Betriebsfestigkeit — Eine Einführung in die Begriffe und ausgewählte Bemessungsgrundlagen: Herrn Prof. Dr.-Ing. V. Grubišić zum 75. Geburtstag gewidmet

Cetin Morris Sonsino

doi:10.3139/120.100862

Article

Requires Authentication

Betriebsfestigkeit — Eine Einführung in die Begriffe und ausgewählte Bemessungsgrundlagen

Herrn Prof. Dr.-Ing. V. Grubišić zum 75. Geburtstag gewidmet

Cetin Morris Sonsino
Cetin Morris Sonsino
Darmstadt

Search for this author in:

De Gruyter De Gruyter Brill | Google Scholar

Published/Copyright: May 26, 2013

Purchase Article

$42.00

Published by

Become an author with De Gruyter Brill

Submit Manuscript Author Information

From the journal Materials Testing Volume 50 Issue 1-2

Kurzfassung

Die moderne Betriebsfestigkeit wird nicht mehr im Gaßner'schen Sinne nur als das Festigkeitsverhalten unter zeitlich veränderlichen zyklischen Betriebsbelastungen bzw. -beanspruchungen definiert. Sie bezieht auch die Interaktion mit weiteren Belastungsarten ein, wie Sonderbelastungen mit bleibenden Verformungen, die die bestimmungsgemäße Einsatzdauer nicht beeinträchtigen, Missbrauch, Kriechen und Verschleiß. Für eine betriebsfeste Bemessung ist neben den klassischen Kennwerten Wöhler- und Gaßnerlinien auch die Kenntnis über die Formdehngrenze eines Bauteils, seines möglichen Bruchverhaltens unter schlagartiger Belastung (Missbrauch), des Kollektives, der anzusetzenden Schädigungshypothese zur Lebensdauerabschätzung und der geforderten rechnerischen Ausfallwahrscheinlichkeit erforderlich. Der Beitrag führt hierbei in die neuzeitlichen Begriffe der Betriebsfestigkeit und ausgewählte Bemessungsgrundlagen ein.

Abstract

The modern structural durability is not defined anymore in the sense of its founder Ernst Gaßner as the strength behaviour only under cyclic variable amplitude loading. It includes also the interaction between other loading types as special events with tolerable plastic deformations which do not affect the required life duration, misuse, creep and wear. For a structural durability design also the knowledge of the structural yield point of the component, of its possible fracture behaviour under an impact loading (misuse), of the load spectrum, the damage accumulation hypothesis to be applied and the required theoretical probability of survival are required beside the classical Woehler- and Gaßner-lines. The article gives a short overview on the modern terminology of structural durability and on selected basic principles.

Prof. Dr.-Ing. Cetin Morris Sonsino studierte an der Technischen Universität Darmstadt (TUD) Maschinenbau und ist seit 1973 wissenschaftlicher Mitarbeiter des Fraunhofer-Instituts für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF, Darmstadt. Er promovierte 1982 auf dem Gebiet der „Kaltverformung und Kurzzeitschwingfestigkeit‟ an der TU Darmstadt. Seit 1990 hat er an der Universität des Saarlandes, Saarbrücken, und seit 2002 an der TU Darmstadt einen Lehrauftrag über „Betriebsfestigkeit — Bauteilgebundenes Werkstoffverhalten‟. Prof. Sonsino ist Obmann des DVM-Arbeitskreises Betriebsfestigkeit und stellvertretender Institutsleiter des LBF.

Literatur

1 E.Gassner: Festigkeitsverhalten mit wiederholter Beanspruchung im Flugzeugbau, Luftwissen6 (1939), S. 61–64Search in Google Scholar

2 V.Grubisˇic´: Criteria and methodology for lightweight design of vehicle components subjected to random loads, SAE Paper No. 850367 (1985), Warrendale, USA10.4271/850367Search in Google Scholar

3 V.Grubisˇic´: Nutzfahrzeugräder aus Aluminium, Eigenschaften und Bemessungskriterien, 3. Int. Symposium “Alu-minium und Automobil” in Düsseldorf, Aluminium-Verlag, Düsseldorf (1988), S. 195–202Search in Google Scholar

4 V.Grubisˇic´, G.Fischer, C. M.Sonsino: Das Bruchverhalten von Fahrwerkskomponenten, Materialprüfung34 (1992), Hefte 3 und 4, S. 53–57 und S. 91–93Search in Google Scholar

5 V.Grubisˇic´: Determination of load spectra for design and testing, Journal of Vehicle Design15 (1994), 1/2, S. 8–26Search in Google Scholar

6 Grubisˇic´: Bedingungen und Forderungen für einen zuverlässigen Betriebsfestigkeitsnachweis, DVM-Bericht125 (1998), S. 9–22Search in Google Scholar

7 C. M.Sonsino: Einfluss der Werkstoffzähigkeit auf das Festigkeitsverhalten unter mehrachsiger Beanspruchung am Beispiel von Schweißverbindungen aus Stahl und Aluminium, Mat.-wiss. u. Werkstofftech.34 (2003), 2, S. 189–19610.1002/mawe.200390028Search in Google Scholar

8 C. M.Sonsino: Lightweight design chances using high-stregth steels, Mat.-wiss. u. Werkstofftech.38 (2007), 1, S. 9–2210.1002/mawe.200600090Search in Google Scholar

9 C. M.Sonsino, A.Berg, V.Grubisˇic´: Betriebsfestigkeit von Aluminium-Sicherheitsbauteilen – Stand der Technik, Materialprüfung47 (2005), Heft 7/8, S. 404–409Search in Google Scholar

10 M.Hauke: Simulation des Missbrauchverhaltens von Gesamtfahrzeugen, Dissertation, TU München (2003)Search in Google Scholar

11 V.Grubisˇic´, C. M.Sonsino: Influence of local strain distribution on low-cycle fatigue behaviour of thick walled structures, C. Amzallag, B. N. Leis, P. Rabbe (Eds.): Low-Cycle Fatigue and Life Prediction, ASTM STP770 (1982), S. 612–629Search in Google Scholar

12 O.Buxbaum: Betriebsfestigkeit – Sichere und wirtschaftliche Bemessung schwingbruchgefährdeter Bauteile, 2. erweiterte Auflage, Verlag Stahleisen, Düsseldorf (1992)Search in Google Scholar

13 E.Gassner, H.Pries: Zeit- und Dauerfestigkeitsschaubilder für stabartige Bauteile aus Cr-Mo-Stahl, Duraluminium, Hydronaluminium und Elektron, Luftwissen8 (1941), 3, S. 1–4Search in Google Scholar

14 I.Marines, X.Bin, C.Bathias: An understanding of very high cycle fatigue of metals, Int. J. Fatigue25 (2003), S. 1101–110710.1016/S0142-1123(03)00147-6Search in Google Scholar

15 C.Bathias, P. C.Paris: Gigacycle fatigue in mechanical practice, Marcel Dekker Publishing, New York (2006), ISBN-No. 0-8247-2313-9Search in Google Scholar

16 C.Berger, B.Kaiser: Results of long-term fatigue tests on helical compression springs, Proceedings of 3rd Int. Conf. On Very High Cycle Fatigue, Kusatsu, Japan (2004), S. 342–349Search in Google Scholar

17 C. M.Sonsino: Dauerfestigkeit – Eine Fiktion, Konstruktion4 (2005), S. 87–92Search in Google Scholar

18 C. M.Sonsino: Course of SN-curves especially in the high-cycle regime with regard to component design and safety, Int. J. Fatigue (2007), demnächst10.1016/j.ijfatigue.2006.11.015Search in Google Scholar

19 E.Haibach: Betriebsfestigkeit: Verfahren und Daten zur Bauteilberechnung, Springer-Verlag, 2. erweiterte Auflage, Düsseldorf (2003)Search in Google Scholar

20 P.Heuler, H.Klätschke: Generation and Use of Standardized Load Spectra and Load-Time Histories, Int. J. Fatigue27 (2005), 8, S. 974–99010.1016/j.ijfatigue.2004.09.012Search in Google Scholar

21 L.Jung, H.Zenner: Einfluss von Überlasten und Kollektivänderungen auf die Lebensdauer von Schweißverbindungen, Schweißen und Schneiden47 (1995), 6, S. 488–493Search in Google Scholar

22 C. M.Sonsino, H.Kaufmann, J.Foth, F.Jauch: Fatigue strength of driving shafts of automatic transmission gearboxes under operational torques, SAE Transact. Sect. 5, Journal of Materials and Manufacturing 106 (1997), S. 635–648Search in Google Scholar

23 H.Kaufmann, C. M.Sonsino, G.Demofonti, S.Riscifuli: High-strength steels in welded state for light-weight constructions under high and variable stress peaks, Steel Research International (2008), demnächst10.1002/srin.200806142Search in Google Scholar

24 C. M.Sonsino, R.Zinke, R.Heim, H.Hanselka: Fahrwerksbauteile aus EN-GJS-400-15 und EN-GJS-800-8 (ADI) unter quasistatischen, schlagartigen und zyklischen Betriebsbelastungen, Gießereiforschung57 (2005), 4, S. 26–32Search in Google Scholar

25 C.Pohl, J.Laakmann, C. M.Sonsino, R.Heim, H.Hanselka: Betriebsfestigkeit von Magnesium-Gussbauteilen unter schlagartigen und zyklischen Beanspruchungen ohne und mit plastischen Vorverformungen infolge von Sonderbelastungen, Mat.-wiss. u. Werkstofftech.37 (2006), 10, S. 797–80510.1002/mawe.200600046Search in Google Scholar

26 C.Pohl, J.Laakmann, C. M.Sonsino, R.Heim, H.Hanselka: Betriebsfestigkeit von Getriebelagerungen aus Magnesium-Pressgusslegierungen, ATZ109 (2007), S. 177–183Search in Google Scholar

27 B.Hänel, E.Haibach, T.Seeger, G.Wirthgen, H.Zenner: FKM-Richtlinie – Rechnerischer Festigkeitsnachweis für Maschinenbauteile, FKM-Forschungsheft Nr. 183, 4. erweiterte Ausgabe, Frankfurt/M (2002)Search in Google Scholar

28 T.Seeger: Grundlagen für Betriebsfestigkeitsnachweise. Stahlbauhandbuch – Band 1, Teil B, Stahlbau-Verlagsgesellschaft mbH, Köln (1996), S. 5–123Search in Google Scholar

29 D.Radaj, C. M.Sonsino, W.Fricke: Fatigue Assessment of Welded Joints by Local Approaches, 2nd extended edition, Woodhead Publishing, Cambridge (2006)10.1201/9781439832806Search in Google Scholar

30 D.Radaj, M.Vormwald: Ermüdungsfestigkeit – Grundlagen für Ingenieure, 3. erweiterte Auflage, Springer-Verlag, Berlin (2007)Search in Google Scholar

31 K.-H.Schwalbe: Bruchmechanik metallischer Werkstoffe, Carl Hanser Verlag, München (1980)Search in Google Scholar

32 C.Berger, J. G.Blauel, L.Hodulak, B.Wurm: FKM-Richtlinie – Bruchmechanischer Festigkeitsnachweis, FKM-Forschungsheft Nr. 258, Frankfurt/M (2001)Search in Google Scholar

33 J.Schijve: Fatigue of Structures and Materials, Kluwer Academic Publishers, AH Dordrecht (2001)Search in Google Scholar

34 C. M.Sonsino: Principles of variable amplitude fatigue design and testing, P. C. McKeighan, N. Ranganathan (Eds.): Fatigue Testing and Analysis under Variable Amplitude Loading Conditions, ASTM STP1439 (2005), S. 3–2310.1520/STP11294SSearch in Google Scholar

35 C. M.Sonsino: Fatigue testing under variable amplitude loading, Int. J. Fatigue29 (2007), S. 1080–108910.1016/j.ijfatigue.2006.10.011Search in Google Scholar

36 C. M.Sonsino: Limitations in the use of RMS-values and equivalent stresses in variable amplitude loading, Int. J. Fatigue11 (1989), 3, S. 142–15210.1016/0142-1123(89)90433-7Search in Google Scholar

37 A.Wöhler: Über die Festigkeitsversuche mit Eisen und Stahl, Z. f. Bauwesen20 (1870), S. 73–106Search in Google Scholar

38 D.Schütz, H.Lowak: Zur Verwendung von Bemessungsunterlagen aus Versuchen mit betriebsähnlichen Lastfolgen zur Lebensdauerabschätzung. Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit (LBF), Darmstadt, Bericht Nr. FB-109 (1976)Search in Google Scholar

39 A.Palmgren: Die Lebensdauer von Kugellagern, VDI-Z.68 (1924), S. 339–341Search in Google Scholar

40 M. A.Miner: Cumulative Damage in Fatigue, J. Applied Mechanics12 (1945), S. 159–16410.1115/1.4009458Search in Google Scholar

41 J. L.Chaboche, P. M.Lesne: A non-linear continuous fatigue damage model, Fatigue and Fracture of Eng. Mat. and Structures11 (1988), 1, S. 1–710.1111/j.1460-2695.1988.tb01216.xSearch in Google Scholar

42 H.Zenner, J.Lui: Vorschlag zur Verbesserung der Lebensdauerabschätzung nach dem Nennspannungskonzept, Konstruktion44 (1992), S. 9–17Search in Google Scholar

43 A.Fatemi, L.Yang: Cumulative fatigue damage and life prediction theories: AQ survey of the state of the art for homogeneous materials, Int. J. Fatigue20 (1998), 1, S. 9–3410.1016/S0142-1123(97)00081-9Search in Google Scholar

44 W.Schütz, H.Zenner: Schadens-akkumulationshypothesen zur Lebensdauervorhersage bei schwingender Beanspruchung, Zeitschrift für Werkstofftechnik4 (1973), 1 und 2, S. 25–25 und S. 97–10210.1002/mawe.19730040211Search in Google Scholar

45 K.-H.Eulitz, K. L.Kotte: Damage accumulation – Limitations and perspectives for fatigue life assessment, Proceedings of Materials Week 2000, Werkstoffwoche-Partnerschaft, Frankfurt (2000), URL: www.materialsweek.org/proceedingsSearch in Google Scholar

46 K.-G.Eulitz, P.Heuler, K. L.Kotte: Lebensdauerabschätzung von Schweißverbindungen unter variablen Amplituden – Berechnung und Experiment, Festigkeit gefügter Bauteile, DVS-Bericht Nr.236 (2005), S. 36–42Search in Google Scholar

47 H.Ostermann: Kennzeichnung der Dauerfestigkeit durch Mittelwert und Streuung, Beispiele angewandter Forschung, Fraunhofer-Gesellschaft, München (1965), S. 33–40Search in Google Scholar

48 R.Adenstedt: Streuung der Schwingfestigkeit, Dissertation, Universität Clausthal (2002)Search in Google Scholar

49 V.Grubisˇic´: Verfahren zur optimalen Bemessung von Fahrzeugrädern. LBF-Bericht Nr. FB-86 (1970), Teil I und IISearch in Google Scholar

50 R. I.Stephens, A.Fatemi, R. R.Stephens, H. O.Fuchs: Metal Fatigue in Engineering, 2nd Edition, John Wiley & Sons Inc., New York (2001)Search in Google Scholar

51 C. M.Sonsino: Versuchszeitverkürzung in der Betriebsfestigkeit, Materialprüfung45 (2003), 4, S. 133–144Search in Google Scholar

52 A.Hobbacher: Recommendations for fatigue design of welded joints and components, International Institute of Welding (IIW), IIW-Doc. No. 1823-07, XIII-2151-07, XV-1254-07, 2007Search in Google Scholar

53 ASME Boiler and Pressure Vessel Code, Section III, Division 1, Subsection NA, Article XIV-1212, Subsection NB-3352.4, New York (1984)Search in Google Scholar

Online erschienen: 2013-05-26

Erschienen im Druck: 2008-02-01

You are currently not able to access this content.

Not sure if you should have access? Please log in using an institutional account to see if you have access to view or download this content.

Purchase Article

$42.00

You are currently not able to access this content.

Not sure if you should have access? Please log in using an institutional account to see if you have access to view or download this content.

Purchase Article

$42.00

Articles in the same Issue

https://doi.org/10.3139/120.100862