K2 : Festigkeitsberechnungen und Werkstoffe

Question 1

Was ist der Unterschied zwischen Formzahl und Kerbwirkungszahl?

Answer 1

Formzahl-Beschreibt das Verhältnis der Spannungserhöhung zur Nennsoannung
Kerbwirkungszahl-Das Verhältnis der Wechselfestigkeit des glatten,polierten Probestabes zur Wechselfestigkeit des gekerbten Probestabes unter jeweils gleichen Bedingungen.

Question 2

Was gilt hinsichtlich Kerbschärfe und auftretenden Spannungen bei dynamischen Belastungen?

Answer 2

größere werte mit zunehmender Kerbschärfe und Zugfestigkeit.

Question 3

Welche Spannungen wirken bei Stählen am günstigsten?

Question 4

Was ist der Unterschied zwischen dem Technologischen und dem Geometrischen Größeneinflussfaktor (nach RM)?

Question 5

Was ist der Unterschied zwischen den Geometrischen Größeneinflussfaktoren 𝐾 und 𝐾 (nach DIN 743)?

Question 6

Welcher Festigkeitswert ist größer:

Schwellfestigkeit oder Wechselfestigkeit?

Answer 6

Schwellfestigkeit

Question 7

-Was ist der Gesamteinflussfaktor und

-was beinhaltet er?

Answer 7

Alle Einflussfaktoren können zu einem Konstruktionsfaktor zusammengefasst werden.
1.Zug/Druck
2.Biegung
3.Torsion
4.Schub

Question 8

Was ist die Mittelspannungsempfindlichkeit?

Answer 8

(,,Psi) kann je nach Zug/Druck,Biegung oder Torsion berechne werden.
Zug/Normalspannungen auf die Gleitebenen begünstigen den Dauerbruch,der von den Werkstoffgleitungen abhängt.Wirken auf die Gleitebenen hingegen Druckspannungn,wird der Dauerbruch erschwert,weshalb die zulässige Ausschlahspannung größer wird.

Question 9

Lernen Sie, das SMITH-Diagramm zu lesen, sodass Sie auch ein Diagramm ohne weitere Angaben vollständig auswerten können.

Question 10

Was ist beim Überlagern der Kerben zu beachten?

Answer 10

-Vermieden werden
-b>2r (b=Abstand zwischen zwei Kerben,r=Kerbradius)
-Die genaue Berechnung der Überlagerung ist mittels der Kerbwirkungszahlen nicht möglich

Question 11

Wenn ein Sicherungsring mit zugehöriger Nut so eine hohe
Kerbwirkung hat, warum wird er dann überhaupt verwendet?

Question 12

-Wann nutzt man die Gestaltänderungsenergiehypothese und

-wann die Normalspannungshypothese?

Question 13

Welchen Einfluss hat eine erhöhte Bauteiltemperatur (>100°C) auf die statischen Festigkeitswerte?

Question 14

(Kprim-Choice-Frage):

Welche dieser Aussagen ist/sind bei ansonsten gleichen Bedingungen hinsichtlich der statischen Festigkeit und Dehnung richtig?

Hinweis: Kprim-Choice-Frage:
0 Fehler 4 Punkte;
1 Fehler 2 Punkte;
2 und mehr Fehler 0 Punkte

-Fall 3 erreicht die höchste, statische Festigkeit aller drei Fälle.

-Fall 3 erreicht die höchste Dehnung aller drei Fälle.

-Die erreichbare Dehnung im Fall 2 ist größer als im Fall 1.

-Im Fall 2 treten mehrachsige Spannungen im Kerbgrund auf.

(Refer to pic in K2 pg 181 of Vorlesung slides)

Question 15

(Kprim-Choice-Frage):

Welche dieser Aussagen ist/sind richtig?

Hinweis: Kprim-Choice-Frage:
0 Fehler 4 Punkte;
1 Fehler 2 Punkte;
2 und mehr Fehler 0 Punkte

-Die Kerbformzahl 𝛼𝑘 ist werkstoffabhängig im Hooke‘schen Bereich

-Die Kerbwirkungszahl 𝛽𝑘 ist werkstoffabhängig im Hooke‘schen Bereich

-Die Kerbwirkungszahl 𝛽𝑘 ist nie kleiner als die Kerbformzahl 𝛼𝑘

-Die Kerbwirkungszahl 𝛽𝑘 beschreibt das Verhältnis der Spannungserhöhung zur Nennspannung

(Refer to pic in K2 pg 182 of Vorlesung slides)

Question 16

-Kennzeichnen Sie eindeutig, welche Kurve im untenstehenden SMITH Diagramm für Zug/Druck, Torsion, Biegespannung nverwendet wird und

-geben an, welche Belastungsart die „günstigste“ hinsichtlich Dauerfestigkeit ist.
(SMITH-Diagramm nach DIN 743 gekerbt… idk where this text came from when i pasted this here)

(Refer to pic in K2 pg 183 of Vorlesung slides)

Question 17

Die Nadel eines Messgeräts wird im Betrieb auf Druck belastet.

-Bestimmen Sie die maximale Druckkraft in der Nadel, welche bei der empfohlenen Knicksicherheit nicht überschritten werden darf.

Hinweise:
• Sie finden die Formelsammlung „Knicken“ und „Flächenträgheitsmomente“ im TB Metall, nicht im Roloff / Matek (teilweise).

• Gehen Sie bei der angegebenen Knicklänge
vereinfachend von einem konstanten Querschnitt aus (Nadelspitze und Federteller werden nicht berücksichtigt bzw. sind bereits bei der Ermittlung der Knicklänge berücksichtigt worden.

Vorgaben:
-abgeschätzte Knicklänge 𝑙𝑘 = 100 𝑚𝑚
-Werkstoff E295
-Durchmesser Nadel: Ø𝑑 = 2𝑚𝑚

(Refer to pic and table in K2 pg 184 of Vorlesung slides)

Question 18

Fragen (SMITH 1 / 4)

Ihnen liegt je ein SMITH-Diagramm mit

-ungekerbten und
-gekerbten Lastfällen

und den jeweiligen Kurven für Zug/Druck, Biegung und Torsion vor.

Bei allen Diagrammen liegt der gleiche Werkstoff zugrunde.

Der Größeneinfluss 𝐾 wurde berücksichtigt.

Hinweis: die Linienart steht in beiden Abbildungen jeweils für die gleiche Spannungsart (Zug/Druck, Biegung und Torsion). Überlegen Sie selbst, welche Linienart welcher Spannung zuzuordnen ist.

SubQuestion 1

Um welchen der folgenden Werkstoffe handelt es sich?
a. EN-GJL 250
b. 42CrMo4
c. S275
d. C45E

(Refer to graphs in K2 pg 186 and pg 187 of Vorlesung slides)

Question 19

Fragen (SMITH 4 / 4)

(Refer to graphs in K2 pg 186 and pg 187 of Vorlesung slides)

SubQuestion 2

-Tragen Sie in geeigneter Form die folgenden Werte in ein dafür geeignetes Diagramm ein: 𝜅=0,𝜅=1, 𝜅=−1

Question 20

Fragen (SMITH 4 / 4)

(Refer to graphs in K2 pg 186 and pg 187 of Vorlesung slides)

SubQuestion 3

-Ermitteln Sie zahlenmäßig die folgenden Werte mithilfe der Diagramme: 𝜎_bF , 𝜎_zdF , 𝜏_tF , die zugehörigen Gestaltausschlagspannungen bei 𝜎_m = 500 𝑀𝑃𝑎 und Lastfall I (𝜎_m = 𝐾𝑜𝑛𝑠𝑡. )

Question 21

Fragen (SMITH 4 / 4)

(Refer to graphs in K2 pg 186 and pg 187 of Vorlesung slides)

SubQuestion 4

Ermitteln Sie zahlenmäßig die folgenden Werte mithilfe der Diagramme:

𝜎_bW,
𝜎_zdW ,
𝜏_tW,
𝜎_bSch

Question 22

Fragen (SMITH 4 / 4)

(Refer to graphs in K2 pg 186 and pg 187 of Vorlesung slides)

SubQuestion 5

Ermitteln Sie zahlenmäßig die folgenden Werte mithilfe der Diagramme: Konstruktionsfaktoren 𝐾_Dt und 𝐾_Db

Question 23

Fragen (Sensorhalter 1 / 2)

(Refer to pics in K2 pg 190 of Vorlesung slides)

SubQuestion 1 and 2

Ein L-förmiger Halter (gleichschenkliger Stahlwinkel 40x40x2, b=15mm, siehe Skizze) für einen Sensor kann unplanmäßig mit einer vertikal wirkenden Kraft am äußeren Schenkelwinkel (mittig zur Breite) beaufschlagt werden.

Vorgaben: gleichschenkliger Stahlwinkel 40x40x2, 𝐹 = 100 𝑁, E-Modul= 210000 𝑀𝑃𝑎
• Hinweis: Annahme des wirksamen Hebelarms bis Schenkelmitte

In Lösung A ist der Winkel vollflächig fest und biegesteif verbunden.

In Lösung B wird der Winkel an einem Schenkelende biegesteif angeschweißt.

a) Welche Lösung (A / B) ist für die Begrenzung des Verschiebewegs des Halters günstiger oder sind beide Lösungen wegen des gleichen Stahlwinkels gleichwertig (Antwort C)?
(Antwort mit Begründung!)

Lösung (bitte eindeutig ankreuzen und begründen):
• []A
• []B
• [ ] C, beide gleichwertig

• b) Berechnen Sie (unabhängig von Ihrer Lösungsentscheidung für A, B oder C) den vertikalen Verschiebeweg “s” für Lösung A auf der Kraftwirkungslinie.

𝑠 = ?

• Hinweis: die Absenkung eines Kragarms finden Sie im TB Metall, nicht in Roloff / Matek.

Question 24

Fragen (Werkstoffwerte 1 / 2)

(Refer to pics in K2 pg 191 of Vorlesung slides)

SubQuestion 1,2,3,4,5, und 6

Ermitteln Sie die Werkstoffwerte (Rohteildurchmesser selbst festlegen) der folgenden Schalenkupplung (2 geometrisch identische Schalen) mit folgenden, jeweils unterschiedlichen Fertigungsangaben:

• 𝑅𝑝0.2 und 𝑅𝑚, Herstellung komplett aus einem Stück Vollmaterial, gebohrt, gesägt, gefräst, Werkstoff E360

• 𝑅𝑝0.2 und 𝑅𝑚, Herstellung komplett aus einem Stück Vollmaterial, gebohrt, gesägt, gefräst, Werkstoff 16MnCr5

• 𝑅𝑝0.2 und 𝑅𝑚, Herstellung komplett aus einem Stück Vollmaterial, gebohrt, gesägt, gefräst, Werkstoff 42CrMo4

• 𝑅𝑝0.2 und 𝑅𝑚, Herstellung nur einer Schale, gefräst, Werkstoff E360

• 𝑅𝑝0.2 und 𝑅𝑚, Herstellung nur einer Schale, geschmiedet oder gewalzt, Werkstoff 16MnCr5

• 𝑅𝑚, Herstellung einer Schale als Gussteil, aus GJL 250

Hinweis: Gleichwertige Durchmesser nach RM TB 3-10 e) beachten.

Question 25

Fragen (Formzahl 1 / 2)

(Refer to pics and table in K2 pg 193 and pg 194 of Vorlesung slides)

Sie sehen die mit Biegung und Querkraft belastete Achse einer Schubkarre aus E295 mit einem Rohteildurchmesser= 28 mm.

• Bestimmen Sie die Stützzahl(en) an Kerbstelle A und berechnen daraus die für diesen Lastfall / diese Lastfälle relevante Kerbwirkungszahl(en).

Hinweis 1:
• 𝛼𝑘=1+ [𝐴∗(𝑟/t)+2∗𝐵∗(𝑟/d)∗ (1+2∗(𝑟/d))^2 + 𝐶∗ ((𝑟/t)^𝑧)∗(𝑑/D)] ^ −0,5

• Hinweis 2:
𝐺′ wird für einen abgesetzten Rundstab ermittelt.

• Nutzen Sie Excel zur Berechnung

Question 26

Welle einer Hubvorrichtung aus E295:

(Refer to pic in K2 pg 195 of Vorlesung slides)

• Nutzen Sie die Empfehlungen für die Zuordnungen von Ra / Rz zu ISO-Toleranzgraden und legen folgende Oberflächen für IT6 fest (vereinfachend für die gesamte Welle)

• Geben Sie zusätzlich einen geeigneten Rz-Wert für die geschliffenen Lagersitze (zweiter und fünfter Wellenabsatz, also mit Ø75 und Ø60) an.

• Es ist am Abtrieb mit mäßigen Stößen zu rechnen. Der Antrieb erfolgt mir einem Elektromotor an der Passfederverbindung. Legen Sie einen geeigneten Anwendungsfaktor aus.