WK1 L__A04 - Schwingende Beanspruchung Flashcards
Wie viel Prozent der Schadensfälle lassen sich auf schwingende Beanspruchungen zurück führen?
ca. 90 %
Was ist das Phänomen der Ermüdung?
- Schwingend belastete Teile brechen weit unterhalb der Streckgrenze oder Zugfestigkeit
Welche Begrifflichkeiten sind wichtig für die schwingende Belastung?
- σooder σO: <b>Oberspannung - </b>größte Spannung je Schwingspiel<div>- σuoder σU: <b>Unterspannung - </b>kleinste Spannung je Schwingspiel</div><div>- σm: <b>Mittelspannung - </b>Mittelwert aus Ober- und Unterspannung</div><div>- σaoder σA: <b>Ausschlagsspannung - </b>Amplitude des Schwingspiels<br></br></div><div>- σD: <b>Dauerfestigkeit </b>(Wert, ab dem NGrenzerreicht ist)</div>
Was ist R?
Das Spannungsverhältnis zwischen Unter- und Oberspannung:<div><br></br><div>[$$]R = \frac{\sigma_u}{\sigma_o}[/$$]<br></br></div></div>
Zwischen welchen Beanspruchungsbereichen kann man unterscheiden?
”- Druckschwellbereich: |σm| ≥ σa<div>- Zug-Druck-Wechselbereich: |σm| < σa</div><div>- Zugschwellbereich: σm ≥ σa</div><div><img></img><br></br></div>”
Wie wird der Schwingversuch durchgeführt?
”- const. Mittelspannung<div>- Beginnend mit einer großen Amplitude wird bis zum Bruch geschwungen</div><div>- Danach senkt man die Amplitude und schwingt wieder bis zum Bruch</div><div>- Amplitude wird solange gesenkt, bis die <b>Grenzschwingzahl </b>NGrenzerreicht ist</div><div>- Ausschlagsspannung wird gegen Schwingzahl angetragen</div><div><img></img><br></br></div>”
Was sind typische Werte für die Grenzschwingzahl von Stahl und Leichtmetall?
“<img></img>”
Welche Konvention wird für Indices getroffen?
- Kleine Indices: Schwingungen führen zum Bruch<div>- Große Indices: Dauerfestigkeiten</div>
Was ist das besondere an der Wöhler-Kurve mit σm= 0?
- Liefert als Dauerfestigkeit die Wechselfestigkeit σD = ± σW<br></br><div>- Spannungsverhältnis: R = -1</div>
Was ist eine weitere besondere Wöhler-Kurve und welche Werte liefert sie?
Wöhler-Kurven mit |σm| = σaliefern sogenannte <b>Schwellfestigkeiten:</b><div>- σdSch: Druckschwellfestigkeit bei σo= 0, R -> -∞</div><div>- σzSch: Zugschwellfestigkeit bei σu= 0, R = 0</div><div>- σbSch: Biegeschwellfestigkeit mit R = 0</div><div>- τtSch: Torsionsschwellfestigkeit mit R = 0</div>
Wie lautet die allgemeine Formulierung für Dauerfestigkeiten?
<b>σD = σm± σA</b><div><br></br></div><div>Für den Sonderfall der <b>Schwellfestigkeit</b> mit σm = σAergibt sich: σSch = 2 σA</div><div><br></br></div><div>Für den Sonderfall der <b>Wechselfestigkeit</b> mit σm= 0 ergibt sich: σW= ± σA</div>
Wie kann der Zugversuch als Spezialfall einer schwingenden Belastung betrachtet werden?
”- Die Probe bricht bereits nach 0,25 N und liefert dort die Zugfestigkeit<div>- Zugfestigkeit dient somit als linke Begrenzung von Wöhler-Kurven</div><div><img></img><br></br></div>”
Was ist die Besonderheit an sogenannten Durchläufern?
Dieser Versuchsergebnisse überschreiten die Grenzschwingzahl und sind i.d.R. markiert.
In welche 3 Bereiche kann man Wöhler-Kurven einteilen und welche 2 Typen gibt es nach erreichen Grenzschwingzahl?
”- <b>Kurz</b>zeitfestigkeit: N ≤ 104<div>- <b>Lang</b>zeitfestigkeit: 104 ≤ N ≤ NGrenz</div><div>- <b>Dauer</b>festigkeit: N ≥ NGrenz</div><div>- Typ A: Stähle</div><div>- Typ B: Leichtmetalle, Nicht-Eisen-Metalle (keine scharf definierte Dauerfestigkeit)</div><div><div><br></br></div><div><img></img><br></br></div></div>”
Was ist der Nachteil an Wöhler Kurven und welche Dauerfestigkeits-Schaubilder nutzt man deswegen häufig?
- Jede Wöhler Kurve zeigt immer nur eine Mittelspannung<div>- <b>Haigh</b>-Diagramm: Ausschlagsspannung über Mittelspannung</div><div>- <b>Smith</b>-Diagramm: Gesamtspannung über Mittelspannung</div>
Welche Spannung führt i.d.R. zur Anrissbildung?
Die höchste <b>Zug</b>spannung
Wie erstellt man das Haigh-Diagramm aus Wöhler-Kurven?
”- Ermittlung der Dauerfestigkeiten zu verschiedenen Mittelspannung<div>- Eintragen der Ausschlagsspannungen über den Mittelspannungen</div><div><img></img><br></br></div>”
Was ist der Unterschied zwischen dem Haigh- und dem Smith-Diagramm?
- Haigh: <b>Ausschlagsspannung</b> über Mittelspannung<div>- Smith: <b>Gesamtspannung</b> über Mittelspannung</div>
Wie erstellt man das Smith-Diagramm?
”- Mittelspannung wird als Winkelhalbierende eingetragen<div>- Ausschlagsspannung wird von dieser Geraden nach oben und unten eingetragen</div><div>- Da man im Maschinenbau keine plastischen Verformungen möchte, wird die Gesamtspannung durch die Streck-/Dehngrenze beschränkt</div><div><img></img><br></br></div>”
Wo kann man im Smith Diagramm die Wechselfestigkeit ablesen?
Bei σm= 0
Wo kann man im Smith-Diagramm die Schwellfestigkeit ablesen?
“Am Schnittpunkt der unteren Geraden mit der x-Achse.<div><img></img><br></br></div>”
Wodurch wird das Smith-Diagramm nach oben begrenzt?
Durch die Streckgrenze
Wodurch wird das Smith-Diagramm nach unten begrenzt?
Durch die Quetschgrenze
Wie ergibt sich im Haigh-Diagramm die Grenzlinie zu beginnender Verformung?
”- Summe aus Mittel- und Ausschlagspannung darf nicht zu plastischer Verformung führen<div>- Das Dreieck aus Streckgrenze und Quetschgrenze begrenzt die Spannung<br></br><div>- Für σmist die maximale Ausschlagsspannung die <b>Wechselfestigkeit</b></div></div><div>- Die Schwellfestigkeit muss auf der Winkelhalbierenden liegen</div><div><img></img><br></br></div>”
Entspricht die Streckgrenze immer der Quetschgrenze?
“Nein, es gibt Materialien, die unterschiedlich auf Zug und Druck reagieren. Für viele unlegierte Stähle gilt allerdings Re≈ σdF, sodass die Werte auf der y-Achse zusammenfallen können.<div><img></img><br></br></div>”
Was sind Einflussgrößen für die Dauerfestigkeit? (7)
- Werkstoff und seine Behandlung<div>- Mittelspannung</div><div>- Beanspruchungsart</div><div>- Probengröße</div><div>- Oberflächenzustand</div><div>- Äußere Kerbwirkung (Querschnittsübergänge etc.)</div><div>- Innere Kerbwirkung (Werkstofffehler)</div>
Welcher Zusammenhang ergibt sich zwischen der Zugschwellfestigkeit und der Zug-Druck-Wechselfestigkeit?
“Für die Zugschwellfestigkeitsamplitude ergibt sich:<div><br></br></div><div>[$$]\frac{\sigma_{zSch}}{2} = K_a \cdot \sigma^q_{zdW}[/$$]</div><div><br></br></div><div>[$$]K_a = 0,84[/$$]</div><div><br></br></div><div>[$$]q = 0,99[/$$]</div><div><br></br></div><div><img></img><br></br></div>”
Welcher Zusammenhang ergibt sich zwischen Biegewechsel- und Biegeschwellfestigkeit?
Der gleiche Zusammenhang wie zwischen Zugschwell- und Zug-Druck-Wechselfestigkeit.<div><br></br></div><div>[$$]\frac{\sigma_{bSch}}{2} = K_a \cdot \sigma^q_{bW}[/$$]</div><div><br></br></div><div>[$$]K_a = 0.84[/$$]</div><div><br></br></div><div>[$$]q=0.99[/$$]<br></br></div>
Welche Abschätzungen kann für die Torsionswechselfestigkeit angenommen werden?
”- Abschätzung aus der Biegewechselfestigkeit<div><br></br></div><div>[$$]\tau_{tW} \approx (0,55 \pm 0,05) \cdot \sigma_{bW}[/$$]<br></br></div><div><br></br></div><div><img></img><br></br></div>”
Welche zwei Abschätzungen kann man machen, wenn keinerlei Schwingfestigkeiten verfügbar sind und bis zu welcher Spannung sind sie annehmbar?
<div>- Maximale Zugfestigkeit: 1500 N/mm2</div>
<div><br></br></div>
<div>- Abschätzung der Biegewechselfestigkeit aus der Zugfestigkeit<br></br></div>
<div><br></br></div>
<div>[\$\$]\sigma_{bW} \approx (0,5 \pm 0,1) \cdot R_m[/\$\$]</div>
<div><div><br></br></div><div>- Abschätzung der Zug-Druck-Wechselfestigkeit</div></div>
<div><br></br></div>
<div>[\$\$]\sigma_{zdW} \approx (0,5 \pm 0,1) \cdot R_m[/\$\$]<br></br></div>
<div><br></br></div>
<div><br></br></div>
Warum haben sich Stähle höchster metallurgischer Reinheit bei höchsten mechanischen Belastungen durchgesetzt im Gegensatz zu Stählen üblicher Reinheit?
- Innere Störstellen dienen als Ausgang für Rissbildung<div>- Je geringer die Anzahl der Störstellen, desto höher die Festigkeit</div>
Was passiert mit metallurgischen Verunreinigungen bei einer Warmumformung?
Sie werden in Umformrichtung gestreckt.
