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Dauerfestigkeit, Dauerschwingfestigkeit

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In der Festigkeitslehre*  ist die Dauerfestigkeit ein Begriff, der die Belastungsgrenze von Werkstoffen beschreibt. Dabei bezieht sich der Begriff der Dauerfestigkeit auf die eine dynamische Belastung, wie sie beispielsweise durch Schwingungen erzeugt wird. Die Dauerfestigkeit definiert die Belastungsgrenze, bis zu der ein ausgewählter Werkstoff solche dynamischen Belastungen ohne Erscheinungen der Materialermüdung oder anderer Ausfallerscheinungen widersteht.

Dauerschwingfestigkeit

Zur Ermittlung der Belastungsgrenze bezogen auf die Dauerfestigkeit dient ein Ermüdungsversuch, beispielsweise als Dauerschwingversuch. Im speziellen Versuch wird die Dauerschwingfestigkeit, hier kurz als Dauerfestigkeit (σD) bezeichnet. Die Dauerfestigkeit σD stellt dabei die größte Spannungsamplitude (σa) dar, bei der der zu prüfende Körper keine unzulässige Verformung bei unendlicher Wiederholung der Schwingung zeigt. Bei Spannungsamplituden oberhalb der Dauerfestigkeit σD kommt es zum Bruch des Prüfkörpers. Entsprechend des linear-elastischen Verformungsbereiches wird diese Zerstörung unter dem Begriff der Ermüdung geführt, die Brüche benennt man auch Ermüdungsbrüche.

Unterscheidung der Dauerfestigkeit in Abhängigkeit von der Beanspruchung

Zur Unterscheidung der verwendeten Beanspruchungsparameter und Kennwerte der Schwingfestigkeit werden diese mit Großbuchstaben indiziert. Für die Kennzeichnung der Art der Beanspruchung werden b für Biegung, z für Zug und d für Druck eingesetzt.

Hier ein Beispiel:
Dauerfestigkeit σzD im Zugwechselbereich

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Sonderfälle der Dauerschwingfestigkeit

Daneben gibt es in der Dauerschwingfestigkeit Sonderfälle:

  • Wechselfestigkeit: σWa = σo = |σu| für σm = 0.
    (Spannungsamplitude σa; Mittelspannung σm; Unterspannung σu; Oberspannung σo)
  • Schwellfestigkeit: σSch = 2 σa für σm = σa; gemessen wird hier die Schwellspannung
  • Zeitschwingfestigkeit σ(N)
    Hier werden die Spannungsamplituden über σD charakterisiert, bei denen der Bruch des Prüfkörpers durch Ermüdung eintritt.
  • Zeitfestigkeit σz(6) im Zugwechselbereich mit 106 Lastwechseln.

N ist die Schwingspiel- oder Lastwechselzahl; Nc die Grenzschwingzahl vor einem Bruch des Prüfkörpers.

Angewendet wird die DIN 50100 (1978): Werkstoffprüfung – Dauerschwingversuch – Begriffe, Zeichen, Durchführung, Auswertung

Ermittlung der Dauerfestigkeit

Der Wöhler-Versuch ist die anerkannte Methode zur Ermittlung der Dauerfestigkeit. Der Prüfkörper wird einer Folge von Einstufenschwingversuchen ausgesetzt. Geprüft wird mit Beanspruchungszyklen mit konstanter Amplitude, mit unveränderter Mittelspannung bzw. bei einem gleichbleibenden Spannungsverhältnis.

Im Wöhler-Versuch wird die Beanspruchung so gewählt, dass zumindest ein Prüfkörper bei kleiner Schwingspielzahl bricht, während ein Prüfkörper bis zur Grenzschwingspielzahl Nc den Versuch durchläuft. Die Spannungsamplituden werden zur Ermittlung der Dauerfestigkeit in Abhängigkeit von der bis zum Ermüdungsbruch ausgehaltenen Schwingspielzahl im doppelt-logarithmischen Maßstab aufgezeichnet. In der Verbindung der Messpunkte ergibt sich die Wöhler-Linie, hier als S-N-Linie benannt.

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