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T1 - Einfluss von Überlasten auf die Langzeitfestigkeit

AU - Theil, Norbert

N1 - nicht gesperrt

PY - 2016

Y1 - 2016

N2 - Aufgabestellung: Ziel der vorliegenden Doktorarbeit ist die Untersuchung des Überlastverhaltens an einem Feinkornbaustahl S500MC auf Zug-Druck Schwingbeanspruchung. Auf diesen Ergebnissen soll eine verbesserte rechnerische Methodik zur Abschätzung der Lebensdauer ausgearbeitet werden, welche in der Lage ist den Einfluss von Überlastblöcken zu berücksichtigen. Die verbesserte Berechnungsmethodik soll sich für ein breites Spektrum metallischer Werkstoffe eignen. Erkenntnisse: Als erstes wurde der Einfluss von Kantenbearbeitungszuständen auf die Lebensdauer untersucht. Dabei wurden Flachproben aus S500MC mit vier unterschiedlichen Nachbearbeitungsmethoden geprüft. Generell konnte man feststellen, dass unabhängig von der Nachbearbeitungsmethode die Lebensdauer der Flachproben gegenüber den nicht nachgebearbeiteten Proben um Faktor drei gesteigert wurde. Die Ergebnisse zeigen, dass gerade bei hochbelasteten Bauteilen die Nachbearbeitung der Schnittkanten nicht nur aus sicherheitstechnischer sondern auch aus schwingfestigkeitstechnischer Sicht sinnvoll und notwendig ist. Als nächstes wurde der Einfluss von Überlasten auf die Langzeitfestigkeit untersucht. Dabei wurden mehrere Prüfprogramme mit unterschiedlichen Lastblöcken bzw. unterschiedlichen Überlastfaktoren definiert. Bei den Untersuchungen wurde zusätzlich ein optisches Meßsystem installiert um die Rissinitiierungsphasen ermitteln zu können. Die Versuche mit eintausend Schwingspielen in der Grundlast zeigten einen deutlichen Einfluss auf die Schwingfestigkeit, wobei es durch die zugschwellende Überlast zu statischen Anrissen kam und somit keine schwingbeanspruchte Rissinitiierung zu erkennen war. Eine Modifikation der Kante durch eine Fase bzw. durch einen Radius hat eine Verbesserung des Lebensdauerverhaltens gezeigt. Als letztes wurde eine Methodik für die rechnerische Abschätzung der Lebensdauer unter Berücksichtigung von Überlastblöcken entwickelt. Dabei handelt es sich zwar um eine lineare Rechenmethodik, welche jedoch das nichtlineare Verhalten der Wöhlerlinie berücksichtigt. Die Parallelen und Unterschiede gegenüber der Pålmgren-Miner-Regel wurden diskutiert. Der wesentliche Unterschied zwischen den beiden Methoden besteht darin, dass die lineare Schadensakkumulationshypothese einen linearen Verlauf der Wöhlerlinie voraussetzt. Die Validierung der Methodik wurde im zeitfesten Bereich unter Verwendung von isotropen metallischen Werkstoffen durchgeführt. Die Methodik liefert im Allgemeinen bessere Ergebnisse als jene von Pålmgren-Miner, wobei in einigen Fällen die Schadensakkumulationsrechnung die Lebensdauer geringfügig überschätzt. Eine Weiterentwicklung der Methodik in Hinblick auf die bruchmechanischen Interaktionseffekte zwischen Lastblöcken kann durch Einführung von nichtlinearen Schädigungsfortschrittskurven erfolgen.

AB - Aufgabestellung: Ziel der vorliegenden Doktorarbeit ist die Untersuchung des Überlastverhaltens an einem Feinkornbaustahl S500MC auf Zug-Druck Schwingbeanspruchung. Auf diesen Ergebnissen soll eine verbesserte rechnerische Methodik zur Abschätzung der Lebensdauer ausgearbeitet werden, welche in der Lage ist den Einfluss von Überlastblöcken zu berücksichtigen. Die verbesserte Berechnungsmethodik soll sich für ein breites Spektrum metallischer Werkstoffe eignen. Erkenntnisse: Als erstes wurde der Einfluss von Kantenbearbeitungszuständen auf die Lebensdauer untersucht. Dabei wurden Flachproben aus S500MC mit vier unterschiedlichen Nachbearbeitungsmethoden geprüft. Generell konnte man feststellen, dass unabhängig von der Nachbearbeitungsmethode die Lebensdauer der Flachproben gegenüber den nicht nachgebearbeiteten Proben um Faktor drei gesteigert wurde. Die Ergebnisse zeigen, dass gerade bei hochbelasteten Bauteilen die Nachbearbeitung der Schnittkanten nicht nur aus sicherheitstechnischer sondern auch aus schwingfestigkeitstechnischer Sicht sinnvoll und notwendig ist. Als nächstes wurde der Einfluss von Überlasten auf die Langzeitfestigkeit untersucht. Dabei wurden mehrere Prüfprogramme mit unterschiedlichen Lastblöcken bzw. unterschiedlichen Überlastfaktoren definiert. Bei den Untersuchungen wurde zusätzlich ein optisches Meßsystem installiert um die Rissinitiierungsphasen ermitteln zu können. Die Versuche mit eintausend Schwingspielen in der Grundlast zeigten einen deutlichen Einfluss auf die Schwingfestigkeit, wobei es durch die zugschwellende Überlast zu statischen Anrissen kam und somit keine schwingbeanspruchte Rissinitiierung zu erkennen war. Eine Modifikation der Kante durch eine Fase bzw. durch einen Radius hat eine Verbesserung des Lebensdauerverhaltens gezeigt. Als letztes wurde eine Methodik für die rechnerische Abschätzung der Lebensdauer unter Berücksichtigung von Überlastblöcken entwickelt. Dabei handelt es sich zwar um eine lineare Rechenmethodik, welche jedoch das nichtlineare Verhalten der Wöhlerlinie berücksichtigt. Die Parallelen und Unterschiede gegenüber der Pålmgren-Miner-Regel wurden diskutiert. Der wesentliche Unterschied zwischen den beiden Methoden besteht darin, dass die lineare Schadensakkumulationshypothese einen linearen Verlauf der Wöhlerlinie voraussetzt. Die Validierung der Methodik wurde im zeitfesten Bereich unter Verwendung von isotropen metallischen Werkstoffen durchgeführt. Die Methodik liefert im Allgemeinen bessere Ergebnisse als jene von Pålmgren-Miner, wobei in einigen Fällen die Schadensakkumulationsrechnung die Lebensdauer geringfügig überschätzt. Eine Weiterentwicklung der Methodik in Hinblick auf die bruchmechanischen Interaktionseffekte zwischen Lastblöcken kann durch Einführung von nichtlinearen Schädigungsfortschrittskurven erfolgen.

KW - Fatigue life prediction

KW - overload blocks

KW - multiple-block loading.

KW - Rechnerische Abschätzung der Lebensdauer

KW - Überlasten

KW - Überlastblöcke

M3 - Dissertation

ER -