Einführung in die bruchmechanische Schadensbeurteilung:
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Berlin ; Heidelberg
Springer Vieweg
[2015]
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INHALTSVERZEICHNIS
1 EINLEITUNG 1
1.1 DIE PROBLEMATIK DER SCHAEDIGUNG UND IHRER BEHERRSCHUNG 1
1.2 VERSAGENSZUSTAENDE RISSGESCHAEDIGTER KONSTRUKTIONEN 5
1.3 GRUNDBEGRIFFE DER BRUCHMECHANIK 7
1.4 VORAUSSETZUNGEN FUER DIE ANWENDUNG DER BRUCHMECHANIK 12
LITERATUR 13
2 RISSARTIGE SCHAEDEN IN DER INGENIEURTECHNISCHEN PRAXIS 15
2.1 TYPISCHE BEISPIELE FUER RISSARTIGE SCHAEDEN 15
2.1.1 SCHAEDEN AN STAHLBRUECKEN 15
2.1.2 RISSE UND BRUECHE AN SCHIFFEN 21
2.1.3 SCHAEDEN AN OFFSHORE-KONSTRUKTIONEN 24
2.1.4 SCHAEDEN AN RAEDERN VON SCHIENENFAHRZEUGEN 28
2.1.5 SCHAEDEN AN EISENBAHNACHSEN 32
2.1.6 SCHAEDEN AN EISENBAHNSCHIENEN 34
2.1.7 SCHAEDEN AN FLUGZEUGEN 36
2.1.8 SCHAEDEN AN ROHRLEITUNGEN 38
2.1.9 SCHAEDEN AN ANLAGEN DER FOERDERTECHNIK 40
2.1.10 RISSARTIGE *BAGATELLSCHAEDEN" 44
2.2 INGENIEURTECHNISCHE SCHLUSSFOLGERUNGEN AUS SCHADENSFAELLEN 46
2.2.1 SYSTEMATISIERUNG UND STATISTISCHE ANALYSE DER SCHAEDEN 47
2.2.2 ANALYSE DER BEANSPRUCHUNG 55
2.2.3 KONVENTIONELLE ANALYSEN DER BEANSPRUCHBARKEIT 61
2.2.4 KONSTRUKTIVE VERBESSERUNGEN 73
2.2.5 FESTLEGUNGEN ZUM WERKSTOFFEINSATZ 75
2.2.6 VERBESSERUNG DER HERSTELLUNGS- UND DER SCHWEISSTECHNOLOGIE 77
2.2.7 VERBESSERTE INSTANDHALTUNG 80
2.2.8 DURCHFUEHRUNG ZERSTOERUNGSFREIER PRUEFUNGEN 81
2.2.9 FESTLEGUNG ZULAESSIGER LASTEN, RISSGROESSEN UND PRUEFZYKLEN 85
IX
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X
INHALTSVERZEICHNIS
2.2.10 FESTLEGUNG VON KRITERIEN FUER REPARATUR, AUSMUSTERUNG
UND ERSATZ 88
2.2.11 ERARBEITUNG VERBINDLICHER MASSNAHMENKATALOGE 89
LITERATUR 96
3 DIE BEANSPRUCHUNG DES WERKSTOFFS RISSGESCHAEDIGTER BAUTEILE 101
3.1 ANALYSE UND IDEALISIERUNG DES NOMINELLEN SPANNUNGSZUSTANDES 101
3.2 SPANNUNGEN AN KERBEN 103
3.3 DIE BEANSPRUCHUNG DES WERKSTOFFS IN DER UMGEBUNG IDEAL SCHARFER
RISSSPITZEN 107
3.3.1 DIE SPANNUNGEN IN DER UMGEBUNG DER RISSSPITZE 109
3.3.2 DIE VERSCHIEBUNG DES WERKSTOFFS IM RISSSPITZENBEREICH 114
3.3.3 DIE DEFORMATIONSENERGIE IM MATERIAL DES RISSSPITZENBEREICHES . 116
3.3.4 DIE GRENZEN DES LINEAR-ELASTISCHEN WERKSTOFFVERHALTENS 118
3.3.5 DIE PLASTISCHE ZONE AN DER RISSSPITZE UND IHRE AUSWIRKUNGEN 123
3.4 ANALYSE UND IDEALISIERUNG DER BAUTEILDEFEKTE 130
3.5 (NORMIERTE) DARSTELLUNG DER SPANNUNGSINTENSITAETSFAKTOREN 133
3.6 METHODEN ZUR ERMITTLUNG VON SPANNUNGSINTENSITAETSFAKTOREN 134
3.6.1 DIE SUPERPOSITIONSMETHODE ZUR SIF-BESTIMMUNG 136
3.6.2 SIF-ERMITTLUNG AUS KERBSPANNUNGEN 139
3.6.3 SIF-ERMITTLUNG AUS DER NACHGIEBIGKEIT 147
3.6.4 FEM-BERECHNUNG VON SPANNUNGSINTENSITAETSFAKTOREN 151
3.6.5 SIF-BERECHNUNG MIT GEWICHTSFUNKTIONEN 157
3.6.6 SIF-ERMITTLUNG AUS RISSWACHSTUMSMESSUNGEN 159
3.6.7 SIF-ERMITTLUNG MIT HILFE SPANNUNGSOPTISCHER VERSUCHE 162
LITERATUR 164
4 SPANNUNGSINTENSITAETSFAKTOREN FUER IDEALISIERTE RISSE 167
4.1 DIE NORMIERUNGSFAELLE FUER DIE SPANNUNGSINTENSITAETSFAKTOREN 167
4.2 EBENE RISSPROBLEME 168
4.2.1 GERADE UND GEKRUEMMTE RISSE IN DER UNENDLICH GROSSEN SCHEIBE . 168
4.2.2 KANTENRISSE AM RANDE DER HALB-UNENDLICHEN SCHEIBE 172
4.2.3 RISSE AN BOHRUNGEN IN DER UNENDLICH GROSSEN SCHEIBE 174
4.2.4 RISSE IM SCHEIBENSTREIFEN 180
4.2.5 BOHRUNGSRISSE IM AUGENSTAB 183
4.3 RAEUMLICHE RISSPROBLEME 187
4.3.1 KREIS- UND ELLIPSENRISSE IM INNEREN UNENDLICH GROSSER KOERPER 187
4.3.2 HALB-ELLIPTISCHE OBERFLAECHENRISSE 189
4.3.3 VIERTEL-KREISFOERMIGE ECKRISSE 194
4.3.4 VIERTEL-ELLIPTISCHE ECKRISSE 198
INHALTSVERZEICHNIS XI
4.4 RISSE IN BOLZEN, ACHSEN UND WELLEN 200
4.4.1 QUERRISSE IN KREISZYLINDERSTAEBEN BEI ZUG, BIEGUNG UND TORSION.
200
4.4.2 QUERRISSE IN BIEGEBEANSPRUCHTEN ACHSEN 203
4.5 RISSE IN PROIIISTAEBEN 204
4.5.1 STEGQUERRISSE IN ZUG-BZW. BIEGEBEANSPRUCHTEN I-PROFILEN 204
4.5.2 QUERRISSE IM KOPF VON EISENBAHNSCHIENEN 211
4.6 KERB- UND WURZELRISSE AN SCHWEISSVERBINDUNGEN 220
4.6.1 WURZELRISSE AN SCHWEISSNAEHTEN 220
4.6.2 KERBRISSE AN SCHWEISSNAEHTEN 222
4.6.3 DURCHRISS IN EINER KREUZFOERMIGEN SCHWEISSVERBINDUNG 225
4.7 WIEGHARDTS RISSPROBLEMLOESUNG VON 1907 226
LITERATUR 230
5 RISSAUSBREITUNGSPHAENOMENE UND IHRE EXPERIMENTELLE UNTERSUCHUNG 233
5.1 BESCHREIBUNG DER RISSAUSBREITUNG BEI ZYKLISCHER BEANSPRUCHUNG 233
5.1.1 RISSAUSBREITUNG BEI EINSTUFENBEANSPRUCHUNG DER
RISSOEFFNUNGSART 1 233
5.1.2 RISSAUSBREITUNG BEI UEBERLAGERTEN RISSOEFFNUNGSARTEN 236
5.2 PRUEFSTANDARDS, PROBEN UND PRUEFEINRICHTUNGEN 239
5.2.1 BRUCHMECHANISCHE WERKSTOFF-PRUEFSTANDARDS 239
5.2.2 AE/-BRUCHMECHANIK-PROBEN 240
5.2.3 KN-, MIXED-MODE- UND BIAXIAL-PROBEN 244
5.2.4 PROBENNAHME UND-BEARBEITUNG 248
5.2.5 PRUEFMASCHINEN UND -EINRICHTUNGEN 253
5.2.6 PRUEFMITTEL UND -GERAETE 258
5.2.7 VERSUCHSFUEHRUNG BEI DER SCHWINGBEANSPRUCHUNG 261
5.2.8 ERMITTLUNG DER RISSTIEFE IM BRUCHQUERSCHNITT 262
5.3 DER SCHWELLENWERT DER RISSAUSBREITUNG 263
5.3.1 DURCHFUEHRUNG UND AUSWERTUNG DER SCHWELLENWERTERMITTLUNG 263
5.3.2 DIE RELEVANTEN EINFLUESSE AUF DEN SCHWELLENWERT 265
5.4 DIE RISSWACHSTUMSRATE BEI ZYKLISCHER BEANSPRUCHUNG 266
5.4.1 DURCHFUEHRUNG UND AUSWERTUNG DER RISSWACHSTUMSVERSUCHE 266
5.4.2 EMPIRISCHE RISSWACHSTUMSGESETZE 269
5.4.3 DIE KORRELATION DER PARIS-KOEFFIZIENTEN
C
UND
N
271
5.4.4 DIE RELEVANTEN EINFLUESSE AUF DIE RISSWACHSTUMSRATE 273
5.4.5 NAEHERUNGSBEZIEHUNGEN FUER DIE GRENZKURVE DER RISSWACHSTUMSRATE 296
5.4.6 DIE STREUUNG DER RISSWACHSTUMSRATE 297
5.4.7 UNTERSUCHUNGEN ZUM RISSWACHSTUM BEI SCHUB- UND
MIXED-MODE-BEANSPRUCHUNG 300
5.5 DIE BRUCHZAEHIGKEITSEIGENSCHAFTEN 303
5.5.1 DIE RELEVANTEN EINFLUESSE AUF DIE GROESSE DER BRUCHZAEHIGKEIT 303
5.5.2 DURCHFUEHRUNG UND AUSWERTUNG STATISCHER BRUCHVERSUCHE 304
XII INHALTSVERZEICHNIS
5.5.3 DURCHFUEHRUNG UND AUSWERTUNG DYNAMISCHER BRUCH VERSUCHE 308
5.5.4 DIE NAEHERUNGSWEISE ERMITTLUNG DER DYNAMISCHEN STRECKGRENZE . 311
5.6 DIE DYNAMISCHE RISSAUSBREITUNGSZAEHIGKEIT 314
5.7 DIE RISSARRESTZAEHIGKEIT 317
5.7.1 DURCHFUEHRUNG UND AUSWERTUNG DER RISSARRESTVERSUCHE 317
5.7.2 DIE RELEVANTEN EINFLUESSE AUF DIE RISSARRESTZAEHIGKEIT 320
5.8 DER AUFWAND FUER BRUCHMECHANISCHE UNTERSUCHUNGEN 321
5.8.1 EMPFEHLENSWERTER STICHPROBENUMFANG 321
5.8.2 DER MATERIALAUFWAND FUER BRUCHMECHANIKPROBEN 323
5.8.3 DER ZEITAUFWAND FUER BRUCHMECHANISCHE VERSUCHE 324
5.8.4 KOSTENVERGLEICHE BEI WERKSTOFFPRUEFUNGEN 326
5.9 UMRECHNUNGSBEZIEHUNGEN FUER BRUCHMECHANISCHE KENNWERTE 328
LITERATUR 330
6 ANALYSE DER GRENZEN DER BAUTEILBEANSPRUCHUNG 335
6.1 PRAKTISCHE ERFAHRUNGEN ZUM AUFTRETEN UND ZUR ENTWICKLUNG VON RISSEN
. 335
6.1.1 RISSGEFAEHRDETE BEREICHE VON BAUTEILEN 335
6.1.2 GROESSE DER AUSGANGSDEFEKTE SOWIE DER WACHSENDEN UND KRITISCHEN
RISSE 336
6.1.3 ENTWICKLUNG DER GEOMETRIE DER ERMUEDUNGSRISSE 344
6.1.4 BAUTEIL-UND PROBLEMSPEZIFISCHE BEANSPRUCHUNGSBEDINGUNGEN . 349
6.2 ANALYSE DER DAUERFESTIGKEIT 361
6.2.1 ZIELSTELLUNGEN BRUCHMECHANISCHER DAUERFESTIGKEITSANALYSEN . 361
6.2.2 DAS KRITERIUM DER DAUERFESTIGKEIT 361
6.2.3 ANMERKUNG ZUR UEBERTRAGUNG DES SCHWELLENWERTES AUF BAUTEILE. 362
6.3 ANALYSE DER STABILEN RISSAUSBREITUNG BEI ZYKLISCHER BEANSPRUCHUNG 362
6.3.1 ZIELSTELLUNGEN VON RISSWACHSTUMSANALYSEN 362
6.3.2 DIE BERECHNUNG DES RISSWACHSTUMS 362
6.3.3 DER EFFEKTIVWERT
ACR
E
FF.
STOCHASTISCHER SCHWINGWEITEN DER
SPANNUNG 363
6.3.4 DER EFFEKTIVWERT FEG. STOCHASTISCHER BEANSPRUCHUNGSFREQUENZEN .
364
6.4 ANALYSE DER INITIIERUNG DER INSTABILEN RISSAUSBREITUNG 366
6.4.1 ZIELSTELLUNGEN DER BRUCHANALYSEN 366
6.4.2 BERECHNUNG DES KRITISCHEN ZUSTANDES - DAS BRUCHKRITERIUM 366
6.4.3 DIE DARSTELLUNG DER ERGEBNISSE DER BRUCHVERSUCHE 367
6.4.4 DIE UEBERTRAGUNG DER BRUCHZAEHIGKEITSEIGENSCHAFTEN AUF BAUTEILE .
368
6.5 ANALYSE DER PHASE DER DYNAMISCHEN RISSAUSBREITUNG 373
6.6 ANALYSE DER RISSARRETIERUNG 373
6.6.1 ZIELSTELLUNGEN DER RISSARRESTANALYSEN 373
6.6.2 BERECHNUNG DES ARRETIEREN ZUSTANDES - DAS RISSARRESTKRITERIUM.
374
6.7 HYPOTHESEN ZUR BESCHREIBUNG DES MIXED-MODE-RISSVERHALTENS 374
INHALTSVERZEICHNIS XIII
6.8 ART UND WEISE DER RISSAUSBREITUNGSANALYSEN 376
6.8.1 BETRACHTUNG UND DARSTELLUNG DER RISSAUSBREITUNGSPHAENOMENE . 376
6.8.2 PROBABILISTISCHE RISSAUSBREITUNGSANALYSE MIT HILFE DER
MONTE-CARLO-SIMULATION 377
6.9 EXPERIMENTELLE UEBERPRUEFUNG DER ANWENDBARKEIT DER BRUCHMECHANIK 381
6.9.1 UEBERPRUEFUNG DES BRUCHVERHALTENS VON EISENBAHNSCHIENEN 382
6.9.2 UEBERPRUEFUNG DES WACHSTUMS VON RISSEN IN EISENBAHNSCHIENEN . 384
6.9.3 UEBERPRUEFUNG DER DAUERFESTIGKEIT RISSGESCHAEDIGTER SCHIENEN 386
6.9.4 BETRACHTUNG DER RISSAUSBREITUNGSRICHTUNG BEI MODUS-II- UND
MIXED-MODE-BEANSPRUCHUNG 391
LITERATUR 392
7 DER BRUCHMECHANISCHE SICHERHEITSNACHWEIS 397
7.1 EINLEITENDE ANMERKUNGEN ZUM SICHERHEITSNACHWEIS 397
7.2 DIE VERWENDUNG VON SICHERHEITSBEIWERTEN IN DER BRUCHMECHANIK 398
7.3 SCHAEDIGUNGSSTADIEN, VERSAGENSFORMEN UND ZULAESSIGE RISSE 401
7.4 DIE ABLEITUNG DER RISSGRENZMASSE AUS PROBABILISTISCHEN ANALYSEN 402
7.4.1 AUSGANGSDATEN UND RESULTATE PROBABILISTISCHER
RISSAUSBREITUNGSANALYSEN 402
7.4.2 REPRAESENTATIVE UND ZULAESSIGE RISSGROESSEN 403
7.4.3 DIE ERFORDERLICHE GROESSE DER SICHERHEITSBEIWERTE ZUR FESTLEGUNG
ZULAESSIGER RISSGROESSEN 405
7.4.4 PRAKTISCHE MODIFIKATIONEN DES SICHERHEITSNACHWEISES 412
7.5 ANWENDUNG DER RISSGRENZMASSE 416
7.6 SCHLUSSFOLGERUNGEN FUER DIE BRUCHMECHANISCHE SICHERHEITSBEWERTUNG 417
7.7 BRUCHMECHANISCH BERECHNETE UND EMPIRISCH FESTGELEGTE RISSGROESSEN 419
LITERATUR 419
8 RESULTATE BRUCHMECHANISCHER ANALYSEN 423
8.1 ZIELSTELLUNGEN DURCHGEFUEHRTER BRUCHMECHANISCHER UNTERSUCHUNGEN 423
8.2 ANALYSE DES BRUCHS EINER RUDERPINNE 424
8.3 EINSCHAETZUNG DES RISSWACHSTUMS IN EINER GEBROCHENEN FAHRZEUGACHSE .
429
8.4 VERGLEICHENDE ANALYSE DER RISSAUSBREITUNG IN GUETERWAGENACHSEN 431
8.5 ZULAESSIGE RISSGROESSEN FUER DIE ULTRASCHALL-SCHIENENPRUEFUNG 436
8.6 ANALYSE UND BEWERTUNG DER RISSAUSBREITUNG IN TRIEBFAHRZEUGRAEDERN 441
LITERATUR 444
9 MATHEMATISCHE HILFSMITTEL 447
9.1 DIE ERMITTLUNG STATISTISCHER VERTEILUNGSPARAMETER 447
9.1.1 DIE BESTIMMUNG DER STICHPROBENPARAMETER 447
9.1.2 DIE WEIBULIVERTEILUNG 448
XIV INHALTSVERZEICHNIS
9.2 DIE ERMITTLUNG VON REGRESSIONSFUNKTIONEN 450
9.2.1 REGRESSIONSGERADEN UND DEREN MOEGLICHE TRANSFORMATIONEN 450
9.2.2 REGRESSIONSPOLYNOM 2. GRADES 454
9.2.3 REGRESSIONSFUNKTIONEN ZWEIER UNABHAENGIGER VARIABLEN 455
9.3 INTERPOLATIONSBEZIEHUNGEN 458
9.4 DIE BESTIMMUNG VON NULLSTELLEN ANALYTISCHER FUNKTIONEN 459
9.5 DIE DIFFERENTIATION NUMERISCH GEGEBENER FUNKTIONSWERTE 460
9.6 DIE NUMERISCHE INTEGRATION ANALYTISCHER FUNKTIONEN 461
9.7 GENERIERUNG UND TRANSFORMATION VON ZUFALLSWERTEN 464
9.7.1 DIE ERZEUGUNG GLEICHVERTEILTER PSEUDO-ZUFALLSZAHLEN 464
9.7.2 DIE ERZEUGUNG NORMIERTER NORMALVERTEILTER ZUFALLSZAHLEN 465
9.7.3 DIE ERZEUGUNG VON ZUFALLSWERTEN VORGEGEBENER
WAHRSCHEINLICHKEITSVERTEILUNGEN 466
9.7.4 DIE ERZEUGUNG MITEINANDER KORRELIERTER ZUFALLSWERTE 467
9.8 RECHNEN MIT KALENDERDATEN 468
LITERATUR 469
LITERATUR 471
SACHVERZEICHNIS 475 |
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