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Main Title: Nennspannungsunabhängige Lebensdauervorhersage auf der Grundlage linear elastischer Finite-Elemente-Methode Berechnungen
Author(s): Mourier, Christian
Advisor(s): Mertens, Heinz
Granting Institution: Technische Universität Berlin, Fakultät V - Verkehrs- und Maschinensysteme
Type: Doctoral Thesis
Language: German
Language Code: de
Abstract: In der Arbeit wird ein neuartiges Konzept zur Lebensdauervorhersage für mehrachsig, periodisch schwingbeanspruchte metallische Bauteile vorgestellt. Für diese periodisch schwingenden Beanspruchungen sind Lebensdauervorhersagen für den ganzen Lastwechselzahlbereich möglich, der sich von der Dauerfestigkeit bis zur Kurzzeitfestigkeit erstreckt. Durch die Entwicklung neuer Invarianten für den dreiachsigen Beanspruchungszustand ist es möglich, die Lebensdauer auch an nicht lastfreien Oberflächen genauer als bisher vorherzusagen. Außerdem bildet diese Neuerung einen Einstieg in das große Gebiet der Lebensdauerbewertung randschichtverfestigter Bauteile, deren Versagensort größtenteils unterhalb der Oberfläche liegt, wo i.a. ein dreiachsiger Spannungszustand herrscht. Bei mehrachsigen, mit unterschiedlichen Frequenzen schwingenden Beanspruchungen wird die maßgebliche Vergleichsspannungs-Amplitude aus einer Vergleichsspannungs-Zeitfunktion berechnet. Die Amplituden unterschiedlicher Frequenzen werden unabhängig voneinander gebildet. Die Kopplung der einzelnen Frequenzen zur Gesamtanstrengung erfolgt über die Phasenlagen, die aus einer Phasenfunktion gewonnen werden. Für inhomogene Beanspruchungen -beispielsweise durch Kerben- wird die Lebensdauervorhersage allein auf der Basis der Kerbspannungen einer linear elastischen FEM-Berechnung durchgeführt. Das Konzept der Lebensdauervorhersage ist unabhängig von Nennspannungen und Kerbgeometriefaktoren -beispielsweise der Kerbformzahl- formuliert. Um diese Unabhängigkeit zu erreichen, wird ein neues Volumenkonzept vorgeschlagen. Mit Hilfe dieses Konzeptes wird bei der Berechnung der Mikrostützziffern nicht nur eine Raumrichtung wie bei dem klassischen Gradientenkonzept berücksichtigt, sondern es fließen im Sinne der Nachbarschaft, alle Spannungszustände innerhalb eines Teilvolumens in die Berechnung ein. Für die Berechnung der Makrostützwirkungen wird das untere Niveau der modifizierten Neuber-Hyperbel ebenfalls durch ein Volumenkonzept bestimmt. Dabei wird außerdem eine neue Vorgehensweise zur Ermittlung der maßgeblichen Fließbehinderung aus den Ergebnissen der FEM-Berechnung vorgestellt, die unabhängig von der Belastungsart formuliert ist. Im Gesamtkonzept wird die in der Konstruktion übliche Vorgehensweise der Lebensdauerberechnung auf der Basis von Spannungen und lastspielzahlabhängigen Haigh-Schaubildern konsequent beibehalten. Das bedeutet, daß der örtliche Beanspruchungszustand grundsätzlich auf eine rein wechselnde, äquivalente Belastung des glatten Stabes zurückgerechnet wird. Eine gute Übereinstimmung von Rechnung und Versuch zeigt die Nachrechnung der Dauerfestigkeitsergebnisse glatter Bauteile unter mehrfrequenter Belastung. Dies gilt auch für die Nachrechnung der Wöhlerlinien gekerbter Bauteile. Hierbei fällt besonders auf, daß mit dem vorgestellten Konzept die bauteil- und belastungsabhängigen Steigungen der Wöhlerlinien sehr gut vorhergesagt werden.
URI: urn:nbn:de:kobv:83-opus-1935
http://depositonce.tu-berlin.de/handle/11303/588
http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-291
Exam Date: 9-Aug-2001
Issue Date: 5-Jun-2002
Date Available: 5-Jun-2002
DDC Class: 620 Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
Subject(s): Dauerfestigkeit
Kerbspannungen
Lebensdauer
Makrostützwirkung
Mehrachsigkeit
Mikrostützwirkung
Nennspannungen
Stützwirkung
Zeitfestigkeit
Fatigue
Fatigue life prediction
Multiaxial stress
Nominal stress
Notch stress
Usage rights: Terms of German Copyright Law
Appears in Collections:Technische Universität Berlin » Fakultäten & Zentralinstitute » Fakultät 5 Verkehrs- und Maschinensysteme » Publications

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