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RICHTLINIE NICHTLINEAR

Art.Nr.:
107297
EAN:
9783816307297
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Rechnerischer Festigkeitsnachweis unter expliziter Erfassung nichtlinearen Werkstoffverformungsverhaltens

Für Bauteile aus Stahl, Stahlguss und Aluminiumknetlegierungen

VDMA 1. Auflage 2019
232 Seiten 280,-
€VDMA-Mitglieder 140,- €

Basis dieser Richtlinie ist der Abschlussbericht zum AiF-Vorhaben No. 17612 Rechnerischer Festigkeitsnachweis von Maschinenbauteilen unter expliziter Erfassung nichtlinearen Werkstoff-Verformungsverhaltens [9], der für diese Richtlinie nochmals deutlich erweitert wurde.

Die hier vorliegende FKM-Richtlinie nichtlinear wurde konzipiert für
-  klein- und mittelständische Unternehmen (KMU)
-  sowie größere Unternehmen
mit Anwendungsfeldern im allgemeinen Maschinenbau oder verwandten Themengebieten.

Die FKM-Richtlinie nichtlinear gliedert sich in
- den statischen Festigkeitsnachweis, Kapitel 1
- den Ermüdungsfestigkeitsnachweis, Kapitel 2
deren Geltungsbereiche den einzelnen Kapiteln entnommen werden können.
Im Vergleich zum Rechnerischen Festigkeitsnachweis für Maschinenbauteile“ kann
-  die statisch zulässige Grenzlast durch den hier vorliegenden statischen Festigkeitsnachweis teilweise maßgeblich erhöht werden.
-  durch die Berücksichtigung von elastisch-plastischem Materialverhalten im Ermüdungsfestigkeitsnachweis eine mechanismenorientierte Abschätzung der technischen Anrisslebensdauer erfolgen.
Der Ermüdungsfestigkeitsnachweis dieser Richtlinie kann auch dann angewendet werden, wenn der Nachweis der statischen Festigkeit nach dem Rechnerischen Festigkeitsnachweis für Maschinenbauteile erfolgte.

Inhalt

1   Statischer Festigkeitsnachweis

1.1 Allgemeines

1.2 Geltungsbereich

1.3 Bewertungskonzept

1.3.1 Beanspruchungsparameter

1.3.2 Versagenskriterium und Versagensgrenzkurve

1.3.2.1 Versagenskriterium

1.3.2.2 Versagensgrenzkurve

1.3.2.3 Konservative Abschätzung der Versagensgrenzkurve

121.4 Berechnungen

4.1 Notwendige Eingabedaten

1.4.2 Erstellen eines Finite-Elemente-Modells

1.4.3 Beschreibung des Werkstoverhaltens

1.4.4 Technologischer Größeneinuss

1.4.5 FE-Analysen

1.4.6 Bewertungsprinzip

1.4.6.1 Bewertung des Auslegungs-Zustands

1.4.6.2 Versagensbewertung

1.5Sicherheitsfaktoren

1.5.1 Allgemeines

1.5.2 Grund-Sicherheitsfaktoren

1.5.3 Teil-Sicherheitsfaktor für Gussbauteile

1.5.4 Teil-Sicherheitssummand für nichtduktile Gussbauteile

1.5.5 Gesamt-Sicherheitsfaktor für den Werksto

1.5.6 Sicherheitsfaktor für die Last

1.6 Nachweis

1.7 Beispiel: Festigkeitsbewertung für Lagerbock

2. Ermüdungsfestigkeitsnachweis

2.1 Allgemeines

2.2 Geltungsbereich

2.3 Aufbereitung der Betriebslastfolge

2.3.1 Denition des Nachweispunktes

2.3.2 Statistische Absicherung

2.3.2.1 Absicherung mit Standardabweichung sL

2.3.2.2 Absicherung mit Standardabweichung LSDs

2.3.2.3 Absicherung mit Pauschalwert bei unbekannter Streuung

2.3.3 Übertragungsfaktor c

2.3.4 Lastfolge L für den Ermüdungsnachweis

2.4 Schädigungsparameter PRAM  und PRAJ

2.5 Kommentare zur Nachweisführung mit PRAM

2.5.1 Das Örtliche Konzept

2.5.2 Zugfestigkeit für den Werksto im Bauteil

2.5.2.1 Experimentelle Ermittlung der Zugfestigkeit

2.5.2.2 Abschätzung aus Norm- oder Halbzeugwerten

2.5.3 Die zyklische Spannungs-Dehnungs-Kurve

2.5.3.1 Experimentelle Ermittlung

2.5.3.2 Rechnerische Abschätzung

2.5.4 Beschreibung des Werkstogedächtnisses .

2.5.5 Die Schädigungsparameterwöhlerlinie für den Werksto

2.5.5.1 Experimentelle Abschätzung

2.5.5.2 Rechnerische Abschätzung

2.5.6 Die Schädigungsparameterwöhlerlinie für das Bauteil

2.5.6.1 Berücksichtigung nichtlokaler Einussgrößen auf die Bauteilschwingfestigkeit

2.5.6.2 Einuss der Rauheit

2.5.6.3 Absicherung der Bauteil-Wöhlerlinie

2.5.7 Kerbnäherungsverfahren

2.5.8 Die Betriebslastfolge

2.5.8.1 Der HCM-Algorithmus

 2.5.8.2 Klassierung

2.5.9 Der Schädigungsparameter PRAM .

2.5.10   Nachweise

2.5.10.1   Dauerfestigkeitsnachweis 

2.5.10.2   Schadensakkumulationsrechnung

2.5.10.3   Betriebsfestigkeitsnachweis

2.6 Nachweisführung mit PRAM

2.6.1 Notwendige Eingabedaten

2.6.2 Aufbereitung der Lastfolge 

2.6.3 Aufbereitung der zyklischen Spannungs-Dehnungs-Kurve 

2.6.4 Rechnerische Abschätzung der Werksto-Wöhlerlinie

2.6.5 Abschätzung der Bauteil-Wöhlerlinie

2.6.5.1 Nichtlokale Einussgrößen 

2.6.5.2 Einuss der Rauheit

.2.6.5.3 Absicherung der Bauteil-Wöhlerlinie

2.6.5.4 Die Bauteil-Wöhlerlinie für die Nachweisführung

2.6.6 Das Kerbnäherungsverfahren nach Neuber .

2.6.7 Anwendung des Hysteresezählverfahrens Rainow HCM

2.6.8 Anwendung der Schadensakkumulationsrechnung

2.6.8.1 Berechnung der Schädigungswirkung jedes Schwingspiels

2.6.9 Nachweis der Bauteillebensdauer

2.6.9.1 Dauerfestigkeitsnachweis 

2.6.9.2 Berechnung der Bauteillebensdauer 

2.6.9.3 Betriebsfestigkeitsnachweis

2.7 Berechnungsbeispiele PRAM

2.7.1 Akademisches Beispiel

2.7.1.1 Aufbereitung der Lastfolge

2.7.1.2 Aufbereitung der zykl. Spannungs-Dehnungs-Kurve

2.7.1.3 Aufbereitung der Werksto-Wöhlerlinie

2.7.1.4 Aufbereitung der Bauteil-Wöhlerlinie

2.7.1.5 Das Kerbnäherungsverfahren nach Neuber 

2.7.1.6 Anwendung des Hysteresezählverfahrens Rainow HCM

2.7.1.7 Anwendung des Schadensakkumulationsrechnung

2.7.2 Welle mit V-Kerbe

2.7.2.1 Aufbereitung der Lastfolge

2.7.2.2 Aufbereitung der zykl. Spannungs-Dehnungs-Kurve

2.7.2.3 Aufbereitung der Werksto-Wöhlerlinie

2.7.2.4 Aufbereitung der Bauteil-Wöhlerlinie

2.7.2.5 Das Kerbnäherungsverfahren nach Neuber 

2.7.2.6 Anwendung des Hysteresezählverfahrens Rainow HCM

2.7.2.7 Anwendung des Schadensakkumulationsrechnung

2.8 Kommentare zur Nachweisführung mit PRAJ

2.8.1 Das Örtliche Konzept

2.8.2 Zugfestigkeit für den Werksto im Bauteil

2.8.2.1 Experimentelle Ermittlung der Zugfestigkeit

2.8.2.2 Abschätzung aus Norm- oder Halbzeugwerten

2.8.3 Die zyklische Spannungs-Dehnungs-Kurve

2.8.3.1 Experimentelle Ermittlung

2.8.3.2 Rechnerische Abschätzung

2.8.4 Beschreibung des Werkstogedächtnisses .

2.8.5 Die Schädigungsparameterwöhlerlinie für den Werksto

2.8.5.1 Experimentelle Abschätzung

2.8.5.2 Rechnerische Abschätzung

2.8.6 Die Schädigungsparameterwöhlerlinie für das Bauteil

2.8.6.1 Berücksichtigung nichtlokaler Einussgrößen auf die Bauteilschwingfestigkeit

2.8.6.2 Einuss der Rauigkeit

2.8.6.3 Absicherung der Bauteil-Wöhlerlinie

2.8.7 Kerbnäherungsverfahren

2.8.8 Die Betriebslastfolge

2.8.8.1 Der HCM-Algorithmus

2.8.8.2 Klassierung

2.8.9 Der Schädigungsparameter PRAJ

2.8.9.1 Berechnung der Rissönungsspannung σopen   

2.8.9.2 Berechnung der ktiven einstugen Rissönungsdehnung εopen,ein

2.8.9.3 Berechnung der Rissönungsdehnung εopen mit Vorgeschichte

2.8.9.4 Anpassung der Dauerfestigkeit PRAJ,D .

2.8.10   Nachweise

2.8.10.1   Dauerfestigkeitsnachweis 

2.8.10.2   Schadensakkumulationsrechnung

2.9 Nachweisführung mit PRAJ

2.9.1 Notwendige Eingabedaten

2.9.2 Aufbereitung der Lastfolge 

2.9.3 Aufbereitung der zyklischen Spannungs-Dehnungs-Kurve 

2.9.4 Rechnerische Abschätzung der Werksto-Wöhlerlinie

2.9.5 Abschätzung der Bauteil-Wöhlerlinie

2.9.5.1 Nichtlokale Einussgrößen 

2.9.5.2 Einuss der Rauheit

2.9.5.3 Absicherung der Bauteil-Wöhlerlinie

2.9.5.4 Die Bauteil-Wöhlerlinie für die Nachweisführung

2.9.6 Das Kerbnäherungsverfahren nach Seeger / Beste .

2.9.7 Anwendung des Hysteresezählverfahrens Rainow HCM

2.9.8 Anwendung der Schadensakkumulationsrechnung

2.9.8.1 Berechnung der Schädigungswirkung jedes Schwingspiels

2.9.8.2 Berechnung der Bauteillebensdauer 

2.9.8.3 Dauerfestigkeitsnachweis 

2.9.8.4 Betriebsfestigkeitsnachweis

2.10  Berechnungsbeispiele PRAJ

2.10.1   Akademisches Beispiel

2.10.1.1   Aufbereitung der Lastfolge

2.10.1.2   Aufbereitung der zykl. Spannungs-Dehnungs-Kurve

2.10.1.3   Aufbereitung der Werksto-Wöhlerlinie

2.10.1.4   Aufbereitung der Bauteil-Wöhlerlinie

2.10.1.5   Das Kerbnäherungsverfahren nach Seeger/Beste   

2.10.1.6   Anwendung des Hysteresezählverfahrens Rainow HCM

2.10.1.7   Anwendung des Schadensakkumulationsrechnung

2.10.2   Welle mit V-Kerbe

2.10.2.1   Aufbereitung der Lastfolge

2.10.2.2   Aufbereitung der zykl. Spannungs-Dehnungs-Kurve

2.10.2.3   Aufbereitung der Werksto-Wöhlerlinie

2.10.2.4   Aufbereitung der Bauteil-Wöhlerlinie

2.10.2.5   Das Kerbnäherungsverfahren nach Seeger/Beste   

2.10.2.6   Anwendung des Hysteresezählverfahrens Rainow HCM

2.10.2.7   Anwendung des Schadensakkumulationsrechnung .

3   Anhang - Betriebsfestigkeit    

3.1 Umsetzungsempfehlung für FE-Modelle

3.1.1 Bestimmung der Traglastformzahl Kp 

3.1.2 Bestimmung  der  hochbeanspruchten  Oberäche  mit  der  erweiterten  Methode SPIEL

3.2 Beispiele zur Validierung des HCM-Algorithmus .

3.2.1 Beispiel 1 mit Memory 1 und inneren Schleifen

3.2.1.1 1. Durchlauf

3.2.1.2 2. Durchlauf

3.2.2 Beispiel 2 mit Memory 1, 2 und 3 .

3.2.2.1 1. Durchlauf

3.2.2.2 2. Durchlauf

3.3 Matlabfunktion für die Maximum-Likelihood-Schätzung

3.4 Matrizen zu Berechnungsbeispielen PRAM

3.4.1 Akademisches Beispiel

3.4.2 Welle mit V-Kerbe

3.5 Matrizen zu Berechnungsbeispielen PRAJ 

3.5.1 Akademisches Beispiel