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2018 | Book

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Sicherheit und Betriebsfestigkeit von Maschinen und Anlagen

Konzepte und Methoden zur Lebensdauervorhersage

Author: Prof. Dr. Manuela Sander

Publisher: Springer Berlin Heidelberg

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

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About this book

Das Buch führt den Leser in die Grundlagen ein und fasst prägnant die aktuellsten Methoden und Konzepte zur festigkeitsgerechten und bruchsicheren Gestaltung von Maschinen und Anlagen zusammen. Darüber hinaus werden Untersuchungen über das Zusammenwirken der Betriebsfestigkeit und der Bruchmechanik dargestellt. Diese werden mittels numerischer, analytischer und experimenteller Untersuchungen bewertet und verglichen. Das zunehmend bedeutende Thema des Very-high-cycle-fatigue-Bereichs rundet den Inhalt ab.

In der zweiten Auflage wurden die neuesten Normen (z.B. DIN 50100, ASTM E647) sowie die Nachweise gemäß der FKM-Richtlinie berücksichtigt. Darüber hinaus wurde ein Kapitel zur Extrapolation von Belastungs-Zeit-Funktionen und weitere Verfahren zur Ermittlung der Langzeitfestigkeit und Mittelspannungsempfindlichkeit aufgenommen. Das Kapitel des Very-high-cycle-fatigue wurde um aktuelle Erkenntnisse deutlich erweitert sowie das fünfte Kapitel neu strukturiert.

Table of Contents

Frontmatter
Kapitel 1. Einleitung
Zusammenfassung
Aufgrund katastrophaler Unfälle der Vergangenheit, wie z.B. des ICE-Unglücks von Eschede oder des Aloha-Unglücks von Hawaii, werden Fragen hinsichtlich der Sicherheit und Zuverlässigkeit von Bauteilen und Strukturen insbesondere vor dem Hintergrund der sicherheitstechnischen und ökonomischen Konsequenzen immer bedeutender. Aus sicherheitstechnischen Gründen muss ein Bauteil in jedem Fall zuverlässig sein, d.h. es darf während einer definierten Zeitdauer unter angegebenen Funktions- und Umgebungsbedingungen nicht ausfallen. Eine Verbesserung der strukturmechanischen Zuverlässigkeit von Bauteilen und somit von Maschinen und Anlagen führt im Allgemeinen zwar zu einer Senkung der Instandhaltungskosten, aber verursacht ihrerseits erneut Kosten, die umso höher sind, je höher das angestrebte Zuverlässigkeitsniveau ist [1-1].
Manuela Sander
Kapitel 2. Konzepte zur festigkeitsgerechten und bruchsicheren Gestaltung
Zusammenfassung
Zur festigkeitsgerechten und bruchsicheren Gestaltung von Bauteilen, Maschinen oder Anlagen stehen unterschiedliche Auslegungskriterien zur Verfügung, die sich im Wesentlichen durch die vorhergesagte Einsatzdauer unterscheiden. Bei einer Auslegung nach „Safe-life“-Kriterien ist sicherzustellen, dass das Bauteil während der Einsatzzeit nicht versagt.
Manuela Sander
Kapitel 3. Zusammenwirken von Betriebsfestigkeit und Bruchmechanik bei der Lebensdauervorhersage
Zusammenfassung
Wie in Abbildung 1.1 dargestellt, setzt sich die Lebensdauer eines Bauteils aus der Rissinitiierungs- und der Rissfortschrittsphase zusammen. Für eine genaue Lebensdauervorhersage ist deshalb neben der Modellierung des Langrisswachstums (s. Kap. 2.5) auch der Prozess der Rissinitiierung und des Kurzrisswachstums von entscheidender Bedeutung. Darüber hinaus ist ebenfalls wichtig, die Beziehung von kurzen und langen sowie von nicht-wachsenden Rissen grundlegend zu verstehen.
Manuela Sander
Kapitel 4. Very high cycle fatigue
Zusammenfassung
In vielen Anwendungsbereichen werden Bauteile und Strukturen mit mehr als 107 Lastwechseln belastet. Beispielsweise sind Radsatzwellen und Eisenbahnräder innerhalb von wenigen Jahren nicht selten 109 Lastwechseln ausgesetzt. Auch Helikoptergetriebe haben nach einer Lebensdauer von 5000 h 109 und mehr Lastwechsel [4-1]. Bei diesen hohen Lastwechselzahlen ist die seit den Untersuchungen von Wöhler definierte Langzeitfestigkeitsgrenze bei N = 106 - 107 Lastwechseln nicht immer gegeben, wie zahlreiche Untersuchungen in der Literatur zeigen (z.B. [4-2 bis 4-7]).
Manuela Sander
Kapitel 5. Bewertung, Vergleich und Anwendung der Konzepte
Zusammenfassung
Vor allem vor dem Hintergrund der schadenstoleranten Bemessung von Maschinen, Anlagen, Verkehrsmitteln oder Bauteilen ist eine die Rissinitiierung und das Risswachstum einschließende Lebensdauervorhersage schon in der Produktentwicklungsphase von entscheidender Bedeutung, um Sicherheit gegen Versagen durch konstruktive Maßnahmen oder regelmäßige Inspektionen gewährleisten zu können. Unabhängig vom Lastspektrum oder vom Material sollten die Vorhersagen aus sicherheitstechnischen Aspekten immer konservativ sein. Aus ökonomischen Gründen ist eine optimale Ausnutzung des Materials zu ermöglichen. Die Treffsicherheit der Lebensdauerprognose hängt jedoch sehr stark vom verwendeten Modell ab. Um die Zuverlässigkeit ausgewählter Modelle zu bewerten, werden in den folgenden Kapiteln die Ergebnisse der Konzepte untereinander sowie mit experimentellen und numerischen Ergebnissen verglichen.
Manuela Sander
Backmatter
Metadata
Title
Sicherheit und Betriebsfestigkeit von Maschinen und Anlagen
Author
Prof. Dr. Manuela Sander
Copyright Year
2018
Publisher
Springer Berlin Heidelberg
Electronic ISBN
978-3-662-54443-3
Print ISBN
978-3-662-54442-6
DOI
https://doi.org/10.1007/978-3-662-54443-3

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