TY - THES

T1 - Entwicklung eines Rainflow-Zählverfahrens für den Maschinen- und Anlagenbau

AU - Pashangpour, Valiollah

N1 - gesperrt bis 15-01-2025

PY - 2020

Y1 - 2020

N2 - Das Ziel dieser Arbeit ist es, eine automatisierte Rainflow-Zählung (RFZ) von Belastungszeitfunktionen (BZFn) nach dem internationalen Standard ASTM E 1049 85 mit dem Softwarepaket IBF-Fatigue vom Ingenieurbüro Fiedler GmbH auf Basis von Finite-Elemente- (FE-) Spannungsergebnissen zu ermöglichen. Die verschiedenen Methoden der ein- und zweiparametrischen Zählverfahren werden im Kapitel Stand der Technik auf ihre Vor- und Nachteile untersucht um deren Anwendungsfähigkeit zur Ermittlung der Belastungsschwingbreiten, Mittelwerte sowie der Ober- und Unterbelastungen für die Zählung der BZFn zu bestimmen. Für die Aufbereitung der ausgewählten RFZ in Form eines Mathcad-Files wurde sowohl ein Rechenablauf für ein Residuum von 0 und 0,5 als auch für die verschobene Kurve Max_Max erstellt. Die Validierung der Funktion und der Ergebnisse im Softwaretool erfolgte mit händisch erarbeiteten Ergebnissen. Eine Analyse des Einflusses der Residuen zeigt, dass die Ergebnisse wesentlich von der Position des maximalen bzw. minimalen Spitzenwertes abhängig sind. Die Klasse 64 kann für beliebige BZFn mit großer Zuverlässigkeit und die Klasse 32 unter Vorbehalt verwendet werden. Der Software wurde zur Reduzierung unnötiger kleiner Schwingbreiten eine optionale Funktion mit auswählbarer Toleranz hinzugefügt, welche den Verarbeitungsprozess mit nur kleinen Abweichungen beschleunigt. Abschließend wurden im Programm die Rainflow-Ergebnisse der exakten Lastkollektive mit den Ergebnissen der klassifizierten Lastkollektive (Klasse 64), sowohl mit dem Residuum von 0,5 als auch mit der Verschiebung Max_Max, verglichen. Dies erfolgte anhand von Testrechnungen der FKM-Richtlinie für Lastkollektive auf geschweißte und nicht geschweißte Stahlbaukomponenten einer exemplarischen Maschine mit verschiedenen FAT-Klassen.. Bei der Berechnung nach der FKM-Richtlinie gibt es innerhalb einer FAT-Klasse zwischen dem exakten Lastspiel und dem Residuum von 0,5 eine Abweichung des Auslastungsgrades von bis zu 2% aufgrund von Klassifizierungen der Lastkollektive. Mit Max_Max kann gegenüber dem exakten Lastspiel ein um bis zu 5% höherer Auslastungsgrad erreicht werden.

AB - Das Ziel dieser Arbeit ist es, eine automatisierte Rainflow-Zählung (RFZ) von Belastungszeitfunktionen (BZFn) nach dem internationalen Standard ASTM E 1049 85 mit dem Softwarepaket IBF-Fatigue vom Ingenieurbüro Fiedler GmbH auf Basis von Finite-Elemente- (FE-) Spannungsergebnissen zu ermöglichen. Die verschiedenen Methoden der ein- und zweiparametrischen Zählverfahren werden im Kapitel Stand der Technik auf ihre Vor- und Nachteile untersucht um deren Anwendungsfähigkeit zur Ermittlung der Belastungsschwingbreiten, Mittelwerte sowie der Ober- und Unterbelastungen für die Zählung der BZFn zu bestimmen. Für die Aufbereitung der ausgewählten RFZ in Form eines Mathcad-Files wurde sowohl ein Rechenablauf für ein Residuum von 0 und 0,5 als auch für die verschobene Kurve Max_Max erstellt. Die Validierung der Funktion und der Ergebnisse im Softwaretool erfolgte mit händisch erarbeiteten Ergebnissen. Eine Analyse des Einflusses der Residuen zeigt, dass die Ergebnisse wesentlich von der Position des maximalen bzw. minimalen Spitzenwertes abhängig sind. Die Klasse 64 kann für beliebige BZFn mit großer Zuverlässigkeit und die Klasse 32 unter Vorbehalt verwendet werden. Der Software wurde zur Reduzierung unnötiger kleiner Schwingbreiten eine optionale Funktion mit auswählbarer Toleranz hinzugefügt, welche den Verarbeitungsprozess mit nur kleinen Abweichungen beschleunigt. Abschließend wurden im Programm die Rainflow-Ergebnisse der exakten Lastkollektive mit den Ergebnissen der klassifizierten Lastkollektive (Klasse 64), sowohl mit dem Residuum von 0,5 als auch mit der Verschiebung Max_Max, verglichen. Dies erfolgte anhand von Testrechnungen der FKM-Richtlinie für Lastkollektive auf geschweißte und nicht geschweißte Stahlbaukomponenten einer exemplarischen Maschine mit verschiedenen FAT-Klassen.. Bei der Berechnung nach der FKM-Richtlinie gibt es innerhalb einer FAT-Klasse zwischen dem exakten Lastspiel und dem Residuum von 0,5 eine Abweichung des Auslastungsgrades von bis zu 2% aufgrund von Klassifizierungen der Lastkollektive. Mit Max_Max kann gegenüber dem exakten Lastspiel ein um bis zu 5% höherer Auslastungsgrad erreicht werden.

KW - Rainflow-Zählung

KW - Belastungszeitfunktion

KW - Zählverfahren

KW - Rainflow counting

KW - Counting methods

KW - Stress-time functions

M3 - Masterarbeit

ER -