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5.YStress__dgdghg20lpr80dkdke-8.E-02.jpg

Hallo,

ich möchte gerne eine Einfache Zugprobe (Rundstab, mit und ohne Kerbe, wechselnde Belastung) auslegen. Leider ist diese Zugprobe aus einer Nickel-Basis Superlegierung (z.b. Alloy 718, Alloy 625), weshalb ich die FKM- Richtlinie nicht zu Rate ziehen kann. Das Modell der Zugprobe hab ich bereits fertiggestellt. Fessel ich die Probe z.B. an der oberen Seite und gebe an der unteren Seite eine Verschiebung drauf, so werden mir plausible Ergebnisse geliefert. (siehe Bild, y-Stress)

Meine Frage: Ich möchte die Probe so auslegen, dass sie ca. 4 Mio Lastwechsel aushält. Habt ihr einen Ansatz, wie ich das in Ansys Simulieren kann?

Vielen Dank

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Gibt es einen besonderen Grund, warum Du das in Ansys machen willst?

Mein Vorgehen wäre:
- Wöhlerkurven für verschiedene Kerbfaktoren Kt besorgen (z.B. Military Handbook, Internet)
- Danach die zulässige (Nenn-)Wechselspannung für einen gewünschten Kt für 4Mio Zyklen festlegen
- Mit Hilfe des Kt auf die Peak-Spannung umrechnen
- aus der schon durchgeführten linearen Rechnung mit diesem Kt über Dreisatz die zugehörige Verschiebung berechnen
-> diese Verschiebung hält Deine Probe dann rechnerisch 4 mio Zyklen

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Gruß, A.

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InconelAlloy718-Datenblatt.PNG Wohlerlinien-Witzenmann.PNG

Hallo,

danke für deine Antwort. Nein, es gibt keinen besonderen Grund, weshalb ich es mit Ansys mache. Um es mit der FKm-Richtlinie (Kapitel 4: Nachweis mit örtlichen Spannungen) rechnen zu können, muss ich das Spannungsgefälle im Kerbgrund berechnen. Das soll mittels FEM geschehen. So mein Ansatz....Zu Alloy 718 habe ich bisher leider erst zwei Wöhlerlinien gefunden (siehe Bilder). Leider fehlen zu diesen Diagrammen Informationen wie: Überlebenswahrscheinlichkeit (bei alloy 718), Geometriegrößen (Witzenmann) anzahl der Proben (beide). Zudem sind beide unabhängig von dem Kerbfaktor.

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WBEFatigue.pdf

Zur Berechnung des Spannungsgefälles im Kerbgrund nach FKM gibt ein CADFEM-Makro, welches in irgendeinem Newsletter war. Das ist schon ein paar Jahre her. Falls Du es nicht mehr auf der Cadfem-Seite findest, kann ich Dir den Newsletter zuschicken.

Aber ich dachte, Du wolltest nicht nach FKM rechnen?
Falls Du mit FKM rechnest, brauchst Du auch nicht unbedingt die Wöhler-linie, sondern die ganzen Einflüsse wie Größe, Kt, Mittelspannung können durch Faktoren angenähert werden.

Zu Wöhlerlinien:
- Hast Du unter Mil-Hdbk gesucht?
- Die Wöhlerlinien sind nie Kt-unabhängig, sondern vermutlich mit Kt=1, wenn es keine andere Angabe gibt.
- Außerdem sind die Wöhlerlinien auch noch von R abhängig, also von der Mittelspannung.
- Normalerweise gibt es zu jeder Wöhlerlinie auch eine Versagenswahrscheinlichkeit, das ist richtig. Wenn nichts angegeben ist, handelt es sich normalerweise um B50 (http://www.weibull.com/mil_std/RAM_Guide_080305.pdf)

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Gruß, A.

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WohlerCurve-Inco718.PNG

Hallo,

also den Newsletter habe ich leider nicht gefunden, es wäre nett wenn wu mir das Makro schicken könntest.

Ich würde gerne nach der FKM-Richtlinie rechen wollen, allerdings gilt diese nur für Eisenwerkstoffe. Ich bin dabei herauszufinden, ob ich mit Vorsicht die FKM anwenden darf (weil ich vermute, dass ich in718 oder in625 ähnlich wie austenitische edelstähle verhalten). Wenn ich nicht die FKM anwenden darf, dann bin ich auf der Suche nach anderen Berechnungsmethode, um die Parameter für meine Ni-Basis Zugprobe abzustätzen, die bei ca. 4 Mio Lastwechsel kautt gehen soll.
Ich habe auf der Internetseite geschaut und auch was gefunden, siehe Bild im Anhang. Was hälst du davon?

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Zum Makro:
Gucke mal in deine persönlichen Mails.

Ob man die FKM für Inco anwenden kann, kannst Du direkt beim zuständigen FKM-Ausschuß (Kontakt sollte irgendwo in der FKM stehen) anfragen. Bitte teile mir dann auch die Antwort mit. Da bin ich auch neugierig.

Die Wöhlerlinien, die Du gefunden hast, sind sehr gut. Das Mil Hdbk ist auch eine zuverlässige und anerkannte Quelle. Wenn Kt=3 für Dich so richtig ist, hast Du alles was Du brauchst. Sogar die Mittelspannungsabhängigkeit ist angegeben.

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Gruß, A.

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Hallo,

den zuständigen FKM-Ausschuss habe ich schon kontakiert. Nächste Woche erhalte ich dort eine Antwort, da ein zuständiger Mitarbeiter zur Zeit im Urlaub ist.

Ich habe bei den Mil Hdbk noch weitere Wöhlerlinien im ungekerbten Zustand und bei verschiedenen Temperaturen gefunen, sogar auch noch verschiedene Materialzustände (gewaltz, blech, geschmiedet usw.). Insgesamt ein sehr cooler Tipp von dir.

Bezüglich des Makros: In meinen Mails habe ich nichts erhalten 
Oder was meinst du damit?^^

Natürlich sage ich hier noch mal bescheid, was der FKM-Ausschuss gesagt hat.

Daaaaanke :-)

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>>In meinen Mails habe ich nichts erhalten. Oder was meinst du damit?^^

PM = Persönliche Mitteilung, hier im Forum links unter Deinem Namen zu finden oder in Deinem persönlichen Login.

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Rainer Schulze

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Hallo Rainer,
ich hoffe, dass ich nicht völlig auf den Kopf gefallen bin. Aber wenn ich in meine persönlichen Nachrichten/Mitteilungen gehe, dann ist da nicht.

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Hallo "Esche",

du brauchst nicht mehr in deinem Postfach suchen, manche machen es immer etwas spannend und geheimnisvoll, wenn sie Infos verteilen :-). Dabei geht es einfacher: Über den folgenden Link kommst du direkt zum Artikel vom 09/2005 über das Archiv von Cadfem:

http://webservice.cadfem.de/fileadmin/files/9_service_newsletter/2005/0509/fkmgrad.pdf

Ich probiere auch gerade ein Testmodell mit Hilfe von FKM+ANSYS dauerfest auszulegen - leider ist mir nicht ganz klar, wozu man ein Macro benötigt - mittlerweile gibt es doch Spannungsauswertung über einen definierten Pfad (oder Fläche), den man in den Punkt der max. Spannung legt. Mit zusätzlicher Hilfe von Max. und Min. Hauptspannungen und der Tensordarstellung weiß man auch, in welche Richtung sie liegen.

Gruß Holger 

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Hi,

Den Originalnewsletter konnte ich nicht mehr finden - Danke Holger für den Link! - und das Makro wurde von uns modifiziert. Ein modifiziertes Makro kann ich aber nicht als Cadfem-Makro ins Forum stellen, deshalb die PM.

Das Makro verwende ich immer noch gerne, weil man da alles so schön einfach beisammen hat. Mit Plots und Auswertungen die automatisch erstellt werden.

Vorsicht: Das Cadfem-Makro funktioniert so nur, wenn man nicht mehrere Bauteile im Modell hat. Ansonsten ist eine kleine Modifikation notwendig.

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Gruß, A.

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Hallo Holger,

vielen Dank für den Newsletter. Ich habe mir mittlerweile ein eigenes Macro geschrieben, das die Spannung in y-Richtung in Normalenrichtung zum Kerbgrund auswertet und die Daten in eine Array schreibt. Diese Array brauche für die FKM-Richtline nach Kap 4, um das Spannungsgefälle auszurechnen.

Ich bin gerade dabei mir darüber Gednaken zu machen, wie ich die Probe mittels FKM auslegen kann, dass sie eine Überlebenswahrscheinlichkeit von 50 % besitzt. Hinzu kommt es, dass ich insgesamt drei Proben habe. Eine ungekerbte Probe und zwei unterschiedlich scharf gekerbte. Alle drei sollen  bei etwa 4 Millionen Lastwechseln kaputt gehen (50%).

Welche Anforderung muss deine Probe erfüllen?

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MilHDBK5H_1.PNG MilHDBK5H_2.PNG

Hallo Arndt,

leider verstehe ich dein vorgeschlagenes Vorgehen zur Auslegung meiner Probe nicht ganz:
>>
Mein Vorgehen wäre:
1. Wöhlerkurven für verschiedene Kerbfaktoren Kt besorgen (z.B. Military Handbook, Internet)
2. Danach die zulässige (Nenn-)Wechselspannung für einen gewünschten Kt für 4Mio Zyklen festlegen
3. Mit Hilfe des Kt auf die Peak-Spannung umrechnen
4. aus der schon durchgeführten linearen Rechnung mit diesem Kt über Dreisatz die zugehörige Verschiebung berechnen
  -> diese Verschiebung hält Deine Probe dann rechnerisch 4 mio Zyklen
<<
Fragen:
Zu Punkt 1: Das habe ich gefunden, vielen Dank. Ich habe Wöhlerlinien für ungekerbte und für gekerbte (Kt=3) Proben von IN718 gefunden (siehe Bilder).
Zu Punkt 2: Verstehe ich das Richtig: Nennspannung= F/Amin. Muss ich die Nennspannung in die Wechselspannung umrechnen?
Zu Punkt 3: Meinst du damit das Spannungsgefälle im Kerbgrund? Die Peak Spannung lasse ich mittels FEM auswerten.
Zu Punkt 4: Dreisatz auf das Wöhlerdiagramm anwenden? Meinst du die Verschiebung der Ertragen Spannungamplitude, die dann bei 4 Mio. Lastwechseln vorhanden sein darf?

Vielen Dank und entschuldigung, falls ich "dumme" Fragen stelle. Ich lege zum ersten mal eine Zugprobe für eine bestimmt Anzahl von Lastwechseln aus.

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Mit "Auslegen" meinst Du doch die Wechselbelastung in Form von Verschiebung an einer bestimmten Stelle?

Zu 2) Nennspannung = F / Amin oder bei Nutzung von FEM: Nennspannung = Peakspannung_ausFEM / Kt
Du liest aus der Wöhlerlinie die zulässige Nennspannung für die gewünschte Zyklenzahl aus. Dazu die richtige Kurve für den vorhandenen Kt und das Spannungsverhältnis R beachten. Diese Nennspannung ist eine Wechselspannungsamplitude 0-pk.

Zu 3) Aus der Formel Nennspannung = Peakspannung_ausFEM / Kt kannst Du die zulässige Peakspannung aus der zulässigen Nennspannung ausrechnen.

Zu 4) Mit der FEM hast Du bereits eine Peak-Spannung und eine zugehörige Verschiebung berechnet. Wenn jetzt die für 4Mio Zyklen berechnete Peakspannung doppelt (bzw. ein anderere Faktor) so groß wie die Spannung in der FEM ist, kannst Du auch die Verschiebungs-Amplitude verdoppeln (bzw. den anderen Faktor anwenden).

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Gruß, A.

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Das ist die Antwort von einer zuständigen Person der FKM-Richtlinie (Zitat aus E-mail):
Als Startpunkt sollen zwei allgemeine Sätze zur FKM-Richtlinie dienen:
1.    Die FKM-Richtlinie „Rechnerischer Festigkeitsnachweis“ beinhaltet einen für die meisten metallischen Werkstoffe anwendbaren Berechnungsalgorithmus für den statischen Festigkeitsnachweis und den Ermüdungsfestigkeitsnachweis.
2.    In der FKM-Richtlinie angegebene Werkstoffdaten und Einflusszahlen sind auf den Anwendungsbereich „Stahl, Eisengusswerkstoffe und Aluminiumlegierungen“ beschränkt.
Für Ihren Fall kann aus diesen beiden Aussagen abgeleitet werden, dass der Berechnungsalgorithmus der FKM-Richtlinie Schritt für Schritt durchzugehen ist mit der Prüfung, ob für Nickel-Basis-Werkstoffe die notwendigen Werkstoffdaten und Einflusszahlen vorhanden sind.
Im Folgenden möchte ich Ihnen dafür einige unverbindliche Anregungen geben:

·        FKM, Kap. 3:
Statische Festigkeit: kann zurückgestellt werden, da an der Probe Ermüdungsversuche gefahren werden sollen.
Übrigens sind die Normwerte der statischen Festigkeit (Rm, Rp, A) zum betrachteten Werkstoff „Alloy 718“ in der DIN EN 17744 angegeben.

·        FKM, Kap. 4.2:
Werkstoff-Wechselfestigkeit: Wechselfestigkeitsfaktoren fw,s für Stahl und Alu können m.E. nicht ohne Weiteres für Nickel-Basis-Legierungen übernommen werden.
Abhilfe: Übernahme einer Literaturangabe, z.B. entsprechend Ihrer Mail „Inconel Alloy 718 - Datenblatt“, Figure 3, Spannungswert bei Lastwechselzahl des ersten Wöhlerlinien-Knickpunktes.
à Folglich ist eine Annahme zur Wöhlerlinienform erforderlich. Vorläufig kann evtl. Wöhlerlinientyp II wie für austenitischen Stahl verwendet werden.

·        FKM, Kap. 4.3:
Stützzahl: Könnte mangels besseren Wissens auf ns = 1 gesetzt werden. Diese Annahme ist konservativ. Außerdem ist bei hochfesten Werkstoffen die Stützwirkung erfahrungsgemäß gering.
Oberflächenrauheit: Werte für den Rauheitsfaktor bei Nickel-Basis-Legierungen sind mir nicht bekannt. Näherungsweise kann evtl. der Rauheitsfaktor für Stahl nach Gl. 4.3.21 bzw. Tab. 4.3.5 der FKM-Richtlinie angewendet werden.
·        FKM, Kap. 4.4:
Mittelspannungsempfindlichkeit: Zunächst wäre des sicherlich beruhigend, wenn die auszulegende Probe für eine Wechselbeanspruchung (sm=0MPa) ausreichend treffsicher dimensionierbar wäre. Für Mittelspannungen ungleich Null: Das grundsätzliche Haigh-Diagramm der FKM-Richtlinie könnte mit Vorsicht auch für die Nickel-Basis-Legierungen verwendet werden (es ist aber nicht klar, ob bei höchstfesten Werkstoffen der Bereich III des Haigh-Diagramms der FKM-Richtlinie in dieser Form existiert). Für die Mittelspannungsempfindlichkeit von Nickel-Basis-Legierungen ist mir kein Wert bekannt. Näherungsweise könnte evtl. mit Ms = 0,5 wie für randschichtverfestigten Werkstoff gerechnet werden.
Betriebsfestigkeit: Würde ich zunächst zurückstellen, bis eine experimentell bestätigte Wöhlerlinienform bekannt ist.

Für eine Abschätzung der Ermüdungsfestigkeit der von Ihnen auszulegenden Probe könnte die oben vorgeschlagene Vorgehensweise möglicherweise ausreichen. Es sollten aber keine zu hohen Erwartungen an die Qualität des Abschätzungsergebnisses gestellt werden.
-->Zitat ende
Insgesamt eine sehr ausführliche, freundliche und informative Antwort. Was meint ihr?

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Notched718Cycles.PNG Unnotched718Cycles.PNG

Hallo Arnd,

ich habe nun dein Vorgehen verstanden, danke :-).
Was mich allgemein etwas stuzig macht:

Ich habe nun aus den References zu MIL-HDBK-5H, die unter den Diagrammen stehen die exakten Versuchsergebnisse gefunden (siehe Anahng). Ich möchte gerne versuchen, zu überprüfen, ob die Versuchsergebnisse stimmen. Wenn auf der Y-Achse in den Diagrammen (aus MIL-HDBK-5H mit Kt=0 und Kt=3) die Nennspannung angeben ist, müssen die Wöhlerkurven nicht um den Faktor drei verschoben sein?

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Danke erst mal für die Weiterleitung der sehr ausführliche Antwort vom FKM-Spezialisten. Damit lässt sich arbeiten.

Zu Deiner Frage:
Die Wöhlerkurven arbeiten doch auch mit Nennspannungen, wenn nicht anders angegeben. Die Kurven im Mil-Hdbk sind ebenfalls Wöhlerkurven, heißen auf Englisch halt nur "S/N curves".
Oder wie soll eich Deine Frage verstehen?

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Gruß, A.

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Entschuldigung, meine Frage habe ich nicht richtig formuliert.
Ich möchte versuchen, die Diagramme nachzuweisen. Unter den beiden Wöhlerkurven stehen die Berechnungen zur Vergleichsspannung (Eqivalent Stress Equation). Ich nehme an, dass Sa (Spannungsamplitude), Sm (Mittelspannungsamplitude). Nur wie kommt man auf die anderen Zahlenwerte? Stehen die in einem Zusammenhang zur Nennspannung oder zur Maximalenspannung im Kerbgrund?

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Andere Zahlenwerte? Ich sehe unter den SN curves keine Formeln.

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Gruß, A.

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Berechnung_1.PNG Berechnung_2.PNG

Unter den S/N Curves findet du weitere Informationen zu den Diagrammen. Ich habe sie dir als Bilder noch mal ausgeschnitten. Jetzt erkennt man es besser: Es geht mir darum, nachzuvollziehen wie die idealisierten Wöhlerkurven aus den vorhandenen Messdaten berechnet wurden. Leider kann ich aufgrund meiner geringen Erfahrung diese Informatiion nicht auswerten.

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Aha.

Offensichtlich wurden die Werte aus den Versuchen (Wechselspannung/Mittelspannung und zugehörige Lebensdauer Nf) in ein Diagramm eingetragen und dann mit einer logarithmischen Kurve zu fitten versucht. Dabei kommen die genannten Formeln raus. Du kannst versuchen, das in Excel nachzuvollziehen.

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Gruß, A.

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Ok danke :-) Es hat in Excel geklappt mit der Funktion ,,Trendlinie" und dann Formel Anzeigen.

Gruß

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