Stresslevel und Stresskonzentrationsfaktor

Prinzip: Das Ausmaß der Belastung, der Stahl ausgesetzt ist, ist ein entscheidender Faktor, der sich auf die Ermüdungsleistung auswirkt. Wenn das Spannungsniveau die Ermüdungsgrenze des Materials überschreitet, besteht die Gefahr der Entstehung und Ausbreitung von Ermüdungsrissen. Auch der Spannungskonzentrationsfaktor spielt eine wichtige Rolle und hängt mit der geometrischen Form, der Oberflächenrauheit und den inneren Defekten des Bauteils zusammen. Beispielsweise ist der Spannungskonzentrationsfaktor in Stahlbauteilen mit scharfen Kerben oder Löchern hoch. Selbst bei einer relativ geringen Nennspannung kann die lokale Spannung die Ermüdungsgrenze überschreiten und zu einem Ermüdungsversagen führen.

Anwendungsszenarien und -fälle: Bei der mechanischen Fertigung, beispielsweise bei der Kurbelwelle eines Motors, kommt es normalerweise zu einer plötzlichen Formänderung an der Verbindung zwischen dem Zapfen und der Kurbel, was zu einer Spannungskonzentration führt. Wenn die Oberflächenbearbeitungsgenauigkeit dieser Teile nicht ausreicht und raue Oberflächen oder Mikrorisse und andere Defekte während des Motorbetriebs vorliegen, können die wechselnden Biege- und Torsionsbeanspruchungen, denen die Kurbelwelle ausgesetzt ist, an diesen Stellen leicht Ermüdungsrisse auslösen. Um die Spannungskonzentration zu reduzieren, werden Maßnahmen wie die Verwendung von Übergangskehlen in die Konstruktion übernommen und die Oberfläche wird fein bearbeitet und verstärkt (z. B. durch Kugelstrahlen), um die Ermüdungsleistung zu verbessern.

 

 

 

Ladefrequenz und Ladewellenform

Prinzip: Die Belastungshäufigkeit kann die Ermüdungslebensdauer von Stahl beeinflussen. Im Allgemeinen lässt eine niedrigere Belastungsfrequenz Ermüdungsrissen mehr Zeit, sich auszubreiten, da das Material zwischen den einzelnen Belastungszyklen mehr Zeit für die Anpassung der Mikrostruktur und die Anhäufung von Schäden hat. Auch die Belastungswellenform (wie Sinuswelle, Dreieckswelle, Rechteckwelle usw.) hat einen Einfluss auf die Ermüdungsleistung. Unterschiedliche Wellenformen bedeuten unterschiedliche Spannungs-Änderungsraten und Spannungs-Spitzen-Haltezeiten. Beispielsweise kann es bei einer Impulsbelastung (Rechteckbelastung) durch die längere Haltezeit der Spannungsspitze zu einer Anhäufung lokaler plastischer Verformungen des Materials kommen, die das Ermüdungsversagen beschleunigen.

Anwendungsszenarien und -fälle: In Ermüdungsprüfgeräten können Forscher die Belastungsfrequenz und Wellenform steuern, um verschiedene tatsächliche Arbeitsbedingungen zu simulieren. Wenn beispielsweise die Ermüdungsbedingungen einer Brückenkonstruktion unter der kombinierten Einwirkung von Windlast und Fahrzeuglast simuliert werden, kann die Belastungshäufigkeit anhand der tatsächlichen Änderungshäufigkeit der Windgeschwindigkeit und der vorbeifahrenden Häufigkeit des Fahrzeugs bestimmt werden. Wenn es sich bei der Windlast um eine relativ stabile periodische Belastung (ähnlich einer Sinuswelle) und bei der Fahrzeuglast um eine intermittierende Impulsbelastung (ähnlich einer Rechteckwelle) handelt, muss im Ermüdungstest der Einfluss von umfassend berücksichtigt werden Diese beiden unterschiedlichen Wellenformen und Belastungsfrequenzen wirken sich auf das Ermüdungsverhalten von Stahl aus.

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