Dampening systems are important in heavy vehicles utilized in rough terrains, with purpose to reduce shocks and vibrations with negative influences on the vehicle and, more importantly, on the operator of the vehicle. During the years the heavy vehicles require sturdier construction parts, due to demands on higher load capacity, where the easy solution to scale up the construction parts is not always applicable for dampening systems with nonlinear behavior. Hence, the sturdiness in the design of these dampening systems requires improvement. In this thesis the design of the rubber spring used as rubber spring in Volvo’s articulated hauler A40G is treated. The aim of this thesis is to find alternative design solutions on the rubber spring, improving its lifetime. The usual failure of these rubber springs is crack propagation in the rubber body. In the method of this thesis, alternative design solution are generated in concepts though brain storming, which are adjusted to achieve the desired behavior of the rubber spring through calculations and tested in performance through simulations in Abaqus. From analyzing the generated data, it is concluded that among the tested design solutions, a combination of fewer plates and shaping the plates as thin bowls, results in highest potential increase in lifetime.

For many materials and components like in high speed trains and airplanes fatigue failures occur in the range of over 107 load cycles which is called the high cycle fatigue range. A modern version of the springs was invented which are applied in a certain application. Ultrasonic fatigue testing (20 kHz machine) was conducted for evaluating the steel of the springs. This research explores the fundamental understanding of high cycle fatigue testing of strip steel and assesses a stainless martensitic chromium steel at the high cycle fatigue range. Finite element modeling was conducted to gain knowledge about the effect of various parameters. Significant attention was devoted to the fatigue failure initiations by SEM/EDS. The work demonstrated that the method of investigation for high cycle fatigue test is reliable. Fatigue failure at this range was initiated by internal defects which all included non-metallic inclusion. A critical distance was defined Within the strip fatigue specimen where all the fatigue failure initiated. The 3D stress field in the specimen was determined by FEM modeling and the local applied stress at the whole of the flat part of specimen and critical distance was estimated. FEM was also employed to give additional information about the effect of parameters. It was established that damping had the largest influence. The local applied stress of the fatigue test was calculated by means of FEM and SEM analysis. It was used to adjust the S-N curve which resulted in 15% lower values than the nominal applied stress.

Pressverbindungen gehören zu den klassischen Maschinenelementen und werden insbesondere in der Antriebstechnik häufig eingesetzt. Zur sicheren und zugleich wirtschaftlichen Auslegung derartiger Verbindungen unter zyklischen Lasten fehlen generell gültige sowie abgesicherte normative Vorgaben bzw. Richtlinien für den Anwender. Insbesondere ist dies dann zutreffend, wenn Geometrien vorkommen, für welche keine Tabellen- bzw. Erfahrungswerte existieren. In dieser Arbeit werden ausführliche experimentelle Untersuchungen zur Ermüdungsfestigkeit von Pressverbindungen einer Standardgeometrie vorgestellt. Im Fokus der Untersuchungen steht die Dauer-, Zeit- und Betriebsfestigkeit der biege- sowie torsionsbelasteten Verbindung. Auf Basis der erzielten Festigkeiten und Lebensdauerwerte erfolgt die Ableitung normspezifischer Kennwerte für die Praxis. Weiterhin steht die Übertragung der erzielten Ergebnisse auf andere Pressverbindungs-Geometrien, wie beispielsweise die Verbindung mit Wellenabsatz, im Vordergrund. Hierbei wird das Verhalten hinsichtlich der Kerbwirkung im Vergleich zu gekerbten Wellen sowie zu anderen reibdauerbeanspruchten Verbindungen untersucht. Zudem erfolgt eine ausführliche Analyse simulationsspezifischer Einflussgrößen auf die Beanspruchungshöhe der Pressverbindung. Auf Grundlage dieser Erkenntnisse wird ein neues Auslegungskonzept erarbeitet und an Ergebnissen aus der Literatur gespiegelt.

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Ausgangspunkt für die angestellten Untersuchungen bildet das Wissen um die unbefriedigende Treffsicherheit in der Lebensdauerabschätzung bei Belastungen mit ausgeprägten Mittelwertänderungen. Die Grundlage zur Weiterentwicklung theoretischer Lebensdauervorhersagemodelle auf Basis von Nenn- und örtlichen Beanspruchungen wurde mit experimentellen Untersuchungen an Werkstoff- und gekerbten Proben geschaffen, sowohl für einfache als auch gezielt abgeleitete, realitätsnahe komplexe Belastungs-Zeit-Abläufe. Es stehen zwei, ihrem zeitlich abhängigen Materialverhalten nach unterschiedliche Werkstoffe im Mittelpunkt der Betrachtungen. Ziel war es, die grundsätzliche zeitabhängige Reaktion der Werkstoffe auf die Belastung zu erkennen und diese Erkenntnisse mittels integra-len Parametern für die Verbesserung der Treffsicherheit der Lebensdauerabschätzung zu nutzen. Die Abschätzung der experimentell ermittelten Lebensdauern mit dem Nennspannungskonzept, die statistische Auswertung der Schädigungssummen und die Untersuchung der Korrelation von Schädigungssumme und zunächst frei wählbaren Parametern mittels multipler Regressionsanalyse führt zur Festlegung auf drei die Geometrie, den Werkstoff und die Belastung beschreibende Parameter. Bei beiden Werkstoffen wird durch Verwendung einer sogenannten korrigierten mit der Regressionsgleichung bestimmten Schädigungssumme eine Erhöhung der Treffsicherheit der Lebensdauervorhersage nachgewiesen. Den gesammelten Erfahrungen und Erkenntnissen entsprechend werden Empfehlungen zur Anwendung der behandelten Lebensdauerabschätzungsverfahren auf der Grundlage örtlicher Beanspruchungen gegeben. Mit den Versuchen innerhalb der Arbeit wurde eine experimentelle Basis geschaffen, die eine Weiterentwicklung von Ansätzen zur Berücksichtigung des transienten Materialverhaltens in Konzepten auf der Basis örtlicher Beanspruchungen ermöglicht.

This master thesis deals primarily with the prediction of fatigue life of welded ribbed shaft. Recommendations taken from the International Institute of Welding (IIW) are used to express the stress values and the fatigue life. The stress values of examined place are expressed by approach of nominal stress, structural hot spot stress and effective notch stress. Results from stress-strain analysis are combined together with fatigue strength curves for prediction of the fatigue life. At the end of the analysis, the predicted fatigue life is compared with design life of welded ribbed shaft.

Pressverbindungen gehören zu den klassischen Maschinenelementen und werden insbesondere in der Antriebstechnik häufig eingesetzt. Zur sicheren und zugleich wirtschaftlichen Auslegung derartiger Verbindungen unter zyklischen Lasten fehlen generell gültige sowie abgesicherte normative Vorgaben bzw. Richtlinien für den Anwender. Insbesondere ist dies dann zutreffend, wenn Geometrien vorkommen, für welche keine Tabellen- bzw. Erfahrungswerte existieren. In dieser Arbeit werden ausführliche experimentelle Untersuchungen zur Ermüdungsfestigkeit von Pressverbindungen einer Standardgeometrie vorgestellt. Im Fokus der Untersuchungen steht die Dauer-, Zeit- und Betriebsfestigkeit der biege- sowie torsionsbelasteten Verbindung. Auf Basis der erzielten Festigkeiten und Lebensdauerwerte erfolgt die Ableitung normspezifischer Kennwerte für die Praxis. Weiterhin steht die Übertragung der erzielten Ergebnisse auf andere Pressverbindungs-Geometrien, wie beispielsweise die Verbindung mit Wellenabsatz, im Vordergrund. Hierbei wird das Verhalten hinsichtlich der Kerbwirkung im Vergleich zu gekerbten Wellen sowie zu anderen reibdauerbeanspruchten Verbindungen untersucht. Zudem erfolgt eine ausführliche Analyse simulationsspezifischer Einflussgrößen auf die Beanspruchungshöhe der Pressverbindung. Auf Grundlage dieser Erkenntnisse wird ein neues Auslegungskonzept erarbeitet und an Ergebnissen aus der Literatur gespiegelt.

Ausgangspunkt für die angestellten Untersuchungen bildet das Wissen um die unbefriedigende Treffsicherheit in der Lebensdauerabschätzung bei Belastungen mit ausgeprägten Mittelwertänderungen. Die Grundlage zur Weiterentwicklung theoretischer Lebensdauervorhersagemodelle auf Basis von Nenn- und örtlichen Beanspruchungen wurde mit experimentellen Untersuchungen an Werkstoff- und gekerbten Proben geschaffen, sowohl für einfache als auch gezielt abgeleitete, realitätsnahe komplexe Belastungs-Zeit-Abläufe. Es stehen zwei, ihrem zeitlich abhängigen Materialverhalten nach unterschiedliche Werkstoffe im Mittelpunkt der Betrachtungen. Ziel war es, die grundsätzliche zeitabhängige Reaktion der Werkstoffe auf die Belastung zu erkennen und diese Erkenntnisse mittels integra-len Parametern für die Verbesserung der Treffsicherheit der Lebensdauerabschätzung zu nutzen. Die Abschätzung der experimentell ermittelten Lebensdauern mit dem Nennspannungskonzept, die statistische Auswertung der Schädigungssummen und die Untersuchung der Korrelation von Schädigungssumme und zunächst frei wählbaren Parametern mittels multipler Regressionsanalyse führt zur Festlegung auf drei die Geometrie, den Werkstoff und die Belastung beschreibende Parameter. Bei beiden Werkstoffen wird durch Verwendung einer sogenannten korrigierten mit der Regressionsgleichung bestimmten Schädigungssumme eine Erhöhung der Treffsicherheit der Lebensdauervorhersage nachgewiesen. Den gesammelten Erfahrungen und Erkenntnissen entsprechend werden Empfehlungen zur Anwendung der behandelten Lebensdauerabschätzungsverfahren auf der Grundlage örtlicher Beanspruchungen gegeben. Mit den Versuchen innerhalb der Arbeit wurde eine experimentelle Basis geschaffen, die eine Weiterentwicklung von Ansätzen zur Berücksichtigung des transienten Materialverhaltens in Konzepten auf der Basis örtlicher Beanspruchungen ermöglicht.

This study addresses the fatigue life of the head–to–skirt welds of tall distillation columns. Fatigue tests were done on two types of weld geometries which approximate the head–toskirt configurations. From the fatigue tests it was determined that the fatigue life of the experimental samples can be substantially improved by applying weld build–up between the head and the skirt. The expected fatigue life of the test samples was determined by way of calculation employing the so called Nominal–Stress–Approach, the Effective–Notch–Stress–Approach and the Stress–Life–Approach. For both the Nominal–Stress–Approach and the Effective–Notch–Stress–Approach the predicted fatigue life was found to be overly conservative compared to the experimental results. The Stress–Life–Approach predicted the fatigue life to within a factor of 1.3 for both the geometries under investigation when displacements due to welding are taken into account. If displacements due to welding is omitted this factor is increased, for the geometry without weld build–up, to 2. For the geometry with weld build–up the factor remains 1.3. / Thesis (M.Ing. (Mechanical Engineering))--North-West University, Potchefstroom Campus, 2011.

This study addresses the fatigue life of the head–to–skirt welds of tall distillation columns. Fatigue tests were done on two types of weld geometries which approximate the head–toskirt configurations. From the fatigue tests it was determined that the fatigue life of the experimental samples can be substantially improved by applying weld build–up between the head and the skirt. The expected fatigue life of the test samples was determined by way of calculation employing the so called Nominal–Stress–Approach, the Effective–Notch–Stress–Approach and the Stress–Life–Approach. For both the Nominal–Stress–Approach and the Effective–Notch–Stress–Approach the predicted fatigue life was found to be overly conservative compared to the experimental results. The Stress–Life–Approach predicted the fatigue life to within a factor of 1.3 for both the geometries under investigation when displacements due to welding are taken into account. If displacements due to welding is omitted this factor is increased, for the geometry without weld build–up, to 2. For the geometry with weld build–up the factor remains 1.3. / Thesis (M.Ing. (Mechanical Engineering))--North-West University, Potchefstroom Campus, 2011.