Statischer Festigkeitsnachweis für Maschinenbauteile auf der Grundlage örtlicher Grenzdehnungen im R

FKM 2004 Heft Nummer 284 Vorhaben Nr. 247


Abschlussbericht
Kurzfassung:
Es wurden statische Festigkeitsversuche an nichtgeschweißten Bauteilen, an großen gekerbten Flach- und Rund- proben unter Zug, Biegung und Torsion und an Werkstoffproben durchgeführt. Dabei wurden sehr unterschiedliche Werkstoffe wie duktiler Baustahl (St 37), duktiler Vergütungsstahl im vergüteten Zustand (42 CrMo 4), eine duktile Aluminiumknetlegierung (AIMg3) sowie duktile und nichtduktile Eisengusswerkstoffe (GGG-40 und GG-25) untersucht. Begleitend erfolgten elastisch-plastische FE-Rechnungen zur Ermittlung von Kerbdehnungen (örtlich ertragbare Dehnungen). Es zeigte sich, dass die bisher in der FKM-Richtlinie angewendeten niedrigen ertragbaren Dehnungen ertr (bis 5%) und somit auch die plastischen Stützzahlen n pl für lokales Versagen deutlich erhöht werden können. Für den Nachweis mit örtlichen elastisch berechneten Spannungen wird vorgeschlagen, bei duktilen Werkstoffen (As? 12,5 %) ertr als wahre Bruchdehnung aus der Brucheinschnürung zu berechnen. Lediglich bei Vergütungsstählen im vergüteten Zustand mit hohen Streckgrenzenverhältnissen ist wegen der Mehrachsigkeitsempfindlichkeit ertr gleich der Bruchdehnung A s zu setzen. Für alle nichtduktilen Werkstoffe (A s < 12,5 %), d.h. auch für die bisher als sehr spröd eingestuften (A s < 8 %), gilt ertr = A s , gegebenenfalls mit Addition des elastischen Anteils R m / E. Es besteht zwar ein Potenzial, auch die plastischen Stütz- zahlen n pl für globales Versagen durch Anheben der Fließgrenze R p zu erhöhen, für die praktische Umsetzung müssen jedoch erst noch offene Fragen zum allgemeinen Sicherheitskonzept gelöst werden. Der Nennspannungsnachweis kann künftig bis zur Formzahl K t = 5 geführt werden (bisher K t = 3). Der Forschungsbericht enthält eine kurz gefasste Aktualisierung für die Anwendung des neuen statischen Festigkeitsnachweises für nichtgeschweißte Bauteile. Es wird herausgestellt, dass künftige Forschungsarbeiten sich weiter mit dem Einfluss der inneren Mehrachsigkeit und mit der Verbesserung des Modells zur Kerbdehnungsberechnung befassen müssen. Das Ziel des Forschungsvorhabens wurde erreicht.


Berichtsumfang:
139 Seiten und 23 Seiten Anhänge

Beginn der Arbeiten:
01.03.2001

Ende der Arbeiten:
31.08.2003

Zuschussgeber:
BMWi / AiF-Nr. B 12749/ 1

Forschungsstellen:
IMA Materialforschung und Anwendungstechnik GmbH, Dresden
Geschäftsführer:
Prof. Dr.-Ing. W. Hane1 Technische Universität Darmstadt Fachgebiet Werkstoffmechanik Prof. Dr.-Ing. T. Seeger Bearbeiter: Dr.-Ing. B. Häne1, Dresden Dip1.-lng. P. Leis , Darmstadt

Obleute des Vorhabens:
Prof. Dr.-Ing. E. Haibach Dr.-Ing. C. Gerdes
Vorsitzender des Beirates:
Prof. Dr.-Ing. habil. Dr.h.c. H. Kipphan