Auswertealgorithmus auf der Basis einer Modifikation des Goniometrischen Modells zur stetigen Beschreibung der Wöhlerkurve vom Low-Cycle-Fatigue- bis in den Ultra-High-Cycle-Fatigue-Bereich

Aachen / Mainz (2008) [Doktorarbeit]

Seite(n): II, 212, A13 S. : ill., graph. Darst.

Kurzfassung

Ein generelles Problem für die Betriebsfestigkeitsrechnung ist die mangelnde Klarheit über die mathematische Beschreibung des Ultra-High-Cycle-Fatigue-(UHCF-)Bereichs im Wöhlerdiagramm. Selbst wenn berücksichtigt wird, dass die Schwingfestigkeit jenseits der Grenzschwingspielzahl weiterhin abnimmt, führen lineare Auswertemodelle zu Unstetigkeiten, die im physikalischen Sinn nicht existieren. Zur ganzheitlichen Erfassung des Wöhlerfelds muss letztendlich eine nichtlineare, stetige Wöhlerkurve Basis eines geeigneten Auswertemodells sein. Basierend auf dem Modifizierten Goniometrischen Modell (MGM) wird in dieser Arbeit ein flexibler Algorithmus generiert, erprobt sowie als praxistauglich bestätigt. Nicht nur die Wöhlerkurve an sich, sondern auch die Streuung wird plausibel beschrieben. Die Verteilung nach Müller und die hier entwickelte tan-Verteilung erweitern das Spektrum an Verteilungsfunktionen. Bei großer Probenanzahl und erkennbarem systematischem Fehler der Verteilung liefert eine Transformation des Merkmals über den Tangens verlässliche Extrapolationen für Quantile mit sehr hoher oder niedriger Bruchwahrscheinlichkeit. Das rein empirische MGM erfasst stetig den kontinuierlichen Abfall der Wöhlerkurve bis in den UHCF-Bereich. Gleichzeitig wird ein nachvollziehbarer Übergang vom LCF-(Low-Cycle-Fatigue-) zum HCF-(High-Cycle-Fatigue-)Bereich hergestellt. Folglich können Lastkollektivanteile sowohl unterhalb der so genannten „Dauerfestigkeit“ als auch im elastisch-plastischen Bereich für das Nennspannungskonzept berücksichtigt werden. Mit dem MGM werden umfangreiche eigene Daten aus UHCF-Schwingversuchen an Stahlschrauben zweier Festigkeitsklassen erfolgreich ausgewertet. Außerdem wird gezeigt, dass das MGM werkstoffunabhängig jenseits der genormten Grenzschwingspielzahl plausible Extrapolationen der Schwingfestigkeit liefert.

Autorinnen und Autoren

Autorinnen und Autoren

Schäfer, Hans Joachim

Gutachterinnen und Gutachter

Beiss, Paul

Identifikationsnummern

  • URN: urn:nbn:de:hbz:82-opus-24871
  • REPORT NUMBER: RWTH-CONV-113857