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2005 | Book

Festigkeitslehre und Werkstoffmechanik

Werkstoffe sicher beurteilen und richtig einsetzen

Author: Ralf Bürgel

Publisher: Vieweg+Teubner Verlag

Book Series : Studium Technik

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About this book

Das zweibandige Buch "Festigkeitslehre und Werkstoffmechanik" fOhrt ein in diese beiden elementaren Gebiete des Maschinenbaus und verwandter Diszipli­ nen. Die Kombination der technischen Mechanik mit der Werkstoffkunde steht im Vordergrund, weil nichts ohne Werkstoffe gebaut werden kann und der Werkstoff nicht als "schwarzer Kasten" behandelt werden darf. Das weiB jeder Ingenieur spatestens nach der ersten Schadenuntersuchung. Leider fehlt jedoch bei den Maschinenbaustudenten und spateren Ingenieu­ ren in der Praxis haufig das Werkstoffverstandnis, weil die Materialkunde in vie­ len Studienplanen des Maschinenbaus und verwandter Gebiete eine immer ge­ ringere Rolle spielt. Sicherlich liegt der Grund auch darin, dass die mehr ins Mik­ roskopische, ja, Atomare gehende Betrachtungsweise den typischen Konstruk­ teuren nicht behagt und sie auBerdem oft den falschen Eindruck bekomme- etwas Oberspitzt -, die Werkstoffkunde fange mit dem EKD (Eisen-Kohlenstoff­ Diagramm) an und hare auch damit auf. So wird ihnen leider die groBe Bedeu­ tung, aber auch die Attraktivitat dieses Faches fOr den Maschinen-und Anlagen­ bau nicht vermittelt. Der Stoff fasst mehrere Vorlesungen zusammen, die ich von 1993 bis 2004 an der Fachhochschule OsnabrOck gehalten habe. Die Aufteilung in zwei Bande bot sich an, weil ein GroBteil der Benutzer, Oberwiegend Studenten im Grundstu­ dium, besonders am ersten Band interessiert sein wird. Der zweite ist eher fOr das Hauptstudium maschinenbaulich gepragter Studiengange an Fachhochschu­ len und Universitaten sowie fOr Fachleute in der Praxis vorgesehen. Die Bande sind unabhangig voneinander verwendbar.

Table of Contents

Frontmatter
1. Festigkeit und Verformung der Metalle
Zusammenfassung
Aus der Festigkeitslehre ist bekannt, dass die mechanisch belasteten Konstruktionswerkstoffe (Gegensatz: Funktionswerkstoffe, wie z.B. Beschichtungen) für den Betriebseinsatz in erster Linie eine hohe Streckgrenze besitzen sollten. Zyklisch beanspruchte Bauteile müssen eine ausreichende Dauerschwingfestigkeit aufweisen. Im Bereich hoher Temperaturen, wenn sich die Kriechverformung bemerkbar macht, kommen als entscheidende Kennwerte die Zeitdehngrenze z.B. die 1%-Zeitdehngrenze, und die Zeitstandfestigkeit hinzu. Für rissbehaftete Bauteile ist außerdem die Riss- oder Bruchzähigkeit des Werkstoffes maßgeblich, in die neben der Festigkeit auch das Verformungsvermögen, die Duktilität, eingeht.
Ralf Bürgel
2. Zyklische Belastung
Zusammenfassung
Die meisten 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. Allgemein wird von zyklischer Belastung gesprochen, unabhängig von der Frequenz und auch unabhängig vom Vorzeichen der Spannung. Gemäß der gültigen Norm DIN 50 100 „Dauerschwingversuch“ bezeichnet man als Wechsellast eine solche, bei der sich während eines Schwingspiels das Vorzeichen ändert. Dies ist zwar oft der Fall, es kann aber auch sein, dass alle auftretenden Spannungen nur im Zug- oder nur im Druckgebiet liegen.
Ralf Bürgel
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 Rissen, sind ähnlich zu betrachten. Die besonderen Verhältnisse an Rissen sind Gegenstand der Bruchmechanik, für deren Verständnis es hilfreich ist, sich zunächst Klarheit über die Spannungs- und Verformungszustände an Kerben zu verschaffen.
Ralf Bürgel
4. Bruchmechanik
Zusammenfassung
Der erste Schritt bei der Festigkeitsauslegung von Bauteilen besteht darin, Spannungen zu berechnen und sicherzustellen, dass ein zulässiger Wert an keiner Stelle überschritten wird. Im einfachsten Fall wird makroskopische plastische Verformung ausgeschlossen durch das Kriterium σV ≤ Re/SF- Ebenso kann — je nach Beanspruchung — als Festigkeitskennwert anstelle der Streckgrenze z.B. die Dauerschwingfestigkeit, eine bestimmte Zeitdehngrenze oder die Zeitstandfestigkeit gesetzt werden. All diesen Festigkeitsberechnungen liegt die Annahme zugrunde, dass der Werkstoff im Ausgangszustand keine kritischen Fehlstellen enthält, welche unter den herrschenden Belastungen wachstumsfähig wären und gegenüber einem fehlerfreien Material vorzeitig zum Bruch führten. Unter Fehlstellen sind hierbei Werkstofftrennungen zu verstehen, welche in spe-zifikations- oder normgerechtem Probenmaterial nicht vorhanden sind (also nicht etwa Gitterfehler, wie Korngrenzen oder Ausscheidungen).
Ralf Bürgel
5. Versagensmechanismen
Zusammenfassung
Versagen eines Bauteils bedeutet, dass es nicht mehr einsatzfähig ist und dass ein Schaden für das Gerät, die Maschine oder 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.
Ralf Bürgel
Backmatter
Metadata
Title
Festigkeitslehre und Werkstoffmechanik
Author
Ralf Bürgel
Copyright Year
2005
Publisher
Vieweg+Teubner Verlag
Electronic ISBN
978-3-322-85239-7
Print ISBN
978-3-8348-0078-7
DOI
https://doi.org/10.1007/978-3-322-85239-7

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