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Über dieses Buch

Dieses Lehrbuch unterstützt nachhaltig bei der Durchführung von rechnerischen Festigkeitsnachweisen mit der 7. Ausgabe der FKM-Richtlinie „Rechnerischer Festigkeitsnachweis für Maschinenbauteile“ von 2020. Es erläutert den Berechnungsablauf, wie er in der FKM-Richtlinie beschrieben ist, wobei auf die Darstellung diverser Spezialfälle verzichtet wird. Dieser reduzierte Ablauf erleichtert das Verständnis und ist für viele Anwendungsfälle dennoch ausreichend. Der Ablauf eines Festigkeitsnachweises wird anhand von praxisrelevanten Beispielen erläutert, die vom Leser nachvollzogen und nachgerechnet werden können. Bei den Beispielen bildet die Ermittlung der örtlichen elastizitätstheoretischen Spannungen mit der Finite-Elemente-Software ANSYS Workbench einen über die Richtlinie hinausgehenden Bestandteil. Mithilfe des umfangreichen Zusatzmaterials, das im Internet zum Download bereitsteht, können die Finite-Elemente-Berechnungen für die Spannungsermittlung sowie die lineare Schadensakkumulation mit dem Verfahren Miner konsequent nachvollzogen werden.

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter

1. Einleitung

Zusammenfassung
Das vorliegende Lehrbuch richtet sich an Ingenieure und Studierende der Ingenieurwissenschaften, die sich mit dem Festigkeitsnachweis der FKM-Richtlinie „Rechnerischer Festigkeitsnachweis für Maschinenbauteile aus Stahl, Eisenguss- und Aluminiumwerkstoffen“ (7. Ausgabe) beschäftigen. Es soll sie in die Lage versetzen, die Grundzüge eines Betriebsfestigkeitsnachweises mithilfe der FKM-Richtlinie und dessen Hintergründe zu verstehen und sich mit der Struktur der FKM-Richtlinie vertraut zu machen, um mit ihr sicher umgehen zu können. Für die Ermittlung der örtlichen elastizitätstheoretischen Beanspruchungen (die in diesem Buch im Vordergrund stehen) wird beispielhaft das Finite-Elemente-Programm ANSYS Workbench verwendet.
In der Einleitung werden Hinweise zum Umgang mit dem vorliegenden Buch gegeben, auf Einschränkungen des Buches gegenüber der FKM-Richtlinie sowie den Haftungsausschluss hingewiesen.
Michael Wächter, Christian Müller, Alfons Esderts

2. Die FKM-Richtlinie

Zusammenfassung
In diesem Kapitel wird zunächst ein Überblick über die Entstehung der FKM-Richtlinien aufbauend auf den TGL-Standards der DDR und anderen Quellen, sowie zur Weiterentwicklung bis hin zur aktuellen 7. Ausgabe, gegeben. Anschließend werden der Anwendungsbereich und der Aufbau der FKM-Richtlinie genauer betrachtet, um dem Leser den Umgang mit dem Regelwerk zu erleichtern.
Michael Wächter, Christian Müller, Alfons Esderts

3. Grundlagen: Beanspruchungszustand, rechnerische Lebensdauerabschätzung und Festigkeitsnachweis

Zusammenfassung
In diesem Kapitel werden die Grundlagen diskutiert, die zur Anwendung der FKM-Richtlinie notwendig sind.
Zu diesen Grundlagen gehören:
  • Definition und Unterscheidung von Nennspannungen und örtlichen Spannungen
  • Spannungstensor, Normal- und Schubspannungen, Hauptnormalspannungen
  • Mehrachsigkeit, Vergleichsspannungshypothesen
  • Elasto-Plastizität, Fließbedingung, Fließregel, Verfestigungsregel
  • Konzepte und Grundlagen des rechnerischen Festigkeitsnachweises
  • Ermittlung von Lastkennwerten
  • Mittelspannungsbewertung
  • Rechnerische Abschätzung von Festigkeitskennwerten
  • Lineare Schadensakkumulation
  • Sicherheitskonzept und Zuverlässigkeitsaussagen
Michael Wächter, Christian Müller, Alfons Esderts

4. Der statische Festigkeitsnachweis am Beispiel eines Wellenabsatzes

Zusammenfassung
In diesem Kapitel wird der Statische Festigkeitsnachweis nach FKM-Richtlinie am Beispiel einer abgesetzten Welle detailliert betrachtet.
Dabei wird gleichermaßen auf die allgemeingültigen und speziell auf das o. g. Beispiel zutreffenden Berechnungsschritte eingegangen, sodass diese vom Leser nachvollzogen und nachgerechnet werden können.
Insbesondere werden die folgenden Aspekte betrachtet:
  • Ermittlung der örtlichen Beanspruchungen mit ANSYS Workbench
  • Berechnung der plastischen Formzahl
  • Bestimmung der statischen Bauteilfestigkeit
  • Bildung des statischen Auslastungsgrads
Michael Wächter, Christian Müller, Alfons Esderts

5. Der Ermüdungsfestigkeitsnachweis am Beispiel eines Wellenabsatzes

Zusammenfassung
In diesem Kapitel wird der Ermüdungsfestigkeitsnachweis am Beispiel einer abgesetzten Welle detailliert betrachtet.
Dabei wird gleichermaßen auf die allgemeingültigen und speziell auf das o. g. Beispiel zutreffenden Berechnungsschritte eingegangen, sodass diese vom Leser nachvollzogen und nachgerechnet werden können.
Insbesondere werden die folgenden Aspekte beleuchtet:
  • Ermittlung der örtlichen Beanspruchungen mit ANSYS Workbench
  • Bestimmung der hoch beanspruchten Oberfläche und des Spannungsgradienten für die werkstoffmechanische Stützzahl
  • Berechnung der Betriebsfestigkeitsfaktoren nach den Verfahren Miner elementar und Miner konsequent
  • Bildung der Auslastungsgrade für den Ermüdungsfestigkeitsnachweis
Michael Wächter, Christian Müller, Alfons Esderts

6. Beispiel: Lagerbock

Zusammenfassung
In diesem Kapitel wird der Statische und Ermüdungsfestigkeitsnachweis am Beispiel eines Lagerbocks aus Schmiedestahl betrachtet. Alle relevanten Zwischenergebnisse und Erklärungen zur Auswahl bestimmter Faktoren und Größen sind dabei dokumentiert, sodass das Beispiel vom Leser nachvollzogen und nachgerechnet werden kann.
Michael Wächter, Christian Müller, Alfons Esderts

7. Beispiel: Planetenträger

Zusammenfassung
In diesem Kapitel wird der Statische und Ermüdungsfestigkeitsnachweis am Beispiel eines zweiwangigen Planetenträgers betrachtet. Alle relevanten Zwischenergebnisse und Erklärungen zur Auswahl bestimmter Faktoren und Größen sind dabei dokumentiert, sodass das Beispiel vom Leser nachvollzogen und nachgerechnet werden kann.
Michael Wächter, Christian Müller, Alfons Esderts

8. Hinweise für die Anwendung

Zusammenfassung
In diesem Kapitel werden praktische Hinweise zu den Aspekten
  • Ermittlung der kritischen Stelle im Bauteil,
  • Ermittlung der plastischen Formzahl sowie zur
  • Ermittlung von Spannungsgradienten
gegeben.
Michael Wächter, Christian Müller, Alfons Esderts

Backmatter

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