Upload
susanweb
View
39
Download
1
Embed Size (px)
DESCRIPTION
Rechnerische Ermüdungsnachweise für geschweißte Bauteile
Citation preview
SLV Mannheim GmbH Geschweite BauteileFortbildung fr SAP 25.-26.01.06 ErmdungsnachweiseGruppe 3 Stahlbau Seite 1/39
Ingenieurbro Dr. Kndel Bearbeiter: Dr.-Ing. Peter KndelPforzheimer Str. 53, D-76275 Ettlingen Bearbeitungsstand: 18.02.2006Tel. +49(0) 7243 5422 40, Fax 55 Druck 18.02.06 14:[email protected] Ermdung_06-02-18.doc
Rechnerische Ermdungsnachweise
fr geschweite Bauteile
Dr.-Ing. Peter Kndel, SFI/IWE. b. u. v. Sachverstndiger (IHK KA) fr
Schweitechnik Sonderbauten in Metallwww.peterknoedel.de
Fortbildung fr Schweiaufsichtspersonen
25.-26.01.2006
Gruppe 3 Stahlbau
Schweitechnische Lehr- und Versuchsanstalt Mannheim GmbH
Kthe-Kollwitz-Str. 19, D-68169 Mannheim
www.slv-mannheim.de
SLV Mannheim GmbH Geschweite BauteileFortbildung fr SAP 25.-26.01.06 ErmdungsnachweiseGruppe 3 Stahlbau Seite 2/39
Ingenieurbro Dr. Kndel Bearbeiter: Dr.-Ing. Peter KndelPforzheimer Str. 53, D-76275 Ettlingen Bearbeitungsstand: 18.02.2006Tel. +49(0) 7243 5422 40, Fax 55 Druck 18.02.06 14:[email protected] Ermdung_06-02-18.doc
0. Inhalt
0. Inhalt 2
1. Vorwort 3
2. Namen und Geschichten 4
3. Begriffe 6
4. Einflugren 84.1 Lasten 84.1.1 Allgemeines 84.1.2 Zeitlich vernderliche Belastung 84.1.3 Mehrachsige Belastung / Beanspruchung 104.1.4 Kollektive 134.1.5 Lineare Schadensakkumulation 144.1.6 Belastungsfrequenz 164.2 Werkstoff 164.3 Geometrie 204.4 Oberflchenzustand 244.5 Eigenspannungen 254.6 Zusammenfassung 27
5. Rechenverfahren 305.1 Nennspannungskonzept 305.2 Kerbspannungskonzept 305.3 Bruchmechanik 31
6. Regelwerke 32
7. Offene Fragen 34
8. Literatur 358.1 Normen, Regelwerke, Richtlinien 358.2 Standardwerke und Klassiker 368.3 Fachliteratur 37
SLV Mannheim GmbH Geschweite BauteileFortbildung fr SAP 25.-26.01.06 ErmdungsnachweiseGruppe 3 Stahlbau Seite 3/39
Ingenieurbro Dr. Kndel Bearbeiter: Dr.-Ing. Peter KndelPforzheimer Str. 53, D-76275 Ettlingen Bearbeitungsstand: 18.02.2006Tel. +49(0) 7243 5422 40, Fax 55 Druck 18.02.06 14:[email protected] Ermdung_06-02-18.doc
1. VorwortMeine ursprngliche Idee bei der Konzeption des Vortragsthemas war es, eben mal schnell in ei-
nem 60- bis 90-mintigen Vortrag den derzeitigen Stand der Technik sowie die neuesten Entwick-
lungen der Wissenschaft zum Thema
Rechnerische Ermdungsnachweise fr geschweite Bauteile
bersichtlich strukturiert zusammenzustellen.
Bereits bei der Aufarbeitung der Grundlagen nmlich der magebenden Einflugren musste
ich erkennen, da dieses Fachgebiet, auf dem ich mich seit langem mit Freude bewege, derart kom-
plex ist, da im Rahmen der hier zur Verfgung stehenden Zeit schon die Grundlagen nur ziemlich
oberflchlich umrissen werden knnen. Erst recht ist es in diesem Rahmen unmglich, die vielen
Rechenverfahren, d.h. Anstze zur quantifizierenden Beschreibung des Phnomens Ermdung
metallischer Werkstoffe aufzuzhlen oder gar deren Finessen darzustellen und gegeneinander ab-
zuwgen.
Auf der anderen Seite ist klar, da wenn der Ingenieur in wissenschaftlichem Sinne die wesentli-
chen Einflugren so verstanden hat, da sie einer aus Sicht des Werkstoffwissenschaftlers
mglicherweise groben aus Sicht des planenden oder begutachtenden Ingenieurs jedoch gengend
genauen Beschreibung zugnglich sind, er auch wei, was im jeweiligen Fall zu rechnen ist, um der
gesuchten Wirklichkeit gengend nahe zu kommen. Die Schwerpunkte des Vortrages haben sich
daher gegenber der ursprnglichen Absicht verschoben und liegen jetzt mehr auf der Beschreibung
und Erluterung der Einflugren als auf den daraus abgeleiteten Rechenrezepten.
Zitat:
90 % aller versagenden Teile sind auf Ermdungsschden zurckzufhren, so eine Studie des ame-
rikanischen Energieministeriums. Blick durch die Wirtschaft, 02.12.1997, zitiert nach Rother /
Wang / Rust (1998) in [58].
Anm. d. Verf.: Es knnte aber sein, da damit nur versagende Teile im Bereich der amerikani-
schen Energiewirtschaft gemeint sind.
Anmerkung:
Das vorliegende Skript wurde gegenber der am 26.01.06 von der SLV-Mannheim verteilten Fas-
sung inhaltlich ergnzt und redaktionell berarbeitet. Ich bedanke mich bei der SLV-Mannheim fr
die Verffentlichungsgenehmigung.
SLV Mannheim GmbH Geschweite BauteileFortbildung fr SAP 25.-26.01.06 ErmdungsnachweiseGruppe 3 Stahlbau Seite 4/39
Ingenieurbro Dr. Kndel Bearbeiter: Dr.-Ing. Peter KndelPforzheimer Str. 53, D-76275 Ettlingen Bearbeitungsstand: 18.02.2006Tel. +49(0) 7243 5422 40, Fax 55 Druck 18.02.06 14:[email protected] Ermdung_06-02-18.doc
2. Namen und Geschichten
August Whler
August Whler, geb. am 22.06.1819 in Soltau (Lneburger Heide), gest. am 21.03.1914 in Hanno-
ver, untersuchte als erster ca. 1860 systematisch gebrochene Eisenbahnachsen [32] und gilt daher
als Vater der Materialermdung (1901 Dr.-Ing. e.h. durch TU Berlin). Tatschlich gibt es bereits
seit 1820 einzelne Erkenntnisse anderer Forscher ber Materialermdung.
Whlerlinie fr eine Stumpfnaht mit Blechdickensprung, S960
(Versuchsanstalt fr Stahl, Holz und Steine, Universitt Karlsruhe, 2006 [53])
SLV Mannheim GmbH Geschweite BauteileFortbildung fr SAP 25.-26.01.06 ErmdungsnachweiseGruppe 3 Stahlbau Seite 5/39
Ingenieurbro Dr. Kndel Bearbeiter: Dr.-Ing. Peter KndelPforzheimer Str. 53, D-76275 Ettlingen Bearbeitungsstand: 18.02.2006Tel. +49(0) 7243 5422 40, Fax 55 Druck 18.02.06 14:[email protected] Ermdung_06-02-18.doc
Die Whlerlinie beschreibt die ertragbare Zyklenzahl (=Bruchlastspielzahl) eines (metallischen)
Werkstoffes bei Beanspruchung zwischen immer der gleichen Ober- und Unterspannung, d.h. in ei-
nem sogenannten Ein-Stufen-Kollektiv. Sie verknpft in doppeltlogarithmischem Mastab die
Spannungsausschlge auf der y-Achse mit der Zyklenzahl auf der x-Achse.
Quellen zu Whler:
www.tu-berlin.de/presse/125jahre/festschrift/woehler_e.htm (14.01.06)
http://de.wikipedia.org/wiki/Whlerversuch
Die Arbeiten von A. Palmgren (1924) [28] und M.A. Miner (1945) [27] gelten heute als Grundlage
der Linearen Schadensakkumulations-Hypothese (hierauf wird im folgenden Text noch nher
eingegangen).
(Die Geschichte der Bruchmechanik wird hier nicht beleuchtet.)
Zeitgenssische Namen, die einem bei Literaturstudien hufig begegnen, sind (subjektive Aus-
wahl):
Erwin Haibach, LBF Darmstadt;
Adolf F. Hobbacher, FH Wilhelmshaven;
T. Seeger, LBF Darmstadt;
Cetin Morris Sonsino, LBF Darmstadt;
Das LBF Darmstadt heit offiziell:
Fraunhofer-Institut fr Betriebsfestigkeit und Systemzuverlssigkeit LBF, Darmstadt (frher Labo-
ratorium fr Betriebsfestigkeit), www.lbf.fraunhofer.de .
SLV Mannheim GmbH Geschweite BauteileFortbildung fr SAP 25.-26.01.06 ErmdungsnachweiseGruppe 3 Stahlbau Seite 6/39
Ingenieurbro Dr. Kndel Bearbeiter: Dr.-Ing. Peter KndelPforzheimer Str. 53, D-76275 Ettlingen Bearbeitungsstand: 18.02.2006Tel. +49(0) 7243 5422 40, Fax 55 Druck 18.02.06 14:[email protected] Ermdung_06-02-18.doc
3. BegriffeIch mchte an dieser Stelle einige Begriffe definieren bzw. kommentieren, die hufig im Zusam-
menhang mit Materialermdung verwendet werden.
nicht vorwiegend ruhende Belastung
... ist eine gute Definition, nur die Negativ-Beschreibung gefllt mir nicht
schwingende Belastung
... ist im Bauwesen meistens vllig unzutreffend, es sei denn, wir betrachten einen Stahl-
schornstein unter karmanscher Wirbelerregung im Resonanzzustand;
... aber auch im Maschinenbau: die sinusfrmigen nderungen der Beanspruchung in einer
umlaufend gebogenen Welle sehen zwar aus wie eine Schwingung, aber die Welle schwingt
doch nicht!
zyklische Belastung
... pat eigentlich nur, wenn die Belastung tatschlich zyklisch erfolgt. Unter Zyklen ver-
steht man Zeitabschnitte etwa gleicher Lnge, in denen etwa das gleiche passiert. Demzu-
folge pat zyklische Belastung weder fr Brcken noch fr Krane.
dynamische Belastung
... ist ganz falsch, weil Dynamik etwas mit Massentrgheiten und Krften zu tun hat.
vernderliche Belastung
... ist nicht schlecht, aber eigentlich zu einschrnkend auch im Zugversuch bringt man eine
vernderliche Belastung auf den Probekrper
hufig vernderte Belastung
... ist meiner Ansicht nach der beste Begriff
Dauerschwingversuch
... halte ich fr einen zutreffenden Begriff, weil die Probe aus prftechnischen Grnden tat-
SLV Mannheim GmbH Geschweite BauteileFortbildung fr SAP 25.-26.01.06 ErmdungsnachweiseGruppe 3 Stahlbau Seite 7/39
Ingenieurbro Dr. Kndel Bearbeiter: Dr.-Ing. Peter KndelPforzheimer Str. 53, D-76275 Ettlingen Bearbeitungsstand: 18.02.2006Tel. +49(0) 7243 5422 40, Fax 55 Druck 18.02.06 14:[email protected] Ermdung_06-02-18.doc
schlich mit sinusfrmig vernderlichen Lasten beansprucht wird, sie wird also im weitesten
Sinne vor allem bei relativ hohen Prffrequenzen schwingend belastet.
Hinweis:
Selbstverstndlich habe auch ich in jungen Jahren hufig und mit Begeisterung die Begriffe
schwingende Belastung und dynamische Belastung verwendet. Die Begriffe klingen ja
auch sehr gut!
SLV Mannheim GmbH Geschweite BauteileFortbildung fr SAP 25.-26.01.06 ErmdungsnachweiseGruppe 3 Stahlbau Seite 8/39
Ingenieurbro Dr. Kndel Bearbeiter: Dr.-Ing. Peter KndelPforzheimer Str. 53, D-76275 Ettlingen Bearbeitungsstand: 18.02.2006Tel. +49(0) 7243 5422 40, Fax 55 Druck 18.02.06 14:[email protected] Ermdung_06-02-18.doc
4. Einflugren
4.1 Lasten
4.1.1 Allgemeines
Mit Ermdung bezeichnet man ein Phnomen, das nur bei mehrfach oder hufig vernderter Bela-
stung eines Bauteiles auftritt.
Zeitabhngig vernderliche Tragfhigkeit eines Bauteiles unter unvernderter Last bezeichnet man
als Kriechen oder Relaxieren, wenn die Hhe der ertragbaren Last gemeint ist oder als Alterung,
wenn Duktilittsverlust, d.h. Zunahme der Sprde gemeint ist.
4.1.2 Zeitlich vernderliche Belastung
Da die ersten Ermdungsbrche aus dem Bereich des Maschinenbaus stammen, z.B. Generator-
oder Turbinenwellen, Eisenbahnachsen, war die Beschreibung der Lasteinflugren sehr einfach:
Bei umlaufender Biegebelastung ist der Last-Zeit-Verlauf in einer bestimmten (mitgedrehten) Faser
des Bauteils sinusfrmig. In der betrachteten Faser entstehen aus der Umlaufbiegung Normalspan-
nungen, die zwischen einem betragsgleichen Maximal- und Minimalwert variieren. Die Mittelspan-
nung ist daher Null, der Grtwert der auftretenden Spannung ist gleich der Spannungsamplitude.
(Schubspanungen werden vernachlssigt). Man bezeichnet diesen Zeitverlauf als Wechselbean-
spruchung.
SLV Mannheim GmbH Geschweite BauteileFortbildung fr SAP 25.-26.01.06 ErmdungsnachweiseGruppe 3 Stahlbau Seite 9/39
Ingenieurbro Dr. Kndel Bearbeiter: Dr.-Ing. Peter KndelPforzheimer Str. 53, D-76275 Ettlingen Bearbeitungsstand: 18.02.2006Tel. +49(0) 7243 5422 40, Fax 55 Druck 18.02.06 14:[email protected] Ermdung_06-02-18.doc
Wechselbeanspruchung Linie c
(aus Seeelberg 2005 [57])
Eine Stufe komplizierter wird die Charakterisierung der Last, wenn die Mittelspannung nicht gleich
Null ist.
Beispiel 1: Kranbrcke
Die Unterseite der Kranbrcke erfhrt schon durch das Eigengewicht der Kranbrcke eine
konstante Zugbeanspruchung (wenn man z.B. das Wippen der Kranbrcke vernachlssigt).
Durch das Hin- und Herfahren der Katze mit der Nennlast wird eine weitere, vernderliche
Zugspannung berlagert.
Beispiel 2: Zweifeldriger Kranbahntrger
Die Unterseite des Kranbahntrgers in Feld 1 erfhrt eine (hohe) Zugspannung wenn das
Fahrwerk der Kranbrcke in der Mitte von Feld 1 steht. Wenn die Kranbrcke im Feld 2
steht, treten an der Unterseite von Feld 1 Druckspannungen auf. Die Beanspruchung wech-
selt das Vorzeichen.
Der zeitliche Spannungsverlauf in den beiden Beispielen lt sich charakterisieren durch die Wer-
tepaare Oberspannung / Unterspannung, oder durch Oberspannung / Spannungsverhltnis R, wobei
R als Verhltnis von Unterspannung zu Oberspannung definiert ist.
SLV Mannheim GmbH Geschweite BauteileFortbildung fr SAP 25.-26.01.06 ErmdungsnachweiseGruppe 3 Stahlbau Seite 10/39
Ingenieurbro Dr. Kndel Bearbeiter: Dr.-Ing. Peter KndelPforzheimer Str. 53, D-76275 Ettlingen Bearbeitungsstand: 18.02.2006Tel. +49(0) 7243 5422 40, Fax 55 Druck 18.02.06 14:[email protected] Ermdung_06-02-18.doc
Rein rechnerisch kann man natrlich auch hier eine Mittelspannung und eine Spannungs-
Amplitude angeben, das fhrt meiner Ansicht nach aber zu einem falschen Bild im Kopf, da es
einen zyklischen Belastungsverlauf suggeriert.
Neben diesen Beispielen gibt es noch eine Menge anderer Bauteile oder Konstruktionen, die tat-
schlich einer regellosen Beanspruchung unterliegen, z.B. Straenbrcken, Baumaschinen und
Konstruktionen, die dem Wind ausgesetzt sind (ohne Betrachtung von wirbelerregten Querschwin-
gungen, diese werden wieder regelmig-zyklisch-harmonisch).
4.1.3 Mehrachsige Belastung / Beanspruchung
Schon bei Bauteilen mit vermeintlich sehr einfachem statischen System knnen unerwartet kompli-
zierte Kombinationen von Belastungen auftreten.
Antriebswelle (schematisch)
Die in der Skizze gezeigte Antriebswelle aus einem Rohr mit Durchmesser ca. 200 mm fr zwei
Frderketten ist an den beiden Enden aufgelagert. Sie wird ber eine Antriebsscheibe U angetrie-
ben, und treibt ber die beiden Abtriebsscheiben V und W zwei Frderketten an. Die Frderketten
frdern Gegenstnde irgendwo durch, wo an den Gegenstnden unterschiedliche Widerstnde auf-
treten. In den Frderkrften entstehen daher zeitlich vernderliche Ketten-Zugkrfte.
In der geschweiten Antriebswelle treten daher zunchst vernderliche Torsionsschubspannungen
auf (im nchsten Bild als grne durchgezogene Linie dargestellt). Die Torsionsschubspannungen
SLV Mannheim GmbH Geschweite BauteileFortbildung fr SAP 25.-26.01.06 ErmdungsnachweiseGruppe 3 Stahlbau Seite 11/39
Ingenieurbro Dr. Kndel Bearbeiter: Dr.-Ing. Peter KndelPforzheimer Str. 53, D-76275 Ettlingen Bearbeitungsstand: 18.02.2006Tel. +49(0) 7243 5422 40, Fax 55 Druck 18.02.06 14:[email protected] Ermdung_06-02-18.doc
haben um den ganzen Rohrumfang den gleichen Betrag. Aus den Kettenkrften in den An- und
Abtriebsketten treten im Rohr Biegemomente in unterschiedlichen Ebenen auf, weil die Ketten in
unterschiedlichen Richtungen von der Welle weglaufen. Die daraus entstehenden Biegenormal-
spannungen in der Welle haben den maximalen Betrag = M/W . Fr einen festen Punkt auf der
Welle (d.h. mitgedrehtes Koordinatensystem), dessen Ermdungsbeanspruchung zu untersuchen ist,
variieren die auftretenden Biegespannungen cosinus-frmig zwischen + und , je nachdem,
in welcher Position der umlaufenden Welle sich dieser Punkt gerade befindet, wenn die maximale
Torsion auftritt (rote gestrichelte Linie). Auerdem tritt aus der Biegebeanspruchung der Welle
noch Schub aus Querkraft auf, wobei die Schubspannungen sinusfrmig um den Rohrumfang ver-
laufen, und dort Null sind, wo gerade die maximale Biegebeanspruchung herrscht (schwarze
gepnktelte Linie).
Antriebswelle: Zeitverlauf der Spannungen
(Auslegungsberechnung der Frderkrfte)
Aus dem Zeitverlauf der Spannungen ist zu erkennen, da die Torsionsbeanspruchung in der Welle
sich zyklisch nach jeweils 60 Frderschritten wiederholt. Durch die Geometrie der Abtriebsrder
bedingt, tritt fr einen mitgedrehten Punkt auf der Welle aber erst nach 13 dieser Zyklen wieder die
identische Lastsituation auf. Es sind daher 13 * 60 = 780 Schritte zu betrachten, dieser Grozy-
klus wiederholt sich dann bis zum Ende der Lebensdauer.
Man erkennt sofort, da in dem obigen Beispiel die Normal- und Schubspannungen in der Welle
nicht nur mehrachsig sondern auch noch phasenverschoben verlaufen. Das, was wir blicherweise
bei mehrachsigen Spannungszustnden tun, nmlich Vergleichsspannungen oder Vergleichswerte
bilden, scheint damit an Sinn zu verlieren:
SLV Mannheim GmbH Geschweite BauteileFortbildung fr SAP 25.-26.01.06 ErmdungsnachweiseGruppe 3 Stahlbau Seite 12/39
Ingenieurbro Dr. Kndel Bearbeiter: Dr.-Ing. Peter KndelPforzheimer Str. 53, D-76275 Ettlingen Bearbeitungsstand: 18.02.2006Tel. +49(0) 7243 5422 40, Fax 55 Druck 18.02.06 14:[email protected] Ermdung_06-02-18.doc
Antriebswelle: Zeitverlauf der Vergleichsspannungen nach DIN 15018
- Wenn wir zu dem obigen Bild die Vergleichsspannungen bilden, klappen wir alle negativen
Spannungsausschlge nach oben (durch Quadrieren und Wurzelziehen). Damit verlieren wir
z.B. die Information, da das Grenzspannungsverhltnis nahe bei R = 1 liegt, bzw. da
die maximalen Spannungsausschlge bei mindestens 100 N/mm2 liegen.
- Auerdem dreht sich mit der Phasenverschiebung der Spannungskomponenten und auch
die Orientierung der Hauptspannungen von Schritt zu Schritt.
Aus diesem Grund ist in DIN 15018 festgelegt, jeweils getrennt fr sich die Ausnutzungsgrade der
Normalspannungen und der Schubspannungen zu ermitteln und dann in einer quadratischen Inter-
aktionsformel zu berlagern. Damit erhlt man die Ausnutzungsgrade im folgenden Diagramm:
Antriebswelle: Ausnutzungsgrade und Interaktion nach DIN 15018
SLV Mannheim GmbH Geschweite BauteileFortbildung fr SAP 25.-26.01.06 ErmdungsnachweiseGruppe 3 Stahlbau Seite 13/39
Ingenieurbro Dr. Kndel Bearbeiter: Dr.-Ing. Peter KndelPforzheimer Str. 53, D-76275 Ettlingen Bearbeitungsstand: 18.02.2006Tel. +49(0) 7243 5422 40, Fax 55 Druck 18.02.06 14:[email protected] Ermdung_06-02-18.doc
4.1.4 Kollektive
Derartig komplexe Beanspruchungen versucht man dadurch zu charakterisieren, da man ein
Lastkollektiv bildet. Hierzu gibt es viele Verfahren, die (natrlich) alle zu unterschiedlichen Er-
gebnissen fhren. Die sogenannte Reservoir-Methode ist im folgenden Bild dargestellt.
aus Seeelberg 2005 [57]
Alle Verfahren zum Bilden von Kollektiven haben gemeinsam, da man den komplexen Span-
nungs-Zeit-Verlauf auf irgend eine Weise (knstlich und willkrlich) in einzelne Spannungsaus-
schlge zerlegt. Diese sortiert man dann der Gre nach von links nach rechts. Gegebenenfalls bil-
det man Klassen, z.B. 0-20 N/mm2 ; 20-40N/mm2 ; 40-60 N/mm2 und zhlt, wie viele Spannungs-
ausschlge z.B. in der Klasse 40-60 aufgetreten sind. Das Ergebnis ist ein Stufenkollektiv.
Man hat nun die Vorstellung, da man ein derartig analysiertes Bauteil im Bauteilversuch dadurch
simulieren kann, wenn man zunchst alle Spannungsausschlge in der grten Stufe aufbringt, dann
die der zweiten usw.
Das Kollektiv der Normalspannungen fr die oben dargestellten 780 Frderschritte ist im folgenden
Diagramm dargestellt. Man erkennt, da das Kollektiv ziemlich gut mit S1 nach DIN 15018 ber-
einstimmt. Der zunchst wirr erscheinende Beanspruchungsverlauf ist damit einer rationalen Be-
wertung zugnglich gemacht.
SLV Mannheim GmbH Geschweite BauteileFortbildung fr SAP 25.-26.01.06 ErmdungsnachweiseGruppe 3 Stahlbau Seite 14/39
Ingenieurbro Dr. Kndel Bearbeiter: Dr.-Ing. Peter KndelPforzheimer Str. 53, D-76275 Ettlingen Bearbeitungsstand: 18.02.2006Tel. +49(0) 7243 5422 40, Fax 55 Druck 18.02.06 14:[email protected] Ermdung_06-02-18.doc
Normiertes Kollektiv der Normalspannungen zur obigen Antriebswelle
4.1.5 Lineare Schadensakkumulation
Das Bilden von Kollektiven, d.h. das Entwirren der mglicherweise regellos auftretenden Span-
nungsnderungen, das Sortieren derselben nach Gre setzt stillschweigend voraus, da ein linearer
Zusammenhang besteht zwischen einer Spannungsnderung im Bauteil und einer (Vor- oder Teil-)
Schdigung im Hinblick auf ein spteres Ermdungsversagen (der Werkstoff merkt sich, wieviel
Zyklen er schon erlebt hat). Wenn die Summe der Schdigungen den Wert 1 (oder 100 %) erreicht,
versagt das Bauteil. Diese Annahme ist bekannt als lineare Schadensakkumulations-Hypothese
oder Palmgren-Miner-Hypothese.
Schon frh war bekannt, da die Lineare Schadensakkumulation so nicht stimmt. Versuche zeigen,
da es nicht egal ist, in welcher Reihenfolge, Gruppierung und Durchmischung kleine und groe
Spannungsausschlge auftreten. Einige hhere Spannungsausschlge zum richtigen Zeitpunkt kn-
nen eine materiell bereits eingetretene Ermdung teilweise wieder heilen bzw. verzgern.
SLV Mannheim GmbH Geschweite BauteileFortbildung fr SAP 25.-26.01.06 ErmdungsnachweiseGruppe 3 Stahlbau Seite 15/39
Ingenieurbro Dr. Kndel Bearbeiter: Dr.-Ing. Peter KndelPforzheimer Str. 53, D-76275 Ettlingen Bearbeitungsstand: 18.02.2006Tel. +49(0) 7243 5422 40, Fax 55 Druck 18.02.06 14:[email protected] Ermdung_06-02-18.doc
Bild B1.153 aus [31]
Anm. zu fehlerhafter Beschriftung siehe folgender Abschnitt
Hinweise zum vorigen Diagramm:
Wenn man in der Abszisse bei Number of stress cycles als Einheit [103] ergnzt, dann er-
hlt man eine Rifortschrittsgeschwindigkeit von ca. 3*10-4 mm je Lastschritt.
Wenn man weiterhin die Angabe Kmax als
KI = 22 MN/m3/2 = 700 N/mm3/2
interpretiert, dann passen die beiden Werte mit den gngigen Angaben fr Rifortschrittsge-
schwindigkeiten zusammen.
Man erkennt aus dem Diagramm, da der Rifortschritt durch die hheren Spannungsausschlge
deutlich verlangsamt wird. Erst nach einer relativ groen Zyklenzahl (ca. 20000) wird die ur-
sprngliche Rifortschrittsgeschwindigkeit wieder erreicht. Man erklrt dies damit, da die weni-
gen hheren Spannungsspiele in der Rispitze Flieerscheinungen hervorrufen, welche die im Ge-
fge bereits vorhandene Ermdung wieder nahezu aufheben. Der Werkstoff bentigt erst wieder
20000 Lastwechsel, um an der Rispitze wieder aufs neue zu ermden.
SLV Mannheim GmbH Geschweite BauteileFortbildung fr SAP 25.-26.01.06 ErmdungsnachweiseGruppe 3 Stahlbau Seite 16/39
Ingenieurbro Dr. Kndel Bearbeiter: Dr.-Ing. Peter KndelPforzheimer Str. 53, D-76275 Ettlingen Bearbeitungsstand: 18.02.2006Tel. +49(0) 7243 5422 40, Fax 55 Druck 18.02.06 14:[email protected] Ermdung_06-02-18.doc
Eine rechnerische Bercksichtigung dieses Effektes ist bisher nicht mglich. Im Flugzeugbau oder
Fahrzeugbau werden Bauteile aber nicht in den sonst blichen Stufen-Kollektiven geprft, sondern
ber numerisch gesteuerte Prfmaschinen mit quasi-regellosen Beanspruchungsfolgen, die wieder-
um im Fahrversuch bzw. whrend typischer Flugphasen aufgezeichnet wurden (mir ist aus den
spten 70er Jahren noch das Kollektiv FALSTAFF (Fighter Aircraft Loading Standard for Fatigue)
in Erinnerung, siehe z.B. im Internet random / spectrum loading software for fatigue systems).
4.1.6 Belastungsfrequenz
Der technische Laie nimmt geht blicherweise davon aus, da die Frequenz der Belastungswechsel
eine Rolle spielen msse. Dies ist tatschlich nicht so. Nur die Anzahl der Belastungswechsel spielt
eine Rolle. Deswegen treten am geschweiten Untergestell eines unwuchtig laufenden Generators
die Schden eben schon nach einigen Tagen oder Wochen auf und an einer geschweiten Straen-
brcke erst nach 5 bis 10 Jahren.
Es gibt allerdings eine Grenze, die zum Beispiel bei Ermdungsversuchen (Dauerschwingversu-
chen) mit Hochfrequenz-Pulsern zu beachten sind: die Probe darf nicht warm werden. Das tritt
dann auf, wenn in der Probe in mikrospopischem Mastab Plastizierungen stattfinden. Eine Prf-
frequenz von 100 bis 150 Hz ist jedoch im allgemeinen kein Problem.
4.2 Werkstoff
Es ist naheliegend, anzunehmen, da die Ermdungsfestigkeit eine Werkstoffeigenschaft ist, die
sich zum Beispiel dann zeigt, wenn man z.B. einen polierten, quasi fehlerfreien Rundstab im Um-
laufbiegeversuch prft. Alle anderen Einflugren, die diese Grund-Ermdungsfestigkeit abmin-
dern, msste man dann z.B. geometrischen Kerben zuordnen (siehe Abschnitt weiter unten).
Bei den uns zur Verfgung stehenden technischen Metallen mssen wir jedoch feststellen, da auch
Unregelmigkeiten im Gefgezustand, wie z.B. Versetzungen, von vorne herein beteiligt sind. Bei
der Betrachtung geschweiter Bauteile relativiert sich die Betrachtung einer reinen Werkstoffeigen-
schaft, weil geschweite Bauteile von vorne herein als eher stark gekerbt betrachtet werden knnen.
Klassisch wird die Ermdungsfestigkeit von Bauteilen als Whlerlinie dargestellt. Man erkennt,
da mit steigender Lastwechselzahl zunchst ein deutlicher Festigkeitsabfall auftritt, der sich dann
aber schwcher fortsetzt (siehe folgendes Diagramm).
SLV Mannheim GmbH Geschweite BauteileFortbildung fr SAP 25.-26.01.06 ErmdungsnachweiseGruppe 3 Stahlbau Seite 17/39
Ingenieurbro Dr. Kndel Bearbeiter: Dr.-Ing. Peter KndelPforzheimer Str. 53, D-76275 Ettlingen Bearbeitungsstand: 18.02.2006Tel. +49(0) 7243 5422 40, Fax 55 Druck 18.02.06 14:[email protected] Ermdung_06-02-18.doc
Whler-Daten fr ungekerbte und gekerbte Probe, lineare Darstellung (siehe Anhang A)
Deutlicher wird dieser Sachverhalte, wenn doppelt-logarithmisch aufgetragen wird. Dann zeigt sich
auch die Whlerlinie.
Hinweis:
Die Whlerlinie gilt jeweils nur fr ein bestimmtes Grenzspannungsverhltnis R.
Whler-Daten fr ungekerbte und gekerbte Probe (siehe Anhang A)
SLV Mannheim GmbH Geschweite BauteileFortbildung fr SAP 25.-26.01.06 ErmdungsnachweiseGruppe 3 Stahlbau Seite 18/39
Ingenieurbro Dr. Kndel Bearbeiter: Dr.-Ing. Peter KndelPforzheimer Str. 53, D-76275 Ettlingen Bearbeitungsstand: 18.02.2006Tel. +49(0) 7243 5422 40, Fax 55 Druck 18.02.06 14:[email protected] Ermdung_06-02-18.doc
Fr die Darstellung des Mittelspannungseinflusses eignet sich das Smith-Diagramm (siehe folgende
Darstellung).
(Smith-Diagramm, Bild B1.136 aus [31])
Eine andere hufige Darstellung ist das Haigh-Diagramm, das z.B. in der FKM-Richtlinie verwen-
det wird (siehe folgende Darstellung).
SLV Mannheim GmbH Geschweite BauteileFortbildung fr SAP 25.-26.01.06 ErmdungsnachweiseGruppe 3 Stahlbau Seite 19/39
Ingenieurbro Dr. Kndel Bearbeiter: Dr.-Ing. Peter KndelPforzheimer Str. 53, D-76275 Ettlingen Bearbeitungsstand: 18.02.2006Tel. +49(0) 7243 5422 40, Fax 55 Druck 18.02.06 14:[email protected] Ermdung_06-02-18.doc
Haigh-Diagramm aus FKM-Richtlinie [16]
Es gilt als Stand von Forschung und Wissenschaft, da zutreffende Aussagen ber die Ermdungs-
festigkeit von Werkstoffen (bzw. Kerbfllen) nur im Versuch gewonnen werden knnen. So gibt es
z.B. fr unlegierte Sthle, hochlegierte Sthle, Gu, Aluminium, Vergtungssthle jeweils unter-
schiedliche Daten, auf die man beim Bemessen zurckgreifen mu. Bei fehlen solcher Daten ver-
sucht man natrlich entsprechend vorsichtig, bekannte Daten auf unbekannte Werkstoffe zu ber-
tragen.
Nach einer unter Fachleuten immer wieder gehrten Hypothese (aber keiner kann sich dann erin-
nern, wo ers gehrt oder gelesen hat), haben kubisch-flchenzentrierte Werkstoffe keine Dauerfe-
stigkeit. Das bedeutet, da die Whlerlinie nach dem Knick nicht waagerecht verluft, sondern
mit geringer Neigung zu immer kleineren Spannungsausschlgen verluft. Das bedeutet im Um-
kehrschlu, da man ein Bauteil aus diesen Werkstoffen auf jeden Fall kaputt bekommt, wenn nur
die Lastwechselzahl hoch genug ist (siehe folgende Abbildung).
SLV Mannheim GmbH Geschweite BauteileFortbildung fr SAP 25.-26.01.06 ErmdungsnachweiseGruppe 3 Stahlbau Seite 20/39
Ingenieurbro Dr. Kndel Bearbeiter: Dr.-Ing. Peter KndelPforzheimer Str. 53, D-76275 Ettlingen Bearbeitungsstand: 18.02.2006Tel. +49(0) 7243 5422 40, Fax 55 Druck 18.02.06 14:[email protected] Ermdung_06-02-18.doc
(Bild 94 aus Petersen Stahlbau [29], Abs. 2.6.2.5.6
leider ist zu diesem Diagramm keine eindeutige Quelle angegeben)
4.3 Geometrie
Da die globale Gestalt eines Bauteiles eine wichtige Einflugre ist, liegt auf der Hand. Eine ein-
springende Ecke fhrt bei einem sprden Werkstoff schon unter statischer Beanspruchung zu vor-
zeitigem Versagen, d.h. die einspringende Ecke reduziert das Tragverhalten.
SLV Mannheim GmbH Geschweite BauteileFortbildung fr SAP 25.-26.01.06 ErmdungsnachweiseGruppe 3 Stahlbau Seite 21/39
Ingenieurbro Dr. Kndel Bearbeiter: Dr.-Ing. Peter KndelPforzheimer Str. 53, D-76275 Ettlingen Bearbeitungsstand: 18.02.2006Tel. +49(0) 7243 5422 40, Fax 55 Druck 18.02.06 14:[email protected] Ermdung_06-02-18.doc
Spannungsverlauf an Kerben
(aus Seeelberg 2005 [57])
In gleicher Weise wurden Kerben, d.h. lokale Einschnitte in den Kraftflu, als wichtigste Ein-
flugre identifiziert, nach dem die Charakteristik der zeitlichen Vernderung der Last bei der
Bemessung eines Bauteiles eine Zielgre darstellt, nmlich die einer mglichst hohen ertragbaren
Last.
Branchentypisch gab es in der Folge unterschiedlichen Umgang mit Kerben:
- Eine eher mikroskopisch orientierte Betrachtung eines effektiven Kerbradius, den man bei
genauem Hinsehen auch im Kerbgrund einer eingefrsten V-Nut finden kann.
In diesem Zusammenhang beschreibt der Begriff Neubersche Kerbspannungslehre (erst-
mals erschienen 1937) heute ein theoretisches Gebude, da uns heute unerllich fr das
Verstndnis des Tragverhaltens metallischer Strukturen steht.
- Eine eher makroskopisch orientierte Betrachtung von Kerbfllen, wie z.B. ein Quer-
schnittsteil mit aufgeschweiter Lngsrippe. Diese erfuhren wiederum eine feinere Eintei-
lung in verschiedene Ausfhrungsgten, d.h. die Begrenzung innerer Fehler in den
SLV Mannheim GmbH Geschweite BauteileFortbildung fr SAP 25.-26.01.06 ErmdungsnachweiseGruppe 3 Stahlbau Seite 22/39
Ingenieurbro Dr. Kndel Bearbeiter: Dr.-Ing. Peter KndelPforzheimer Str. 53, D-76275 Ettlingen Bearbeitungsstand: 18.02.2006Tel. +49(0) 7243 5422 40, Fax 55 Druck 18.02.06 14:[email protected] Ermdung_06-02-18.doc
Schweinhten und die Sicherstellung einer kraftflugnstigen Oberflche durch Beschlei-
fen. Die Kerbflle sind im brigen stark branchenorientiert, sie finden in jedem der unten
angefhrten Regelwerke andere Kerbflle, mit z.T. deutlich abweichenden Angaben zur
Tragfhigkeit bei hnlichen oder gleichen Kerbfllen.
Als Beispiel sind im folgenden Bild einige Grund-Kerbflle aufgefhrt, die von links nach rechts
zunehmende Kerbschrfe aufweisen.
(Bild 94 aus Petersen Stahlbau [29], Abs. 3.7.3)
Bereits seit lngerer Zeit im Zusammenhang mit Dehnungsmestreifen aber auch im Zusammen-
hang mit FEM-Rechnungen benutzt man heute blicherweise das Konzept der Strukturspannun-
gen anstelle der rtlichen Spannungen oder Kerbspannungen. Die Strukturspannung ist eine
gegenber der tatschlichen Kerbspannung rechnerisch knstlich reduzierte Spannung, die als tech-
nologische Vergleichs- und Bewertungsgre dient. Dies hat praktische Grnde:
- Klebt man einen Dehnungsmestreifen (DMS) so nah wie technisch mglich an den Fu ei-
ner Kehlnaht, so ist der Mittelpunkt des Megitters immer noch mindestens 3 bis 5 mm vom
Nahtfu entfernt. Man kann also die Kerbspannung nicht messen, sondern mu ohnehin ex-
trapolieren mit allen mglichen Fehlern, die das mit sich bringt.
- Mit der Finite-Elemente-Methode als Werkzeug der elastischen Festigkeitslehre erhlt man
an einer einspringenden, nicht ausgerundeten Ecke (wie z.B. einem Nahtfu) per definitio-
nem unendlich hohe Spannungen. Wenn man nicht die Spannungen, sondern Dehnungen
betrachtet, sind auch diese unendlich hoch. Falls man materiell nichtlinear rechnet, d.h. Pla-
SLV Mannheim GmbH Geschweite BauteileFortbildung fr SAP 25.-26.01.06 ErmdungsnachweiseGruppe 3 Stahlbau Seite 23/39
Ingenieurbro Dr. Kndel Bearbeiter: Dr.-Ing. Peter KndelPforzheimer Str. 53, D-76275 Ettlingen Bearbeitungsstand: 18.02.2006Tel. +49(0) 7243 5422 40, Fax 55 Druck 18.02.06 14:[email protected] Ermdung_06-02-18.doc
stizieren an der Kerbe rechnerisch bercksichtigt, dann erhlt man zwar endliche Dehnun-
gen, hat sich aber von der Definition der Kerbspannung entfernt.
Strukturspannungen x, Kerbspannungen Kx(aus FKM-Richtlinie [16])
P. Kndel, Vorlesungsmitschrift bei Prof. Fahrenwaldt, SLV Fellbach, 09.12.05.
Zum Teil stellt man aber auch fest, da beim Vergleich unterschiedlicher Quellen (Normen, Fach-
literatur) die gleiche Kerbe mit sehr unterschiedlichen Dauerfestigkeitswerten belegt wird.
SLV Mannheim GmbH Geschweite BauteileFortbildung fr SAP 25.-26.01.06 ErmdungsnachweiseGruppe 3 Stahlbau Seite 24/39
Ingenieurbro Dr. Kndel Bearbeiter: Dr.-Ing. Peter KndelPforzheimer Str. 53, D-76275 Ettlingen Bearbeitungsstand: 18.02.2006Tel. +49(0) 7243 5422 40, Fax 55 Druck 18.02.06 14:[email protected] Ermdung_06-02-18.doc
Smith-Diagramm fr Schrauben (Bild 71 aus Petersen Stahlbau [29], Abs. 9.8)
Man erkennt, da die kleinste Amplitude der Dauerfestigkeit fr alle Schraubengten und durch-
messer bei ,a = 40 N/mm2 liegt. Das entspricht einer Spannungsdoppelamplitude bzw. einem
Spannungsausschlag von = 80 N/mm2 . Nach EC3, und darauf harmonisiert auch DIN 4133, ist
zwischenzeitlich ein Spannungsausschlag von = 36 N/mm2 zugelassen !!!
4.4 Oberflchenzustand
Besonders im Maschinenbau wird dem Oberflchenzustand eine groe Aufmerksamkeit geschenkt.
Man erkannte schon frh (eher intuitiv), da eine polierte Oberflche die Dauerfestigkeit z.B. von
Wellen, oder Turbinenschaufeln) stark erhht, bzw. eine entsprechende Lebensdauer erst sicher-
stellt.
Aus meiner Sicht kann das mit der Brille der Kerbspannungslehre gesehen werden, dann wird klar,
da Oberflchenkerben als Riauslser wirken. Interessant wren z.B. Daten ber den Zusammen-
SLV Mannheim GmbH Geschweite BauteileFortbildung fr SAP 25.-26.01.06 ErmdungsnachweiseGruppe 3 Stahlbau Seite 25/39
Ingenieurbro Dr. Kndel Bearbeiter: Dr.-Ing. Peter KndelPforzheimer Str. 53, D-76275 Ettlingen Bearbeitungsstand: 18.02.2006Tel. +49(0) 7243 5422 40, Fax 55 Druck 18.02.06 14:[email protected] Ermdung_06-02-18.doc
hang zwischen Oberflchen-Rauhtiefe und Dauerfestigkeit, solche Daten sind mir jedoch nicht be-
kannt.
hnliches gilt fr alle Arten der Oberflchenbehandlung, wie z.B. Nitrieren, Hrten, Kugelstrahlen
usw. Die ursprngliche Veranlassung fr diese Oberflchenbehandlung liegt vielleicht daran, eine
hhere Standzeit fr die Lagerflchen zu erreichen. Nach heutigem Verstndnis werden bei allen
diesen Verfahren zum Teil betrchtliche Druck-Eigenspannungen in der Oberflche erzeugt, was
wiederum die Erstribildung verzgert.
4.5 Eigenspannungen
(Bild 10 aus [40])
Nach gngiger Lehrmeinung sind in jeder Schweinaht Eigenspannungen in Hhe der Streckgrenze
des Grundmaterials zu erwarten. Dies gilt bei genauem Hinsehen vielleicht nicht in dieser Aus-
schlielichkeit fr Eigenspannungen quer zu einer einlagig geschweiten Stumpfnaht, in Lngs-
richtung einer Naht trifft dies jedoch sicher zu.
SLV Mannheim GmbH Geschweite BauteileFortbildung fr SAP 25.-26.01.06 ErmdungsnachweiseGruppe 3 Stahlbau Seite 26/39
Ingenieurbro Dr. Kndel Bearbeiter: Dr.-Ing. Peter KndelPforzheimer Str. 53, D-76275 Ettlingen Bearbeitungsstand: 18.02.2006Tel. +49(0) 7243 5422 40, Fax 55 Druck 18.02.06 14:[email protected] Ermdung_06-02-18.doc
Damit lt sich die immer wieder aufkommende Streitfrage klren, ob ein Bauteil unter Druck-
Schwellbeanspruchung deutlich weniger ermdet, d.h. ob es eine starke Vorzeichenabhngigkeit
oder letztendlich Mittelspannungsabhngigkeit gibt, oder ob das Vorzeichen der zeitlich vernderli-
chen Beanspruchung vllig egal ist, es somit nur auf den Spannungsausschlag ankommt (das nennt
man Mittelspannungsunabhngigkeit).
Man erklrt den Effekt mit folgender Modellvorstellung:
- Eine Schweinaht hat Zugeigenspannungen in Hhe der Streckgrenze. Diesen Spannungen
wird eine Zug-Schwellbeanspruchung berlagert. Whrend der ersten Lastwechsel tritt eine
berlastung der Schweinaht auf, durch Flieen reduziert sich der Eigenspannungszustand
so weit, da am Schlu eine Zug-Schwellbeanspruchung mit der Streckgrenze als Hchst-
wert vorliegt.
- Eine Schweinaht hat Zugeigenspannungen in Hhe der Streckgrenze. Diesen Spannungen
wird eine Druck-Schwellbeanspruchung berlagert. Nach Addition der Spannungen entsteht
in der Schweinaht eine Zug-Schwellbeanspruchung mit der Streckgrenze als Hchstwert.
Aufgrund dieser Erklrung ist also verstndlich, warum das Ermdungsverhalten von geschweiten
Bauteilen tatschlich nur von den Spannungsausschlgen abhngt. Dies lt sich natrlich durch
Spannungsarmglhen des Bauteils (siehe obiges Diagramm) positiv beeinflussen.
Eine schon lang bekannte Methode, die in letzter Zeit offenbar wieder verstrkt an Bedeutung ge-
winnt, ist das teilmechanisierte Hmmern der Naht. Ermdungsversuche zeigen vielversprechende
Ergebnisse.
SLV Mannheim GmbH Geschweite BauteileFortbildung fr SAP 25.-26.01.06 ErmdungsnachweiseGruppe 3 Stahlbau Seite 27/39
Ingenieurbro Dr. Kndel Bearbeiter: Dr.-Ing. Peter KndelPforzheimer Str. 53, D-76275 Ettlingen Bearbeitungsstand: 18.02.2006Tel. +49(0) 7243 5422 40, Fax 55 Druck 18.02.06 14:[email protected] Ermdung_06-02-18.doc
(aus Gerster/Poel 2005 [35])
4.6 Zusammenfassung
blicherweise wird die Ermdungsfestigkeit eines Bauteiles mit Hilfe einer kerbfallbezogenen
Whlerlinie beschrieben.
SLV Mannheim GmbH Geschweite BauteileFortbildung fr SAP 25.-26.01.06 ErmdungsnachweiseGruppe 3 Stahlbau Seite 28/39
Ingenieurbro Dr. Kndel Bearbeiter: Dr.-Ing. Peter KndelPforzheimer Str. 53, D-76275 Ettlingen Bearbeitungsstand: 18.02.2006Tel. +49(0) 7243 5422 40, Fax 55 Druck 18.02.06 14:[email protected] Ermdung_06-02-18.doc
Bemessungskurven fr Stahl nach Eurocode 3 [1])
Man unterscheidet die Kurzzeitfestigkeit mit hchstens 104 Lastwechseln, die ausreichend genau
auch als vorwiegend ruhende Beanspruchung behandelt werden kann, die Dauerfestigkeit fr
mehr als 5*106 oder 108 Lastwechsel und die Zeitfestigkeit dazwischen.
Der Knick als bergang zur Dauerfestigkeit wird inzwischen nicht mehr bei 2*106 Lastwechseln
angenommen, alle Referenzwerte fr Kerfall- oder FAT-Klassen beziehen sich jedoch nach wie vor
auf 2*106 .
Bei geschweiten Bauteilen arbeitet man mit einer normierten Whlerlinie im log-log-Diagramm,
die im Zeitfestigkeitsbereich eine Steigung m = 3 bei Stahl hat. Dadurch verlaufen die Kurven fr
unterschiedlich scharf gekerbte Bauteile parallel. Es werden nur noch Spannungsausschlge SR
SLV Mannheim GmbH Geschweite BauteileFortbildung fr SAP 25.-26.01.06 ErmdungsnachweiseGruppe 3 Stahlbau Seite 29/39
Ingenieurbro Dr. Kndel Bearbeiter: Dr.-Ing. Peter KndelPforzheimer Str. 53, D-76275 Ettlingen Bearbeitungsstand: 18.02.2006Tel. +49(0) 7243 5422 40, Fax 55 Druck 18.02.06 14:[email protected] Ermdung_06-02-18.doc
(sigma-range) bewertet, d.h. es wird jeweils der ungnstigste Eigenspannungszustand und Mit-
telspannungsunabhngigkeit angenommen. Die niedrigste Kerbfallklasse bei Stahl ist36 N/mm2 .
Hinweis:
Fr Schubspannungen gibt es jeweils eigene Whlerlinien.
Die Vorgehensweise bei Alumnium ist methodisch gleich, nur da dort eine Vielzahl unterschiedli-
cher Steigungen der Whlerlinien bercksichtigt wird.
Bemessungskurven fr Aluminium nach Eurocode 9 [3])
SLV Mannheim GmbH Geschweite BauteileFortbildung fr SAP 25.-26.01.06 ErmdungsnachweiseGruppe 3 Stahlbau Seite 30/39
Ingenieurbro Dr. Kndel Bearbeiter: Dr.-Ing. Peter KndelPforzheimer Str. 53, D-76275 Ettlingen Bearbeitungsstand: 18.02.2006Tel. +49(0) 7243 5422 40, Fax 55 Druck 18.02.06 14:[email protected] Ermdung_06-02-18.doc
5. Rechenverfahren
5.1 Nennspannungskonzept
Das klassische Verfahren ist das Betrachten von Nennspannungen in einem Bauteil. Die Kerbwir-
kung wird dadurch erfat, da das vorhandene Detail mit den Bildern in einem Kerbfallkatalog ver-
glichen wird und mglichst zutreffend zugeordnet.
Aus dem zugrunde gelegten Regelwerk ergibt sich dann ein Referenzwert fr zwei Millionen Last-
wechsel.
Diesen rechnet man dann um auf die Lastwechselzahl, fr die man eine zulssige Spannung be-
ntigt. Man benutzt dazu die Steigung m = 3 der Whlerlinie fr geschweite Bauteile (oder an-
ders, wie z.B. bei Aluminium).
Die Formel zum Umrechnen zweier Wertepaare auf der log-log-Linie mit der Steigung m lautet:
,B / ,A = (N,A / N,B)1/m
oder
(,B / ,A)m = (N,A / N,B)
Aus Sicht des Maschinenbaus (nicht geregelter Bereich) bietet sich an, sich das Regelwerk heraus-
zusuchen, nach dem man die gnstigsten Ergebnisse bekommt. Die im Falle eines Schadens zu
stellende Frage nach der Einhaltung der anerkannten Regeln der Technik msste man
wahrscheinlich so beantworten, da diese im Moment durch EC3 und EC9 beschrieben sind.
5.2 Kerbspannungskonzept
Bei komplexen Bauteilen kann oft eine Nennspannung im klassischen Sinne nicht definiert werden,
deswegen bietet sich in diesen Fllen eine FEM-Berechnung und ein Vorgehen nach der FKM-
Richtlinie [16] an. Da auf der Einwirkungsseite die Erhhung der Spannungen rechnerisch explizit
bercksichtigt wird, erfolgt die Bewertung gegen entsprechend hohe Werkstoffwiderstnde.
Ein Anwendungsbeispiel in der FKM-Richtlinie beschreibt einen Lochstab mit quer durch das Loch
verlaufender Stumpfnaht. Als Werkstoffwiderstand wird eine Mittelspannung von ca. 800 N/mm2
mit einer ertragbaren Spannungsamplitude von ca. 420 N/mm2 ermittelt. Der Werkstoff ist brigens
SLV Mannheim GmbH Geschweite BauteileFortbildung fr SAP 25.-26.01.06 ErmdungsnachweiseGruppe 3 Stahlbau Seite 31/39
Ingenieurbro Dr. Kndel Bearbeiter: Dr.-Ing. Peter KndelPforzheimer Str. 53, D-76275 Ettlingen Bearbeitungsstand: 18.02.2006Tel. +49(0) 7243 5422 40, Fax 55 Druck 18.02.06 14:[email protected] Ermdung_06-02-18.doc
ein S235. Ich habe daher (vorerst) noch etwas Schwierigkeiten, mich fr dieses Verfahren zu er-
wrmen.
5.3 Bruchmechanik
Die Bruchmechanik gilt inzwischen als eigenes Wissens- und Lehrgebiet (siehe z.B. Kndel 2004
[39]). Mir persnlich fllt es schwer, die Methoden der Bruchmechanik als normales Bemes-
sungsverfahren zu betrachten, da man dafr erst Fehler bestimmter Gre im Bauteil voraussetzen
mu. Auf bruchmechanische Methoden gehe ich daher im Rahmen des vorliegenden Vortrages
nicht nher ein.
Selbstverstndlich halte ich Grundkenntnisse der Bruchmechanik bei der Betrachtung von Erm-
dungsproblemen fr wichtig, da sie uns eine detailliertere Vorstellung davon vermittelt, welche
Mechanismen sich beim Rifortschritt bis zum (sprden) Bruch tatschlich abspielen.
SLV Mannheim GmbH Geschweite BauteileFortbildung fr SAP 25.-26.01.06 ErmdungsnachweiseGruppe 3 Stahlbau Seite 32/39
Ingenieurbro Dr. Kndel Bearbeiter: Dr.-Ing. Peter KndelPforzheimer Str. 53, D-76275 Ettlingen Bearbeitungsstand: 18.02.2006Tel. +49(0) 7243 5422 40, Fax 55 Druck 18.02.06 14:[email protected] Ermdung_06-02-18.doc
6. RegelwerkeIn der folgenden Tabelle sind die bei uns gngigen Regelwerke fr Ermdungsnachweise zusam-
mengestellt. Vollstndigere Angaben, z.B. zu berlebenswahrscheinlichkeit und statistischer Absi-
cherung durch Versuchswerte, sind in Jaenicke 1998 [36] enthalten.
Branche Bezeichnung Erstver-ffentli-chung
Werkstoff Bemerkungen
Maschinenbau DIN 15018Krane
1974 unlegierte Sthle k = 3,3ND = 2*106mittelspannungsabhngig
Stahlbau DIN 4132Kranbahnen
1980 unlegierte Sthle wie DIN 15018 ?
Stahlbau DIN 4131Antennentragwer-ke aus Stahl
1991 unlegierte Sthle k = 3,0ND = 5*106mittelspannungsunabhngig
Stahlbau DIN 4133Schornsteine ausStahl
1991 unlegierte Sthle k = 3,0ND = 5*106mittelspannungsunabhngig
Stahlbau DS 804, DS952 unlegierte Sthle k = 3,75ND = 2*106mittelspannungsabhngig
Fahrzeugbau DIN 6700Stahlbau DASt-Ri 011 Feinkornbausthle
bis S690wie DIN 15018 ?
Stahlbau EC3 1993 unlegierte Sthle k = 3,0ND = 5*106mittelspannungsunabhngig
Aluminiumbau EC9 Aluminium k = 3,4 bis 7,0ND = 1*108mittelspannungsunabhngig
Druckbehlter AD-S1, AD-S2 vor 1986?
unlegierte, hochle-gierte Sthle
undurchsichtig
Maschinenbau FKM-Richtlinie 1993 unlegierte undhochlegierte Sthle,Stahlgu, Alumini-um;(zum Teil mitWarnvermerk)
wahlweise Nenn- oder rt-liche Spannungenfr Stahl:k = 3,0ND = 5*106Mittelspannungsabhngig-keit kann individuell be-rcksichtigt werden
SLV Mannheim GmbH Geschweite BauteileFortbildung fr SAP 25.-26.01.06 ErmdungsnachweiseGruppe 3 Stahlbau Seite 33/39
Ingenieurbro Dr. Kndel Bearbeiter: Dr.-Ing. Peter KndelPforzheimer Str. 53, D-76275 Ettlingen Bearbeitungsstand: 18.02.2006Tel. +49(0) 7243 5422 40, Fax 55 Druck 18.02.06 14:[email protected] Ermdung_06-02-18.doc
hier nicht enthalten:
Regeln aus der Luft- und Raumfahrttechnik (die es sicher gibt)
SLV Mannheim GmbH Geschweite BauteileFortbildung fr SAP 25.-26.01.06 ErmdungsnachweiseGruppe 3 Stahlbau Seite 34/39
Ingenieurbro Dr. Kndel Bearbeiter: Dr.-Ing. Peter KndelPforzheimer Str. 53, D-76275 Ettlingen Bearbeitungsstand: 18.02.2006Tel. +49(0) 7243 5422 40, Fax 55 Druck 18.02.06 14:[email protected] Ermdung_06-02-18.doc
7. Offene Fragen- Haben kubisch flchenzentrierte Werkstoffe, d.h. austenitische Chrom-Nickel-Sthle oder
Aluminium, eine Dauerfestigkeit? Oder geht die Whlerlinie, wenn auch mit deutlich ver-
ringerter Neigung, unendlich weit bergab?
(die einen sagen so, die anderen so)
- Stimmt die Hypothese, da Ermdung dann auftritt, wenn irgendwo zumindest mikrosko-
pisch Plastizieren auftritt (als irreversibler, dissipativer Vorgang)? Das klingt eigentlich sehr
schlssig, passt auch mit der Bruchmechanik zusammen.
Warum wird dann in einem Beispiel der FKM-Richtlinie fr ein Bauteil aus S235 mit einer
lokalen Kerbspannung von ca. 800 N/mm2 (!) Mittelspannung und ca. 320 N/mm2 (!) Span-
nungsamplitude ausreichende Dauerfestigkeit ausgewiesen?
- Warum mu ich bei einer FEM-Berechnung eine Radaj-Kerbe mit einem Kerbradius von
1,0 mm (!!!) ansetzen, um zutreffende Ergebnisse zu bekommen?
Ich folgere daraus, da entweder tatschlich im Kerbgrund plastische Verformungen auf-
treten knnen, ohne da das ermdungsrelevant wird, oder da im Kerbgrund nichtlineare,
aber reversible Verformungen auftreten mssen. Das wiederum wrde aber einer Hysterese
ohne Flcheninhalt im statischen Versuch entsprechen so was gibts doch gar nicht ...
SLV Mannheim GmbH Geschweite BauteileFortbildung fr SAP 25.-26.01.06 ErmdungsnachweiseGruppe 3 Stahlbau Seite 35/39
Ingenieurbro Dr. Kndel Bearbeiter: Dr.-Ing. Peter KndelPforzheimer Str. 53, D-76275 Ettlingen Bearbeitungsstand: 18.02.2006Tel. +49(0) 7243 5422 40, Fax 55 Druck 18.02.06 14:[email protected] Ermdung_06-02-18.doc
8. Literatur
8.1 Normen, Regelwerke, Richtlinien
[1] DIN V ENV 1993 (EC3): Eurocode 3: Bemessung und Konstruktion von Stahlbauten.prEN 1993-1-9:2002-02: Fatigue strength of steel structures final draft.
[2] DIN V ENV 1999 (EC9): Eurocode 9: Bemessung und Konstruktion von Aluminiumbauten.Teil 2: Ermdungsanfllige Tragwerke. 2001-03.
[3] prEN 1999 (EC9): Eurocode 9: Design of aluminium structures.Part 1-3: Structures susceptible to fatigue. (Draft August 2004)
[4] DIN 4131: Antennentragwerke aus Stahl. November 1991. Steel radio towers and masts.(In LTB 2004 Baden-Wrttemberg aufgefhrt)
[5] DIN 4132: Kranbahnen. Stahltragwerke; Grundstze fr Berechnung, bauliche Durchbil-dung und Ausfhrung. Februar 1980. (Ersatz fr DIN 120)
[6] DIN 4132: Kranbahnen. Stahltragwerke; Grundstze fr Berechnung, bauliche Durchbil-dung und Ausfhrung. Februar 1981. Beiblatt 1: Erluterungen. Februar 1981.(In LTB 2004 Baden-Wrttemberg aufgefhrt)
[7] DIN 4133: Schornsteine aus Stahl; Statische Berechnung und Ausfhrung. August 1973.
[8] DIN 4133: Schornsteine aus Stahl. November 1991.(In LTB 2004 Baden-Wrttemberg aufgefhrt)
[9] DIN 15018 Krane. Grundstze fr Stahltragwerke. (Ersatz fr DIN 120)Blatt 1: Berechnung. April 1974.Blatt 2: Grundstze fr die bauliche Durchbildung und Ausfhrung. April 1974.
[10] DIN 15018 Krane. Grundstze fr Stahltragwerke.Teil 1: Berechnung. November 1984.Teil 2: Grundstze fr die bauliche Durchbildung und Ausfhrung. November 1984.Teil 3: Berechnung von Fahrzeugkranen. November 1984.
[11] Richtlinie 804: Eisenbahnbrcken (und sonstige Ingenieurbauwerke) planen, bauen und in-stand halten. DB Netz, 01.05.03 - V01.
[12] DS 804 (B6): Vorschrift fr Eisenbahnbrcken und sonstige Ingenieurbauwerke (VEI) mitBekanntgaben B1 bis B6, gltig ab 25.09.2000. September 2000.
[13] DS 952: Schweien metallischer Werkstoffe an Schienenfahrzeugen und maschinentechni-schen Anlagen. Deutsche Bahn AG.
[14] DIN Fachbericht 103: Stahlbrcken. Ausgabe Mrz 2003.
[15] ECCS: European Recommendations for Aluminium Alloy Structures Fatigue Design.ECCS-TC2, No 68, 1992.
[16] Hnel, B., Haibach, E., Seeger, T., Wirthgen, G., Zenner, H.: FKM - Richtlinie: Rechneri-scher Festigkeitsnachweis fr Maschinenbauteile aus Stahl, Eisengu- und Aluminiumwerk-stoffen. 5. Auflage, VDMA Verlag, Forschungskuratorium Maschinenbau, Frankfurt, 2003.
SLV Mannheim GmbH Geschweite BauteileFortbildung fr SAP 25.-26.01.06 ErmdungsnachweiseGruppe 3 Stahlbau Seite 36/39
Ingenieurbro Dr. Kndel Bearbeiter: Dr.-Ing. Peter KndelPforzheimer Str. 53, D-76275 Ettlingen Bearbeitungsstand: 18.02.2006Tel. +49(0) 7243 5422 40, Fax 55 Druck 18.02.06 14:[email protected] Ermdung_06-02-18.doc
[17] Verband der Technischen berwachungs-Vereine e.V. (Hrsg):AD-Merkblatt S1: Abgrenzung zwischen der Berechnung gegen vorwiegend ruhende In-nendruckbeanspruchung und der Berechnung gegen Schwellbeanspruchung. Mai 1988.Zitierte Ausgabe davor: Juni 1986.
[18] Verband der Technischen berwachungs-Vereine e.V. (Hrsg):AD-Merkblatt S1: Vereinfachte Berechnung auf Wechselbeanspruchung. Mai 1998.
[19] Verband der Technischen berwachungs-Vereine e.V. (Hrsg):AD-Merkblatt S2: Berechnung auf Schwingbeanspruchung. Mai 1988.Zitierte Ausgabe davor: Juni 1986.
[20] Verband der Technischen berwachungs-Vereine e.V. (Hrsg):AD-Merkblatt S2: Berechnung auf Wechselbeanspruchung. Mai 1998.
[21] DASt Richtlinie 011: Hochfeste schweigeeignete Feinkornbausthle mit Mindeststreck-grenzenwerten von 460 und 690 N/mm2 Anwendung fr Stahlbauten (02/88).
[22] N.N.: DVS Merkblatt 2401: Bruchmechanische Bewertung von Fehlern in Schweiverbin-dungen.Teil 1: Grundlagen und Vorgehensweise. Oktober 1982.Teil 2: Praktische Anwendung. April 1989.Teil 3: Beispielsammlung. August 1996.enthalten in: Fachbuchreihe Schweitechnik Band 101. 2. Auflage, DVS-Verlag Dsseldorf1996.
8.2 Standardwerke und Klassiker
[23] Beitz, W., Grothe, K.-H. (Hrsg.): Dubbel. Taschenbuch fr den Maschinenbau. 20. neubear-beitete und erweiterte Auflage. Springer, Berlin 2001.
[24] Deutscher Stahlbau Verband (Hrsg.): Stahlbau Handbuch, Fr Studium und Praxis, 2. Auf-lage, Stahlbau-Verlags-GmbH, Kln. Band 1 (1982), Band 2 (1985).
[25] Deutscher Stahlbau Verband (Hrsg.): Stahlbau Handbuch - Fr Studium und Praxis. 3. Auf-lage, Band 1 Teil A, Stahlbau-Verlags-GmbH, Kln 1993.
[26] Neuber, Heinz: Kerbspannungslehre. Theorie der Spannungskonzentration. Genaue Berech-nung der Festigkeit. 4. Aufl. Springer, Berlin 2001. (erstmals erschienen 1937)
[27] Miner, M.A.: Cumulative damage in fatigue. Journal of Applied Mechanics, Vol. 12 (1945),No. 3, pp 159-164. (zitiert nach [41]).
[28] Palmgren, A.: Die Lebensdauer von Kugellagern. Zeitschrift des Vereins Deutscher Inge-nieure, Band 58 (1924), Nr. 14, S. 339-341. (zitiert nach [41]).
[29] Petersen, Chr.: Stahlbau. Vieweg, Braunschweig 1988.
[30] Petersen, Chr.: Dynamik der Baukonstruktionen. Vieweg, Wiesbaden, 1996.
[31] Verein deutscher Eisenhttenleute (ed.): Steel. A Handbook for Materials Research and En-gineering.Volume 1: Fundamentals. Springer, Berlin 1992.Volume 2: Applications. Springer, Berlin 1993.
SLV Mannheim GmbH Geschweite BauteileFortbildung fr SAP 25.-26.01.06 ErmdungsnachweiseGruppe 3 Stahlbau Seite 37/39
Ingenieurbro Dr. Kndel Bearbeiter: Dr.-Ing. Peter KndelPforzheimer Str. 53, D-76275 Ettlingen Bearbeitungsstand: 18.02.2006Tel. +49(0) 7243 5422 40, Fax 55 Druck 18.02.06 14:[email protected] Ermdung_06-02-18.doc
[32] Whler, A.: ber die Versuche zur Ermittlung der Festigkeit von Achsen, welche in denWerksttten der Niederschlesich-Mrkischen Eisenbahn zu Frankfurt a.d.O. angestellt sind.Z. f. Bauwesen 13 (1863), S. 233-258. (zitiert nach [41]).
8.3 Fachliteratur
[33] von Berg, Dietrich: Krane und Kranbahnen. Berechnung, Konstruktion, Ausfhrung, 2.Auflage. Teubner, Stuttgart 1989.
[34] Deutscher Verband fr Materialforschung und prfung e.V. (Hrsg.): Schdigungsmecha-nismen und Bruch. 28. Tagung des DVM-Arbeitskreises Bruchvorgnge, 26.-27.02.96 inBremen, DVM-Bericht 228, Berlin 1996. ISSN 0943-3473
[35] Gerster, P., van der Poel, H.: Ultrasonic Impact Technology Eine Mglichkeit zur Erh-hung der Lebensdauer von Schweikonstruktionen? Groe Schweitechnische Tagung Es-sen 2005, DVS-Berichte Band 237, Dsseldorf 2005.
[36] Jaenicke, B.: Festigkeitsnachweis fr ermdungsbeanspruchte Schweiverbindungen nachdeutschen und europischen Regelwerken. Seite 135 ff in [58].
[37] Kndel, P.: Schweinhte am Ausleger einer "Betonpumpe". Skriptum zur Vorlesung Fall-beispiele im Rahmen der Schweifachingenieurausbildung an der SLV-Fellbach. Seit De-zember 2003 laufend aktualisiert.
[38] Kndel, P.: Strabspannungen fr Stahlschornsteine.Stahlbau 73 (2004), Heft 4, S. 254-261.
[39] Kndel, P.: Bruchmechanik. Skriptum zur Vorlesung im Rahmen der Schweifachinge-nieurausbildung an der SLV-Mannheim. Seit April 2004 laufend aktualisiert.
[40] Krebs, J., Hbner, P., Kaner, M.: Eigenspannungseinfluss auf Schwingfestigkeit und Be-wertung in geschweiten Bauteilen. DVS-Berichte Band 234. DVS-Verlag GmbH, Dssel-dorf 2004.
[41] Kuhlmann, U.: K 4.2 Modellierung und Auslegung von Tragwerken unter ruhender undwechselnder Beanspruchung. Skript Teil IV, Ermdung und Betriebsfestigkeit, Institut frKonstruktion und Entwurf, Universitt Stuttgart, WS 2004 / 2005. (siehe Palmgren / Miner)(www.uni-stuttgart.de/ke/Lehre/Vorlesungen/K42/Teil4.pdf am 17.01.06)
[42] Lacher, G., Hedenkamp, A.: Betriebsfestigkeit von hochfesten vorgespannten Schrauben inStirnplattensten von Kranbahnen. Stahlbau 63 (1994), Heft 11, S. 343-346.
[43] Mang, F., Kndel, P.: Schweien und Schweiverbindungen. Abschnitt 9.3 in: StahlbauHandbuch - Fr Studium und Praxis. 2. Auflage, Band 1, Stahlbau-Verlags-GmbH, Kln1982. S. 427-444.
[44] Mang, F., Bucak, ., Kndel, P.: Neuere Erkenntnisse zum Entwurf und zur Berechnungvon Stahlschornsteinen. Studiengesellschaft Stahlanwendung e.V. (Hrsg.): Stahlschorn-steinbau fortschrittliche Lsungen. Tagungsband, Fachtagung Aachen 03.04.92, Dresden08.05.92.
[45] Mang, F., Kndel, P.: Schweien und Schweiverbindungen. Abschnitt 10.3 in: StahlbauHandbuch - Fr Studium und Praxis. 3. Auflage, Band 1 Teil A, Stahlbau-Verlags-GmbH,Kln 1993. S. 577-612.
SLV Mannheim GmbH Geschweite BauteileFortbildung fr SAP 25.-26.01.06 ErmdungsnachweiseGruppe 3 Stahlbau Seite 38/39
Ingenieurbro Dr. Kndel Bearbeiter: Dr.-Ing. Peter KndelPforzheimer Str. 53, D-76275 Ettlingen Bearbeitungsstand: 18.02.2006Tel. +49(0) 7243 5422 40, Fax 55 Druck 18.02.06 14:[email protected] Ermdung_06-02-18.doc
[46] Mang, F., Kndel, P.: Neuere Erkenntnisse zum Entwurf und zur Qualittssicherung beiStahlschornsteinen. Tagungsbericht 20, Freudenstadt 1993, Landesvereinigung der Prfin-genieure fr Baustatik Baden-Wrttemberg e.V., S. 65-97.
[47] Nitschke-Pagel, Th., Wohlfahrt, H.: Residual stress distributions after welding as a conse-quence of the combined effect of physical, metallurgical and mechanical sources.pp 123-134 in Karlsson, L., Lindgren, L.E., M.Jonsson, M. (eds): Mechanical Effects ofWelding. Proc., IUTAM Symposium 10.-14.06.1991, Lulea (Sweden). Springer Verlag,Berlin 1992.
[48] Nitschke-Pagel, Th.: Eigenspannungen und Schwingfestigkeitsverhalten geschweiter Fein-kornsthle. Diss. TU Braunschweig 1994.
[49] Nitschke-Pagel, Th., Wohlfahrt, H.: Residual Stresses in Welded Joints Sources and Con-sequences.pp 215-225 in Dias, A.M., Pina, J., Batista, A.C., Diogo, E. (eds): Proc., 6th Europ. Conf. onResidual Stresses. Trans Tech Publications, Switzerland 2002.
[50] Nitschke-Pagel, Th., Wohlfahrt, H.: Residual Stresses in Welded Joints Sources and Con-sequences.pp 70-78 in Lu, Jian (ed): Handbook on Residual Stress, 2nd Edition, Vol. 1. Society forExperimental Mechanics, Inc., American Institute of Physics, 2005.
[51] Peil, U.: Baudynamik. Kapitel 7 in: Stahlbau Handbuch - Fr Studium und Praxis. 3. Aufla-ge, Band 1 Teil A, Stahlbau-Verlags-GmbH, Kln 1993. S. 379-451.
[52] Petersen, Chr.: Schwingungsdmpfer im Ingenieurbau.Herausgeber: Maurer Shne GmbH & Co. KG, Mnchen 2001, anllich des 125jhrigenFirmenjubilums. ISBN 3-00-008059-7
[53] Puthli, R., Herion, S.: Beurteilung des Ermdungsverhaltens von Krankonstruktionen beiEinsatz hoch- und ultrahochfester Sthle. Projekt P512 - Forschungsvereinigung frStahlanwendung e.V., Dsseldorf, Schlubericht erscheint voraussichtlich Anfang 2006.
[54] Radaj, D.: Gestaltung und Berechnung von Schweikonstruktionen. Ermdungsfestigkeit.DVS-Verlag, Dsseldorf 1986.
[55] Radaj, D., Sonsino, C.M.: Ermdungsfestigkeit von Schweiverbindungen nach lokalenKonzepten. DVS-Verlag Dsseldorf 2000.
[56] Radaj, D.: Ermdungsfestigkeit. Grundlagen fr Leichtbau, Maschinen- und Stahlbau. 2.Auflage. Springer Verlag Berlin 2003.
[57] Seeelberg, Christoph: Kranbahnen. Bemessung und konstruktive Gestaltung. BauwerkVerlag, Berlin 2005.
[58] Verein deutscher Ingenieure (Hrsg.): Festigkeitsberechnung metallischer Bauteile. Empfeh-lungen fr Entwicklungsingneieure und Konstrukteure. Tagung Fulda 22.-23.09.98. VDI-Berichte 1442. VDI-Verlag Dsseldorf 1998.UB-KA 98A4252
[59] Verein deutscher Ingenieure (Hrsg.): Festigkeitsberechnung metallischer Bauteile. Empfeh-lungen fr Entwicklungsingneieure und Konstrukteure. Tagung Fulda 05.-06.06.2002. VDI-Berichte 1689. VDI-Verlag Dsseldorf 2002.
SLV Mannheim GmbH Geschweite BauteileFortbildung fr SAP 25.-26.01.06 ErmdungsnachweiseGruppe 3 Stahlbau Seite 39/39
Ingenieurbro Dr. Kndel Bearbeiter: Dr.-Ing. Peter KndelPforzheimer Str. 53, D-76275 Ettlingen Bearbeitungsstand: 18.02.2006Tel. +49(0) 7243 5422 40, Fax 55 Druck 18.02.06 14:[email protected] Ermdung_06-02-18.doc
[60] Wohlfahrt, H., Nitschke-Pagel, Th., Kaner, M.: Schweibedingte Eigenspannungen Ent-stehung und Erfassung, Auswirkung und Bewertung. DVS-Berichte Band 187, DVS-Verlag,Dsseldorf 1997.
SLVMannheim GmbHFortbildung SAP 26.01.06Ermdung S235
V0340Anhang ASeite 1/1
Ermdungsfestigkeit S235(Formular pk_05-09-04.xls)
Wechselfestigkeit (Wikipaedia-Whlerversuch)Mittelspannung Null
Spannungs-amplitude
Bruch-Lastspiel-zahl
360 1350 4.252250 21.987200 70.355180 108.664160 10.000.000
Wechselfestigkeit (Kndel, fiktiv aus EC3: FAT 36, m=2,5)Mittelspannung Null
Spannungs-amplitude
Bruch-Lastspiel-zahl
360 1240 3.000150 10.00078 50.00060 100.00013 5.000.00012 100.000.000
Zulssige Spannungen (statisch)160 1160 50.000.000
Lin-Lin
0
100
200
300
400
0,0E+00 2,0E+04 4,0E+04 6,0E+04 8,0E+04 1,0E+05 1,2E+05
Bruch-Lastspielzahl
S
p
a
n
n
u
n
g
s
a
m
p
l
i
t
u
d
e
Log-Log
1
10
100
1.000
1,0E+00 1,0E+02 1,0E+04 1,0E+06 1,0E+08
Bruch-Lastspielzahl
S
p
a
n
n
u
n
g
s
a
m
p
l
i
t
u
d
e
Ingenieurbro Dr. KndelPforzheimer Str. 53, D-76275 [email protected]
Bearbeiter: Dr.-Ing. Peter KndelTel. +49(0) 7243 - 5422 - 40, Fax - 55
A-Whler_06-01-21.xls Druck: 21.01.2006 10:22
SLV Mannheim GmbH Geschweite BauteileFortbildung fr SAP am 26.01.06 Anhang BGruppe 3 Stahlbau Seite 1/1
Ingenieurbro Dr. Kndel Bearbeiter: Dr.-Ing. Peter KndelPforzheimer Str. 53, D-76275 Ettlingen Bearbeitungsstand: 21.01.2006Tel. +49(0) 7243 5422 40, Fax 55 Druck 21.01.06 10:[email protected] Ermdung_Anh-B_06-01-21.doc
Whlerlinie aus aktueller Forschung zu Krandetails bei S960
Quelle: Dr. Herion, Versuchsanstalt fr Stahl, Holz und Steine, Universitt Karlsruhe, 16.01.06