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2014 | Buch

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Werkstoffmechanik

Bauteile sicher beurteilen und Werkstoffe richtig einsetzen

verfasst von: Ralf Bürgel, Hans Albert Richard, Andre Riemer

Verlag: Springer Fachmedien Wiesbaden

Enthalten in: Springer Professional "Wirtschaft+Technik" , Springer Professional "Technik"

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Über dieses Buch

Dieses Fachbuch hilft dem Leser, das mechanische Verhalten der Werkstoffe im Einsatz richtig zu beurteilen. Es ist somit ein unentbehrlicher Ratgeber bei der Konstruktion und Entwicklung von Bauteilen sowie in der Schadensanalyse. In der aktuellen Auflage wurden einige Textstellen überarbeitet, die verwendeten Einheiten und Formelzeichen vereinheitlicht sowie die Qualität der Bilder und Tabellen deutlich verbessert.

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter

1. Festigkeit und Verformung der Metalle

Zusammenfassung

Die Festigkeitslehre und die Werkstoffmechanik sind elementare Gebiete des Maschinenbaus und verwandter Disziplinen. Die Werkstoffmechanik ist dabei noch mehr werkstoffkundlich geprägt als die klassische Festigkeitslehre. Das umfangreiche Kapitel „Festigkeit und Verformung der Metalle“ dringt tief in die Mikrostruktur der Materialien ein. Es beschäftigt sich unter anderem mit kristallographischen Grundlagen, elastischen und plastischen Verformungen, Versetzungsarten und Versetzungsbewegungen, der Fließspannung und der Verfestigung, der Kristallverformung, Kriechvorgängen, Eigenspannungen und Spannungsrelaxation sowie mit Härtungsmechanismen. Diese Themen sind insbesondere für maschinenbaulich orientierte Leser verständlich aufbereitet.

Ralf Bürgel, Hans Albert Richard, Andre Riemer

2. Zyklische Belastung

Zusammenfassung

Viele Bauteile sind einer schwingenden Belastung ausgesetzt, bei der sich die Spannung zeitlich, oft mit hohen Frequenzen, ändert. Auch die meisten Schäden treten an schwingend beanspruchten Komponenten auf. In bestimmten Sparten sind 90 % aller Ausfälle auf Materialermüdung infolge zyklischer Belastung zurückzuführen. Von Wechsellast spricht man, wenn sich während eines Schwingspiels ein Vorzeichen ändert. Bei allgemein periodischer Belastung können die auftretenden Spannungen auch nur im Zug- oder im Druckbereich liegen. Die Darstellung der Dauerschwingfestigkeit erfolgt in diesem Kapitel mit Wöhlerdiagrammen und Dauerschwingfestigkeitsschaubildern. Beschrieben werden auch werkstoffbedingte und beanspruchungsbedingte Einflussgrößen sowie geometrische und konstruktive Einflussfaktoren. Ein wichtiger Themenkomplex stellt auch die Reibermüdung dar.

Hans Albert Richard, Ralf Bürgel, Andre Riemer

3. Spannungskonzentrationen und Kerbwirkung

Zusammenfassung

Querschnittsänderungen treten an praktisch allen Bauteilen auf und stören den gleichmäßigen Kraftfluss. Man spricht von Kerben, wenn die Übergänge ziemlich schroff erfolgen, z.B. an Nuten, Absätzen, Gewinden oder Bohrungen. An allen Querschnittsübergängen bauen sich Spannungskonzentrationen auf. Auch die Vorgänge in der Umgebung von Werkstofftrennungen, wie Lunkern, Schmiedefalten oder sonstigen Ungänzen sind ähnlich zu betrachten. Behandelt werden in diesem Kapitel die Spannungs- und Verformungszustände im Kerbbereich, der Fließbeginn sowie die Plastifizierung an Kerben und in deren Umgebung. Untersucht wird darüber hinaus der Kerbeinfluss auf die Zugfestigkeit.

Hans Albert Richard, Ralf Bürgel, Andre Riemer

4. Bruchmechanik

Zusammenfassung

Die Bruchmechanik geht von Fehlstellen und Rissen in Bauteilen und Strukturen aus. Infolge der Bauteilbelastung tritt in der Umgebung von Rissen ein singuläres Spannungsfeld mit elastizitätstheoretisch ermittelten, unendlich hohen Spannungen auf. Da sich diese Fehlstellen nicht mit Festigkeitskriterien beurteilen lassen, sind bruchmechanische Kenngrößen und Kennwerte erforderlich um die Gefährlichkeit von Rissen abzuschätzen. Kennzeichnend für das Spannungsfeld in der Rissumgebung ist der Spannungsintensitätsfaktor, wichtigster Werkstoffkennwert ist die Risszähigkeit. Mit beiden Größen lässt sich die bruchmechanische Restfestigkeit und die kritische Risslänge, bei der instabile Rissausbreitung eintritt, ermitteln. In diesem Kapitel werden zudem ein Leck-vor-Bruch-Kriterium sowie die Energiebilanz bei Rissausbreitung und Bruch vorgestellt.

Hans Albert Richard, Ralf Bürgel, Andre Riemer

5. Versagensmechanismen

Zusammenfassung

Versagen eines Bauteils bedeutet, dass es nicht mehr einsatzfähig ist und dass ein Schaden für das Gerät, die Maschine, die ganze Anlage oder ein Fahrzeug eingetreten ist. Die Funktion ist nicht mehr gewährleistet oder das Risiko für einen Weiterbetrieb ist zu groß.

Ursachen für Versagen können sein:

• Unzulässig große plastische Verformung, einschließlich Knicken, Kippen und Beulen

• Rissbildung und eventuell Bruch

• Korrosion

• Verschleiß oder

• Kombinationen davon.

Betrachtet werden in diesem Kapitel Sprödbrüche, Duktilbrüche, Schwingungsbrüche sowie Kriechschädigung und Zeitstandsbrüche anhand praktischer Beispiele.

Hans Albert Richard, Ralf Bürgel, Andre Riemer

Backmatter

Titel: Werkstoffmechanik
verfasst von: Ralf Bürgel
Hans Albert Richard
Andre Riemer
Verlag: Springer Fachmedien Wiesbaden
Electronic ISBN: 978-3-658-03935-6
Print ISBN: 978-3-658-03934-9
DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-658-03935-6

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