Mehrachsigkeit

Verbesserung der Lebensdauerabschätzung für mehrachsig belastete Sicherheitsbauteile aus Schmiedestahl und Aluminiumguss durch Auswahl zutreffender Berechnungsalgorithmen FKM 2013
Heft Nummer 319
Vorhaben Nr. 291

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Kurzfassung:
Für die Lebensdauerabschätzung bei mehrachsiger Beanspruchung gibt es bisher keine
vereinheitlichte Herangehensweise. In Abhängigkeit der jeweiligen Bemessungssituation
(Belastungscharakteristik, Werkstoff, verfügbare Eingangsdaten,...) unterscheiden sich die
vorhandenen Berechnungsmethoden hinsichtlich ihrer Anwendbarkeit und in ihrer Ergebnisgüte.
Im vorliegenden Forschungsvorhaben wurden umfangreiche Schwingfestigkeitsversuche und
Werkstoffuntersuchungen an dem duktilen Vergütungsstahl 50CrMo4 V und der eher spröden
Aluminiumgusslegierung G-AlSi7Mg0,3 T6 durchgeführt und ausgewertet, um werkstoffabhängige
Effekte in ihrer Auswirkung auf die Lebensdauer bei mehrachsiger Beanspruchung
genauer zu untersuchen. Darüber hinaus wurden an ausgewählten Versuchsergebnissen
aus der Literatur verschiedene Berechnungsmethoden bewertet.
Für die hier betrachteten Fälle mehrachsiger Beanspruchungen zeigt keine der untersuchten
Berechnungsmethoden im Hinblick auf die Ergebnisgüte eine generelle Überlegenheit. In
Standardsoftware enthaltene Methoden zeigen für bestimmte Anwendungsfälle zutreffende
Ergebnisse, weisen aber für andere Fälle größere Ungenauigkeiten auf. Die hier angewendeten
komplexeren Methoden zeigten keine generell bessere Zuverlässigkeit der berechneten
Lebensdauern. Eine innerhalb dieses Projekts weiterentwickelte Methode (SSCHStress
Space Curve Hypothesis) ergab die vergleichsweise größte Treffsicherheit, sie ist aber bislang
für regellose Beanspruchungen und Beanspruchungen mit unterschiedlichen Frequenzen
nicht allgemein anwendbar. Im Rahmen des Projektes wurden Kennwerte abgeleitet, mit
denen mehrachsige Beanspruchungszustände im Hinblick auf den Grad der Nichtproportionalität
charakterisiert werden können. Die mit unterschiedlichen Hypothesen berechneten
Lebensdauern wurden zusammenfassend bewertet und eine Entscheidungshilfe zur Auswahl
einer geeigneten Berechnungsmethode für die jeweils vorliegende Bemessungssituation
erstellt. Diese hilft dem Ingenieur in der Praxis, die zu erwartende Genauigkeit von rechnerischen
Mehrachsigkeitshypothesen einzuschätzen.
Das Ziel des Forschungsvorhabens ist erreicht worden.