Betriebsfestigkeitsrechnung von kaltgeformten Bauteilen als Kombination von FKM-Methode und dem Konzept der wahren Spannungen in der Fördertechnik

Abstract

Der grundlegende Gedanke ist es, die Schädigung des Umformprozesses ohne neue Werkstoffversuche zu berechnen und daraus Korrekturfaktoren für die drei bestimmenden Größen der Wöhlerlinie (Dauerfestigkeit, Eckschwingspielzahl und Neigung) abzuleiten. Diese neue Wöhlerlinie, die somit eine Funktion der plastischen Dehnung darstellt, wird als Eingangsgröße für FEMFAT anstatt der bisher verwendeten Probenwöhlerlinie verwendet.<br />Das Programm geht also nicht von einer Wöhlerlinie ohne Einfluss der Umformung aus, sondern bekommt eine bereits abgeänderte Wöhlerlinie als Ausgangsbasis. Die weitere Berechnung erfolgt weitgehend nach der FKM-Richtlinie, das heißt alle anderen Einflussfaktoren verändern wiederum die neu gefundene Wöhlerlinie bis zur Bauteilwöhlerlinie.<br />Da das Berechnungskonzept von FEMFAT einachsig ist, reicht die Betrachtung einer Schädigungsvariablen, mathematisch dargestellt als Skalar, aus. Natürlich ist dies eine erhebliche Vereinfachung. Aus Sicht der Werkstoffkunde handelt es sich bei der plastischen Verformung und der daraus hervorgerufenen Werkstoffschädigung um ein dreidimensionales komplexes System. Für die praktische Einsetzbarkeit in FEMFAT ist es allerdings ausreichend.<br />Für die Berechnung der Schädigung eines plastisch umgeformten Bauteils aus Stahl werden somit folgende Kenntnisse beziehungsweise Berechnungen benötigt:<br />- Statische Finite Elemente Berechnung des Bauteils - Kenntnisse über das Fließverhalten von Stahl - Kenntnisse über die grundlegende Definition der Schädigung nach Kachanov und Lemaitre - Berechnung der Einflussfaktoren der Wöhlerlinie als Funktion der plastischen Dehnung - Kenntnisse über die Schädigungsberechnung nach der FKM-Richtlinie und daraus abgeleitete Grundlagen der Betriebsfestigkeit Von der Betriebsfestigkeitssoftware FEMFAT wird der Ansatz übernommen, die Wöhlerlinie mit ihren drei bestimmenden Größen entsprechend einem technologischen Einfluss zu verändern.<br />Mit der Kenntnis des Beanspruchungskollektives ergibt die lineare Schadensakkumulationshypothese einen Schädigungswert pro FEM-Knoten. Im Bereich hoher Umformung erträgt das Material unter Berücksichtigung des Einflusses der plastischen Dehnung höhere Schwingbelastungen als wenn die überelastische Dehnung in der Berechnung nicht mitberücksichtigt wird. Dies wird mit einem praktischen Beispiel aus der Fördertechnik bewiesen.