Wellen und Achsen im Bereich der Antriebstechnik erfahren in den überwiegenden Anwendungen zyklische Beanspruchungen. Folglich ist für die Festigkeitsberechnung im Nennspannungskonzept eine möglichst exakte Kenntnis der Bauteilwöhlerlinie von zentraler Bedeutung. Halbzeug-Größe, Spannungsformzahl und die statischen Maximallasten beeinflussen neben weiteren Faktoren die Charakteristik der Wöhlerlinie bzw. die Dauerfestigkeit. Im Zusammenhang mit der Weiterentwicklung der Norm DIN 743 gilt diesen Größen der Fokus.
Die vorliegende Arbeit betrachtet die Abschätzung der Zug-Druck-Wechselfestigkeit basierend auf dem technologischen Größeneinflussfaktor sowie der Makrohärte und deren Übertragbarkeit auf große Bauteildimensionen. In dem Zusammenhang wird der technologische Größeneinflussfaktor für Durchmesser bis 700 mm anhand einer numerisch-analytischen Simulation ermittelt und zudem mit Härtemessungen validiert. Ferner wird auf Grundlage von Treppenstufenversuchen die Abschätzung der Zug-Druck-Wechselfestigkeit aus der Härte für große Halbzeugdimensionen betrachtet. Neben dem technologischen Größeneinflussfaktor abhängig von der Härtbarkeit liegen als Ergebnisse Zusammenhänge zur Abschätzung der Zug-Druck-Wechselfestigkeit aus der Härte für große Halbzeuge vor.
Darüber hinaus wird mit experimentellen Untersuchungen die Wöhlerlinie im Zeitfestigkeitsbereich analysiert. Basierend darauf werden der Wöhlerexponent sowie die Knick-Schwingspielzahl zur Dauerdauerfestigkeit in Abhängigkeit von der Formzahl abgeleitet.
Abschließend widmet sich die Arbeit den Auswirkungen von statischen Maximallasten auf die Dauerfestigkeit. Dazu werden die lokalen elastisch-plastischen Beanspruchungen infolge von Maximallasten mit dem Örtlichen Konzept erfasst und in Treppenstufenversuchen die Dauerfestigkeit mit zusätzlicher Maximallast betrachtet. Ausgehend davon wird ein Konzept zur Abschätzung der lokalen Beanspruchungen sowie der lokalen Dauerfestigkeit bei Berücksichtigung des Einflusses der Maximallasten vorgestellt. / Shafts and axles of drive systems are stressed by cyclic loads in most applications. Therefore, an accurate calculation of the S-N-curve is fundamental for the system’s strength assessment based on nominal stresses. Component size, the stress concentration factor, and static loads influence the behavior of the S-N-curve and the fatigue strength, among others. In the context of a further development of the standard DIN 743, the scope is these values.
This thesis focuses on the estimation of the fatigue strength for tension/compression based on the technological size factor as well as the macro hardness and their transferability to larger component sizes. In this context the technological size factor is determined by a numeric-analytical simulation for diameters up to 700 mm and is also validated with hardness measurements. Furthermore, the estimation of the fatigue strength for larger component sizes based on the hardness is supported by fatigue tests. In addition to the technological size factor depending on the hardenability, the results are obtained by an estimation approach for large components between the fatigue strength for tension/compression and the hardness.
In the next step, the S-N-curve is analyzed with experimental investigations for the finite life area. Based on this, the slope of the S-N-curve (“Woehler slope”) and the knee point for the endurance limit depending on the stress concentration factor are determined.
Finally, the thesis deals with the impact of static loads on fatigue strength. For this purpose, the local elastic-plastic stress-strain behavior due to static loads is calculated with the strain life assessment (local concept) and the fatigue strength influenced by static loads is analyzed as well. Based on this, an approach for the estimation of local stress-strain behavior and for the fatigue strength considering the static loads are proposed.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:DRESDEN/oai:qucosa:de:qucosa:85839 |
| Date | 19 July 2023 |
| Creators | Bretschneider, David |
| Contributors | Schlecht, Berthold, Leidich, Erhard, Technische Universität Dresden |
| Source Sets | Hochschulschriftenserver (HSSS) der SLUB Dresden |
| Language | German |
| Detected Language | German |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, doc-type:doctoralThesis, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis, doc-type:Text |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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