Volume 50, Issue 7-8

Kurzfassung Zulässige Spannungen (FAT-Werte) für die schwingfeste Bemessung von Schweißverbindungen nach den Kerbspannungskonzepten mit den Referenzradien r ref = 1,00 mm für dickwandige Bauteile (t ≥ 5 mm) bzw. 0,05 mm für dünnwandige Konstruktionen (t < 5mm) werden in der Literatur angegeben, ohne zu präzisieren, für die Anwendung welcher Vergleichsspannungshypothese sie gültig sind. Da die örtlichen Vergleichsspannungen sowohl nach der Hauptspannungs- als auch nach der Gestaltsänderungsenergiehypothese (von Mises) berechnet werden können, ist bei der Angabe der zulässigen Spannungen eine Differenzierung nach beiden Hypothesen erforderlich, um je nach angewendeter Hypothese die zutreffende Auswahl zu ermöglichen. Aufgrund bisher verfügbarer Ergebnisse werden FAT-Werte für Stahl, Aluminium und Magnesium für die o.g. Referenzradien nach der Hauptspannungs- und Gestaltsänderungsenergiehypothese sowohl ausgehend von Normal- als auch ausgehend von Schubspannungen zusammengestellt und vorgeschlagen. Die nach den verschiedenen Festigkeitshypothesen ermittelten Kennwerte sind nicht in allen Fällen miteinander kompatibel. Bezüglich der Bewertung von örtlichen mehrachsigen Spannungszuständen unter kombinierten Normal- und Schubbeanspruchungen wird die Anwendung der modifizierten Gough-Pollard-Beziehung empfohlen, um die festgestellte Inkompatibilität zu überwinden.

Kurzfassung Der Einsatz mechatronischer Systeme im Fahrzeugbau gewinnt zunehmend an Bedeutung. Insbesondere werden zur Verbesserung der Fahrdynamik und des Fahrkomforts im Fahrwerksbereich solche Regelsysteme eingesetzt. Beispiele hierfür sind Wankstabilisierer und verstellbare Dämpfer, die Auswirkungen auf die Bauteilbelastungen sowohl von Fahrwerks- als auch von Karosseriebauteilen aufweisen. Um diese Bauteile in der Entwicklungsphase hinsichtlich der Betriebsfestigkeit bewerten zu können, müssen solche Systeme sowohl in der Phase der rechnerischen Auslegung als auch in der experimentellen Absicherung integriert werden. Der vorliegende Beitrag erläutert anhand von Beispielen derzeitige Lösungsansätze und zeigt die zukünftigen Herausforderungen auf.

Kurzfassung Bei der Anwendung von Magnesium als Konstruktionswerkstoff stellt sich aufgrund der begrenzten Korrosionsbeständigkeit die Frage des Einflusses korrosiver Umweltbedingungen auf das Festigkeitsverhalten. Bei experimentellen Untersuchungen ist zweckmäßigerweise eine an die im praktischen Anwendungsfall auftretenden Schädigungsformen angepasste Abbildung kritischer Korrosionserscheinungsformen — unter Beibehaltung der für diese ursächlichen Schädigungsmechanismen — anzustreben. Verschiedene bei der experimentellen Simulation relevante Einflussgrößen auf den Schädigungsvorgang mechanisch-korrosiv beanspruchter Magnesiumlegierungen werden diskutiert.

Kurzfassung Dieser Beitrag soll die Begriffe „schädigungsäquivalente‟ und „auslastungsäquivalente‟ Amplitude verdeutlichen und eine Sensitivität für deren Anwendung herstellen. Aufgrund der aufgezeigten Schwierigkeiten in der Handhabung der schädigungsäquivalenten Amplitude wird empfohlen, die auslastungsäquivalente Amplitude zu verwenden. Es wird gezeigt, dass die auslastungsäquivalente Amplitude eine sinnvolle Möglichkeit zum Vergleich von Messkollektiven mit einem Referenzwert ist. Im Falle der Radsatzwellennormen EN13104 bzw. EN13103 muss jedoch der dort definierte Sicherheitswert evtl. modifiziert werden.

Kurzfassung Die Berechnung der Schwingfestigkeit hat in den letzten Jahren für die Bauteilentwicklung an Bedeutung gewonnen. Der heutige Stand im technischen Regelwerk zum Oberflächeneinfluss basiert auf einem Kenntnisstand, der 50 Jahre zurückliegt und damit den mit modernen Fertigungsverfahren erzeugten Zustand der Randschicht nicht ausreichend berücksichtigt. Die vorliegende Untersuchung zeigt, dass der Einfluss der Oberfläche auf die Schwingfestigkeit nur beschreibbar ist, wenn der Eigenspannungszustand berücksichtigt wird. Es wird ein Konzept vorgeschlagen und verifiziert, mit dem die Dauerfestigkeit zutreffend berechnet werden kann, wenn die statische Festigkeit, die Eigenspannungen und die Oberflächentopographie bekannt sind. Ein Vorschlag für die Abschätzung des Eigenspannungsfaktors mit der Schubspannungsintensitätshypothese (SIH), bei ungünstigem Eigenspannungszustand, liefert gute Ergebnisse.

Kurzfassung Um die Erhöhung der Wirtschaftlichkeit von Radsatzwellen bei gleichzeitig höchster Sicherheit zu ermöglichen, besteht die Anforderung, Inspektionsintervalle mithilfe der Bruchmechanik festzulegen. Dabei spielen sowohl Ergebnisse von Betriebsmessungen als auch die Werkstoffuntersuchungen an M(T)-Proben eine bedeutende Rolle. Ergänzt und validiert werden diese Untersuchungen mit Versuchen an bauteilähnlichen Proben im Maßstab 1:3 und 1:1. Die Untersuchungen zum Rissfortschrittsverhalten unter konstanter Beanspruchung sind abgeschlossen. Der Vergleich zwischen den berechneten Restlebensdauern für Radsatzwellen und den Versuchen zeigt bei einstufiger Beanspruchung eine gute Übereinstimmung.

Kurzfassung Mit dem Kerbspannungskonzept mit einem fiktiven Ersatzradius von r = 0,05 mm werden die besten Berechnungsergebnisse erzielt. Es können dabei die Laser- wie auch die MSG-Nähte für fast alle Versuche unter schwellender Beanspruchung bei demselben Grundwerkstoff in eine Masterwöhlerlinie unter geringer Streuung vereint werden. Zusätzlich können auch Steppnähte und Durchgangsnähte mit ungleichmäßiger Beanspruchung als Volumenmodell berechnet werden und in die oben genannte Masterwöhlerlinie eingefügt werden.

Kurzfassung Überlagerte Mittelspannungen können einen erheblichen Einfluss auf die Lebensdauer von Bauteilen unter schwingender Beanspruchung haben. Im Verlauf einer Lebensdauerberechnung kann ihr Einfluss auf die ertragbare Spannungsamplitude mithilfe der Mittelspannungsempfindlichkeit berücksichtigt werden. Nach verschiedenen Ansätzen wird die Mittelspannungsempfindlichkeit als konstant angenommen oder in Abhängigkeit von Zug- oder Wechselfestigkeit abgeschätzt. Die Treffsicherheit dieser Ansätze bei Feinblechen wird anhand von Wöhlerversuchen untersucht. Ein neuer Ansatz zur Abschätzung der Mittelspannungsempfindlichkeit mithilfe künstlicher neuronaler Netze zeigt, dass die Mittelspannungsempfindlichkeit neben der Zugfestigkeit auch von der Formzahl bzw. vom Spannungsgradienten abhängt. Die Übertragbarkeit der Mittelspannungsempfindlichkeit vom Probestab auf eine Struktur aus umgeformtem Feinblech wird abschließend durch den Vergleich von Berechnung und Versuch überprüft.

Kurzfassung Clausthal-Zellerfeld galt bereits vor knapp 200 Jahren als technologische Hochburg in Deutschland. Für den Bereich der Materialforschung und Betriebsfestigkeit gilt diese Aussage noch heute. Sowohl die technische Universität als auch aus ihr hervorgegangene Firmen sind weltweit bekannt und Marktführer in speziellen Prüftechnologien. In diesem Beitrag wird ein Überblick über eine Auswahl von Erfindungen in der Historie und neuesten Entwicklungen gegeben, die in der SincoTec Bauteil-Prüftechnik gemacht wurden.

Kurzfassung Die Lastannahmen sind ein wesentlicher, wenn nicht der bedeutendste Teil der Vorarbeiten von Berechnung, Konstruktion, Fertigung, Prüfung und Überlegung zu Nutzungszeit und Lebensdauer von Komponenten, Maschinen und Anlagen. Die Ausgangslage bildet das „System‟ mit einer gedachten Funktion. Sein Verhalten ist Grundlage der Festigkeit unter Betriebsbedingungen. Lastannahmen haben viele Randbedingungen zu berücksichtigen und sollen auch besondere Ereignisse einbeziehen, die sich dem „schnellen‟ Denken gern entziehen. Beispiele für Annahmen bei auftretenden und ertragbaren Beanspruchungen werden bildhaft dargestellt. Über diese Thematik hat der Autor häufig mit H. Zenner diskutiert. Er und seine Mitarbeiter haben auch die FVA-Forschungsvorhaben „Sonderereignisse‟ bearbeitet. Jegliche Zusammenarbeit war fruchtbar und erfreulich, so dass der Dank auch an dieser Stelle zu Recht steht. Die nachstehenden Ausführungen sind insbesondere für Jüngere, Nachfolgende gedacht; Gespräche mit solchen haben gezeigt, dass einige Hinweise auf Zusammenhänge zwischen den Begriffen des Themas zweckdienlich sein können. Zum Thema ist auch der DVM-Bericht 134 des DVM-AK „Betriebsfestigkeit‟ zu „Lastannahmen und Betriebsfestigkeit‟ im Oktober 2007 in Wolfsburg zu empfehlen.