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KONSTRUKTIONSLEHRE (Subject) / Festigkeitslehre (Lesson)

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• Welche Spannungsarten werden bei der Berechnung von Maschinenelemente unterschieden? Es wird zwischen den Normalspannungen, die senkrecht zum Bauteilquerschnitt liegen, und den Tangentialspannungen, in der Querschnittsebene liegend, unterschieden.Normalspannungen sind Zugspannungen (σz=F/A), Druckspannungen(σd=F/A) und Biegespannungen (σb=Mb/W).Tangentialspannungen sind Scherspannungen (τsm=Fs/A) und Torsionsspannungen(τt=T/W)
• Was ist ein Schwingspiel und mit welchen Kenngrößen wird ein Schwingspiel beschrieben? Als Schwingspiel wird eine Periode der idealisierten dynamischen Beanspruchung bezeichnet. Es dient zur Beschreibung des Beanspruchungs-Zeit-Verlaufs. Kenngrößen des Schwingspiels sind: Mittelspannung σm, Oberspannung σo, Unterspannung σu, und Spannungsamplitude σa
• Nach welcher Hypothese werden im gleichen Bauteilquerschnitt auftretende Normal- und Tangentialspannungen bei zähen bzw. spröden Werkstoffen zusammengefasst? zäh: Gestaltänderungsenergiehypothese spröde: Normalspannungshypothese
• Wie wirkt sich eine geometrische Kerbe an einem dynamisch belasteten Bauteil aus und wie ist diese Wirkung begründbar? Geometrische Kerben an dynamisch belasteten Bauteilen führen im Kerbgrund zu Spannungsspitzen. Diese Spannungsspitzen können durch die Umlenkung des Kraftflusses an der Kerbe erklärt werden.
• Erläutern Sie den Unterschied zwischen der Fließgrenze und der 0,2%-Dehngrenze Der Übergang von der elastischen zur plastischen Verformung wird als Fließgrenze bezeichnet. Bei Werkstoffen mit allmählichem Übergang (keine ausgeprägte Fließgrenze) ist die 0,2%-Dehngrenze als gleichwertige Grenzspannung festgelegt. Diese entspricht einer Zugspannung, die zu einer bleibenden Dehnung eines genormten Probestabs von 0,2% führt
• Erläutern Sie den Begriff Wöhlerlinie Die Wöhlerlinie dient zur grafischen Auswertung von Dauerfestigkeitsversuchen. Sie ist Grundlage für dynamische Festigkeitsberechnungen. Es werden jeweils mehrere Proben des gleichen Werkstoffes mit abnehmendem Spannungsausschlag bis zum Bruch geprüft und danach im Diagramm der jeweils realisierte Spannungsausschlag über der beim Bruch erreichten Schwingspielzahl eingetragen. DIe Wöhlerkurve weist einen Zeit- und einen Dauerfestigkeitsbereich auf. Im Zeitfestigkeitsbereich führt der ertragbare Spannungsausschlag nach der zugehörigen Schwingspielzahl zu einem Ermüdungsbruch. Im Dauerfestigkeitsbereich kann die Probe beliebig lange mit dem ertragbaren Spannungsausschlag beansprucht werden, ohne dass es zum Bruch kommt.
• Was ist unter Gestaltfestigkeit zu verstehen und welche Einflussgrößen werden hierbei berücksichtigt? Unter Gestalfestigkeit versteht man die Dauerfestigkeit eines konkreten Bauteils. Alle Abweichungen (Einflussgrößen), die das Bauteil vom Probestab unterscheiden, werden durch einzelne Konstruktionskennwerte berücksichtigt. Die wichtigsten Einflussgrößen sind: Kerbwirkungszahl, formzahlabhängiger Größeneinflussfaktor, Einflussfaktor der Oberflächenrauheit, technologischer Größeneinflussfaktor, geometrischer Größeneinflussfaktor, Oberflächenverfestigungsfaktor
• Was versteht man unter Mittelspannungsempfindlichkeit bzw. unter einer Vergleichsmittelspannung? Mittelspannungsempfindlichkeit: Aus den Dauerfestigkeitsdiagrammen, z.B. nach Smith, ist ersichtlich, dass die Proben-Ausschlagsfestigkeit σA mit zunehmender Proben-Mittelspannung σm abnimmt. Dieser Effekt wird als Mittelspannungsempfindlichkeit bezeichnet. Vergleichsmittelspannung: Treten in einem Bauteil Normal- und Tangentialspannungen auf, z.B. Biegung und Torsion, dann beeinflussen sich diese Spannungen gegenseitig. Rechnerisch wird das in den Berechnungsvorschriften in zwei Schritten berücksichtigt: die Wirkung der unterschiedlichen Mittelspannungen (statische Anteile) wird durch Bildung einer Vergleichsmittelspannung erfasst. Die unterschiedlichen Ausschlagsspannungen werden bei der Bildung der Vergleichssicherheit berücksichtigt.
• Erläutern Sie die Begriffe Spannung, zulässige Spannung und Festigkeit Spannungen sind Beanspruchungen im Bauteil, die durch äußere Kräfte und Momente hervorgerufen werden. Zulässige Spannungen sind festgelegte Grenzbelastungen für ein Bauteil, die eine geforderte Sicherheit berücksichtigen.Die Festigkeit ist dabei der Werkstoff Grenzwert, bis zu dem der Probestab bzw. das Bauteil maximal belastet werden kann. Die Festigkeitswerte werden eventuell mit einer bestimmten Überlebenswahrscheinlichkeit angegeben.
• Wozu dient die Vergleichsspannung? Warum gibt es unterschiedliche Vergleichsspannungshypothesen? Erläutern Sie an einem geeigneten einfachen Beispiel. Reduzierung eines mehrachsigen Spannungszustandes auf einen einachsigen Wert, der in der Festigkeitsberechnung mit einem entsprechenden Wert verglichen werden kann. Abhängig vom Versagensmechanismus sind unterschiedliche Umrechnungen erforderlich. Z.B. ist bei Sprödbruch die größte auftretende Zug_normalspannung relevant. Beispiel: An einer Torsions- und biegebelasteten Well treten im Querschnitt Torsionsschubspannungen und Biegenormalspannungen auf. Da die Schubspannung in anders orientierten Ebenen jedoch auch Normalspannungen erzeugt, findet sich eine Ebene, in der eine maximale Normalspannung vorliegt, die größer als die reine Biege-Normalspannung ist. Diese Spannung ist dann der Vergleichswert.
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• Nennen Sie die 3 Arten von Kerbwirkungen 1) Konstruktive Kerben: Absätze, Nuten, Gewinde, Bohrungen2) Kerben an Fügestellen: Schweißnähte, Löt und Klebestellen, Schraub- und Pressverbindungen3) Kerben an Fehlstellen: Oberflächenrauheiten, Oberflächenfehler (Riefen, Anrisse), Poren, Risse und Einschlüsse
• Nennen Sie die 4 festigkeitsmindernden Einflüsse von Kerben 1) Erhöhung der Nennspannung wegen des kleineren Kerbquerschnittes im  Vergleich zum ungekerbten Bauteilquerschnitt 2) Zusätzliche Sapnnungsüberhöhung im Kerbgrund wegen der Kerbwirkung 3) Ausbildung eines mehrachsigen Spannungszustandes im Kerbgrund 4) Entstehung von sekundären Spannungen aufgrund von Asymmetrien im Bereich der Kerbe

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