Welche Parameter sollt man beim Berechnen des Materials berücksichtigen?
-defekte, z.B Gitterfehler, Leerstellen, Luker, Einschlüsse, Poren ->wirkt spannungsüberhöhend -rechnen gegen schlagartiges Versagen -rechnen gegen Deformation
Nennen Sie die Arten der Verformung (Rheologische Modelle)!
-Linerare Feder (linear elastisch) ->immer elastisches Verhalten, linear reversibel, kleine Formänderungen (einschränkung bei kristallinen Verkstoffen z.B Polymeren) -nichtlineare/gradierte Feder (nichtlinear elastisch) -Linearer Dämpfer (linear viskos) ->große Zeitabhängigkeit, Viskositätsanalogie, beschreibt immer plastisches Verformungungsverhalten -nichtlinearer/gradierter Dämpfer (nichtlinear viskos) -Reib-Block -Reib-Spannung
Wie hoch sich der Elastizitätsmodul eines Werkstoffes bei Druck?
genauso groß wie bei Zug
Was ist Kriechen?
Unter dem Kriechen versteht man den Verformungsanstieg im Zeitverlauf bei einer konstanten Spannung. Tritt auf, wenn die temperatur im betrieb bei 0,3 * Schmelzemperatur vom Werkstoff anliegt!
Was ist Relaxation? Einflussparameter!
Relaxation: Die Relaxation hingegen beschreibt den Spannungsabfall im Zeitverlauf bei einer konstanten Dehnung. Struktur des BaustoffsDauer der Belastung (kurz, lang)Art der Aufbringung und Höhe der SpannungUmwelteinflüsse wie zum Beispiel Temperatur oder Wind
Ist der E-Modul richtungsabhängig?
ja -> anisantropie
Schematische Beschreibung mikroskopischer Mechanismen bis zum Bruch!
Was fördert dies?
es tritt zyklische deformation auf, dies führt zu Ermüdungsschaden ->verfestigen/entfestigen ->sättigung ->lokalisation der Verformung -Rissbildung -Risswachstum -Bruch ->Kerben
Was sind hydrostatische Spannungszustände? Bewirken diese plastische Verformungen?
Bei diesem Spannungszustand sind in einem Körper die drei Normalspannungen immer gleich groß, egal wie das Achsensystem gedreht wird. Außerdem treten keine Schubspannungen auf. Nein, da keine Schubspannungen auftreten.
Was passiert beim Kriechen mit der elastischen Verformung nach längerem Zeitraum?
-el. Verformung nimmt ab e_el -kriechverformung nimmt zu e_kriech -Gesamtverformung e_ges = e_el + e_kriech
CLCF-Modell
G
Was ist die theoretische Festigkeit?
ist die Festigkeit, um alle atome zu brechen Trennbruch -> Sigma/(E/10) Spaltbruch -> Tau/(E/10)
Welche 3 Moden ( klassischen Lastfälle) kenne Sie?
Modus 1: Normalspannung(Zug) Modus 2: Querkraft (schub) Modus 3: Verdrehung(Torsion)
Nennen Sie einige Versagenskonzepte!
linear elastische Bruchmechanik LEFM Elastisch-plastische Bruchmechanik reihne plastische Deformation(kein Bruch)
Nennen Sie einige Versagenskonzepte!
linear elastische Bruchmechanik ->(plastisch oder duktil) LEFM ->etwas duktil Elastisch-plastische Bruchmechanik -> stärker duktil reihne plastische Deformation(kein Bruch)
Wie seiht die lienear elastische Bruchmechaik aus?
-statische einachsige Zugspannungen ->Normalspannung -elliptisches Loch in unendlicher scheibe
Wie sieht das Rissmodell nach Griffith aus?
Riss mit unendlich kleinem Krümmungsradius an der Rissspitze (scharfer Anrissß -linear elatisches Materialverhalten -spröder Werkstoff ohne plastische Verformungen an der Risspitze -SChubspannung entlang der xy_achse -spannung von sixgma x und sigma y in der näche der risspitze geht gegen unendlich
Wie sieht die Griffith-Theorie für ideal spröde Werkstoffe aus?
Wie sieht die energetische Bilanz aus?
energetischer Ansatz:- Bruchkriterium für instabile Rissausbreiteung -keine plastische Verformung zulassen -therodyn. irreversibler Bruchvorgang -SChaffung neuer oberflächen -keine Energie und Wärme wird vernachlässigt W = U +T W= arbeit durch äußere Kräfte U= Formänderungsenergie (innere Energie des el Körpers) T = Oberflächenenergie der zu erzeugenden Bruchfläche
Wie verhält sich die Oberflächenenergie zur Formänderungsenergie? ->Skizze
Wie verhält sich in diesem Fall a_c?
-Oberflächenenergie nimmt linear mit Risslänge zu, da jeweils 2 neue oberflächen geschaffen werden -elastisches Potential nimm für Griffith-Riss mit Länge 2a quadratisch ab a_c = kritische Risslänge a_c > a: -keine Rissausbreitung, stabiler Anriss a_c <a: -energiefreisetzung überwiegt dem Aufwand der Oberflächenenergie -> instabiles Risswachstum
Was ist k?
wie kann dieser beeinfluss werden? Parameter?
Spannungsintensitätsfaktor k, dh. wird dieswer wert überschritten, findet instabiles risswachstum statt -charakt. Intensität des el. Spannungsfeldes in unmittelbarer umgebung des RIsses -zentraler Parameter zur beschreibung des Risses -lin. Zusammenhang mit äußerer Spannung zusammensetzung aus werkstoffgrößten zu konstruktiven Größen
Bruchkonzept in der Praxis!
Bauteil mit Anriss -> Rissbewertung mit K_i-> Experiment ->Materialkenngröße K_ic -> Bruchkriterium (Vergleich zwischen K_i und K_ic)-> (krit. Belastung, krit. Risslänge, Erforderlicher werkstoff)
Experimentelle Ermittlung der Bruchzähigkeit
Beanspruchungsgeschwindigkeit Temperatur Bauteil-/Probenform Ard der Beanspruchung/Spannungszustand aggressive/korrosive Umgebungsbedingungen ENTSCHEIDEND: Einfluss der Probendicke, da die plast. Zonen an der Risspitze entsprechend klein sein müssen, sodass das K-Bruchkonzept anwendbar ist!
Wie verhält sich die Rissfortschritt bei zyklischer Belastung!
-bei sehr niedrigen Schwingungsamplituden kann stabiles Risswachstum auftreten, gefolgt von -einer instabilen Risswachstimsphase und -Bruch (sprödbruchcharakter)
Was ist das Paris-Gesetz?
Graphische-Lösung!
Was ist isotrope Verfestigung?
Bei isotroper Verfestigung wird davon ausgegangen, dass bei der Entlastung die aktuelle Spannung rückwärts und danach in Gegenrichtung durchlaufen wird. Bei einer Belastung auf Zug und anschließendem Druck muss die bereits erfolgte Verfestigung im Zugbereich überwunden werden, bevor im Druckbereich Fließen auftritt. Dies bedeutet, dass erst die bis dahin aufgetretene maximale Spannung überwunden werden muss, bevor mit erneutem Fließen zu rechnen ist. Dies bedeutet, dass der Fließbereich vergrößert wird, es sind nach einmaliger Plastifizierung größere Spannungen notwendig um weiteres Fließen einzuleiten.
Was ist linear kinematische Verfestigung?
ei kinematischer Verfestigung wird davon ausgegangen, dass bei der Entlastung der anfängliche elastische Bereich rückwärts und danach in Gegenrichtung durchlaufen wird. Der Fließbereich wird nicht vergrößert, sondern lediglich verschoben(im Hauptspannungssystem). Bei einer Lastumkehr muss lediglich die zweifache Streckgrenze überwunden werden, bevor ein erneutes Fließen auftritt. - Verformungsverhalten wird im Laufe der Verformung anisotrop- Fließspannung unterscheidet sich in Raumrichtung- Fließfläche nicht aufgeweitet, sondern ihre Lage im Hauptspannungssystem ändert sich- Bedeutet: es baut sich eine innere Spannung auf- Neues Verfestigungsgesetz mit der kin. Rückspannung ? Nicht mehr in jede Raumrichtung gleichDie Fließspannung in jede Raumrichtung unterschiedlich
Wie ist der E-Modul definiert?
E = sigma/epsilon -Richtungsabhängig(anisantrop) Temperaturabhängig(sinkt mit steigender Temp) Maß für die Bindungssträrke ergibt sich aus der steigung der Hooke'schen Geraden elastische Arbeit w ist die Fläche unter der geraden -die Steigung der hooke#schen Geraden sagt aus über die Steifigkeit ->elastisches Materialverhalten ist in der Regel (weniger)schädigend
Welche beiden Konzepte beschreiben das Rissausbreitungsverhalten bei gering
ausgedehnten plastischen Zonen um die Rissspitze?
K-Konzept (Kleinbereichsfließen) und R-Kurve
Welche charakteristische Materialgröße steht Ihnen für die Abschätzung zur
Verfügung, ob Ihre Bauteilauslegung durch instabilen Bruch gefährdet ist?
Kritischer Spannungsintensitätsfaktor KIC KIC muss größer sein als KI damit das Bauteil sicher ist. Wie viel größer ist Branchenabhängig.
Was müssen Sie bei der Übertragung des experimentell (an Proben) ermittelten
Bruchverhaltens auf Ihr Bauteil (Einfluss der Bauteilgeometrie) berücksichtigen?
Wo die Probe entnommen wurde (lage 6 stück) Berücksichtigen des dimensionslosen Korrekturterms
Wie wird eine Hysteresekurve erzeugt?
Wechselverformung: Dehnung wird vorgegeben, Spannung wird gemessen. Dehnung kann schlagartig eingestellt werden; Spannung wird nicht schlagartig entstehen, sonder läuft der Verformung hinterher → Hysteresekurve
Wie hverhalten sich foglende Parameter bei den jeweiligen Versuchen?
temp
sigma
Struktur
epsilon
epsilon_punkt
Geometrie
Spannungs-Dehnungs-Diagramm : T, epsilon_punkt, Geometrie sind const. -> Festigkeiten Dehungs-Zeit Diagramm: T, Sigma, Struktur = const. -> Kriechen Spannungs-Zeit Diagramm: epsilon, T, Geometrie = const ->Relaxation
Wass ist die 100 und die 111-Richtung?
100-weniger Dichte Packung - kubisch Raumzentriert 111- dichteste Packung - kubisch Flächenzentriert ->e-Module sind bis zu 2,5 mal höher
Fallunterscheidung, wenn die Anrisslänge kleiner/größer der krit. Anrisslänge ist!
a < a_c: positive Tangetensteigung -> keine Rissausbreitung, stab. Anriss Energieaufwand durch zu erzeugende Bruchflächen kleiner als Energiefreisetzung a > a_c: instabiles Risswachstum
Nennen Sie die Eigenschaften bei monotoner Belastung und Wechselbelastung.
Eigenschaften bei monotonen Belastungen:- Verlängerung der Probe- lokale Einschnürung- Verringerung der Querschnittsfläche- Reflexionsgradänderung Eigenschaften bei Wechselbelastungen:- zyklische Verformung deutlich unterhalb der Steckgrenze- keine sichtbaren Verformungen- keine Reflexionsgradänderung➔ Bruch tritt plötzlich auf➔ Schaden kaum sichtbar
Nennen sie 4 transiente Effekte mit Erklärung!
Zyklische Verfestigung: eps schingt zyklisch(welchselnde Belastungszyklen); die Spannung nimmt mit steigender Lastspielzahl zu Zyklische Entfestigung: eps schingt zyklisch(welchselnde Belastungszyklen); die Spannung nimmt mit steigender Lastspielzahl ab Zyklische Relaxation: (nur positive, wechselnde Belastungszyklen), mit zunehmender LSZ verlagert sich die Spannungsamplitude Richtung der Ordinate, es ergeben sich also trotz reiner Zugbelastung Zug- und Druckspannungen (im gleichen Maße); die Höhe der Spannungsamplituden ändert sich dabei allerdings nicht Zyklisches Kriechen: (Spannung als Kontrollsignal) Dehnungsamplitudenhöhe bleibt konstant!, allerdings verschieben sich die Dehnungen zunehmend mit LSZ in den positiven Bereich (Zug), es verbleibt also eine Grunddehnung im Material
Vergleich der Modelle: Isotrope Verfestigung, Linear kinematische Verfestigung und das Kombinierte Modell.
Isotrope Verfestigung: eignet sich für einmaliges Be- und Entlasten der bauteile nur bedingt für zyklische Belastung da unterschiedliche Fließgrenzen im Zug und Druck nicht korrekt nachgebildet werden und den Bauschingereffekt nicht berücksichtigt Linear kinematisches Modell: beschreibt gut den Bauschingereffekt• berücksichtigt das nichtlineare Verfestigungsverhalten• eignet sich für zyklisches Verhalten Kombiniertes Modell• eignet sich bei zyklischer Belastung trotz numerischer Ungenauigkeit
Was passiert bei empirischen Modellenß
Schädigungsparameter aus Versuchsergebnissen abgeleitet (aufsummierte plast. Dehnung, oder max. zulässige Spannung) Angenommen: direkter Zusammenhang zwischen Schädigungsparameter und Nf (Daraus zweifelhafte Extrapolationsfähigkeit) Ältere Bauteile nach Universal Slope Regel nach Manson ausgelegt:Heutiger Standard: Kombination von Manson Coffin und Basquin für Beschreibung von plastischem und elastischem Verhalten
Erklären Sie die Schädigungsmechanischen Modelle!
Bei Hochtemperaturermüdung hauptsächlich Rissausbreitung und Porenwachstum ausschlaggebend; Lebensdauer wird charakterisiert durch Makroriss (aus Poren und Mikrorissen zusammengewachsen) Schlagartiger Bruch bei akrit (Kritische Risslänge) Integration von kin. Gleichungen für das Wachstum von Rissen (mit Bruchkriterium) ergibt eine Abschätzung der Lebensdauer (bei isothermen, symmetrischen, sowie zyklischen Belastung)
Erklären Sie die Physikalischen Modelle!
Genaueste Ergebnisse komplexer Belastungszustände, da Entstehung von Schädigung durch Versetzungen, Leerstellen, atomare Bewegung beschrieben wird; DamageRate Model von Miller: Beschreibung der Lebensdauer durch akkumulierte Schädigung aus Ermüdung, Kriechen und oxidation DamageRate Model von Reucket und Remy: Superposition von Ermüdung und Oxidation, daraus Berechnung der Schädigung und der resultierenden Lebensdauer (Rissinitiierung wird vernachlässigt) Lebensdauermodell von Amaro und Antolovich: (Für Hochtemperaturwerkstoffe auf Nickelbasis): Polykristalle Superlegierung als Grundlage für die Lebensdauer Ermittlung der Lebensdauer bei tiefen Temperaturen: Kombination der Modelle von Dauerfestigkeit, Basquin, Manson-Coffin und Paris
Wann benötigt Kic einen Korrekturterm?
-Berücksichtigung der Bauteilgeometrie -Größe und Ort des Risses -Höhe der äußeren Belastung
