In der vorliegenden Arbeit werden mikrostruktur- und mechanismusbasierte Werkstoffmodelle zur Beschreibung des Deformations- und Lebensdauerverhaltens von thermomechanisch beanspruchten Graugusswerkstoffen vorgestellt. Mit den Modellen wird das zyklische Deformations- und Lebensdauerverhalten verschiedener Graugusswerkstoffe für einachsig belastete Ermüdungsproben und für die Zylinderköpfe von Dieselmotoren vorhergesagt.
Aktualisiert: 2023-06-01
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Die werkstofftechnischen Grundlagen werden in Vorlesungen vermittelt und in Seminaren gefestigt. Weiterer wichtiger Bestandteil sind die Praktika. Studierende sollen zum einen praktische Fähigkeiten bei der Werkstoffprüfung erwerben, andererseits ist es wichtig für sie, die Ursachen für die ermittelten Eigenschaften zu erkennen.
Dieses Buch führt umfassend in einen der wichtigsten Praktikumsversuche ein, wie er in dieser oder ähnlicher Form an vielen Hochschulen durchgeführt wird: der Einfluss zeitlich veränderlicher Belastungen auf die Festigkeit (Ermüdung). Das Praktikum soll einen Einblick geben in die Ermittlung von Werkstoffkennwerten bei wechselnder Belastung (Schwingfestigkeit). Die Bauteilform und eine hohe Oberflächenrauheit beeinflussen die Schwingfestigkeit und die Dauerfestigkeit im Besonderen negativ. Anhand einer gekerbten Probe wird der Einfluss der Probengeometrie/-form auf das Ermüdungsverhalten demonstriert werden. Am Ende des Praktikums werden geprüfte Zug- und Schwingfestigkeitsproben, aber auch gebrochene Bauteile vorgelegt. An den Bruchflächen werden eindeutige Merkmale für den Dauer- und Gewaltbruch herausgearbeitet.
Mithilfe einer ausführlichen Anleitung kann man sich detailliert auf den Praktikumsversuch vorbereiten, so dass die Inhalte, die Durchführung und das Ziel des Versuchs verstanden werden und ein maximaler Erkenntnisgewinn bei den Studierenden erreicht wird.
Die ausführliche Beschreibung der theoretischen Grundlage soll die Versuchsvorbereitung erleichtern und das naturwissenschaftliche und werkstofftechnische Basiswissen festigen. Es folgen wichtige Hinweise für die korrekte Versuchsdurchführung, Tipps zur Auswertung und Vorschläge zur normgerechten Protokollierung. Die im Buch gestellten Fragen zur Versuchsvorbereitung dienen der Überprüfung des Wissensstandes.
Aktualisiert: 2022-08-15
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Die werkstofftechnischen Grundlagen werden in Vorlesungen vermittelt und in Seminaren gefestigt. Weiterer wichtiger Bestandteil sind die Praktika. Studierende sollen zum einen praktische Fähigkeiten bei der Werkstoffprüfung erwerben, andererseits ist es wichtig für sie, die Ursachen für die ermittelten Eigenschaften zu erkennen.
Dieses Buch führt umfassend in einen der wichtigsten Praktikumsversuche ein, wie er in dieser oder ähnlicher Form an vielen Hochschulen durchgeführt wird: der Einfluss zeitlich veränderlicher Belastungen auf die Festigkeit (Ermüdung). Das Praktikum soll einen Einblick geben in die Ermittlung von Werkstoffkennwerten bei wechselnder Belastung (Schwingfestigkeit). Die Bauteilform und eine hohe Oberflächenrauheit beeinflussen die Schwingfestigkeit und die Dauerfestigkeit im Besonderen negativ. Anhand einer gekerbten Probe wird der Einfluss der Probengeometrie/-form auf das Ermüdungsverhalten demonstriert werden. Am Ende des Praktikums werden geprüfte Zug- und Schwingfestigkeitsproben, aber auch gebrochene Bauteile vorgelegt. An den Bruchflächen werden eindeutige Merkmale für den Dauer- und Gewaltbruch herausgearbeitet.
Mithilfe einer ausführlichen Anleitung kann man sich detailliert auf den Praktikumsversuch vorbereiten, so dass die Inhalte, die Durchführung und das Ziel des Versuchs verstanden werden und ein maximaler Erkenntnisgewinn bei den Studierenden erreicht wird.
Die ausführliche Beschreibung der theoretischen Grundlage soll die Versuchsvorbereitung erleichtern und das naturwissenschaftliche und werkstofftechnische Basiswissen festigen. Es folgen wichtige Hinweise für die korrekte Versuchsdurchführung, Tipps zur Auswertung und Vorschläge zur normgerechten Protokollierung. Die im Buch gestellten Fragen zur Versuchsvorbereitung dienen der Überprüfung des Wissensstandes.
Aktualisiert: 2022-10-11
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In wellenartigen Strukturen kommt es infolge von Kerbwirkungen zum Beispiel durch Korbbögen, Mulden oder Presssitzen zu nichtlinearen Spannungsverteilungen. Häufig treten Risse in Gebieten hoher Kerbwirkungen auf, wobei das Risswachstum und die Restlebensdauer durch die dort vorherrschende nichtlineare Spannungsverteilung beeinflusst werden. Eine Abschätzung der Restlebensdauer ist auf Grundlage bruchmechanischer Betrachtungen, ausgehend von einem mit zerstörungsfreien Prüfverfahren detektierbaren Riss, möglich. In der Vergangenheit hat sich jedoch gezeigt, dass eine lineare Idealisierung der nichtlinearen Spannungsverteilung über den Wellenquerschnitt zu Unsicherheiten in der Restlebensdauerberechnung von wellenartigen Strukturen führt. Experimentelle Untersuchungen konnten zeigen, dass Wellen die analytisch berechnete Restlebensdauer auf Grundlage einer Linearisierung überschreiten. Somit besteht Potential, die Berechnung von Restlebensdauern für Wellen mit nichtlinearen Spannungsverteilungen zu optimieren. Dazu wurden in dieser Arbeit entsprechende analytische, numerische und experimentelle Untersuchungen durchgeführt.
Aktualisiert: 2020-12-26
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Die Verbindung primärer Faserverbundstrukturen im Flugzeugbau durch Kleben ist zentraler Bestandteil einer Integralbauweise und bietet damit ein hohes Leichtbaupotenzial. Äußerlich nicht sichtbare Schwachstellen innerhalb der Klebeschicht können sich jedoch unter Betriebslast ausbreiten und zum Versagen der Verbindung führen. Klebeverbindungen können deshalb heutzutage nur in Kombination mit mechanischen Fügeelementen eingesetzt werden, welche die Rissausbreitung innerhalb der Klebschicht vollständig verhindern und damit die primäre Lastübertragungskomponente darstellen. Das Ziel dieser Arbeit ist die Entwicklung eines Riss-Stopper-Konzepts für Klebeverbindungen. Mithilfe von Riss-Stopper-Elementen soll das Ermüdungsrisswachstum ausgehend von initialen Schäden derart begrenzt werden, dass die geforderte strukturelle Restfestigkeit gewährleistet wird. Es wird weiterhin ein Simulationsansatz entwickelt, welcher die Auslegung solcher schadenstoleranter Klebeverbindungen ermöglicht. Im Vergleich zu konventionellen Verbindungskonzepten stellen die Riss-Stopper-Elemente ausschließlich ein Sicherungssystem dar und die primäre Lastübertragung wird weiterhin von der Klebeverbindung übernommen. Die Ergebnisse zeigen, dass das Ermüdungsrisswachstum durch mechanische Riss-Stopper-Elemente signifikant reduziert werden kann und sie sich somit für den Einsatz in schadenstoleranten Klebeverbindungen eignen. Das Simulationsmodell bildet dabei den Einfluss der Riss-Stopper-Elemente mit hoher Genauigkeit ab und bietet sich damit zum Einsatz im Auslegungsprozess an.
Aktualisiert: 2020-12-26
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Das Fachbuch Ermüdungsrisse beschäftigt sich mit der Auslegung von Bauteilen nach Festigkeitskriterien sowie der Analyse von Schäden durch Risswachstum bei Belastung mit konstanter Amplitude und bei Betriebsbelastung. Die Ermittlung und Darstellung bruchmechanischer Werkstoffkennwerte und -kennfunktionen wird behandelt. Selbsterklärende Abbildungen zu charakteristischen Anwendungsbeispielen aus der Praxis visualisieren überzeugend die dargestellten Sachverhalte.
Aktualisiert: 2020-03-05
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Das Fachbuch Ermüdungsrisse beschäftigt sich mit der Auslegung von Bauteilen nach Festigkeitskriterien sowie der Analyse von Schäden durch Risswachstum bei Belastung mit konstanter Amplitude und bei Betriebsbelastung. Die Ermittlung und Darstellung bruchmechanischer Werkstoffkennwerte und -kennfunktionen wird behandelt. Selbsterklärende Abbildungen zu charakteristischen Anwendungsbeispielen aus der Praxis visualisieren überzeugend die dargestellten Sachverhalte.
Aktualisiert: 2023-03-14
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Dieses Lehr- und Übungsbuch führt in die wesentlichen Grundlagen der Festigkeitslehre ein. Es zeigt die wichtigsten Konzepte und Arbeitsabläufe einer ingenieursgerechten Festigkeitsabsicherung. Besonderer Wert wird auf eine anschauliche Vermittlung des Lehrstoffs aus Sicht des Ingenieurs gelegt. Aus Gründen der Verständlichkeit wird daher auf mathematische Herleitungen verzichtet und stattdessen der Schwerpunkt auf eine werkstoffkundliche Betrachtungsweise gelegt. Dies wird durch umfangreiche Werkstoff- und Kennwerttabellen dokumentiert. Verständnisfragen und praxisorientierte Übungsaufgaben mit Variantenlösungen sichern den Lernerfolg. Auf Grund der ausführlichen Musterlösungen eignet sich das Buch in idealer Weise zum Selbststudium und für die Vorbereitung auf Prüfungen.
Aktualisiert: 2023-03-14
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Das Fachbuch Ermüdungsrisse beschäftigt sich mit der Auslegung von Bauteilen nach Festigkeitskriterien sowie der Analyse von Schäden durch Risswachstum bei Belastung mit konstanter Amplitude und bei Betriebsbelastung. Die Ermittlung und Darstellung bruchmechanischer Werkstoffkennwerte und -kennfunktionen wird behandelt. Selbsterklärende Abbildungen zu charakteristischen Anwendungsbeispielen aus der Praxis visualisieren überzeugend die dargestellten Sachverhalte.
Aktualisiert: 2023-03-14
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In dieser Arbeit wird mit der Methode der linearen Akkumulation ein Risswachstumsmodell für ausscheidungsgehärtete Nickelgusslegierungen sowohl unter isothermer Kriech- Ermüdungsbeanspruchung, als auch unter anisothermer thermomechanischer Ermüdung entwickelt. Ermüdung, Kriechen und Oxidation werden als die maßgeblichen Belastungsformen identifiziert. Die Wirkungsweise dieser Schädigungsfaktoren wird im Hinblick auf ihre Beiträge zum Risswachstum analysiert und es werden entsprechende quantitative Beschreibungen im Rissfortschrittsmodell "O.C.F." zusammengefasst. Dieses lineare Akkumulationsmodell ist in der Lage, die Einflüsse zeitabhängiger Schädigung, verschiedener Spannungsverhältnisse und Phasenverschiebungen, sowie der Bauteilgeometrie auf das Risswachstum unter thermomechanischer Ermüdung wiederzugeben. Als Ergebnis liefert das "O.C.F."-Modell gute Vorhersagen des Risswachstums für eine hohe Bandbreite von Lastbedingung und Geometrien. Diese Vorhersagen lassen sich mit Beobachtungen aus fraktographischen Untersuchungen von Rissverläufen und in-situ Aufnahmen des Risswachstums in Verbindung bringen. So können die Rissausbreitungsmechanismen bei verschiedenen TMF-Lastzyklusformen identifiziert werden.
Aktualisiert: 2021-12-20
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n der technischen Praxis sind viele Bauteile einer zeitlich veränderlichen Beanspruchung aus-gesetzt. Das grundsätzliche Ziel besteht darin, Bauteile so zu gestalten, dass die Funktion der Struktur über eine möglichst hohe Gesamtlebensdauer gewährleistet wird. Unter anderem kann durch einzelne Kerben, Kerbanordnungen oder Lochfelder, die Lebensdauer verändert beziehungsweise manipuliert werden.
Eine lebensdaueroptimale Gestaltung ist insbesondere auch für additive gefertigte Bauteile und Strukturen von Bedeutung. Hierbei stellt sich heraus, dass durch den Herstellungsprozess speziell das Risswachstum deutlich beeinflusst wird. Um die teilweise schlechteren Ermüdungseigenschaften als bei konventionell hergestellten Materialien beziehungsweise Bauteilen zu verbessern, kann die Lebensdauer mittels Nachbehandlungsverfahren aber auch durch eine systematische Anordnung von Kerben gesteigert werden.
Im Rahmen dieser Arbeit werden verschiedene lebensdauerbeeinflussende Maßnahmen sowohl experimentell als auch numerisch untersucht. Es zeigt sich, dass entsprechende Wärmebehandlungen und eine geschickte Wahl von Kerben sowie von Kerbanordnungen die Wechselwirkung zwischen Rissinitiierung und Risswachstum günstig beeinflussen und somit die Gesamtlebensdauer erhöhen können.
Aktualisiert: 2020-12-08
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Die Bewertung technischer Strukturen mit Rissen stellt einen wichtigen Aspekt zu deren sicherem und wirtschaftlichem Betrieb dar. Zur Bewertung von Rissen sind bruchmechanische Konzepte notwendig, die den Defekt in der Beanspruchungsanalyse der Struktur berücksichtigen. Die Beanspruchungsanalyse an einem beliebigen Randwertproblem mit Riss erfolgt i.A. auf Basis numerisch berechneter Spannungs- und Verschiebungsfelder. Als besonders effizient haben sich hier wegunabhängige Erhaltungsintegrale erweisen, bei deren Berechnung allerdings selbst bei großen Konturen numerisch ungenaue Daten an der Rissspitze zu erheblichen Fehler führen können.
Durch entsprechende Erweiterungen und Verbesserungen an den Rissuferkonturen lassen sich diese Integrale auch für beliebige Rissprobleme sehr genau berechnen. In Verbindung mit Bruch- und Rissablenkungskriterien liefert die Beanspruchungsanalyse mit wegunabhängigen Integralen genaue Informationen über das Eintreten und die Richtung des Risswachstums. Implementiert in einen Risswachstumsalgorithmus, der auf eine intelligente Neuvernetzungsstrategie in Verbindung mit einer kommerziellen Finite-Elemente Software zurückgreift, ermöglichen die Erhaltungsintegrale eine genaue Vorhersage des Risspfades. Mit diesem Algorithmus werden verschiedene Rissprobleme behandelt und Einflüsse von z.B. Bohrungen, Materialgrenzflächen und Einschlüssen mit Übermaß auf den Risspfad oder Interaktionen mehrerer Risse untersucht. Messungen der bruchmechanischen Kennwerte in einer Aluminiumlegierung zeigen eine Anisotropie der Bruchzähigkeit, die einen deutlichen Einfluss auf den Risspfad hat. Mit einem neuen Rissablenkungskriterium, welches das Anisotropieverhältnis berücksichtigt, lassen sich die experimentell ermittelten Risspfade in Risswachstumssimulationen sehr gut reproduzieren.
Aktualisiert: 2020-06-05
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In der vorliegenden Arbeit werden mikrostruktur- und mechanismusbasierte Werkstoffmodelle zur Beschreibung des Deformations- und Lebensdauerverhaltens von thermomechanisch beanspruchten Graugusswerkstoffen vorgestellt. Mit den Modellen wird das zyklische Deformations- und Lebensdauerverhalten verschiedener Graugusswerkstoffe für einachsig belastete Ermüdungsproben und für die Zylinderköpfe von Dieselmotoren vorhergesagt.
Aktualisiert: 2023-03-31
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Das Fachbuch Ermüdungsrisse beschäftigt sich mit der Auslegung von Bauteilen nach Festigkeitskriterien sowie der Analyse von Schäden durch Risswachstum bei Belastung mit konstanter Amplitude und bei Betriebsbelastung. Die Ermittlung und Darstellung bruchmechanischer Werkstoffkennwerte und -kennfunktionen wird behandelt. Selbsterklärende Abbildungen zu charakteristischen Anwendungsbeispielen aus der Praxis visualisieren überzeugend die dargestellten Sachverhalte. In der aktuellen Auflage wurden die Praxisbeispiele auf wichtige Gebiete der Verkehrstechnik erweitert sowie ein neues Kapitel zur Rissentstehung bei zyklischer Belastung aufgenommen.
Aktualisiert: 2023-04-04
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Tribologisch hoch beanspruchte Gleitsysteme wie Hochdruckpumpen für die Benzindirekteinspritzung besitzen ein Belastungskollektiv, das Werkstoffe mit niedrigen Reibungszahlen und geringem Verschleiß bei gleichzeitig hoher mechanischer Festigkeit erfordert. Im Rahmen dieser Arbeit wurden Sialon-Keramiken für derartige Anwendungen entwickelt und charakterisiert. Diese zeigten hervorragende mechanische und tribologische Eigenschaften und somit ein hohes Potential für diesen Einsatzbereich.
Aktualisiert: 2021-02-11
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