Gewindeverbindungen örtlich II

Örtliche Bewertung der Schwingfestigkeit von Gewindeverbindungen II
FKM 2014
Heft Nummer 322
Vorhaben Nr. 297

Mitgliederpreis nach Anmeldung sichtbar
Kurzfassung:
Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der schwingfesten Auslegung von Gewindeverbindungen
auf Basis des Örtlichen Konzepts. Untersuchungen erfolgen an einer Schraube-
Mutter-Verbindung M16x100 (34CrNiMo6), einer Düsenspannmutter-Verbindung
(34CrNiMo6) und einer Stahl-Aluminium-Verbindung (EN AW-6082 T6). Dabei werden die
rechnerisch ermittelten Lebensdauern mit experimentellen Ergebnissen verglichen.
Zur Berechnung der lokalen Spannungs-Dehnungs-Kurven werden neben dem bekannten
Chaboche-Modell das Werkstoffmodell nach Döring für die FE-Berechnung und Beschreibung
der zyklischen Plastizitätseffekte verwendet. Für die Lebensdauerbewertung (Anriss)
nach dem Örtlichen Konzept wird der Schädigungsparameter PJ verwendet.
Eine sehr gute Übereinstimmung von Versuchsergebnissen und Berechnung konnte bei der
Schraube-Mutter-Verbindung festgestellt werden. Bei den übrigen Verbindungen ist sowohl
eine Über- als auch Unterschätzung der rechnerischen Lebensdauer festzustellen. Weiterhin
konnte gezeigt werden, dass der positive Einfluss einer Überlast auf die Schwingfestigkeit
der Schraube-Mutter-Verbindung rechnerisch nicht erfasst werden kann. Zudem zeigen die
Untersuchungen, dass die durch das Anziehen eingebrachten Torsionsspannungen gering
sind und somit bei der Lebensdauerbewertung nicht berücksichtigt werden müssen. Des
Weiteren zeigen die Untersuchungen, dass eine Auslegung bei niedriger Mittellast auch auf
Grundlage des Konzepts nach Schneider [1] erfolgen kann.
Die Bewertung des Rissfortschritts erfolgt mit verschiedenen Modellen. Neben den gängigen
bruchmechanischen Modellen aus der FKM-Richtlinie [2] wurde eine spezielle Spannungsintensitätsfaktor-
Lösung anhand einer FE-Berechnung für die Schraube-Mutter-Verbindung
bestimmt.
Eine vereinfachte Abschätzung der Schwingfestigkeit für Gewindeverbindungen wurde entwickelt.
Hierbei erfolgt die Lebensdauerbewertung für hochverspannte Verbindungen ausgehend
von einer elastischen FE-Rechnung. Das örtlich elastisch-plastische Bauteilverhalten
wird mithilfe eines erweiterten Näherungsverfahrens beschrieben. In einem zusätzlichen
Schritt kann die Mittelspannungsrelaxation, welche sich besonders stark bei niedrigen Lastverhältnissen
auswirkt, berücksichtigt werden. Damit ist eine Auslegung auch ohne aufwändige
transiente Rechnungen und Relaxationsversuche möglich.
Das Ziel des Forschungsvorhabens wurde erreicht.