Betriebsfestigkeit mit FEM - schnell verstehen & anwenden
von: Stefan Einbock, Florian Mailänder
Books on Demand, 2018
ISBN: 9783752855388
Sprache: Deutsch
316 Seiten, Download: 8425 KB
Format: PDF, auch als Online-Lesen
geeignet für:
Typ: A (einfacher Zugriff)
| Titelseite | 4 | ||
| Impressum | 5 | ||
| Vorwort | 6 | ||
| Danksagung | 8 | ||
| Inhaltsverzeichnis | 9 | ||
| 1. Feedback willkommen | 15 | ||
| 2. Tipps zur effizienten Einarbeitung in die Betriebsfestigkeit | 16 | ||
| 3. Grundlagen | 19 | ||
| 3.1 Motivation | 19 | ||
| 3.2 Überblick | 20 | ||
| 3.3 Durchführung eines Festigkeitsnachweises | 22 | ||
| 3.4 Statistik | 23 | ||
| 3.4.1 Wichtige Maßzahlen | 24 | ||
| 3.4.2 Wichtige Begriffe | 26 | ||
| 3.4.3 Die Normalverteilung | 27 | ||
| 3.4.4 Die logarithmische Normalverteilung | 30 | ||
| 3.4.5 Das Wahrscheinlichkeitsnetz | 33 | ||
| 3.4.6 Auf den Punkt | 36 | ||
| 3.5 Finite Elemente Methode (FEM) | 37 | ||
| 3.5.1 Theorie der FEM | 37 | ||
| 3.5.2 Spannungen mit FEM berechnen | 44 | ||
| 3.5.2.1 Warum ist das FEM Netz wichtig | 46 | ||
| 3.5.2.2 Welche Elemente soll man verwenden? | 46 | ||
| 3.5.2.3 Wann ist die Netzqualität ausreichend für Maximalspannungen?. | 48 | ||
| 3.5.2.4 Wann ist die Netzqualität ausreichend für Spannungsgradienten? | 51 | ||
| 3.5.2.5 Welche Werkstoffdaten werden benötigt? | 56 | ||
| 3.5.2.6 Worauf muss man bei Lastannahmen achten? | 57 | ||
| 3.5.2.7 Wie werden FEM Ergebnisse plausibilisiert? | 62 | ||
| 3.5.3 Durchführung einer FE-Rechnung (Beispiel) | 64 | ||
| 3.5.4 Auf den Punkt FEM | 72 | ||
| 3.6 Wichtige Formeln | 74 | ||
| 3.7 Übungen Statistik | 75 | ||
| 3.8 Übungen FEM | 76 | ||
| 4. Der statische Nachweis | 77 | ||
| 4.1 Grundlagen | 77 | ||
| 4.1.1 Übersicht über den statischen Nachweis | 78 | ||
| 4.1.2 Assistent des statischen Nachweises | 79 | ||
| 4.1.3 Werkstoffverhalten | 80 | ||
| 4.2 Berechnung der Beanspruchungen (Spannungen) | 83 | ||
| 4.2.1 Linear-elastisches Werkstoffverhalten | 83 | ||
| 4.2.2 Mehrachsige Beanspruchung | 86 | ||
| 4.2.3 Elastisch-plastisches Werkstoffverhalten | 88 | ||
| 4.2.4 Elastisch-plastische Rechnung mit FEM | 90 | ||
| 4.3 Berechnung der Beanspruchbarkeit (ertragbare Spannungen) | 94 | ||
| 4.3.1 Werkstoffeinfluss | 95 | ||
| 4.3.2 Temperatureinfluss | 95 | ||
| 4.3.3 Kriechen | 96 | ||
| 4.3.4 Kerbeinfluss | 99 | ||
| 4.4 Berechnung der Sicherheit (zulässige Spannungen) | 104 | ||
| 4.5 Auf den Punkt | 105 | ||
| 4.6 Wichtige Formeln | 106 | ||
| 4.7 Übungen statischer Nachweis | 108 | ||
| 5. Der Betriebsfesigkeitsnachweis | 110 | ||
| 5.1 Grundlagen | 110 | ||
| 5.1.1 Die Konzepte der Betriebsfestigkeit | 110 | ||
| 5.1.2 Assistent des Betriebsfestigkeitsnachweises | 111 | ||
| 5.1.3 Übersicht über den Betriebsfestigkeitsnachweis | 113 | ||
| 5.1.4 Werkstoffverhalten | 114 | ||
| 5.1.4.1 Das zyklische Spannungs-Dehnungsdiagramm | 117 | ||
| 5.1.4.2 Die Wöhlerlinie | 120 | ||
| 5.1.5 Mehrachsigkeit | 125 | ||
| 5.1.6 Auf den Punkt | 127 | ||
| 5.1.7 Wichtige Formeln | 129 | ||
| 5.1.8 Übungen Werkstoffverhalten | 131 | ||
| 5.2 Berechnung der Beanspruchungen | 132 | ||
| 5.2.1 Berechnung elastischer Beanspruchungen (HCF) | 133 | ||
| 5.2.2 Spannungskomponenten in der FEM | 134 | ||
| 5.2.3 Berechnung elastisch-plastischer Beanspruchungen (LCF) | 138 | ||
| 5.2.4 Berechnung von Lastkollektiven | 143 | ||
| 5.2.4.1 Rainflow Zählung | 146 | ||
| 5.2.4.2 Kollektivbildung | 148 | ||
| 5.2.4.3 Extrapolation von Kollektiven | 149 | ||
| 5.2.5 Auf den Punkt | 153 | ||
| 5.2.6 Wichtige Formeln | 154 | ||
| 5.2.7 Übungen Beanspruchungen | 154 | ||
| 5.3 Beanspruchbarkeit Kerbspannungskonzept (HCF) | 156 | ||
| 5.3.1 Die Neigung | 158 | ||
| 5.3.2 Die Knickpunktzyklenzahl | 159 | ||
| 5.3.3 Die Dauerfestigkeit | 160 | ||
| 5.3.3.1 Einfluss des Werkstoffes | 162 | ||
| 5.3.3.2 Einfluss der Mittelspannung | 164 | ||
| 5.3.3.3 Einfluss der Kerben (Geometrie) | 170 | ||
| 5.3.3.4 Einfluss von Eigenspannungen | 177 | ||
| 5.3.3.5 Einfluss der Bauteilgröße | 178 | ||
| 5.3.3.6 Einfluss der Oberflächenrauhigkeit | 184 | ||
| 5.3.3.7 Einfluss der Oberflächenverfestigung | 186 | ||
| 5.3.3.8 Einfluss der Temperatur | 187 | ||
| 5.3.3.9 Einfluss der Frequenz | 188 | ||
| 5.3.3.10 Einfluss der Korrosion | 189 | ||
| 5.3.4 Auf den Punkt | 190 | ||
| 5.3.5 Wichtige Formeln | 191 | ||
| 5.3.6 Übungen Beanspruchbarkeit HCF | 193 | ||
| 5.4 Beanspruchbarkeit Kerbdehnungskonzept (LCF) | 195 | ||
| 5.4.1 Einfluss Mittelspannungen | 197 | ||
| 5.4.2 Weitere Bauteileinflüsse | 198 | ||
| 5.4.3 Auf den Punkt | 202 | ||
| 5.4.4 Wichtige Formeln | 203 | ||
| 5.4.5 Übung Beanspruchbarkeit LCF | 203 | ||
| 5.5 Berechnung der Sicherheit | 204 | ||
| 5.5.1 Schadensakkumulationshypothese | 204 | ||
| 5.5.2 Modifikationen der Miner-Regel | 206 | ||
| 5.5.2.1 Miner-modifiziert nach Haibach | 208 | ||
| 5.5.2.2 Miner Elementar | 208 | ||
| 5.5.2.3 Miner Liu-Zenner | 209 | ||
| 5.5.2.4 Miner-Konsequent | 210 | ||
| 5.5.2.5 Miner-Relativ | 211 | ||
| 5.5.3 Lebensdauerlinien | 212 | ||
| 5.5.4 Berechnung der Sicherheit | 213 | ||
| 5.5.4.1 Die Sicherheit bezüglich Ausfallwahrscheinlichkeit | 214 | ||
| 5.5.4.2 Die Sicherheit bezüglich Stichprobenrisiko | 218 | ||
| 5.5.5 Treffsicherheit der Betriebsfestigkeit | 220 | ||
| 5.5.6 Auf den Punkt | 221 | ||
| 5.5.7 Wichtige Formeln | 222 | ||
| 5.5.8 Übungen Sicherheit | 223 | ||
| 6. Konstruktionsprinzipien | 224 | ||
| 6.1 Einfluss des Produktes | 224 | ||
| 6.2 Schwingbruchsichere Auslegung | 225 | ||
| 6.3 Ausfallsichere Auslegung | 226 | ||
| 6.4 Schadenstolerante Auslegung | 227 | ||
| 6.5 Festigkeitssteigernde Maßnahmen | 227 | ||
| 6.6 Tipps aus der Praxis | 230 | ||
| 7. Brauche ich einen Berater? | 231 | ||
| 8. Richtlinien und Normen | 232 | ||
| 9. Englische Begriffe | 233 | ||
| 10. Formelzeichen | 236 | ||
| 11. Lösungen | 240 | ||
| 11.1 Lösungen Statistik | 240 | ||
| 11.2 Lösungen FEM | 244 | ||
| 11.3 Lösungen statischer Nachweis | 248 | ||
| 11.4 Lösungen Werkstoffverhalten | 255 | ||
| 11.5 Lösungen Beanspruchungen | 259 | ||
| 11.6 Lösungen Beanspruchbarkeit HCF | 265 | ||
| 11.7 Lösung Beanspruchbarkeit LCF | 282 | ||
| 11.8 Lösungen Sicherheit | 285 | ||
| 12. Anhang | 292 | ||
| 12.1 Formzahlen | 292 | ||
| 12.1.1 (Hohl-)welle mit Bohrung | 292 | ||
| 12.1.2 Welle mit Schulter | 293 | ||
| 12.1.3 Welle mit Umlaufkerbe | 294 | ||
| 12.1.4 Flachstab mit zweiseitiger Kerbe | 295 | ||
| 12.1.5 Flachstab mit einseitiger Kerbe | 296 | ||
| 12.1.6 Platte mit zentrischer Bohrung | 297 | ||
| 12.1.7 Flachstab mit Schulter | 298 | ||
| 12.2 Wahrscheinlichkeitsnetze | 299 | ||
| 12.2.1 Logarithmische Normalverteilung | 299 | ||
| 12.2.2 Schranken der Normalverteilung | 300 | ||
| 12.3 Rainflowalgorithmus | 302 | ||
| 12.4 Überlastfälle Mittelspannungseinfluss | 304 | ||
| 13. Literaturverzeichnis | 307 | ||
| 14. Stichwortverzeichnis | 312 |
