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Ermüdungsrisse

Erkennen, sicher beurteilen, vermeiden

Authors: Hans Albert Richard, Manuela Sander

Publisher: Vieweg+Teubner Verlag

Part of: Springer Professional "Wirtschaft+Technik" , Springer Professional "Technik"

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About this book

Das Fachbuch Ermüdungsrisse beschäftigt sich mit der Auslegung von Bauteilen nach Festigkeitskriterien sowie der Analyse von Schäden durch Risswachstum bei Belastung mit konstanter Amplitude und bei Betriebsbelastung. Die Ermittlung und Darstellung bruchmechanischer Werkstoffkennwerte und -kennfunktionen wird behandelt. Selbsterklärende Abbildungen zu charakteristischen Anwendungsbeispielen aus der Praxis visualisieren überzeugend die dargestellten Sachverhalte. Die zweite Auflage wurde um ein weiteres Praxisbeispiel erweitert.

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Table of Contents

Frontmatter

1. Auslegung von Bauteilen und Strukturen nach Festigkeitskriterien

Zusammenfassung

Bauteile und Strukturen werden i. Allg. nach der klassischen Festigkeitslehre nach Spannungs-, Verformungs- oder Stabilitätsgesichtspunkten ausgelegt. Dabei werden z. B. beim Festigkeitsnachweis die maximalen Spannungen mit zulässigen Spannungswerten verglichen.

Hans Albert Richard, Manuela Sander

2. Schäden durch Risswachstum

Zusammenfassung

Bis vor wenigen Jahrzehnten wurden Bauteile, Maschinen und Anlagen allein mit der klassischen Festigkeitsberechnung, d. h. mit Festigkeitskriterien, wie sie z. B. in Kapitel 1 beschrieben sind, ausgelegt. Trotz sorgfältiger Berechnung traten wiederholt an Brücken, Schiffen, Flugzeugen, Behältern, Reaktorkomponenten, Pipelines, Straßen- und Schienenfahrzeugen Schäden mit teilweise katastrophalen Folgen auf.

Hans Albert Richard, Manuela Sander

3. Grundlagen der Bruchmechanik

Zusammenfassung

Beim Festigkeitsnachweis (siehe z. B. Kapitel 1) geht man i. Allg. von fehlerfreien Bauteilen aus. Mögliche Ungänzen werden unter Umständen durch erhöhte Sicherheitsfaktoren berücksichtigt. Die Existenz von Fehlern und Rissen ändert aber das Festigkeitsverhalten von Bauteilen und Strukturen grundlegend. So kommt es vor, dass technische Produkte weit unterhalb der statischen Festigkeit oder der Dauerfestigkeit des Materials versagen (siehe z. B. die Schadensfälle in Kapitel 2).

Hans Albert Richard, Manuela Sander

4. Ermüdungsrisswachstum bei zyklischer Belastung mit konstanter Amplitude

Zusammenfassung

Bauteile und Strukturen sind vielfach zeitlich veränderlichen Belastungen ausgesetzt. Dabei können sich die Belastungsgrößen, z. B eine wirkende Kraft F, ein wirkendes Moment M, eine ins Bauteil eingeleitete Spannung ó, derart zeitlich ändern, dass eine Belastung mit konstanter Amplitude, Belastung mit variabler Amplitude oder eine einmalige Stoßbelastung vorliegt, siehe z. B. Kapitel 1.1. Wiederholte zeitliche Änderungen der Belastung führen unter bestimmten Bedingungen zum Ermüdungsrisswachstum. Stoßbelastungen können dagegen zum plötzlichen Bruch des Bauteils führen.

Hans Albert Richard, Manuela Sander

5. Experimentelle Ermittlung bruchmechanischer Werkstoffkennwerte

Zusammenfassung

Für die Auslegung bzw. für die Bestimmung der Lebensdauer eines Bauteils oder einer Struktur ist die Kenntnis der Beanspruchbarkeit eines Werkstoffs, die der Beanspruchung gegenübergestellt werden kann, von besonderem Interesse. In diesem Kapitel soll deshalb die Ermittlung derjenigen bruchmechanischen Werkstoffkennwerte dargestellt werden, die für das Ermüdungsrisswachstum von Bedeutung sind. An dieser Stelle kann nur eine zusammenfassende Darstellung der Sachverhalte gegeben werden. Für eine detaillierte Beschreibung sei auf die Originalquellen verwiesen.

Hans Albert Richard, Manuela Sander

6. Ermüdungsrisswachstum bei Betriebsbelastung

Zusammenfassung

Risswachstumssimulationen und Lebensdauervorhersagen berücksichtigen häufig nur einstufige Belastungen, wie es im Kapitel 4 beschrieben ist. Während der Einsatzzeit ist ein Bauteil jedoch einer Betriebsbelastung ausgesetzt, die sich aus unterschiedlichen Belastungswechseln, wie z. B. Über- und Unterlasten, Blocklasten oder Änderungen der Belastungsrichtungen, zusammensetzt. Im Allgemeinen treten diese nicht regelmäßig auf, sondern entstehen zufällig aus der gesamten Nutzungssituation.

Hans Albert Richard, Manuela Sander

7. Simulationen des Ermüdungsrisswachstums

Zusammenfassung

Das Ermüdungsrisswachstum in Bauteilen und Strukturen wird insbesondere durch die Rissgeschwindigkeitskurve da/dN für den vorliegenden Werkstoff als Funktion von der zyklischen Spannungsintensität ∆K _I und vom R-Verhältnis charakterisiert (siehe Kapitel 4.2).

Hans Albert Richard, Manuela Sander

8. Praxisbeispiele

Zusammenfassung

In den bisherigen Kapiteln wurden mehrere Beispiele eingefügt, um ein vertieftes Verständnis der Grundlagen zu fördern. Dabei stand bereits die Praxisrelevanz im Mittelpunkt. Einen zusammenfassenden Einblick in die Anwendung der in diesem Buch dargestellten Methoden und Konzepte sollen auch die nachfolgenden Praxisbeispiele liefern. Zudem werden in Kapitel 8.5 Maßnahmen zur Verlängerung der Lebensdauer von Maschinen, Anlagen und Strukturen vorgestellt.

Hans Albert Richard, Manuela Sander

9. Wichtige Formelzeichen

Hans Albert Richard, Manuela Sander

Backmatter

Title: Ermüdungsrisse
Authors: Hans Albert Richard
Manuela Sander
Copyright Year: 2012
Publisher: Vieweg+Teubner Verlag
Electronic ISBN: 978-3-8348-8663-7
Print ISBN: 978-3-8348-1594-1
DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-8348-8663-7

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