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Dehnungsauswertung.png

Hallo zusammen,

diese Frage betrifft allgemein das Thema Festigkeitslehre, gehört also nicht zwingend zur FEM.

Hat jemand von Euch Erfahrung mit statischen Festigkeitsnachweisen für Stahl, die auf Dehnungen und nicht auf Spannungen beruhen?
Normalerweise (z.B. FKM Richtlinie) ist es ja so, dass örtliche elastische Spannungen (z.B. aus einer FE-Analyse) mit der Fließgrenze Rp bzw. der Zugfestigkeit Rm verglichen werden und dafür eine Sicherheitszahl gebildet wird. Für spröde Materialien (siehe Bild "sprödes Material") erscheint das auch sehr logisch, weil es relativ "schnell" nach Überschreiten von Rp zum Bruch kommt.
Bei zähem Material ist es aber so, dass nach Überschreiten von Rp noch sehr viel Dehnung bis zur Gleichmaßdehnung Ag überschritten werden muss, bis es zum Versagen kommt.
Wenn jetzt örtlich sehr begrenzt hohe Spannungen auftreten (siehe FE-Darstellung im Bild) - und damit auch Plastifizierung - kann das dennoch unkritisch sein, weil einfach noch genügend "Fleisch" vorhanden ist, um zusätzliche Belastungen aufzunehmen. Nach FKM wäre die Sicherheit aber zu niedrig (auch unter Berücksichtigung von Stützwirkungen).
Gibt es Ideen zu diesem Thema? Bin für alles dankbar.

Grüße,
Matthias

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1) Elastisch-Plastisches Werkstoffgesetz.
2) siehe Einschränkungen z.B. für Druckbehälter in dem Normativen Anhang B der EN 13445.
3) selbstverständlich gibt es teil-plastifizierte Schrumpfverbände.

mfg HA

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Moin,

mir fallen zu den Teilplastifizierungen auch die Nachweise für Schweißnähte für Druckbehälter nach den AD Merkblättern ein.
Weiterhin wird auch bei Hebeaugen bis 400 t rechnerisch die Fließgrenze überschritten, was jedoch im praktischen Betrieb durch Spannungsumlagerungen ausgeglichen wird, bzw. nach dem ersten Lastintervall nicht mehr auftritt, da Druckspannungen eingeprägt wurden.
Im Schiffbau werden bei vielen Details auch Konzepte verwendet die ein örtliches Fließen für das erste Lastintervall zulassen.

Gruß
Gerd

P.S. ... manchmal hat man bei den Prüfern weniger Probleme wenn man N/A bzw M/W rechnet

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Danke, schon mal gute Tipps.
Der Anhang B der EN 13445 beinhaltet aber ja "nur" elastisch-idealplastische Materialgesetze, wenn ich das richtig sehe.
Was mir vorschwebt ist eher eine FE-Simulation mit einer realen Spannungs-Dehnungs-Kurve und eine Auswertung der auftretenden örtlichen Spannungen.

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Hallo Mathias,

wenn Du die gemessenen Werte nehmen willst, dann stelle sicher das die entsprechenden Diagramme auch annerkannt werden,d.h. Abklärung bei der Prüfstelle.
Ich hatte vor Jahren ein Projekt bei dem insgesamt 12 Versuche / Proben verlangt wurden. Das Problem dabei war das der Hersteller von dem Edelstahl nichts mehr hatte und die Versuchsproben aus dem Fertigungsmaterial abgeknappst werden mußten.

Gruß
Gerd

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Die Spannungs-Dehnungs-Kurve stimmt mit den Fließgrenzen und Zugfestigkeiten der WIAM Datenbank der IMA Dresden überein. Das sollte als Anerkennung doch reichen, oder?

Hier die Werte zur Verdeutlichung:
- Rp0,2: 250 N/mm²
- Rm: 900 N/mm² (bei einer Dehnung >30%)

Leg ich das jetzt nach FKM statisch aus, sind meine zulässigen Spannungen im Bereich von 150 N/mm², also quasi im Ursprung 

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an der stelle wie in deinem bild dürfte die dehnung auf grund der mehrachsigkeit weit unter 30% liegen. also vorsicht, aber an einem sonnigem tag wie heute könnte man 1-2% wohl schon tolerieren - wenns denn ein vorwiegend statisch beanspruchtes bauteil ist... kerbzugversuche wären hier super...

fkm zul. spannung 150 n/mm2? wie wurde das berechnet? wurden die spannungen s1, s2, s3 im nachbarpunkt senkrecht zur oberfläche betrachtet? erscheint mir etwas wenig...

[Diese Nachricht wurde von Meijer am 19. Mrz. 2010 editiert.]

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Also genaugenommen liegt die maximale Hauptdehnung bei 2,3%. Andererseits ist es Frühlingsbeginn und dementsprechend seeehr sonnig 

Die niedrigen Spannungen resultieren aus einem sehr hohen Gesamtsicherheitsfaktor jges, der durch ein großes Verhältnis von Zugfestigkeit Rm und Warmdehngrenze Rp,T zustande kommt.
Die plastische Stützzahl wurde nur anhand des Sonderfalls "Querschnittsform Kreis" mit 2,26 berücksichtigt (also nicht gerade konservativ).

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Hallo Matthias,

hast Du elasto-plastisch gerechnet? Bezieht sich die plastische Stützziffer auf die "plastischen" Werte?

Gruß Paul

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Hallo Paul,

die Auslegung nach FKM erfolgt mit einer rein elastischen Rechnung, weil das Voraussetzung ist. Zu diesen Rechnungen wurde auch die Stützzahl gebildet, allerdings nach der Abschätzungsmethode "Kreisringfläche".

In einer zweiten elastisch-plastischen Rechnung kamen dann Dehnungen von 2,3% heraus.

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Hallo Matthias,

2,3% sind schon jede Menge, falls es dabei dynamische Lastanteile gibt, dann würde ich einen Dauertest vorschlagen. Für eine rein statische Betrachtung müsste man jedoch die "Spannungsversprödung" beachten, da aufgrund der mehrachsigen Zugspannungen eine Dehnungsbehinderung vorliegen kann, die 30 % der theoretischen einachsigen Bruchdehnung werden nicht errreicht. D. h. man darf die Spannungs-Dehnungs-Kurve nicht direkt heranziehen.

Bei einem ausgeprägt duktilen Stahl wird 1 % und sogar mehr Dehnung häufig in der Technik verwendet und akzeptiert, in Deinem Fall halte ich die unmittelbare Auswertung der Dehnungen für gefährlich. Wie hoch ist denn die Hauptspannung in der Kerbe?

Gruß Paul

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Material.png

Hallo Paul,

der Punkt "Spannungsversprödung" ist ein guter Tipp, werde ich mir für Diskussionsrunden merken, danke!

Von Mises und 1. Hauptspannung liegen in etwa der gleichen Größenordnung: 400 N/mm². Anbei noch die Spannungs-Dehnungs-Kurve.

Das Thema Dauerfestigkeit ist vernachlässigbar, da die Spannungsamplitude < 10 N/mm² ist.

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Hallo Matthias,

diese Spannung würde ich bei den Materialeigenschaften zulassen, aber entsprechend vollständig dokumentieren. Ein Problem hat man meistens dann, wenn die (elasto-plastisch) berechnete 1. Hauptspannung über der theoretischen Bruchfestigkeit aus dem Zugversuch liegt, aber das Teil noch trotzdem hält 

Gruß Paul

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Dehnungswoehlerlinie.jpg

Hi,

im Low Cycle Fatigue Bereich kannn unter Umständen eine Bewertung anhand der Dehnungswöhlerlinie erfolgen. Diese verallgemeinerte Kennlinie basiert meistens auf dem Universal Material Law (Bäumel, Seeger, 1990) und wird u.a. in dem Springer Buch "Sicherheit und Betriebsfestigkeit von Maschinen und Anlagen" von M. Sander beschrieben. Aber Achtung: dieses verallgemeinerte Materialgesetz gilt für eine Überlebenswahrscheinlichkeit von 50% und ist nur für unlegierte bzw. niedrig legierte Stähle zu verwenden.

Gruss
Frank

PS: Ich habe meine Excel-Kennlinie für einen S355 im Anhang gepostet...

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