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Fubge (Fach) / alles (Lektion)
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- Ziele vom festigkeitsoptimierten und bruchsicheren Gestalten -Vermeidung von Schäden durch mechanische Belastung -Optimale Ausnutzung der Festigkeit -Sicherung der Nutzungs und Lebensdauer
- Nennen Sie die Versagens-und Schädigungsarten Gewaltbruch -Trennbruch -Gleitbruch Ermüdungsbruch -Kurzzeitermüdung -Langzeitermüdung Rissausbildung -instabile Rissausbildung -stabile Rissausbildung
- Definieren Sie Festigkeitsversagen Die Beanspruchungen/Spannungen im Bauteil erreichen die Festigkeitsgrenze
- Definieren Sie bruchmechanisches Versagen Beanspruchungen/Spannungsintensitäten an der Rissspitze/Rissfront erreichen Materialgrenze.
- Wovon hängt es ab, wann Trenn-oder Gleitbruch eintritt? Von der Mehrachsigkeit des Spannungszustandes und der Trenn-und Gleitbruchgrenze des Materials.
- Wie unterscheiden sich bei sprödem und zähem Material die Trennbruch und Gleitbruchgrenze? Spröde: Eher Trennbruch Zäh: Eher Gleitbruch
- Wann wird die Normalspannungshypothese verwendet? Bei Berechnung gegen Trennbruch.
- Wann wird die GEH verwendet? Bei Berechnung gegen Gleitbruch
- Nennen Sie die Maßnahmen zur Festigkeitsoptimierung Vermeidung von hohen Belastungen und Beanspruchungen -> Überlastschutz, Stoßdämpfung, aktive Federung Wahl einer günstigen Grundstruktur -> Fachwerke und Schalenstrukturen sind ideal Optimaler Kraftfluss -> möglichst keine Kraftflussumleitungen Optimale Formgebung -> spannungsoptimierte Formgebung bei Einzelkomponenten Vermeidung von Rissen -> Auswahl von rissunempfindlichen Werkstoffen Vermeiden oder optimieren von Füge und Verbindungsstellen -> Strangpressprofile, hydrogeformte Bauteile Allgemein gilt: Vermeiden von Druck, Biege-und Torsionsbeanspruchungen!
- Definiere Kraftfluss Durchleitung der Kräfte durch das Bauteil. Wo die Kraftflusslinien dicht beieinander liegen, treten hohe Spannungen auf.
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- Maßnahmen zur Vermeidung von Rissen -optimale Formgebung hochbeanspruchter Bauteile -Auswahl rissunempfindlicher Werkstoffe -optimale Oberflächengestaltung und Bearbeitung -Vermeiden von konstruktiven Kerben -Vermeiden von Fügestellen
- Was sind Kerben? Kerben sind Unstetigkeiten der Geometrie eines Bauteils.
- Was bewirken Kerben? -Spannungserhöhung/Konzentration -Kraftflussumleitung -Mehrachsiger Spannungszustand -Verminderung der Tragfähigkeit, Dauerfestigkeit, Verformbarkeit
- Was ist ein Kerbfaktor? -Maximale Kerbspannung wird auf die Nennspannung bezogen -Sinnvoll bei einfachen Bauteilen
- Nennen Sie die Methoden zur Ermittlung von Kerbspannungsverteilungen und deren Vor-und Nachteile. Elastizitätstheoretische Methoden Vorteil: Man erhält geschlossene, analytische Lösungen für Kerbprobleme Nachteil: Sehr aufwändig, nur für einfache Geometrien und Belastungen möglich Numerische Methoden Vorteil: Man erhält Spannungs-und Verformungswerte für komplexe Bauteile und Strukturen Nachteil: Lösung gilt nur für die vorliegende Geometrie und Belastung Experimentelle Methoden (Spannungsoptik) Vorteil: Sofortiger Überblick über die Spannungsverteilungen, Stellen maximaler Beanspruchung sind sofort sichtbar Nachteil: Modellbildung, erzeugen von realen Belastungssituationen
- Einflussfaktoren auf Kerbspannungsverteilungen -Kerbform -Kerbanordnung -Belastungsart -grundlegendes Spannungsniveau
- Vorgehensweise Spannungsoptik -Durchsichtiges Kunststoffmodell wird verwendet -Diese wirken beim auftreten mech. Spannungen doppelbrechend -Dieser Effekt wird bei polarisiertem Licht sichtbar -Proportional zur Höhe der wirkenden Spannungen
- Was ist bei der Anwendung der FEM zu beachten? -möglichst gute Approximation des Kerbgebietes -feine Netzeinteilung an Stellen, wo große Spannungsgradienten zu erwarten sind -richtige Wahl der statischen und kinematischen Randbedingungen -Ausnutzung von Symmetrien unter Beachtung von Rand und Übergangsbedingungen
- Maßnahmen zur Vermeidung von Kerbspannungen -Kerben möglichst vermeiden -Kerben an gering beanspruchten Stellen anordnen -Bei Biegung Kerbe möglichst in der neutralen Faser anordnen -Bei Zug Kerben symmetrisch anordnen
- Wie kann Schwingungsbruch vermieden werden? Begrenzung der maximalen Spannungsamplitude σa
- Was beschreiben SIF? Spannungsintensitätsfaktoren beschreiben die Intensität der singulären Spannungsfelder an der Rissspitze.
- Wovon sind SIF abhängig? -äußere Belastung -Risslänge a -Risslage
- Was ist gefährlicher, Außenriss oder Innenriss und warum? Außenriss, aufgrund des Biegeanteils.
- Beschreiben Sie kurz das K-Konzept. Instabile Rissausbreitung/Bruch tritt ein, wenn der SIF KI die Risszähigkeit KIc erreicht.
- Was sind Risse? Risse sind lokale Trennungen des Materials einer Struktur/Bauteil. Sie können bereits vorhanden sein oder im Verlauf der Betriebsbelastung entstehen.
- Was bewirken Risse? -scharfe Kraftflussumleitung -lokales singuläres Spannungsfeld -Verminderung der Tragfähigkeit, Lebensdauer -Erhöhung der Bruchgefahr -mögl. katastrophale Schäden