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Inhaltsverzeichnis
1 Einführung und Übersicht 1
1.1 Einführung 1
1.1.1 Problemstellung der Betriebsfestigkeit 1
1.1.2 Abriss der Zusammenhänge 7
1.1.3 Kenngrößen und Grenzfälle der Betriebsfestigkeit 11
1.1.4 Nachweis der Betriebsfestigkeit 13
1.2Übersicht 15
1.2.1 Anliegen und Gliederung dieses Buches 15
1.2.2 Begriffe und Formelzeichen 17
2 Experimentelle Grundlagen der Betriebsfestigkeit 21
2.1 Wöhler-Versuche 21
2.1.1 Kennzeichnung der Schwingbeanspruchung 21
2.1.2 Versuchsdurchführung und Versuchsauswertung 23
2.1.3 Darstellung der Ergebnisse durch Wöhlerlinien 25
2.1.4 Darstellung der Ergebnisse im Dauerfestigkeits-Schaubild 27
2.1.5 Statistische Belegung der Zeitfestigkeitslinie 30
2.1.6 Statistische Belegung des Dauerfestigkeitswertes 35
2.1.7 Normierte Wöhlerlinien 39
2.1.8 Kritik des Wöhler-Versuchs 50
2.2 Blockprogramm-Versuche 51
2.2.1 Betriebsbeanspruchung und Beanspruchungskollektiv 51
2.2.2 Versuchsdurchführung und Versuchsauswertung 58
2.2.3 Einfluss der Kollektivform 63
2.2.4 Normverteilung als Einheitskollektiv 64
2.2.5 Amplitudenkollektiv, Mittelspannung, Spannungsverhältnis 66
2.2.6Überlagerte Schwingungen unterschiedlicher Frequenz 68
2.2.7 Umlaufend beanspruchte Teile 73
2.2.8 Einflüsse des Werkstoffs und der Bauteileigenschaften 77
2.2.9 Kritik des Blockprogramm-Versuchs 82
2.3 Zufallslasten-Versuche 84
2.3.1 Unterscheidung von Beanspruchungs-Zeit-Funktionen 84
2.3.2 Beschreibung stochasticher Beanspruchungsvorgänge 89
2.3.3 Versuchsdurchführung und Versuchsauswertung 93
2.3.4 Betriebslastennachfahr-Versuche 96
2.3.5 Digitale Aufbereitung gemessener Beanspruchungs-Zeit-Funktionen 99
2.3.6 Analoge Erzeugung stochastischer Beanspruchungs-Zeit-Funktionen 103
2.3.7 Digitale Erzeugung stochastischer Beanspruchungs-Zeit-Funktionen 106
2.3.8 Standard-Lastfolgen mit Gauß'scher Häufigkeitsverteilung 114
2.3.9 Kritik des Zufallslasten-Versuchs 120
2.4 Einzelfolgen-Versuche und spezielle Versuchstechniken 124
2.4.1 Beanspruchungs-Zeit-Funktionen mit veränderlicher Mittelspannung 124
2.4.2 Standard-Lastfolge Twist 125
2.4.3 Lebensdauer bei verändertem Kollektiv der Standard-Lastfolge 129
2.4.4 Experimentelle Ermittlung der Kerbgrundbeanspruchung 132
2.4.5 Experimentelle Ermittlung des Rissfortschritts 135
2.4.6 Kritik des Einzelfolgen-Versuchs 137
2.5Übertragbarkeit von Betriebsfestigkeits-Werten 139
2.5.1Übereinstimmung von Lebensdauerwerten aus Labor und Betrieb 139
2.5.2 Schrifttumsauswertungen zum Reihenfolge-Einfluss 143
3 Rechnerische Verfahren der Betriebsfestigkeit 151
3.1 Berechnen der auftretenden und ertragbaren Spannungen 151
3.1.1 Nennspannung, Formzahl, bezogenes Spannungsgefälle 151
3.1.2 Spannungen aus Finite-Element oder Randelement-Berechnungen 160
3.1.3 Rechnerische Abschätzung der Wöhlerlinien gekerbter Bauteile 175
3.1.4 Rechnerische Abschätzung der Wöhlerlinien geschweißter Bauteile 198
3.1.5 Rechnerische Behandlung des Eigenspannungseinflusses 225
3.1.6 Rechnerische Behandlung einer mehrachsigen Schwingbeanspruchung 239
3.1.7 Kritik der Verfahren zur Spannungsberechnung 260
3.2 Lebensdauerberechnung anhand der Nennspannungen 266
3.2.1 Miner-Regel (Hypothese der linearen Schädigungsakkumulation)266
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Sachverzeichnis
AAbgrenzungs-Verfahren 37
Abknickpunkt 11, 27, 40-42, 47-50, 177, 186-190, 200, 204-206, 243-244, 273, 287-290,...
Aluminium-Legierungen 29, 39, 64, 142, 191, 203, 204, 212, 213, 225, 309, 310, 326, 3...
Amplitude (Definition) 21-23
Amplitudenkollektiv 53, 55 56, 59, 61, 63-64, 66-67, 68-72, 73-77, 266, 274, 283, 285...
Amplitudentransformation 282 283, 324, 370-372, 404-411, 411-413, 431
- nennspannungsbasiert 282-283
Amplitudenkollektiv für Ri = -1 283, 310-313
- bei veränderlicher Mittelspannung 332-334
- Lebensdauerberechnung, σ ε -basiert 404-407
Amplitudentransformation als Zählverfahren 411-413
- Beispiele zur Anwendung 407-411
Analytisch erzielte Ergebnisse wesentliche Eigenschaft 618
Anfangsrisslänge 404, 443 446, 447 449, 450 454, 475 489, 480, 486, 491, 495-496, 500...
Anforderung 13, 15, 82, 95, 164, 225, 551, 577, 579, 580, 584, 585, 588, 593, 597, 60...
Anforderungsliste 579, 585, 593 594, 596, 600, 602-603
Anisotroper Werkstoff 245, 427
Anriss-Lebensdauer 135, 181, 238, 354, 356, 357, 363, 364, 390, 395, 477, 479, 480, 5...
- Experimentelle Ermittlung aus Kerbgrundbeanspruchung 132-135, 353-355
- Berechnung aus Kerbgrundbeanspruchung 358-370, 384-395, 400-404, 404 407, 477 479, ...
Abgrenzung zur Rissfortschritts-Lebensdauer 135-357, 392, 476, 484
Anstrengung s.
Beanspruchung oder Auslastungsgrad
Anzahl der Kollektivstufen 59-62, 140-141, 273, 280-281
Approximationsformeln für Formzahlen 638 ff
Auftretende Spannung (Beanspruchung) 5, 6, 501 506, 549, 569 570, 577 579, 582, 587, ...
Auftretenswahrscheinlichkeit Pe 502, 506-510, 519-523
Ausfallwahrscheinlichkeit 6, 11, 501 ff
- Berechnen aus Integral der Normalverteilung 502-504
abhängig von der Lebensdauer 501 ff, 574
- vereinfachte Berechnung 506 510, 549
- Berechnung für beliebige Streuverteilungen 510-511
- einzuhaltende Sicherheitszahl 505-506, 517, 631 ff
- Extrapolation auf niedrige Werte 34, 511-517, 524, 536
als Problem der unteren Extremwerte 513-517
- sicherheitlich und wirtschaftlich vertretbare Werte 574
- Maß der Zuverlässigkeit 574
Auslastungsgrad 241, 662
Außermittiger Kraftangriff 152 -157, 249, 495, 555
BBauteilauslegung
- schwingbruchsicher (Prinzip sicheres Bestehen, safe life) 575
Bauteilauslegung (Forts.)
- ausfallsicher (Prinzip beschränktes Versagen, fail safe) 575
- schadenstolerant (damage tolerance) 575
- s. auch Bemessung Bauteilklasse s.
Schweißnaht-Kategorie Bauteil-Versagen 1, 7, 240, 256, 267, 324, 384, 431, 443, 536, ...
Bauteil-Wöhlerlinie
- aus Versuchsdaten 197-198, 663 ff
- aus Normen, Vorschriften, Richtlinien, Empfehlungen 160, 198 202
- rechnerische Abschätzung nach FKMRichtlinie 191-197, 552 ff
- rechnerische Abschätzung nach den IIW-Empfehlungen 198-202
- rechnerische Abschätzung für Bauteil mit Anriss 447 449, 449 451
- rechnerische Abschätzung (nach früheren Vorschlägen) 189-191, 649 ff
Beanspruchung
Berechnung, Verfahren und kritische Wertung 260-265
- Ermittlung der kennzeichnenden 569-570
- örtlich mehrachsiger Beanspruchungsablauf 367-370, 382-384, 414-421, 569
- ertragbare s. ertragbare Spannung
beanspruchungsgerechte Bauteilgestaltung 582
- s. experimentelle Ermittlung
- s. Betriebsbeanspruchung
Beanspruchungs-Zeit-Funktion, Ursachen
- Grundbeanspruchung 51-52, 72, 83, 101, 412
- Zusatzbeanspruchung 51-52, 55, 68, 412, 586, 604
Beanspruchungs-Zeit-Funktion, Beschreibung
Beschreibung im Zeitbereich 87-88, 92, 99, 248, 370, 414
Beschreibung im Frequenzbereich 87 89, 89 93, 99, 248 249, 370, 567
Beschreibung im Rainflow-Bereich 87, 99, 370, 373
Beanspruchungs-Zeit-Funktion, Unterscheidung
- quasistatische 52, 68, 125, 414-415, 560-562
- deterministische 52, 84, 86, 120, 124, 126, 377
- periodische 59, 84, 87, 121, 125, 412
- sinusförmige 21-22, 23, 54, 70, 82, 84, 87, 101, 115-116, 405, 412-413
- komplex-periodische 59, 84, 87, 121, 125
- quasi periodische 87-88
- nicht periodische 84, 88
- stochastische 52, 60, 82, 84-87, 88, 89-95, 103-106, 106 ff, 120, 137, 239, 248 249...
- stationäre 56, 58, 84-85, 88, 90-93, 106, 117
- ergodische 85, 88, 90, 93
- quasistationäre 85, 106, 116, 121, 141
- nicht stationäre, instationär 56, 85, 88-89
Beanspruchungs-Zeit-Funktion, für Betriebsfestigkeits-Versuche
Beispiele gemessener 51
- Standard-Lastfolge 114, 116-119, 122, 125-129, 323, 322, 559, 572, 287
- Gauß'sche Zufallsfolge 110-120, 147, 318, 323
- Veränderliche Mittelspannung 52, 68, 83, 124-125, 323, 331-332, 412, 455
- Analoge Erzeugung 96-97, 103-106, 141
- Digitale Aufbereitung 99-103, 378-384
- Digitale Erzeugung 106-120, 375-378
Biharmonische 409-410
- experimentelle Ermittlung- s. Betriebsbeanspruchung
Beanspruchungsart 153, 160, 176, 177, 310, 495, 500, 572, 579, 602, 603
Beanspruchungskollektiv
- s. Kollektiv Begleitproben-Versuch 132, 353 354
Begriffe der Betriebsfestigkeit 18
Belastung
- s. Beanspruchung Bemessung 1, 7, 11 -12, 50, 56, 64, 81-82, 170, 186, 555, 557
- Über oder Unterbemessung 7, 555
Bemessungsunterlage 64, 77, 82, 122, 208, 216, 230, 231
Betriebsbeanspruchung
- Messung 11, 51, 56-58, 64-65, 73-76, 85, 90-93, 96-103, 125, 140-141, 378 382, 384,...
- Streuung 10-11, 58, 378-381, 502, 518-523, 575
- Fehleinschätzung 549, 555, 588-591
Betriebsbedingungen 51, 56, 96, 121, 139, 378, 382, 518, 519, 549, 551, 580, 584, 585...
Betriebserfahrung 50, 591, 619, 623-624
Betriebsfestigkeit 1 ff
- Problemstellung, Abriss der Zusammenhänge 1-12
- Anwendungen in der Technik 6
- Kenngrößen und Grenzfälle 11 ff
- Konzept und praktische Umsetzung 551 ff
- Neuzeitliche Konzepte 613 622
- Experimentelle Grundlagen 21 ff
- Rechnerische Verfahren 151 ff
- Einfluss des Werkstoffs und der Bauteileigenschaften 77-82
- Vorteil hochfester schweißbarer Baustähle 81
- Maßnahmen zur Optimierung s.
Optimierung
- Unternehmerische Entscheidungen 13, 15, 580, 610, 613, 622, 624
- Elemente eines Gesamtkonzeptes 622-624
Betriebsfestigkeitsfaktor 1 96, 657 659
Betriebsfestigkeits-Nachweis 13, 191-197, 559, 577-579, 588-591, 652
- s. auch Maximalspannungs-Nachweis
- als Spannungs-Nachweis 577
- als Lebensdauer-Nachweis 578
- experimentell 13, 617-619
- als Nachweis des Auslastungsgrades 578, 662
- Teilaufgaben als Leitlinie des Vorgehens 13-14, 551-591
- rechnerisch 13, 191-197, 151 ff, 652
- Vorzugebende Anforderungen 551 554
- Einzuhaltende Sicherheitszahlen
- s. Sicherheitszahlen
- Erstellen und Beurteilen 577-579, 662
- Ergebnis unbefriedigend 580 ff
- Dokumentation 579, 584, 591, 610
Betriebsfestigkeits-Schaubild(Haigh-Schaubild) 67-68
Betriebsfestigkeits-Versuch 7, 8, 23, 30, 50 52, 56, 65 68, 77, 80, 82, 93, 94, 97, 2...
Betriebslasten 67, 139, 557-568, 569, 581, 582, 584, 586, 613, 617
- anzusetzende 52, 81, 383-384, 414-416, 421, 584 588, 549, 559-568, 576
- digitale Simulation, quasistatisch 560
- digitale Simulation, dynamisch 562
- messtechnische Überprüfung der Lastannahmen 554
Betriebslasten-Versuch 139 -144, 484
Betriebslastennachfahr-Versuch 95, 96-98, 103, 121, 139, 140-142, 318-320, 423
Betriebsstunden, Betriebszeit 54 55, 61, 97, 103, 378, 518, 579, 584
Binomialverteilung 37, 65
Block-Lastfolge 59 61, 66 67, 1 32, 452
Blockprogramm-Versuch 5 1 ff, 132 -13 5, 460, 574
- Durchführung und Auswertung 58-61, 65
- Auftragung der Lebensdauerlinie 62-64, 140
- Einflüsse auf das Ergebnis 77-82, 97, 132-135
- Verlässlichkeit der Ergebnisse 139-142
- Vergleich Versuch und Miner-Rechnung 306-310, 318-323
- Auswertungen zum Reihenfolgeeinfluss 143-149
- Kritische Wertung 82-84, 320
Boden-Luft-Lastspiel 52, 124-135, 138, 558
- Auswirkung im Versuch 143 -144
- Auswirkung rechnerisch 309, 323-325, 334, 395-397, 408-409
Boundary-Element-Berechnung- s. Randelement-Berechnung
Bruch-Schwingspielzahl 23, 32, 35, 37, 60-61, 181, 267-269, 524
Bruchausgang, Bruchfläche 3, 5, 39, 62, 96, 182, 205, 240, 402, 468, 536, 541 545, 54...
- s. auch Schwinganriss Bruchmechanik 431 ff
- linear-elastische 431 ff, 434, 441, 449-450, 470
- elastisch-plastische 434, 435, 441, 449, 456, 470, 484-487, 495, 479, 500
Bruchmechanik-Konzept 13, 265, 431 ff, 487-498, 498-501, 574
DDamage tolerance 575
Dämpfung 90, 565 566, 603
Daten
- zur Betriebsfestigkeit 65, 67, 83, 122, 143, 145, 149, 160, 197, 202, 306-311, 548,...
Daten (Forts.)
- s. auch Werkstoff-Daten
- aus dehnungskontrollierten Wöhler-Versuchen 347-353
- zu statistischen Verfahren 625 ff
- zu Sicherheitszahlen 631 ff
- zu typisierten Kollektiven 636 ff
Datenbanken 663
Dauerfestigkeit 8, 11, 569, 447
Dauerfestigkeitsabfall 256, 285-290, 295, 306 454, 476-477, 539
- bei extrem hoher Schwingspielzahl 49, 666
- Abschätzung nach FKM-Richtlinie 151, 191-197, 652 ff
- Abschätzung nach IIW-Empfehlungen 198-202
- Abschätzung nach älteren Vorschlägen 179, 187-191, 649 ff
- eines Bauteils mit Anriss 447-448, 450-451
- bei kurzen Rissen 469, 476
- unter Korrosionseinfluss 49, 268
- Nachweis 35-38, 191-197, 303, 559, 652 ff
Dauerfestigkeits-Schaubild- s. Haigh
- Schaubild Dauerschwing-Versuch s. Wöhler-Versuch Dehnungsamplitude
- Gesamtdehnungsamplitude (Definition) 335-336
- elastische (Definition) 335-336
- plastische (Definition) 335-336
Dehnungsbehinderung 438
Dehnungskontrolliert
- Wöhler-Versuch 335-347, 392, 429, 475-476
- Betriebsfestigkeits-Versuch 353-357
Dehnungsmessstreifen 160, 172, 212, 216-218, 568, 619
Dehnungs-Wöhlerlinie 335 ff
- (Definition) 338-339
- Kennwerte und Schätzformeln 338-341, 347-353
- bezogene Darstellung 340-341
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