TY - THES

T1 - Auswirkungen verschiedener Lastinteraktionen auf das Lebensdauerverhalten eines Vergütungsstahls

AU - Garb, Christian

N1 - gesperrt bis null

PY - 2014

Y1 - 2014

N2 - Komplexe Last-Zeit-Verläufe und im Betrieb auftretende Überlasten sind ein zunehmend bedeutend werdender Faktor in der Betriebsfestigkeit. Diese in der Lebensdauerberechnung zu berücksichtigen ist aus heutiger Sicht nur teilweise möglich. Ziel dieser Arbeit ist es, anhand eines Vergütungsstahls Methodiken zu erarbeiten und nötige Messgrößen zu isolieren, welche die versuchsbasierende Berücksichtigung komplexer Lastinteraktionen ermöglichen. Zunächst wird das quasistatische Verformungsverhalten des betrachteten Werkstoffes unter Zug- und Druckbelastung charakterisiert. Der Verlauf der quasistatischen Verformungseigenschaften wird mittels Näherungsfunktionen mathematisch formuliert. Es wird der Einfluss einer zyklischen Belastung mit hoher Mittelspannung und vergleichsweise kleiner Amplitudenspannung untersucht. Die Auswirkungen der Variation an Vorlast-Zyklen auf die Lebensdauer bei zyklischer Belastung unter wechselnder Last werden betrachtet. Ein Einfluss auf die Lebensdauer unter wechselnder zyklischer Belastung zeigt sich nur minimal durch die ersten Vorlast-Zyklen, danach ist innerhalb eines Streubandes keine Veränderung der Lebensdauer ersichtlich. Der Einfluss einer quasistatischen Vordehnung auf die Lebensdauer des Werkstoffes bei einer darauffolgenden zyklischen Belastung wird untersucht. Dabei wird einerseits das Niveau der quasistatischen Vordehnung, andererseits das darauffolgende Spannungsamplitudenniveau variiert. Die Ergebnisse werden zunächst in Anlehnung an die ASTM E 739, einer Empfehlung zur statistischen Auswertung von Schwingfestigkeitsversuchen, je Spannungsamplitudenniveau ausgewertet, wobei ein deutlicher Einfluss der Vordehnung auf die Lebensdauer festgestellt werden kann. Mit steigender Vordehnung sinkt die zyklische Lebensdauer des hier betrachteten Werkstoffes. Bei einer Vordehnung von 1 % wird die Lebensdauer bei der höchsten betrachteten Spannungsamplitude um bis zu 66 % abgemindert. Es wird ein dreiparametriger Näherungsansatz verfolgt um alle Versuchspunkte beschreiben zu können. Der entwickelte Näherungsansatz bildet das Lebensdauerverhalten, bezogen auf die jeweils betrachteten Spannungsamplitudenniveaus, verglichen mit den ASTM-Auswertungen unter Berücksichtigung einer gewisser Streuung, ausreichend ab. Es wird auch ein vereinfachter Näherungsansatz basierend auf Standardmaterialkennwerten entwickelt. Abschließend wird der Einfluss der zeitlichen Lage und der Anzahl einer quasistatisch eingebrachten Überlast während einer zyklischen Belastung untersucht. Je früher eine Überlast während einer zyklischen Belastung eingebracht wird, desto geringer fällt die Lebensdauer des Werkstoffes aus. Die Anzahl direkt aufeinanderfolgender Überlasten hat einen eher geringen Einfluss auf die Abnahme der Lebensdauer des untersuchten Werkstoffes. Die Erhöhung der Anzahl an periodisch eingestreuten Überlasten während einer zyklischen Belastung hat sehr wohl einen abmindernden Effekt auf die Lebensdauer des Werkstoffes.

AB - Komplexe Last-Zeit-Verläufe und im Betrieb auftretende Überlasten sind ein zunehmend bedeutend werdender Faktor in der Betriebsfestigkeit. Diese in der Lebensdauerberechnung zu berücksichtigen ist aus heutiger Sicht nur teilweise möglich. Ziel dieser Arbeit ist es, anhand eines Vergütungsstahls Methodiken zu erarbeiten und nötige Messgrößen zu isolieren, welche die versuchsbasierende Berücksichtigung komplexer Lastinteraktionen ermöglichen. Zunächst wird das quasistatische Verformungsverhalten des betrachteten Werkstoffes unter Zug- und Druckbelastung charakterisiert. Der Verlauf der quasistatischen Verformungseigenschaften wird mittels Näherungsfunktionen mathematisch formuliert. Es wird der Einfluss einer zyklischen Belastung mit hoher Mittelspannung und vergleichsweise kleiner Amplitudenspannung untersucht. Die Auswirkungen der Variation an Vorlast-Zyklen auf die Lebensdauer bei zyklischer Belastung unter wechselnder Last werden betrachtet. Ein Einfluss auf die Lebensdauer unter wechselnder zyklischer Belastung zeigt sich nur minimal durch die ersten Vorlast-Zyklen, danach ist innerhalb eines Streubandes keine Veränderung der Lebensdauer ersichtlich. Der Einfluss einer quasistatischen Vordehnung auf die Lebensdauer des Werkstoffes bei einer darauffolgenden zyklischen Belastung wird untersucht. Dabei wird einerseits das Niveau der quasistatischen Vordehnung, andererseits das darauffolgende Spannungsamplitudenniveau variiert. Die Ergebnisse werden zunächst in Anlehnung an die ASTM E 739, einer Empfehlung zur statistischen Auswertung von Schwingfestigkeitsversuchen, je Spannungsamplitudenniveau ausgewertet, wobei ein deutlicher Einfluss der Vordehnung auf die Lebensdauer festgestellt werden kann. Mit steigender Vordehnung sinkt die zyklische Lebensdauer des hier betrachteten Werkstoffes. Bei einer Vordehnung von 1 % wird die Lebensdauer bei der höchsten betrachteten Spannungsamplitude um bis zu 66 % abgemindert. Es wird ein dreiparametriger Näherungsansatz verfolgt um alle Versuchspunkte beschreiben zu können. Der entwickelte Näherungsansatz bildet das Lebensdauerverhalten, bezogen auf die jeweils betrachteten Spannungsamplitudenniveaus, verglichen mit den ASTM-Auswertungen unter Berücksichtigung einer gewisser Streuung, ausreichend ab. Es wird auch ein vereinfachter Näherungsansatz basierend auf Standardmaterialkennwerten entwickelt. Abschließend wird der Einfluss der zeitlichen Lage und der Anzahl einer quasistatisch eingebrachten Überlast während einer zyklischen Belastung untersucht. Je früher eine Überlast während einer zyklischen Belastung eingebracht wird, desto geringer fällt die Lebensdauer des Werkstoffes aus. Die Anzahl direkt aufeinanderfolgender Überlasten hat einen eher geringen Einfluss auf die Abnahme der Lebensdauer des untersuchten Werkstoffes. Die Erhöhung der Anzahl an periodisch eingestreuten Überlasten während einer zyklischen Belastung hat sehr wohl einen abmindernden Effekt auf die Lebensdauer des Werkstoffes.

KW - life prediction model

KW - pre-strain

KW - overload

KW - ratcheting

KW - cold work hardening

KW - load chronology

KW - fatigue life

KW - Lebensdauermodell

KW - Vordehnung

KW - Überlast

KW - zyklisches Kriechen

KW - Kaltverfestigung

KW - Reihenfolgeeinfluss

M3 - Diplomarbeit

ER -