TY - THES

T1 - Entwicklung einer Umlaufbiegeprüfmaschine zur Bewertung des Größeneffekts zyklisch beanspruchter Komponenten

AU - Doppler, Markus

N1 - gesperrt bis 18-03-2020

PY - 2015

Y1 - 2015

N2 - Infolge steigender Anforderungen an maschinenbauliche Komponenten nach einer Erhöhung der Lebensdauer und Reduzierung des Gewichts, wird eine Dimensionierung nach wirtschaftlichen und betriebsfesten Gesichtspunkten immer wesentlicher. Bei Bauteilen größerer Dimension, wie beispielsweise Eisenbahnfahrwerke, kommt ein zusätzlicher Einfluss auf die Betriebsfestigkeit zum Tragen, der Größeneffekt. Im Rahmen der Masterarbeit wird eine Umlaufbiegemaschine für Großproben bis zu einem Prüfdurchmesser von 60 mm entwickelt und aufgebaut. Die maschinenspezifischen Tätigkeiten beinhalteten die Entwicklung, Endabnahme beim Hersteller, Endmontage im Prüflabor, sowie Installation der Messtechnik und Sensorik. Im Zuge der Inbetriebnahme wird die Messtechnik kalibriert, durch Vorversuche validiert und entsprechend angepasst. Des Weiteren wird eine bestehende Steuerung auf die Anforderungen der Prüfmaschine adaptiert. Die experimentellen Untersuchungen umfassen Schwingversuche zur Evaluierung des Größeneffekts an ungekerbten und gekerbten Rundproben aus austenitischen Stahl. Den Ergebnissen der Großproben mit einem Prüfdurchmesser von 30 mm werden vorhandene Resultate von Kleinproben mit einem Prüfdurchmesser von 6 mm gegenübergestellt, wobei ein Abfall der Langzeitfestigkeit von rund 10% festgestellt wurde. Basierend auf in der Literatur vorhandenen Konzepten werden die Ergebnisse unter Berücksichtigung des spannungsmechanischen und statistischen Größeneffekts bewertet. Als Basis dienen hierfür umfassende numerische Analysen der verwendeten Klein- und Großprobengeometrie, um die für die Bewertung wesentlichen Parameter, den Spannungsgradienten und das höchstbeanspruchte Volumen, zu ermitteln. Die durchgeführten Versuchsreihen und begleitenden Auswertungen zeigen, dass eine Anwendbarkeit des volumenkorrigierten Spannungsgradientenmodells, für den verwendeten austenitischen Stahl im Langzeitfestigkeitsbereich, gegeben ist. Zukünftig sind Grundlagenuntersuchungen hinsichtlich des Größeneffekts rissbehafteter Großproben geplant, welche mit Hilfe der entwickelten Umlaufbiegemaschine und der erarbeiteten Prüfmethodik möglich sind.

AB - Infolge steigender Anforderungen an maschinenbauliche Komponenten nach einer Erhöhung der Lebensdauer und Reduzierung des Gewichts, wird eine Dimensionierung nach wirtschaftlichen und betriebsfesten Gesichtspunkten immer wesentlicher. Bei Bauteilen größerer Dimension, wie beispielsweise Eisenbahnfahrwerke, kommt ein zusätzlicher Einfluss auf die Betriebsfestigkeit zum Tragen, der Größeneffekt. Im Rahmen der Masterarbeit wird eine Umlaufbiegemaschine für Großproben bis zu einem Prüfdurchmesser von 60 mm entwickelt und aufgebaut. Die maschinenspezifischen Tätigkeiten beinhalteten die Entwicklung, Endabnahme beim Hersteller, Endmontage im Prüflabor, sowie Installation der Messtechnik und Sensorik. Im Zuge der Inbetriebnahme wird die Messtechnik kalibriert, durch Vorversuche validiert und entsprechend angepasst. Des Weiteren wird eine bestehende Steuerung auf die Anforderungen der Prüfmaschine adaptiert. Die experimentellen Untersuchungen umfassen Schwingversuche zur Evaluierung des Größeneffekts an ungekerbten und gekerbten Rundproben aus austenitischen Stahl. Den Ergebnissen der Großproben mit einem Prüfdurchmesser von 30 mm werden vorhandene Resultate von Kleinproben mit einem Prüfdurchmesser von 6 mm gegenübergestellt, wobei ein Abfall der Langzeitfestigkeit von rund 10% festgestellt wurde. Basierend auf in der Literatur vorhandenen Konzepten werden die Ergebnisse unter Berücksichtigung des spannungsmechanischen und statistischen Größeneffekts bewertet. Als Basis dienen hierfür umfassende numerische Analysen der verwendeten Klein- und Großprobengeometrie, um die für die Bewertung wesentlichen Parameter, den Spannungsgradienten und das höchstbeanspruchte Volumen, zu ermitteln. Die durchgeführten Versuchsreihen und begleitenden Auswertungen zeigen, dass eine Anwendbarkeit des volumenkorrigierten Spannungsgradientenmodells, für den verwendeten austenitischen Stahl im Langzeitfestigkeitsbereich, gegeben ist. Zukünftig sind Grundlagenuntersuchungen hinsichtlich des Größeneffekts rissbehafteter Großproben geplant, welche mit Hilfe der entwickelten Umlaufbiegemaschine und der erarbeiteten Prüfmethodik möglich sind.

KW - Rotating bending test machine

KW - large specimens

KW - fatigue strength

KW - size effect

KW - stress gradient model

KW - highly-stressed volume

KW - Umlaufbiegeprüfmaschine

KW - Großproben

KW - Betriebsfestigkeit

KW - Größeneffekt

KW - Spannungsgradientenmodell

KW - höchstbeanspruchtes Volumen

M3 - Masterarbeit

ER -