TY - THES

T1 - Entwicklung eines Prüfstandes zur Charakterisierung der Betriebsfestigkeit unter multiaxialer Beanspruchung

AU - Schuscha, Manuel

N1 - gesperrt bis 23-06-2021

PY - 2016

Y1 - 2016

N2 - Aufgrund der vielfältigen Belastung unterliegen Bauteile im Betrieb relativ selten einer rein einachsigen lokalen Beanspruchung. Zumeist weisen diese komplexe Spannungszustände auf, die durch eine Überlagerung mehrerer Beanspruchungsarten oder bedingt durch die Bauteilgeometrie, wie beispielsweise geometrische Kerben, auftreten können. Der erste Teil der Arbeit beschäftigt sich mit dem Aufbau des multiaxialen Spannungszustandes, sowie mit der Kategorisierung bei überlagerten Belastungen hinsichtlich Periodizität, Proportionalität und Synchronizität. Desweiteren wird eine Übersicht gängiger Methoden zur Festigkeitsbestimmung unter einem mehrachsigen Spannungszustand präsentiert. Der zweite Teil behandelt die Entwicklung eines Prüfstandes zur Charakterisierung der Ermüdungseigenschaften an aus Großkurbelwellen entnommenen Rundproben unter den für das Bauteil typischen Belastungsarten Biegung, Torsion und kombinierter Biegetorsion. Eine wesentliche Anforderung an den Prüfstand ist eine Versuchsführung unter realitätsnahen Verhältnissen, damit die dabei experimentell ermittelten Probenergebnisse auf den realen Betriebsfall übertragbar sind. Unter der Anwendung von Finite-Elemente-Simulationen und darauf basierenden lokalen Festigkeitsbewertungen wurde der Prüfstand dimensioniert und betriebsfest ausgelegt. Im abschließenden Teil wurden Versuche an repräsentativen gekerbten Rundproben aus 50MnCr4 durchgeführt. Die statistisch ausgewerteten, lokalen Schwingfestigkeiten unter Berücksichtigung der Stützwirkung und des hochbeanspruchten Volumens zeigen eine gute Übereinstimmung mit bereits vorhandenen Resultaten an Kleinproben aus dem gleichen Grundmaterial. Es wurde somit anhand dieser Validierung gezeigt, dass der entwickelte Prüfstand zur experimentellen Charakterisierung der multiaxialen Ermüdung von Rundproben geeignet ist und als Basis für weiterführende Untersuchungen herangezogen werden kann.

AB - Aufgrund der vielfältigen Belastung unterliegen Bauteile im Betrieb relativ selten einer rein einachsigen lokalen Beanspruchung. Zumeist weisen diese komplexe Spannungszustände auf, die durch eine Überlagerung mehrerer Beanspruchungsarten oder bedingt durch die Bauteilgeometrie, wie beispielsweise geometrische Kerben, auftreten können. Der erste Teil der Arbeit beschäftigt sich mit dem Aufbau des multiaxialen Spannungszustandes, sowie mit der Kategorisierung bei überlagerten Belastungen hinsichtlich Periodizität, Proportionalität und Synchronizität. Desweiteren wird eine Übersicht gängiger Methoden zur Festigkeitsbestimmung unter einem mehrachsigen Spannungszustand präsentiert. Der zweite Teil behandelt die Entwicklung eines Prüfstandes zur Charakterisierung der Ermüdungseigenschaften an aus Großkurbelwellen entnommenen Rundproben unter den für das Bauteil typischen Belastungsarten Biegung, Torsion und kombinierter Biegetorsion. Eine wesentliche Anforderung an den Prüfstand ist eine Versuchsführung unter realitätsnahen Verhältnissen, damit die dabei experimentell ermittelten Probenergebnisse auf den realen Betriebsfall übertragbar sind. Unter der Anwendung von Finite-Elemente-Simulationen und darauf basierenden lokalen Festigkeitsbewertungen wurde der Prüfstand dimensioniert und betriebsfest ausgelegt. Im abschließenden Teil wurden Versuche an repräsentativen gekerbten Rundproben aus 50MnCr4 durchgeführt. Die statistisch ausgewerteten, lokalen Schwingfestigkeiten unter Berücksichtigung der Stützwirkung und des hochbeanspruchten Volumens zeigen eine gute Übereinstimmung mit bereits vorhandenen Resultaten an Kleinproben aus dem gleichen Grundmaterial. Es wurde somit anhand dieser Validierung gezeigt, dass der entwickelte Prüfstand zur experimentellen Charakterisierung der multiaxialen Ermüdung von Rundproben geeignet ist und als Basis für weiterführende Untersuchungen herangezogen werden kann.

KW - multiaxial fatigue

KW - test rig development

KW - fatigue strength

KW - multiaxial fatigue hypothesis

KW - finite element analysis

KW - Multiaxiale Ermüdung

KW - Prüfstandentwicklung

KW - Betriebsfestigkeit

KW - Festigkeitshypothesen

KW - Finite Elemente Simulation

M3 - Diplomarbeit

ER -