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Betriebsfestigkeit/Schadensanalyse (Fach) / 4. Kapitel: Versuchsdurchführung (Lektion)

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  • 1. Was ist zu beachten hinsichtlich der Lebensdauer eines Walzgerüstes bei dessen Temperaturführung? Hohe Temperatur des Materials welches gewalzt wird bedeutet eine geringe Belastung für das Walzgerüst, da sich das „Walzmaterial“ leichter verformen lässt. Aber höhere Heizkosten. Umkehrschluss => Geringe Temperatur => Hohe Belastung des Gerüsts
  • 2. Was ist zu beachten hinsichtlich des Druckverlaufes in einer Pipeline respektive Hauswasserversorgungsleitung? ·         Der Statische Druck nimmt längs der Leitung ab ·         Durch Öffnen und Schließen von Ventilen entstehen Stöße und Schwingungen
  • 3. Welche (drei) Möglichkeiten der Schwingfestigkeitsprüfung kennen Sie und geben Sie bitte zu jeder eine Erläuterung? ·         Wöhlerversuch: konstante Spannung, konstante Dehnungsamplitude (einstufig; meist sinus- oder dreiecksförmige Beanspruchung) ·         Betriebsfestigkeitsversuch: Simulation von unregelmäßigen, zufallsartigen Beanspruchungen ·         Bruchmechanikversuch: Rissfortschrittsmessung, Versagensanalyse
  • 4. Wie wurde der Betriebsfestigkeitsversuch in seiner klassischen Form durchgeführt und erläutern Sie die Versuchsführung? Ein-Achsiger Zugversuch. Sehr langsame konstante Abzugsgeschwindigkeit. Daraus wird dann (heute per PC) ein Spannungs-Dehnungsdiagramm erstellt, aus dem sich statische Festigkeitskennwerte wie Re/Rp, Rm, E-Modul, Brucheinschnürung herauslesen lassen.
  • 5. Fassen Sie die Einflüsse auf die Ermüdungsfestigkeit zusammen und geben Sie Beispiele an. ·         Herstellungsbedingt: Wärmebehandlung, Oberflächenbearbeitung, Werkstoffzusammensetzung ·         Konstruktionsbedingt: Kerben, Bohrungen, Krafteinleitung ·         Einsatzbedingt: Temperatur, Medium, Kollektivbelastung, Belastungsart /-frequenz / -dauer
  • 6. Welche Beanspruchungen sind dabei als besonders kritisch anzusehen? Überlagerungen unterschiedlicher Beanspruchungen! (bei Mechanischen Belastungen sind schwingende Beanspruchen am kritischten) (in Kombination mit Umwelteinflüsse wie Korrosion, Temperatur)
  • 7. Welche Beanspruchungen stehen im Zusammenhang mit Betriebsfestigkeitsfragen im Vordergrund? ·         Mechanische Beanspruchungen ·         Thermische Beanspruchungen ·         (Chemische Beanspruchungen) In erster Linie führen mechanische Beanspruchungen zum Bauteilversagen
  • 8. Unterteilen Sie die mechanischen Beanspruchungsarten. ·         Biegung ·         Zug/Druck ·         Torsion ·         Scherung/Schub
  • 9. Wie sind die Belastungs-Zeit- (bzw. Beanspruchungs-Zeit-) Funktionen zu unterscheiden und nennen Sie Beispiele aus dem betrieblichen Einsatz? Statische Festigkeit: Sehr selten auftretende Maximalbelastungen // Crashtest Zeitfestigkeit: Gewisse Anzahl an Schwingspielen // Radlager Dauerfestigkeit: Hält komplette Lebensdauer // Sicherheitsbauteile
  • 10. Wie wird der Zusammenhang zwischen Spannung und Dehnung wiedergegeben? Spannungsdehnungs-Diagramm. Elastischer Bereich: E-Modul
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  • 11. Zeichnen Sie eine Hysteresisschleife mit Mittelspannungseinfluss mit vollständiger Beschriftung. Grafik
  • 12. Welcher Zusammenhang besteht zwischen Amplitude und Schwingbreite bei Schwingversuchen? Schwingbreite =  2 * Amplitude
  • 13. Welche Größe wird in welcher Abhängigkeit in Wechselverformungskurven aufgetragen und was lässt sich anhand dieser Kurven ablesen? Die plastische Dehnungsamplitude in Abhängigkeit von der Lastspielzahl (Logarithmus). => Folglich in welchen Bereichen der Werkstoff verfestigt oder entfestigt.
  • 14. Zeichnen Sie eine Wechselverformungskurve für einen Werkstoff, der zu Beginn verfestigendes und anschließend entfestigendes Werkstoffverhalten aufweist. Grafik
  • 15. Was lässt sich an einer Wechselverformungskurve ablesen, d.h., welche wichtige Information enthalten sie? Die plastische Dehnungsamplitude in Abhängigkeit von der Lastspielzahl (Logarithmus). => Folglich in welchen Bereichen der Werkstoff verfestigt oder entfestigt. Ebenso enthält diese den Bruchpunkt. Aus diesen Informationen lassen sich Rückschlüsse auf die Werkstofflebensdauer ziehen und Veränderungen des Gefüges erahnen.
  • 16. Zeichnen Sie für spannungs- und dehnungskontrollierte Versuchsführung den Verlauf der Hysteresisschleifen und der dazugehörigen Wechselverformungskurven für einen verfestigenden Werkstoff. Hysteresisschleife wird breiter und dann wieder schmäler Wechselverformungskurve wie in 14
  • 17. Wie ist das Spannungsverhältnis definiert? Unterspannung / Oberspannung
  • 18. Was bedeutet ein Spannungsverhältnis von R = 1, R = 0 und R = -1, bitte mit Skizze und Beschriftung? 19. Zeichnen Sie die Spannung-Zeit-Verläufe für Beanspruchungen im Druckschwellbereich, bei Druckschwellbeanspruchung, bei Beanspruchung im Druckwechselbereich und bei reiner Wechselbeanspruchung. 20. Zeichnen Sie die Spannung-Zeit-Verläufe wie in Frage 19, jedoch für Beanspruchungen im Zugbereich. Grafik
  • 21. Was wird unter „zyklischem Mittelspannungsabbau (Mittelspannungsabbau)“ verstanden (Bitte Erklärung mit Skizze der Veränderung der Hysteresisschleifen)? Bei einem Dehnungsgesteuerten Versuch, wird die Mittelspannung mit zunehmender Anzahl von Lastwechseln langsam abgebaut bis Mittelspannung = 0. Mittelpunkt der Hysterese-Schleife geht folglich auch wieder zu 0. +Grafik
  • 22. Was wird unter zyklischem Kriechen verstanden (Bitte Erklärung mit Skizze der Veränderung der Hysteresisschleifen)? Bei der Überlagerung von Schwingungen mit einer Mittelspannung kommt es oft zu Kriechvorgängen. Die plastische Mittelspannungsdehnung, steigt mit zunehmender Anzahl der Lastwechsel (n). Positive Mittelspannung => Schleife wandert nach rechts Negative Mittelspannung => Schleife wandert nach links +Grafik
  • 23. Wie wird auf konventionellem Wege eine zyklische Spannung-Dehnung-Kurve (ZSD) ermittelt? Mehrere Proben die entweder Total-Dehnungs- oder Spannunsg-kontrolliert gefahren werden bis zum Bruch. Als Wert für ZSD Kurve wird der Sättingungszustand verwendet. (Sättigung = Anzahl Lastspiele bis Bruch / 2)
  • 24. Zeichnen Sie bitte den Dehnung-Zeit-Verlauf vom Incremental Step Test und die Entwicklung der zugehörigen Hysteresisschleifen. 25. Zeichnen Sie bitte den Dehnung-Zeit-Verlauf vom Step-Up Test und die Entwicklung der zugehörigen Hysteresisschleifen. Grafik
  • 26. Wie wird aus den Hysteresisschleifen beim Step-Up Verfahren und Incremental-Step Test die zyklische Spannung-Dehnung-Kurve erstellt? Eine einzelne Probe wird mit unterschiedlichen Dehnungen belastet. Beim Step-Up wird die Dehnung Schrittweise erhöht, beim Incremental-Step fließend.
  • 27. Was ist der große Vorteil dieser beiden Verfahren gegenüber der konventionellen Erstellung einer zyklischen Spannung-Dehnung-Kurve? Man braucht nur eine einzige Probe und Versuch und nicht mehrere. Einsparung von Kosten und Zeit.
  • 28. Woran lässt sich erkennen in Bezug auf die Spannung-Dehnung-Kurven, ob ein Werkstoff zyklisch ent- oder verfestigt? Wenn die Dehnung mit steigendender Anzahl von Lastwechseln zunimmt, ist der Werkstoff entfestigend.  Falls die Dehnung abnimmt, ist der Werkstoff verfestigend. (Annahme: Spannung konstant)
  • 30. Welche Faktoren wirken sprödbruchbegünstigend? ·         Niedrige Temperatur   ·         Kerben (Mehrachsiger Spannungszustand) ·         Schlagartige Beanspruchung
  • 31. In welchem Versuch wird dies berücksichtigt? Kerbschlagbiegeversuch.
  • 32. Warum sind Kerben so kritisch anzusehen? Im Kerbgrund gibt es einen 3-Achsigen Spannungszustand.
  • 33. Wie würden Sie die Oberfläche von schwingbeanspruchten Bauteilen behandeln? Kerben vermeiden und die Oberfläche polieren oder schleifen (Mikrokerben). Druckspannungen einbringen durch Randschichthärten, Kugelstrahlen oder Walzen.

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