Ermüdungsfestigkeit

Vormwald Michael, Radaj Dieter

Description

Grundlegendes Werk zu Schwingfestigkeit, Kerbwirkung und Bruchmechanik

Für Ingenieure in Entwicklung, Konstruktion, Berechnung, Prüfung und Versuch

Wissenschaftlich fundiert, jedoch praxisnah

Neues Kapitel über die FKM-Richtlinie

Includes supplementary material: sn.pub/extras

Das vorliegende Fachbuch wendet sich an Ingenieure in Entwicklung, Berechnung und Versuch sowie an Forscher, Hochschullehrer und Doktoranden. Es behandelt die phänomenologischen, theoretischen und versuchstechnischen Grundlagen der Gestaltung, Dimensionierung und Optimierung ermüdungsfester Bauteile. Die daraus entwickelten rechnerischen Verfahren des Festigkeitsnachweises und der Lebensdauerprognose werden an konkreten Beispielen erläutert, darunter die FKM-Richtlinie für Maschinenbauteile, der Eurocode für Bauten aus Stahl und Aluminium sowie der ASME-Code für Druckbehälter.

Die Neubearbeitung und Erweiterung der Drittauflage umfasst neben zahlreichen Detailverbesserungen den Einfluss der möglicherweise nicht proportionalen Beanspruchungsmehrachsigkeit sowie das Kurzrissverhalten im polykristallinen Gefüge.

Einführung.- Schwingfestigkeit.- Einflüsse auf die Schwingfestigkeit.- Kerbwirkung.- Betriebsfestigkeit.- Langrißbruchmechanik zur Ermüdungsfestigkeit.- Kurzrißbruchmechanik zur Ermüdungsfestigkeit.- Rechnerischer Nachweis der Ermüdungsfestigkeit.

Sujets

• Techniques
• Ingénieurie et sciences appliquées
• Ingénieurie et sciences appliquées
• Technologies de fabrication
• Industrial Design
• Sciences et techniques
• Engineering design process
• Kristall
• Technology
• Mechanical engineering
• Engineering
• Product
• A
• Ingénierie
• Sciences appliquées
• Sciences appliquées
• Ingénierie
• Sciences appliquées

Informations

• Publié par: Springer Berlin Heidelberg
• Date de parution: 02 août 2007
• Nombre de lectures: 0
• EAN13: 9783540714590
• Langue: Deutsch
• Poids de l'ouvrage: 17 Mo

Extrait

Dieter Radaj, Michael Vormwald
ErmüdungsfestigkeitDieter Radaj · Michael Vormwald
Ermüdungsfestigkeit
Grundlagen für Ingenieure
Dritte, neubearbeitete und erweiterte Auflage
mit 453 Abbildungen
Professor Dr.-Ing. habil. Dieter Radaj
Technische Universität Braunschweig
Bernsteinstraße 68
70619 Stuttgart, Germany
Professor Dr.-Ing. Michael Vormwald
Technische Universität Darmstadt
Petersenstraße 12
64287 Darmstadt, Germany
e-mail: [e-mail]
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detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über http://dnb.d-nb.de abrufbar.
ISBN 978-3-540-71458-3 Springer-Verlag Berlin Heidelberg New York
ISBN 9-783-540-44063-5 2. Aufl. Springer-Verlag Berlin Heidelberg New York
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Einbandgestaltung: eStudio Calamar Steinen S.L., F. Steinen-Broo, Paul/Girona, Spanien
Gedruckt auf säurefreiem Papier 60/3180/YL – 5 4 3 2 1 0Vorwort
Das vorliegende Fachbuch wendet sich an Ingenieure in Entwicklung,
Berechnung und Versuch sowie an Forscher, Hochschullehrer und Doktoranden. Es
behandelt die phänomenologischen, theoretischen und versuchstechnischen
Grundlagen der Gestaltung, Dimensionierung und Optimierung
ermüdungsfester Bauteile. Zur Phänomenologie gehören die mikroskopisch und
makroskopisch beobachtbaren Erscheinungen, die dem Versagen durch
Ermüdungsbruch vorausgehen, also Rißeinleitung durch zyklische Beanspruchung und
anschließender stabiler Rißfortschritt. Der Theorie sind die zahlreichen
Modellbildungen zuzuordnen, die den Ermüdungsprozeß in physikalisch vereinfachter
und dennoch mathematisch aufwendiger Form beschreiben. Zur
Versuchstechnik gehören eine Vielzahl von Prüfverfahren mit Proben und Bauteilen unter
Einschluß statistisch fundierter Auswertungen. Die angesprochenen Grundlagen
ermöglichen rechnerische Verfahren des Festigkeitsnachweises und der
Lebensdauerprognose, zu denen ein Überblick gegeben wird: Nennspannungs-,
Strukturspannungs- und Kerbspannungsnachweis (elastisch), Kerbdehnungsnachweis
(elastisch-plastisch) und Rißfortschrittskonzept.
Der Leser erhält einen umfassenden Einblick in die Abhängigkeit von
Schädigung, Rißeinleitung und Rißfortschritt von den anwendungstechnisch
bedeutsamen Einflußgrößen auf die Ermüdungsfestigkeit: Werkstoff (Art, Legierung,
Mikrostruktur), Bauteilgeometrie (Form, Größe), Bauteiloberfläche
(Rauhigkeit, Härte, Eigenspannungen), Umgebungsbedingungen (Temperatur,
Korrosion), Beanspruchungsart (Mittelspannung, Mehrachsigkeit) und
Beanspruchungsablauf (Amplitudenfolge, Mittelspannungsänderung, Reihenfolgeeffekt).
Er wird mit den gängigen und auch ausgefalleneren analytischen, numerischen
und statistischen Berechnungsverfahren sowie mit dem alternativ bzw.
ergänzend eingesetzten Prüfverfahren bekannt gemacht. Sowohl die makroskopische
als auch (mit Einschränkungen) die mikroskopische Ebene des
Ermüdungsvorgangs einschließlich Lang- und Kurzrißbruchmechanik werden angesprochen.
Schließlich wird die Umsetzung der Grundlagen in praktische Nachweis- und
Prognoseverfahren an konkreten Beispielen erläutert. Die FKM-Richtlinie für
Maschinenbauteile, der Eurocode für Bauten aus Stahl und Aluminium sowie
der ASME-Code für Druckbehälter werden ergänzend dargestellt.
Diese zugleich einführende, integrierende und vertiefende Darstellung der
Grundlagen für Ingenieure kommt einem spürbaren Bedarf in Forschung undVI Vorwort
Lehre sowie in Industrie- und Dienstleistungsunternehmen nach. Die
inhaltliche und strukturelle Komplexität des angesprochenen Wissensgebietes erfordert
Einstiegshilfen für neu eintretende Fachleute. Selbst ausgewiesene Experten
benötigen die aktualisierte Zusammenfassung des in Breite und Tiefe rasch
anwachsenden Wissens. Das betrifft den Wissenschaftler, der Forschungsprojekte
definiert und Lehrveranstaltungen vorbereitet, ebenso wie den
Entwicklungsingenieur, der das vorhandene Wissen in innovative Produkte umsetzen will, oder
den Verantwortlichen für Berechnungs- und Prüfvorschriften, der den jeweils
neuesten Wissensstand in die laufende Überarbeitung einzubringen versucht.
Nicht zuletzt wird Doktoranden eine facettenreiche Gesamtsicht des
angesprochenen Fachgebiets geboten, aus der sich Anregungen zu weiterführender
Forschung gewinnen lassen.
Die Notwendigkeit der Vorbereitung der Drittauflage schon bald nach der
Zweitauflage ergab sich aufgrund des überraschend guten Verkaufsergebnisses.
Wiederum wurde eine Neubearbeitung mit wesentlichen Erweiterungen
eingeleitet. Folgende Teilgebiete sind erstmals voll ausgearbeitet: Einfluß der
Beanspruchungsmehrachsigkeit einschließlich Nichtproportionalität, Einfluß der
Korrosion, Kerbwirkung einspringender Ecken, Lebensdauer bei
Temperaturwechselbeanspruchung, Berechnungsverfahren zur Rißfrontbeanspruchung,
Rißfortschritt im Modus II und III einschließlich gemischtem Modus,
Kurzrißverhalten im polykristallinen Gefüge, Kurzrißmodell bei mehrachsiger und
möglicherweise nichtproportionaler Beanspruchung sowie Umsetzung der
Grundlagen in praktikable Berechnungsverfahren.
Anläßlich der vorliegenden Drittauflage des Buches tritt erstmals der
Mitautor in Erscheinung, während Erst- und Zweitauflage (1995 bzw. 2003) vom
Erstautor alleine verfaßt waren. Die gemeinsame Verantwortlichkeit zweier
anerkannter Fachleute hat neue Inhalte und Blickwinkel in die Darstellung
eingebracht und deren Zuverlässigkeit und Fehlerfreiheit erhöht. Außerdem steht der
jüngere Mitautor für die Fortführung des Werkes in zukünftigen Auflagen.
Das vorliegende Werk strebt nach Integration der unterschiedlichen Ansätze
und „Schulen“, wobei Vollständigkeit bei der großen Anzahl alter und neuer
Publikationen (derzeit über 1000 Fachaufsätze pro Jahr, Tendenz steigend) ein
unerreichbares Ziel bleibt. Eine umfassende Darstellung ist dennoch erwünscht,
um die Einheit der Wissenschaft im angesprochenen Bereich zu wahren.
Insbesondere jüngere, weniger erfahrende Fachkollegen sollen durch die
Zusammenfassung in die Lage versetzt werden, sich am wissenschaftlichen Diskurs zu
beteiligen, fundierte Urteile abzugeben und die Forschungsergebnisse in der
Praxis umzusetzen.
Die Anwendung des in diesem Buch vermittelten Grundlagenwissens auf den
industriell bedeutsamen Bereich der Schweißverbindungen wird in einem
weiteren Fachbuch dargestellt, von dem die überarbeitete und erweiterte
Zweitauflage im vergangenen Jahr erschienen ist (D. Radaj, C.M. Sonsino u. W. Fricke:
Fatigue assessment of welded joints by local approaches. Woodhead
Publishing, Cambridge 2006).
Bei der Klärung schwieriger Fragen zu nicht immer mängelfreien
Modellansätzen in der Literatur, darunter die Beiträge zur elastisch-plastischen Kerbwir-Vorwort VII
kung, war uns Timm Seeger ein jederzeit diskussionsbereiter und verläßlicher
Berater. Auch an Entscheidungen zu einer verständlicheren Fachsprache war er
beteiligt. Die Autoren danken für diese uneigennützige und zugleich
anspornende Mitwirkung an dem Buchprojekt.
Desweiteren ist die Unterstützung durch Paolo Lazzarin (Universität Padua)
dankend hervorzuheben. Die Darstellung zur Kerbwirkung an einspringenden
Ecken beruht hauptsächlich auf den von ihm publizierten Beiträgen. Erwin
Haibach und Cetin-Morris Sonsino haben in Einzelfällen fachmännischen Rat
erteilt. Jörg Ellermeier und Alfred Scholz (Institut für Werkstoffkunde in
Darmstadt) haben an der Kurzdarstellung der Korrosions- und Kriechermüdung
mitgewirkt. Allen vier genannten Fachkollegen gilt unser besonderer Dank.
Für die elektronische Textverarbeitung war Claudia Raschke (Stuttgart)
verantwortlich. Ihre Kompetenz und Zuverlässigkeit hat die Autorentätigkeit mit
vielen Iterationsschleifen sehr erleichtert. Die neu eingefügten
Strichzeichnungen wurden von Eveline Heimig (Darmstadt) und Herbert Jäger (Hamburg) in
hervorragender Qualität elektronisch erstellt. Kerstin Breidenbach (Darmstadt)
war bei der Beschaffung von Literatur behilflich. Wir sind auch diesen
Personen für Ihre engagierte Mitwirkung überaus dankbar.
Den Mitarbeitern des Springer-Verlags und des Verlagsdienstleisters LE-TEX,
die das Buchprojekt verwirklicht haben, danken wir für die stets konstruktive
und angenehme Zusammenarbeit.
Stuttgart und Darmst