNACHWEISES 20
2.2.2 STATISCHER FESTIGKEITSNACHWEIS 2 1
2.2.3 BRUCHMECHANISCHE GRUNDLAGEN ZUM RISSFORTSCHRITT 32
2.2.4 ERMUEDUNGSFESTIGKEITSNACHWEIS 44
2.3 KONSTRUKTIVE AUSLEGUNG VON ZYKLISCH BEANSPRUCHTEN KERAMIKBAUTEILEN
53
2.3.1 WOEHLERKURVEN VERSUS LEBENSDAUERBERECHNUNG 53
2.4 ABGELEITETER FORSCHUNGSBEDARF 54
2.4.1 STATISCHE FESTIGKEITSAUSLEGUNG VON KERAMISCHEN BAUTEILEN 54
2.4.2 ERMUEDUNGSFESTIGKEIT 55
2.4.3 ALLGEMEINGUELTIGE AUSLEGUNGSVORSCHRIFTEN 55
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IMAGE 2
II INHALTSVERZEICHNIS
3 ERMITTLUNG VON WERKSTOFFKENNWERTEN UNTER MEHRAXIALER BEANSPRUCHUNG 57
3.1 VERSUCHSSTAND ZUR MEHRAXIALEN BEANSPRUCHUNGSANALYSE 58
3.1.1 PROBEKOERPERWAHL 59
3.1.2 UMSETZUNG DES PRUEFSTANDKONZEPTES 62
3.1.3 WERKSTOFFAUSWAHL 66
3.2 STATISCHE FESTIGKEITEN 67
3.2.1 ERGEBNISSE DER KURZZEITVERSUCHE AL 203, ZR02UND SIC 67
3.2.2 ERMITTELTE EFFEKTIVE VOLUMINA UND OBERFLAECHEN 71
3.2.3 BEWERTUNG VON MEHRAXIALEN HAUPTNORMALSPANNUNGEN 73
3.2.4 BRUCHBILDERUND FESTIGKEITSHYPOTHESEN 74
3.3 MESSUNGEN ZUR SCHWINGFESTIGKEIT 76
3.3.1 ERGEBNISSE DER ZYKLISCHEN UNTERSUCHUNGEN AN AL 203 76
3.3.2 ERGEBNISSE DER ZYKLISCHEN UNTERSUCHUNGEN AN SIC 78
3.3.3 ERMITTLUNG DER BRUCHMECHANISCHEN PARAMETER 80
3.3.4 LEBENSDAUERBERECHNUNG VERSUS WOEHLERKENNLINIE 82
3.3.5 ZYKLISCHES UND STATISCHES RISSWACHSTUM UNTERSCHIEDLICHER
KERAMIKWERKSTOFFE 84
3.4 BRUCHBILDER DER VERSCHIEDENEN BEANSPRUCHUNGSARTEN 88
4 ENTWICKLUNG EINER KONSTRUKTIONSGERECHTEN NEUEN AUSLEGUNGSVORSCHRIFT 9
1
4.1 DIMENSIONIEREN NACH STATISCHER FESTIGKEIT 92
4.1.1 ERMITTLUNG DER ZULAESSIGEN WERKSTOFFSPANNUNG 92
4.1.2 ZULAESSIGE WERKSTOFFKENNWERTE 94
4.1.3 BERUECKSICHTIGUNG DES MEHRAXIALEN SPANNUNGSZUSTANDS 94
4.1.4 BERUECKSICHTIGUNG DER BAUTEILGROESSE 98
IMAGE 3
INHALTSVERZEICHNIS III
4.1.5 FESTIGKEITSAUSLEGUNG 98
4.1.6 VERGLEICH DES GROESSENEINFLUSSFAKTORS BEI METALL UND KERAMIK 99
4.2 BERUECKSICHTIGUNG DES LANGZEITVERHALTENS 101
4.2.1 HYPOTHESEN 101
4.2.2 BEWERTUNG DES GROESSENEINFLUSS 103
5 ANWENDUNGSBEISPIELE 10S
5.1 ROHR MIT INNENDRUCK 105
5.1.1 ROHRFESTIGKEIT NACH NEUER AUSLEGUNGSVORSCHRIFT 106
5.1.2 NUMERISCHE AUSFALLWAHRSCHEINLICHKEIT DES ROHRS 107
5.1.3 ZEITFESTE AUSLEGUNG DES ROHRS 108
5.1.4 VERGLEICH DER AUSFALLWAHRSCHEINLICHKEITEN 108
5.1.5 VERGLEICH DER LEBENSDAUERPROGNOSE 109
5.2 WELLE UNTER TORSION 110
5.2.1 STATISCHE WELLENFESTIGKEIT NACH AUSLEGUNGSVORSCHRIFT 111
5.2.2 NUMERISCHE AUSFALLWAHRSCHEINLICHKEIT DER WELLE 112
5.2.3 ZEITFESTE AUSLEGUNG DER WELLE 112
5.2.4 VERGLEICH DER BERECHNUNGSMETHODEN (TORDIERTE WELLE) 113
5.3 VERIFIZIERUNG DER AUSLEGUNGSREGELN 114
6 INNOVATIVE PRODUKTENTWICKLUNG MIT KERAMISCHEN WERKSTOFFEN 117
6.1 ANFORDERUNGEN FUER DEN EINSATZ VON KERAMISCHEN WERKSTOFFEN 117
6.1.1 KERAMIK IN DER SYSTEMATISCHEN MATERIALAUSWAHL 117
6.1.2 KERAMIK IM KONSTRUKTIONSPROZESS 121
6.1.3 ENTWERFEN MIT KERAMISCHEN WERKSTOFFEN 122
6.2 GESTALTUNGSREGELN FUER DIE KONSTRUKTION MIT KERAMISCHEN WERKSTOFFEN
123
IMAGE 4
IV INHALTSVERZEICHNIS
6.2.1 EINFLUSS AUF DIE RECHNERISCHE AUSFALLWAHRSCHEINLICHKEIT 123
6.2.2 EINFLUSS AUF DIE OPTIMALE WERKSTOFFQUALITAET 127
6.2.3 EINFLUSS AUF FERTIGUNG UND KOSTEN 127
6.3 BEISPIELE FUER EINE KERAMIKGERECHTE PRODUKTGESTALTUNG 128
6.3.1 RADIALGLEITLAGER IN DER PUMPENANWENDUNG 129
6.3.2 ZYLINDER-KOLBEN-BAUGRUPPE EINES STIRLINGMOTORS 135
6.3.3 ABGELEITETES KONSTRUKTIVES VORGEHEN 147
7 ZUSAMMENFASSUNG UND AUSBLICK 149
7.1 ZUSAMMENFASSUNG DER UNTERSUCHUNGEN 149
7.2 AUSBLICK AUF ZUKUENFTIGE FORSCHUNGSAKTIVITAETEN 151
ANHANG 153
A I TABELLARISCHE MESSERGEBNISSE 153
A2 AUSLEGUNGSVORSCHRIFT 171
LITERATUR 177
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