Sicherheit = Beanspruchbarkeit/Beanspruchung

Svor > Serf

auftretende Spannung aus Belastung

Ertragbare Spannung

• Zug

• Druck

• Biegung

• Torsion

• Schub

relevante Belastungen (Kräfte, Momente) erfassen und darstellen

1. Funktions- und Bemessungsmodell

2. Belastungen, Leistung, Drehzahl berechnen

3. überschlägige Berechnung Hauptabmessungen aus zul. Nennspannung

1. angreifende Kräfte und Momente ermitteln

2. Berechnung innere Kräfte und Momente an gefährdeten Querschnitten

3. Ermittlung der Spannungen an diesen Stellen

4. Berechnung der Bauteilfestigkeit aus Werkstoffdaten, Herstellung und Geometrie

5. Nachweis der Sicherheit durch Vergleich von Spannung und Bauteilfestigkeit

1. Aufstellen eines Funktions und Bemessungsmodells

2. Annahme einer zulässigen Nennspannung

3. Ermittlung der übertragenden Kräfte und Momente

• elastisch: schwindende Verformung

• plastisch: bleibende Veformung

1. reales Bauteil

2. Berechnungsmodell

3. Schnittreaktion an zu berechnendem Querschnitt

4. Spannung

ist zu vernachlässigen

• bei Behinderung von Wärmeausdehnung

• bei Verbund von Material unterschiedlicher Wärmeausdehnungskoeffizienten

• generell in allen Bauteilen

• nicht berücksichtigt in Berechnungen

• entstehen auch bei Schweißen/Wärmebehandeln/plast. Verformung

• bleibende Verformung

• Gewaltbruch

• einmalige hohe Beanspruchung

• Dauerbruch

• periodische wiederkehrende Beanspruchung

• Art der Beanspruchung

• Geometrie

• Art der Ermittlung ?

• Temperatur

• Zugversuch

• näherungsweise Brinell-Härtemessung

• ruhende Beanspruchung (nur theoretisch)

• schwellende Beanspruchung

• wechselnde Beanspruchung

Beanspruchbarkeit bei dynamischer Belastung

Bereich 1: Obere Dauerfestigkeitsgrenze:

• Theoretische Begrenzung oben durch Bruchfestigkeit, begrenzt durch Streckgrenze

Bereich 2: Schwellenbereich:

• Begrenzung unten durch Schwellfestigkeit

Bereich 3: Wechselbereich

• Mittenspannungen und dazugehörige mit dazugehörige Spannungsausschlag

• gewöhnlich im Maschinbau genutzt

• Kerbwirkung

  • umso spitzer die Kerbe, um so höher die Spannungsspitze

• Größeneinfluss

  • Technologischer Einfluss wie Wärmebehandlung mit verschiedenen Abkühlgeschwindigkeiten, Eigenspannung

• Oberflächeneinfluss

  • durch Veränderung der Oberfläche (Härten, Verdichten) mit Tiefenwirkung

• für alle Versagenskritische Bereiche

• Vergleich von Beanspruchung und Beanspruchbarkeit

• Beanspruchung ermitteln

• basierend auf Nettoquerschnitt

• Spannungsspitzen berücksichtigt auf Widerstandsseite

• Spannungsspitzen werden im Grenzzustand durch plastische Umlagerung abgebaut

• flächen oder stabförmige Bauteile bevorzugen

• örtliche Spannung im Kerbgrund

• Spannungsspitzen auf Beanspruchungsseite berücksichtigt

• analytische Berechnung nur in einfachen fällen, bei komplexeren Geometrien (FEM)

• Bei Volumenförmigen Bauteilen bevorzugt

Bei:

• ruhender Beanspruchung

• zügiger Beanspruchung

• stoßartiger Beanspruchung

Versagensformen:

• bleibende Verformung

• Bruch

keine ahnung

Schwingungsbruch infolge von Werkstoffermüdung

Ursachen:

• Dauerfestigkeit << statischen Festigkeit

• Fehlstellen senken Dauerfestigkeit

• Korrossion

• zeitlicher Verlauf meist nciht bekannt

• große streuung Schwingfestigkeistkennwerte

• ohne Vorwarnung

• Festigkeit und Beanspruchung sind statistisch Verteilt

• Überschneidung fürht zu schädigungsbereich

• Ziele: vermeiden innerhalb kurzer Zeit

• vermeidet Überdemensionierung

• Konstruktion wird auf Lebensdauer ausgelegt

• detaillierte Beschreibung der Beanspruchung erforderlich