TY - THES

T1 - Einfluss multiaxialer Beanspruchung auf das Ermüdungsverhalten von Austempered Ductile Iron und Maraging Stahl

AU - Zivkovic, Ivan

N1 - gesperrt bis 24-02-2017

PY - 2012

Y1 - 2012

N2 - Im Betriebszustand unterliegt ein Bauteil im Allgemeinen einem zeitlich veränderlichen, multiaxialen Spannungszustand. Ursachen dafür sind kombinierte Beanspruchungen und komplexe Bauteilformen. Diese vielfältigen Einflüsse auf die Lebensdauer von Bauteilen und auf das Ermüdungsverhalten des jeweiligen Werkstoffes sind Gegenstand aktueller Forschungsvorhaben. Der erste Teil der Arbeit befasst sich mit der systematischen Einteilung multiaxialer Beanspruchungskombinationen und der Definition einiger Haupteinflüsse auf das Ermüdungsverhalten. Bei den Einflüssen handelt es sich um die Beanspruchungsart, die Phasenverschiebung, das Frequenzverhältnis, den Mittelspannungseinfluss und die Probengeometrie. Daraus wird ein Prüfprogramm zur Bestimmung multiaxialer Werkstoffkennwerte von zwei ausgewählten Konstruktionswerkstoffen abgeleitet. Bei den Werkstoffen handelt es sich einerseits um ein hochfestes Gusseisen mit Kugelgraphit, Austempered Ductile Iron (ADI) genannt, und andererseits um einen hochlegierten, martensitaushärtenden Stahl, dem Maraging Stahl. Die Ergebnisse der Untersuchungen zeigen teilweise große Auswirkungen auf das Ermüdungsverhalten. Lebensdauerverkürzenden Einfluss hat ein zunehmendes Frequenzverhältnis zwischen zwei Beanspruchungs-Zeitverläufen, wobei es zu einer Lebensdauerverlängerung bei einer Phasenverschiebung kommt. Festgestellt wird, dass Mittelspannungen und Probengeometrie bei kombinierter Beanspruchung einen vergleichbaren Einfluss wie bei uniaxialer Zug/Druck- Beanspruchung haben. Der Einfluss der Beanspruchungsart lässt sich bei kombinierter Beanspruchung zufriedenstellend durch das elliptische Bruchgesetz nach Gough/Pollard beschreiben. Auf Basis der Versuchsergebnisse wird eine Gegenüberstellung der mechanischen Eigenschaften von ADI und Maraging Stahls vorgenommen, wobei statische und dynamische Festigkeitswerte verglichen werden. Der zweite Teil der Arbeit beschäftigt sich mit der Analyse von Festigkeitshypothesen und ihrer Eignung, das Ermüdungsverhalten der Werkstoffe abzubilden. Mit Hilfe eines, vom Lehrstuhl für Allgemeinen Maschinenbau entwickelten, Programmes werden die Festigkeitshypothesen getestet und die Ergebnisse mit den experimentell ermittelten Schwingfestigkeiten verglichen. Die besten Resultate für beide Werkstoffe zeigen die Festigkeitshypothesen nach Spagnoli, Liu/Zenner und Fröschl.

AB - Im Betriebszustand unterliegt ein Bauteil im Allgemeinen einem zeitlich veränderlichen, multiaxialen Spannungszustand. Ursachen dafür sind kombinierte Beanspruchungen und komplexe Bauteilformen. Diese vielfältigen Einflüsse auf die Lebensdauer von Bauteilen und auf das Ermüdungsverhalten des jeweiligen Werkstoffes sind Gegenstand aktueller Forschungsvorhaben. Der erste Teil der Arbeit befasst sich mit der systematischen Einteilung multiaxialer Beanspruchungskombinationen und der Definition einiger Haupteinflüsse auf das Ermüdungsverhalten. Bei den Einflüssen handelt es sich um die Beanspruchungsart, die Phasenverschiebung, das Frequenzverhältnis, den Mittelspannungseinfluss und die Probengeometrie. Daraus wird ein Prüfprogramm zur Bestimmung multiaxialer Werkstoffkennwerte von zwei ausgewählten Konstruktionswerkstoffen abgeleitet. Bei den Werkstoffen handelt es sich einerseits um ein hochfestes Gusseisen mit Kugelgraphit, Austempered Ductile Iron (ADI) genannt, und andererseits um einen hochlegierten, martensitaushärtenden Stahl, dem Maraging Stahl. Die Ergebnisse der Untersuchungen zeigen teilweise große Auswirkungen auf das Ermüdungsverhalten. Lebensdauerverkürzenden Einfluss hat ein zunehmendes Frequenzverhältnis zwischen zwei Beanspruchungs-Zeitverläufen, wobei es zu einer Lebensdauerverlängerung bei einer Phasenverschiebung kommt. Festgestellt wird, dass Mittelspannungen und Probengeometrie bei kombinierter Beanspruchung einen vergleichbaren Einfluss wie bei uniaxialer Zug/Druck- Beanspruchung haben. Der Einfluss der Beanspruchungsart lässt sich bei kombinierter Beanspruchung zufriedenstellend durch das elliptische Bruchgesetz nach Gough/Pollard beschreiben. Auf Basis der Versuchsergebnisse wird eine Gegenüberstellung der mechanischen Eigenschaften von ADI und Maraging Stahls vorgenommen, wobei statische und dynamische Festigkeitswerte verglichen werden. Der zweite Teil der Arbeit beschäftigt sich mit der Analyse von Festigkeitshypothesen und ihrer Eignung, das Ermüdungsverhalten der Werkstoffe abzubilden. Mit Hilfe eines, vom Lehrstuhl für Allgemeinen Maschinenbau entwickelten, Programmes werden die Festigkeitshypothesen getestet und die Ergebnisse mit den experimentell ermittelten Schwingfestigkeiten verglichen. Die besten Resultate für beide Werkstoffe zeigen die Festigkeitshypothesen nach Spagnoli, Liu/Zenner und Fröschl.

KW - multiaxial fatigue

KW - Austempered Ductile Iron

KW - Maraging steel

KW - fatigue strength

KW - multiaxial strength hypothesis

KW - phase shift

KW - frequency ratio

KW - Multiaxiale Ermüdung

KW - Austempered Ductile Iron

KW - Maraging Stahl

KW - Schwingfestigkeit

KW - Multiaxiale Festigkeitshypothese

KW - Phasenverschiebung

KW - Frequenzverhältnis

M3 - Diplomarbeit

ER -