Durch inhomogene plastische Verformungen oder durch homogene Deformation inhomogener metallischer Werkstoffe entstehen Eigenspannungen. Eigenspan nungen sind Spannungen, die in einem Körper vorhanden sind, ohne daß äußere Kräfte auf diesen einwirken. Diese Spannungen stehen untereinander im Gleich gewicht. Sind sie mindestens in zwei Richtungen über makroskopische Bereiche homogen, so handelt es sich um Spannungen erster Art. Spannungen zweiter Art sind solche, die über einzelne Körner und Spannungen dritter Art diejenigen, die über wenige Atomabstände hinweg homogen sind. Eigenspannungen erster und zweiter Art bauen sich immer aus den Spannungs feldern dritter Art, d. h. den Versetzungen auf. Die im Rahmen dieser Arbeit interessierenden Eigenspannungen sind die erster Art, die auch als Stückspannun gen bezeichnet werden, und z. B. als Wärme-, Guß-, Abschreck- oder Bearbei tungsspannungen bekannt sind. Für inhomogene plastische Verformungen gibt es zahlreiche Ursachen, von denen hier nur die Wärmespannungen sowie Umwandlungen und Ausscheidungen, die mit Volumenänderungen verbunden sind, genannt seien [1]. Beim Werkstoff Grauguß hat man es in den meisten Fällen mit einer überlagerung dieser beiden Erscheinungen zu tun. Wirkt eine bekannte äußere Kraft auf einen Körper ein, so kann man die Größe und Verteilung der Spannungen berechnen und durch entsprechende Dimen sionierung des Körpers die Bruchgefahr bzw. die plastische Verformung ver meiden. Sind dagegen bei einem technischen Herstellungsprozeß ungewollt Eigenspannungen in einem Konstruktionselement entstanden, so kennt man ihre Größe und Verteilung im allgemeinen nicht. Die Messung dieser Spannungen ist in der Regel nur durch Zerstörung des in Frage kommenden Stückes möglich.
Aktualisiert: 2023-05-26
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Aktualisiert: 2023-05-26
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Durch inhomogene plastische Verformungen oder durch homogene Deformation inhomogener metallischer Werkstoffe entstehen Eigenspannungen. Eigenspan nungen sind Spannungen, die in einem Körper vorhanden sind, ohne daß äußere Kräfte auf diesen einwirken. Diese Spannungen stehen untereinander im Gleich gewicht. Sind sie mindestens in zwei Richtungen über makroskopische Bereiche homogen, so handelt es sich um Spannungen erster Art. Spannungen zweiter Art sind solche, die über einzelne Körner und Spannungen dritter Art diejenigen, die über wenige Atomabstände hinweg homogen sind. Eigenspannungen erster und zweiter Art bauen sich immer aus den Spannungs feldern dritter Art, d. h. den Versetzungen auf. Die im Rahmen dieser Arbeit interessierenden Eigenspannungen sind die erster Art, die auch als Stückspannun gen bezeichnet werden, und z. B. als Wärme-, Guß-, Abschreck- oder Bearbei tungsspannungen bekannt sind. Für inhomogene plastische Verformungen gibt es zahlreiche Ursachen, von denen hier nur die Wärmespannungen sowie Umwandlungen und Ausscheidungen, die mit Volumenänderungen verbunden sind, genannt seien [1]. Beim Werkstoff Grauguß hat man es in den meisten Fällen mit einer überlagerung dieser beiden Erscheinungen zu tun. Wirkt eine bekannte äußere Kraft auf einen Körper ein, so kann man die Größe und Verteilung der Spannungen berechnen und durch entsprechende Dimen sionierung des Körpers die Bruchgefahr bzw. die plastische Verformung ver meiden. Sind dagegen bei einem technischen Herstellungsprozeß ungewollt Eigenspannungen in einem Konstruktionselement entstanden, so kennt man ihre Größe und Verteilung im allgemeinen nicht. Die Messung dieser Spannungen ist in der Regel nur durch Zerstörung des in Frage kommenden Stückes möglich.
Aktualisiert: 2023-05-25
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Aktualisiert: 2023-05-25
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In der vorliegenden Arbeit wird der Einfluss der Schleif- und Fräsbearbeitung auf die Oberflächenqualität, die wirkenden Abtragmechanismen und die mechanischen Eigenschaften von kohlenstofffaserverstärktem Siliziumcarbid (C/SiC) untersucht. Als Versuchswerkstoff wurde ein kommerzieller C/C-SiC-Werkstoff verwendet, für den, anhand eines Analogieversuchs mit einem Ritzdiamanten grundsätzlich spröde Abtrageigenschaften für die SiC-Matrix und von der Faserorientierung abhängige, grenzflächengestützte Mechanismen für die C/C-Faserbereiche ermittelt wurden. Das verfahrenstechnische Potential beim Fräsen besteht, im Vergleich zum Schleifen, in der Einstellung höherer Vorschübe. Eine Vorschuberhöhung resultiert allerdings auch in einer Zunahme des Oberflächenfehlers, was mit dem Zusammenhang mit den Abtragmechanismen erklärt werden kann. Ein Zusammenhang der Fräs- oder Schleifbearbeitung zur Biegefestigkeit konnte nicht hergestellt werden. Obwohl sich die Rauheitswerte einer geschliffenen und einer gefrästen Oberfläche mehr als um den Faktor drei unterscheiden, sinkt die Biegefestigkeit lediglich um 4 %.
Aktualisiert: 2022-12-22
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Durch den Einsatz einer ionischen Flüssigkeit (IL) konnten aus verschiedenen Zellstoffen über einen Trocken-Nass-Spinnprozess Cellulosefilamentfasern hergestellt werden. Durch Anpassung der Spinnbedingungen war es möglich Cellulosefasern für technische und textile Bereiche zu entwickeln. Die hergestellten Fasern wurden mittels Rasterelektronenmikroskopie (REM), Weitwinkelröntgendiffraktion (WAXS), Doppelbrechung, des Wasserrückhaltevermögens und mechanischer Prüfung untersucht. Kristallinität, Gesamtorientierung korrelierten unteranderen mit den mechanischen Eigenschaften der Fasern. Im Weiteren wurden sowohl Fasern aus dem IL-basiertem Spinnprozess als auch sogenannte Reifencordfasern als Carbonfaser (CF) Präkursoren eingesetzt. Im ersten Schritt der CF-Herstellung erfolgte eine kontinuierliche Stabilisierung erfolgte in einem neuartigen Niederdruckprozess. Die Charakterisierung der stabilisierten Fasern erfolgte über REM, WAXS, Elementaranalyse (EA), Infrarotspektroskopie und der Bestimmung des Limiting Oxygen Index. Die Carbonisierung erfolgte in kontinuierlichen Versuchen. Die erhaltenen CFn wurden mittels Elementaranalyse, mechanischer Prüfung, REM, Raman-Spektroskopie, Transmissionselektronenmikroskopie und WAXS-Messungen untersucht. Weiterhin wurden Cellulose-basierte Materialien (Fasern und Vliese) als Trägermaterial für Polyethylenimin (PEI) eingesetzt. Für die PEI-Cellulosematerialien konnte über Thermogravimetrie mit nachgeschalteter Gasanalyse eine zyklenstabile CO2-Sorptionskapazität bestimmt werden.
Aktualisiert: 2023-01-01
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Bei der Herstellung von Verbindungselementen kommen meist Drahtwerkstoffe als Ausgangsmaterial zum Einsatz. Aufgrund des in einem globalisierten Absatzmarkt starken Kostendrucks rückt das Vormaterial vermehrt in den Fokus als potentieller Hebel zur Reduzierung der Herstellungskosten. Eine falsche Wahl des Vormaterials birgt jedoch die Gefahr einer Beeinträchtigung der Prozessfähigkeit, wie anhand des im Rahmen der Arbeit untersuchten Modellprozesses hervorgeht. Durch eine eingehende Analyse eines Bor-Mangan-Stahls konnte die Beeinflussung der plastischen Werkstoffeigenschaften durch die Drahtherstellung ermittelt werden. Die erarbeiteten Modellierungsansätze zur Berücksichtigung der Eigenschaften aus Vorprozessen in numerischen Modellen lassen nun eine Quantifizierung der unterschiedlichen Eigenschaften von verschiedenen Herstellungsvarianten eines Drahtwerkstoffes zu. Zudem wird anhand einer Untersuchung wichtiger Grundumformoperationen deutlich, dass der gezielte Einsatz von Vormaterialzustände auch zur Erweiterung von Prozessgrenzen genutzt werden kann.
Aktualisiert: 2022-05-05
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Aktualisiert: 2022-02-06
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In der vorliegenden Arbeit wurde der Einfluss einer Kurzzeitaustenitisierung mit anschließendem Presshärten und kathodischer Tauchlackierung auf die mikrostrukturellen Umwandlungen und die mechanischen Eigenschaften eines Mangan-Bor-Stahls untersucht. Die Effekte der mikrostrukturellen Umwandlungen auf die resultierenden mechanischen Eigenschaften wurden mit denen einer konventionellen Austenitisierung im Ofen verglichen. Außerdem wurde analysiert, inwiefern die Mikrostruktur des Ausgangsmaterials das Ergebnis der Kurzzeitaustenitisierung beeinflusst.
In Abhängigkeit von der Dicke und der Mikrostruktur des Ausgangsmaterials, wurden zudem jene Prozessparameter der Kurzzeitaustenitisierung experimentell bestimmt, welche zum einen die geforderte Qualität von pressgehärteten Bauteilen gewährleisten, und zum anderen ein zeiteffizientes Presshärten im Vergleich zur konventionellen Austenitisierung im Ofen ermöglichen, wie beispielsweise die Erwärmungstemperatur und -dauer. Mit den so festgelegten Parametern wurden schließlich Demonstrator-Bauteile einer Kurzzeitaustenitisierung unterzogen, pressgehärtet, kathodisch tauchlackiert und abschließend charakterisiert.
Aktualisiert: 2022-04-16
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Im Rahmen dieser Arbeit wird das additive Fertigungsverfahren Fused Deposition Modeling (FDM) hinsichtlich der erzielbaren Bauteilqualität untersucht. Der Fokus liegt auf den mechanischen und geometrischen Eigenschaften für Bauteile aus ABS-M30. Hierzu er-folgt eine grundlegende Eruierung aller Einflussfaktoren auf die Bauteilqualität. Die Einflussfaktoren, die von besonderer Bedeutung sind, werden mithilfe von experimentellen Untersuchungen genauer analysiert. Ein wichtiges Merkmal im FDM-Prozess ist die Temperatur und die Luftströmung im Bauraum der Fertigungsmaschine, sodass neben der Ermittlung des Istzustandes auch eine Optimierung dieser erarbeitet wird. In den weiteren Hauptkapiteln wird neben dem Einfluss der Temperatur und Luftströmung auch der Einfluss der Strangablagestrategie untersucht. Die Strangablagestrategie kann zu einer gezielten Verbesserung der mechanischen Eigenschaften von FDM-Bauteilen genutzt werden. Die Einflüsse der Strangablagestrategie auf die geometrischen Bauteileigenschaften werden in Form von Maß- und Formabweichungen ermittelt. Ein weiteres Ziel dieser Arbeit ist die grundlegende Analyse über die Ursache von Maßabweichungen an FDM-Probekörpern. Zur Reduzierung der auftretenden Maßabweichungen, wird eine Methode erarbeitet, die zur Bestimmung von optimierten Schwindungsfaktoren dient. Die optimierten Schwindungsfaktoren werden genutzt, um die Maßabweichungen an FDM-Bauteilen maßgeblich zu reduzieren.
Aktualisiert: 2020-07-19
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Die mechanischen Eigenschaften stellen meist die wichtigsten Qualitätskenngrößen bei Kunststoffen dar. Sie sind grundlegend verantwortlich für die Funktionserfüllung eines Endprodukts. Bei den bisherigen genormten Offline-Prüfungen werden die mechanischen Eigenschaften häufig an Probekörpern bestimmt. Im Gegensatz zur Offline-Messung ist bei einer Online-Messung ein schneller und direkter Eingriff in den laufenden Herstellungsprozess zur Anpassung der Rezeptur- bzw. Verfahrenskonfiguration möglich. Dabei kann in Echtzeit auf vorliegende Mess- und Qualitätsergebnisse zurückgegriffen werden, da ein zusätzlicher Schritt für die Probenherstellung entfällt. Im Rahmen des am SKZ durchgeführten Forschungsprojektes konnte gezeigt werden, dass eine quasikontinuierliche Online-Bestimmung der mechanischen Eigenschaften am Compoundierstrang im Prozess möglich ist. Hierbei wurde ein neuer Messansatz zur Erfassung der Schlagzähigkeit und der Härte des Materials betrachtet. Gegenüber dem derzeitigen Stand der Technik kann dadurch in Echtzeit, ohne zusätzlichen Zeit- und Arbeitsaufwand direkt im Prozess in Anlehnung an die Norm auf die mechanischen Eigenschaften des Compoundmaterials geschlossen werden. Dies bietet sowohl für die Prozess- und Qualitätsüberwachung in der Compoundierung als auch bei der Materialentwicklung deutliche Vorteile.
Im Zuge des Forschungsprojekts wurden auf Basis neuer Messansätze Demonstratoren ausgelegt und aufgebaut. Auf Basis dieser konnten umfangreiche Versuche zur Bewertung des Potenzials und der Grenzen der Messverfahren unter Technikumsbedingungen erfolgen.
Aktualisiert: 2020-07-15
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Gesetzliche Vorgaben zur Senkung des Flottenverbrauchs und der Emissionen sowie Kundenwünsche nach leistungsstärkeren und zugleich verbrauchsärmeren Motoren führen zur Entwicklung und zum Einsatz aufgeladener Downsizing-Motoren. Die steigenden Mitteldrücke und Spitzentemperaturen tragen dazu bei, dass die lokale Beanspruchung im Motor und insbesondere im Zylinderkopf weiter zunimmt. So können serienmäßig eingesetzte Aluminium-Silizium Zylinderkopflegierungen im Falle weiterer Lasterhöhungen und Steigerungen der spezifischen Leistungsdichte an ihre Belastungsgrenze stoßen.
So liegt die Aufgabenstellung dieser Arbeit in der Entwicklung neuer warmfester Legierungen für hochbeanspruchte Zylinderkopfanwendungen auf Aluminium-Silizium Basis. Dabei soll sowohl die Warm- und Ermüdungsfestigkeit als auch der Kriech- und Alterungsbeständigkeit gesteigert werden, ohne jedoch Einbußen hinsichtlich der Gieß- und Verformbarkeit zu generieren. Aus den umfangreichen Untersuchungen sollen potentielle Legierungen, die für den Einsatz als Zylinderkopfwerkstoff geeignet sind, identifiziert werden. Die hergestellten Legierungen werden hinsichtlich ihren mechanischen Eigenschaften sowie ihrer Mikrostruktur charakterisiert. Mit Hilfe ergänzender mikrostruktureller Untersuchungen während und nach den Verformungsexperimenten werden belastungsspezifische Verformungs- und Schädigungsmechanismen abgeleitet.
Die Ergebnisse zeigen, dass durch die gezielte Legierungsmodifikation die Warmfestigkeit, die thermische Stabilität, die Ermüdungsfestigkeit und die Kriechbeständigkeit bestimmter Legierungen gegenüber den heute eingesetzten Al-Gusslegierungen gesteigert werden kann.
So bieten Legierungen mit einer gesteigerten Warmfestigkeit und thermomechanischen Belastbarkeit sowie verbesserten Alterungs- und Kriechbeständigkeit die Möglichkeit über Downsizing-Konzepte höhere Zünddrücke und Verbrennungstemperaturen zu realisieren. Der dadurch hervorgerufene effizientere Verbrennungsprozess wie auch die Verbesserung des Wirkungsgrades ermöglichen einen Anstieg der spezifischen Motorenleistung. Die generierte Reduktion des Verbrauchs und der Emissionen liefert einen wesentlichen Beitrag zur Umwelt- sowie Ressourcenschonung und der ökologische Fußabdruck kann spürbar verbessert werden.
Aktualisiert: 2020-12-26
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Standardwerkzeug FEM
Im Entwicklungsprozess technischer Kunststoff- und Elastomerbauteile hat die Finite Elemente Methode eine immer höhere Bedeutung. Neben Versuchsdaten und Erfahrungen von Anwendern sind Simulationsergebnisse oft eine wertvolle Hilfe zur Beurteilung der technischen Leistungsfähigkeit des geplanten Produkts.
Umfassender Praxisleitfaden
Der Leser soll in die Lage versetzt werden, Problemstellungen aus der Praxis eigenständig, methodisch nachvollziehbar und werkstoffgerecht lösen sowie die Aussagekraft einer Simulation bewerten zu können.
Jetzt in 2. Auflage: deutlich erweitert und komplett überarbeitet
- Die Thematik der Materialmodellierung, insbesondere von spritzgegossenen kurzfaserverstärkten Bauteilen, wurde erweitert und aktualisiert (Kapitel 2).
- In Kapitel 3 wird der Themenbereich der Festigkeitsbewertung von thermoplastischen Kunststoffbauteilen in deutlich erweitertem Umfang besprochen.
- Im neuen Kapitel 4 werden aktuelle Entwicklungen im Bereich der Betriebsfestigkeit von Elastomeren beschrieben.
- Der Bereich der integrativen Simulation im Sinne einer Kopplung der Spritzgießsimulation und der Struktursimulation wird in vergrößertem Umfang in Kapitel 5 dargestellt.
- Im ebenfalls neuen Kapitel 6 wird in leitfadenähnlichem Charakter ein Vorschlag zu einer strukturierten Vorgehensweise für den Festigkeitsnachweis von thermoplastischen Bauteilen angeboten.
Neu: E-Book Inside
Komplett in Farbe
Aktualisiert: 2022-10-11
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Aktualisiert: 2023-04-11
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Aktualisiert: 2023-01-21
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Aktualisiert: 2022-02-23
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Durch inhomogene plastische Verformungen oder durch homogene Deformation inhomogener metallischer Werkstoffe entstehen Eigenspannungen. Eigenspan nungen sind Spannungen, die in einem Körper vorhanden sind, ohne daß äußere Kräfte auf diesen einwirken. Diese Spannungen stehen untereinander im Gleich gewicht. Sind sie mindestens in zwei Richtungen über makroskopische Bereiche homogen, so handelt es sich um Spannungen erster Art. Spannungen zweiter Art sind solche, die über einzelne Körner und Spannungen dritter Art diejenigen, die über wenige Atomabstände hinweg homogen sind. Eigenspannungen erster und zweiter Art bauen sich immer aus den Spannungs feldern dritter Art, d. h. den Versetzungen auf. Die im Rahmen dieser Arbeit interessierenden Eigenspannungen sind die erster Art, die auch als Stückspannun gen bezeichnet werden, und z. B. als Wärme-, Guß-, Abschreck- oder Bearbei tungsspannungen bekannt sind. Für inhomogene plastische Verformungen gibt es zahlreiche Ursachen, von denen hier nur die Wärmespannungen sowie Umwandlungen und Ausscheidungen, die mit Volumenänderungen verbunden sind, genannt seien [1]. Beim Werkstoff Grauguß hat man es in den meisten Fällen mit einer überlagerung dieser beiden Erscheinungen zu tun. Wirkt eine bekannte äußere Kraft auf einen Körper ein, so kann man die Größe und Verteilung der Spannungen berechnen und durch entsprechende Dimen sionierung des Körpers die Bruchgefahr bzw. die plastische Verformung ver meiden. Sind dagegen bei einem technischen Herstellungsprozeß ungewollt Eigenspannungen in einem Konstruktionselement entstanden, so kennt man ihre Größe und Verteilung im allgemeinen nicht. Die Messung dieser Spannungen ist in der Regel nur durch Zerstörung des in Frage kommenden Stückes möglich.
Aktualisiert: 2023-04-01
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Dieser Buchtitel ist Teil des Digitalisierungsprojekts Springer Book Archives mit Publikationen, die seit den Anfängen des Verlags von 1842 erschienen sind. Der Verlag stellt mit diesem Archiv Quellen für die historische wie auch die disziplingeschichtliche Forschung zur Verfügung, die jeweils im historischen Kontext betrachtet werden müssen. Dieser Titel erschien in der Zeit vor 1945 und wird daher in seiner zeittypischen politisch-ideologischen Ausrichtung vom Verlag nicht beworben.
Aktualisiert: 2023-01-22
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Aktualisiert: 2022-02-27
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