Betriebsfestigkeitsbewertung

Aufgrund immer kürzer werdender Entwicklungszeiten gewinnt die rechnerische Betriebsfestigkeitsbewertung und die enge Kopplung von Versuch und Simulation zunehmend an Bedeutung.

Betriebsfestigkeit: Rechnerischer Betriebsfestigkeitsnachweis am Beispiel einer Kurbelwelle
Rechnerischer Betriebsfestigkeitsnachweis am Beispiel einer Kurbelwelle

Das Leistungsportfolio der IABG auf dem Gebiet der Betriebsfestigkeit umfasst:

  • Rechnerische Betriebsfestigkeitsbewertung und Betriebsfestigkeit-Methodenentwicklung
  • Werkstoffprobenversuche im akkreditierten IABG-Festigkeitslabor (IFL)
  • Bauteil- und Komponentenversuche

Rechnerische Betriebsfestigkeitsbewertung

Die rechnerische Betriebsfestigkeitsbewertung gliedert sich im Wesentlichen in drei unterschiedliche Bereiche:

  • Ermittlung der lokalen Beanspruchung (statisch, zyklisch, dynamisch, stochastisch)
  • Ermittlung der lokalen Beanspruchbarkeit unter Einbeziehung technologischer Effekte (Schmieden, Gießen etc.) sowie Betriebslasteinflüssen (z.B. Mittel-und Eigenspannungen)
  • Schadensakkumulation

Neben sämtlichen gängigen FE-Solvern (ABAQUSTM, NASTRANTM etc.) zur Berechnung der Betriebsbeanspruchung kommen moderne Werkzeuge zur Berechnung von Fertigungsprozessen (z.B. Umformen, mechanische Oberflächenverfestigung) und zur Lebensdauerbewertung zum Einsatz (FEMFATTM, N-CodeTM usw.). Neben den klassischen Bauteilen und Anwendungen stellt die Analyse von Strukturen mit Schwingungsanregung (Erdbebenbelastung, Fahrbahnanregung o.ä.) einen Themenschwerpunkt dar. Darüber hinaus werden analytische Betriebsfestigkeitsbewertungen nach einschlägigen Richtlinien (FKM, EuroCode etc.) aber auch nach kundenspezifisch erstellten Berechnungsvorschriften durchgeführt.

Betriebsfestigkeit – Methodenentwicklung

Um möglichst genaue Lebensdaueraussagen aus der Simulation zu erhalten, werden im Bereich der Betriebsfestigkeits-Methodenentwicklung ständig neue Ansätze und Berechnungsverfahren entwickelt. Basierend auf Ergebnissen aus umfangreichen Probenversuchen werden beispielsweise neue Wöhlerlinienmodelle zur Beschreibung des lokalen Schwingfestigkeitsverhaltens in Abhängigkeit lokaler Fertigungszustände (Erstarrungsprozess, lokale plastische Verformung, etc.) und Beanspruchungskenngrößen (Stützwirkung, Mittel- und Eigenspannungen, etc.) generiert. Die industriellen Auftragsforschungsarbeiten decken dabei ein weites Feld ab:

  • Damage Tolerant Design: Einfluss fertigungs-, betriebslast- bzw. missbrauchsbedingter Fehler auf das Bauteilverhalten
  • Technologische Einflüsse auf die lokale Schwingfestigkeit (Gießen, Schmieden, Oberflächenverfestigung etc.)
  • Schadensakkumulation, Weiterentwicklung der Bruchmechanik-Methoden sowie Integration in den CAE-Prozess, Multiaxiale Ermüdung etc.