Lebensdauerberechnung von Bauteilen bei mehraxialer Betriebsbelastung

FKM 2002
Heft Nummer 271
Vorhaben Nr. 235

Kurzfassung:
Im Rahmen des Projekts wurden in einem ersten Schritt die Hypothesen und Verfahren, die den Mehrachsigkeitsmodulen kommerzieller Programme und den Verfahren der Forschungsstellen zugrunde liegen, analysiert. Anschließend wurden an sechs ausgewählten mehrachsig beanspruchten Bauteilen Lebensdauerberechnungen auf der Basis der örtlichen Beanspruchungen an den versagenskritischen Stellen durchgeführt. Die Beanspruchungszeitverläfe und die Werkstoffkenn- werte wurden hierzu einheitlich vorgegeben. Die Kalibrierrechnungen zeigen, dass die beobachtete Lebensdauerverkürzung bei drehender Hauptspannungsrichtung bei duktilen Werkstoffen von keiner Hypothese in den kommerziellen Programmen erfasst wird und auch untereinander eine große Streuung der berechneten Ergebnisse zu beobachten ist. Auch die Lebensdauerverlängerung bei spröden Werkstoffen ist rechnerisch mit einer großen Streuung behaftet. Der Vergleich der Berechnungen mit den Versuchsergebnissen zeigt, dass tür Beanspruchungssituationen mit örtlich kleinen änderungen der Hauptspannungsrichtung, also örtlich quasi proportionaler Beanspruchung, mit geeigneten Verfahren Lebensdauerabschätzungen mit einem Faktor -/+ 2 gegenüber der experimentellen Lebensdauer gemacht werden können. Die weiteren Vergleiche zwischen Berechnung und Versuch bei größeren Winkeländerungen der Hauptspannungsrichtung zeigen zum Teil große Unsicherheiten und Abweichungen gegenüber der experimentell ermittelten Lebensdauer. Abschlussbericht Der ursprüngliche Ansatz, die Lebensdauerberechnungsmethoden bei mehrachsiger Beanspruchung zu bewerten, konnte nur teilweise erfüllt werden, da es sich gezeigt hat, dass die rechnerische Bewertung mehrachsiger Spannungszustände nur ein Faktor unter vielen ist in der Berechnungskette von der Beanspruchung bis zur Lebensdauerabschätzung für ein Bauteil. Im Vergleich zum experimentellen Ergebnis werden die Unzulänglichkeiten der Mehrachsigkeitshypothesen in der Berechnung oftmals überdeckt durch Fehlerquellen aus nicht geeigneten FE-Modellen, unzutreffenden Werkstoffdaten, der Schadensakkumulationsrechnung oder z.B. nicht berücksichtigten Mittelspannungs- oder Eigenspannungseinflüssen. Das Ziel des Forschungsvorhabens ist erreicht worden. Obfrau des Arbeitskreises:
Leiter des FK Bauteilfestigkeit:
252 S., 145 Abb. und Tab., 70 Lit. 01.04.1999 31.03.2002 BMWIfAiF-Nr. 12 043 N Institut für Maschinelle Anlagentechnik und Betriebsfestigkeit der Technischen Universität ClausthallMAB, Clausthal Prof. Dr.-lng. H. Zenner (federführend) Projektleitung:
Dipl.-lng. F. Yousefi Fraunhofer-lnstitut für Betriebsfestigkeit LBF, Darrnstadt Prof. Dr.-lng. Holger Hanselka Projektleitung:
Prof. Dr.-lng. Cetin Morris Sonsino Dipl.-lng. F. Yousefi Dipl.-lng. M. Küppers Vorsitzender des Beirates:
Dr.-lng. T. Jung, Volkswagen AG Dr.-lng. C. Gerdes, ALSTOM Schweiz AG Dr.-lng. E.h. J. Rabe, Höchstadt