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Autor Thema:  Ermittlung der Bauteil-Wöhlerlinien nach FKM/ IIW (4693 mal gelesen)
Jarrao
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erstellt am: 22. Sep. 2015 14:43    Editieren oder löschen Sie diesen Beitrag!  <-- editieren / zitieren -->   Antwort mit Zitat in Fett Antwort mit kursivem Zitat    Unities abgeben: 1 Unity (wenig hilfreich, aber dennoch)2 Unities3 Unities4 Unities5 Unities6 Unities7 Unities8 Unities9 Unities10 Unities

Hallo, ich hätte mal ein paar grundsätzliche Fragen zur FKM (Ausgabe 6)/IIW  und deren Wöhlerlinien und den FAT-Klassen. Sagen wir als Beispiel, ich hätte ein Einstufenkollektiv für das ich einen Ermüdungsfestigkeit-Nachweis nach Kapitel 4 der FKM  mit Strukturspannungen führen möchte.
Meine Fragen:
Generell wird zuerst einmal die "Zulässige Spannung" berechnet. Am Anfang sigma_WK, also die Bauteil-Wechselfestigkeit. Die berechnet sich ungefähr so:
sigma_WK = FAT*Faktor1*Faktor2..  Was sagt mir das genau? Im Prinzip ist die FAT-Klasse die "Doppel"-Amplitude der Dauerfestigkeit für einen bestimmten Kerbfall. Es wird also sagen wir mal ein geschweißtes Bauteil genommen und einer Belastung mit konstantem Spannungverhältnis R= -1 ausgesetzt. Bei horizontalem Verlauf ergäbe sich somit bei Stahl der Wöhler-Typ I  von sagen wir mal FAT=90, also wäre diese Schweißverbindung theoretisch bis 90MPa (wechselnd), dauerfest bzw. Bei Strukturspannungen sind die 90MPa für den Nahtübergang gemeint. Ist das soweit korrekt?
Anschließen wird für Sigma_WK noch die Zyklenzahl angepasst und ein paar Faktoren wie ein Dickenfaktor usw. drauf gerechnet.
Nur was sagt mir Sigma_WK jetzt? Das heißt jetzt, dass mein Bauteil bei der „Doppelamplitude“ und R=-1 dauerfest wäre? Ich könnte diesen Wert so nicht dem Wert aus der FEM gegenüberstellen, weil ich aus der FEM sagen wir mal bei wechselnder Belastung nur eine Einfachamplitude bekomme, somit müsste ich diesen Wert aus der FEM theoretisch erst halbieren oder?
Danach wird dann die "Amplitude der Bauteil-Wechselfestigkeit " berechnet. Das bedeutet dann wahrscheinlich, dass aus dieser Wechselfestigkeit, die immer noch einer Doppelamplitude darstellt, eine einzige Amplitude Berechnet wird, die aber Abhängig ist von der Mittelspannung und dem Spannungsverhältnis. (Was ist denn immer damit gemeint, dass die Bauteil-Wöhlerlinien unabhängig von der Mittelspannung/Spannungsverhältnis seien im Gegensatz zu einer einachsigen Wöhlerlinie?).
Was ich jetzt nur nicht verstehe ist, wenn ich von hohen Eigenspannungen ausgehe, dann ist der Eigenspannungsfaktor =1 und der Mittelspannungsempfindlichkeit = 0. Das ergäbe dann, dass die Amplitude der Bauteil-Wechselfestigkeit = der Doppelamplitude der Wechselfestigkeit ist. Das hieße ja, dass ich später beim Auslastunggrad die zulässige Doppelamplitude der Einfach-Amplitude aus der Belastung gegenüber stelle oder?

[Diese Nachricht wurde von Jarrao am 22. Sep. 2015 editiert.]

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SMStappe
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erstellt am: 08. Okt. 2015 12:01    Editieren oder löschen Sie diesen Beitrag!  <-- editieren / zitieren -->   Antwort mit Zitat in Fett Antwort mit kursivem Zitat    Unities abgeben: 1 Unity (wenig hilfreich, aber dennoch)2 Unities3 Unities4 Unities5 Unities6 Unities7 Unities8 Unities9 Unities10 Unities Nur für Jarrao 10 Unities + Antwort hilfreich

Hallo,
in Kapitel 4 der FKM ist der Ermüdungsnachweis mit örtlichen Spannungen zu führen. Somit müssen Konzepte wie z.B. Linearisierung, Hot-Spot, CAB oder Kerbspannung zum Auslesen der Spannungen zum Einsatz kommen. Zum Ermitteln sind jedoch in der FKM keine Vorschriften gegeben.

FAT 90 beschreibt die Doppelamplitudenspannung bei nur 2x10^6 Schwingspiele (keine Dauerfestigkeit). Durch den Faktor f_FAT wird dieser Wert in eine max ertragbare Amplitudenspannung im Knickpunkt der Wöhlerlinie (für Stahl unter Normalspannung 5x10^6) mit zusätzlichen Einflussfaktoren (Dicke,Randschicht,Schutzschicht)extrapoliert. Somit ist Sigma_WK die ertragbare Amplitudenspannung der Wechselfestigkeit. 

Bei der Bautteil Dauerfestigkeit wird nun die Eigen- und Mittelspanung berücksichtigt. Sind diese nicht stark ausgeprägt bekommst du eine steigerung deiner max ertragbaren Ampliutude.

Die Bautteil Betriebsfestigkeit wird nun zur Berechnung der Zeitfestigkeit benötigt um gegebene Lastspielzahlen mit der dazugehörige max Amplitudenspannung zu errechnen. Bei der Forderung einer Dauerfestigkeit ändert sich diese Spannung nicht.

Zum Schluss beim Nachweis wird deine im Bautteil gemessene Spannung der max ertragbaren Amplitudenspannung mit Sicherheiten verglichen.
Da die gemessene bei Spannung bei R=-1 sowie ertragbare Spannung einer Amplitude entsprechen musst du den Wert der FEM nicht halbieren.

Ich hoffe ich konnte dir helfen.

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Jarrao
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erstellt am: 08. Nov. 2015 10:05    Editieren oder löschen Sie diesen Beitrag!  <-- editieren / zitieren -->   Antwort mit Zitat in Fett Antwort mit kursivem Zitat    Unities abgeben: 1 Unity (wenig hilfreich, aber dennoch)2 Unities3 Unities4 Unities5 Unities6 Unities7 Unities8 Unities9 Unities10 Unities


Auslastungsgrade_Dynamisch.PNG


Zulassige_Zyklenzahl.PNG

 
Danke SMStappe für deine ausführliche Antwort!

Ich habe trotzdem noch ein paar Fragen. Da ich kein Lastkollektiv habe, rechne ich mit der maximalen Amplitude und nehme diese als konstant an. Dadurch verschiebt sich die Wöhlerlinie nach links.
Ohne Spannungskollektiv sind alle Faktoren für die Betriebsfestigkeit = 1. Daraus folgt, dass
sigma_AK= Sigma_BK ist.

Ich errechnet somit den Auslastungsgrad für den Fall der Dauerfestigkeit. Sagen wir es tritt der Fall ein, dass die Dauerfestigkeit nicht erreicht wird, weil der Auslastungsgrad einen Wert größer Eins erreicht. Dann könnte ich doch aufgrund meiner Annahme des konstanten Spannungsverhältnisses die zulässige Zyklenzahl über sigma_AK berechnen oder? (Siehe Gleichung im Anhang).


Dann hattest du geschrieben, dass die FAT-Klasse die Doppelamplitude darstellt und über den f_FAT Faktor auf die Dauerfestigkeit 5*10^6 umgerechnet wird. Aber gleichzeitig wird der Auschlag ebenfalls auf eine einzige Amplitude reduziert oder? Im Anhang habe ich die Gleichung für den Auslastungsgrad aufgestellt. Oben ist sigma_a,1 also die Amplitude meiner gemessenen Spannung. Da ich eine schwellende Beanspruchung habe (Hatte mich im ersten Post verschrieben), müsste ich meine Ergebnisse aus der FEA, für den Ermüdungsfestigkeitsnachweis, halbiren oder? Für den Statischen Festigkeitsnachweis jedoch nicht, da dort nichts von der Amplitude steht, dort nehme ich dann einfach den Wert, den ich aus der FEA erhalte?

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SMStappe
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Hallo, zu deinen Fragen:

Ja, die zulässige Zyklenzahl lässt sich durch Formelumstellung berechnen. (hab die Formel im Anhang aber nicht überprüft)

Die FAT-Klasse entspricht der Doppelamplitude für 2*10^6 Schwingspiele. Ja, mit f_FAT wird auf eine Amplitudenspannung bei 5*10^6 umgerechnet. Bei schwellender Belastung wird die in der FEM ausgegebene Spannung bei dem Sonderfall, dass die Doppelamplitude bis an die Nullinie reicht (R=0) zum Nachweis auf die Amplitudenspannung halbiert. Ansonsten muss die Doppelamplitude durch geringste und höchste Spannung im Bauteil erst ermittelt und dann halbiert werden.

Der statische Nachweis bezieht sich auf das Spannungsmaximum.
mfg

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Jarrao
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Super Antwort, danke 

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Rechenschieber
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Dipl. Ing. RWTH Simulation (FEM)


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Beiträge: 147
Registriert: 26.02.2009

MSC Patran Nastran Marc, FEMAP, PTC Mechanika, Ansys, Mathcad
FKM, EN 1993

erstellt am: 01. Jul. 2016 14:13    Editieren oder löschen Sie diesen Beitrag!  <-- editieren / zitieren -->   Antwort mit Zitat in Fett Antwort mit kursivem Zitat    Unities abgeben: 1 Unity (wenig hilfreich, aber dennoch)2 Unities3 Unities4 Unities5 Unities6 Unities7 Unities8 Unities9 Unities10 Unities Nur für Jarrao 10 Unities + Antwort hilfreich


FKM_5.5.2.pdf


EN1993.pdf

 
Hallo Jarro, Hi SMStappe,

habe eure Diskussion gesehen & stehe momentan auch Extremist auf dem Schlauch:

http://forum.cad.de/foren/ubb/Forum223/HTML/000716.shtml


wäre schön, wenn mir einer von euch helfen könnte.

nochmals kurz:

Es geht um den Anhang FKM sowie EN 1993-1-9.

Im FKM Bild 5.5.1 oben rechts ist für N=5x10^6 von einer zulässigen Schwingbreite  (Doppelamplitude) von 166 MPa => (83) MPA Einfachamplitude die Rede (bei FAT 225)
(umgerechnet auf FAT160:  118(59)MPA)

In der EN 1993-1-9, Bild 7.1 ist bei gleichem Zahlenwert (59) (respektive 64 - durch den unterschied von ca10% bez. den Sicherheitsbeiwerten FKM/EN ) auf der y-Achse aber plötzlich von der Längsspannungsschwingbreite die Rede (also der Doppelamplitude).

Wie kommt dieser Wechsel von der Einfachamplitude zur Doppelamplitude zustande?

vielen Dank für eure Mühe,

Gruss,

der Rechenschieber

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