Ermüdungsbewertung

Die Simulation ist nur der erste Schritt

Ein wesentlicher Bestandteil des Strukturentwurfs ist die qualifizierte Bewertung der Ermüdungslebensdauer und der Dauerhaftigkeit der Struktur auf der Grundlage der FEA-Ergebnisse. DESIGNTEC als Partner von MAGNA POWERTRAIN – ENGINEERING CENTER STEYR GmbH & Co KG, dem Entwickler von Software für Ermüdungsanalysen FEMFAT, bietet eine breite Palette von Dienstleistungen an, die Ihnen helfen, Ermüdungsschäden an Ihren Strukturen oder Produkten in Übereinstimmung mit den geltenden Normen und Industriestandards zu berechnen und zu bewerten.

Anwendungen der Ermüdungsbewertung

Proportional belastete Komponenten mit konstanten Lastzyklen

Geeignet für Situationen, in denen die Struktur einem konstanten Zyklus oder einer Folge von nicht konstanten Lastzyklen ausgesetzt ist und sich die Ausrichtung der Hauptspannungen und -dehnungen während des Lastzyklus nicht ändert (proportionale Belastung). Die Belastungssituation wird in der Regel durch obere und untere Spannungszustände sowie einen optionalen konstanten Spannungszustand definiert. Das Lastkollektiv kann so definiert werden, dass eine Folge von nicht konstanten Lastwechseln berücksichtigt wird. Die Lebensdauer- oder Sicherheitsfaktoranalyse kann mit Hilfe von Spannungs- oder Dehnungs-Lebensdauer-Modellen durchgeführt werden.

Multiaxial belastete Komponenten

Festigkeitsanalysen an Bauteilen mit mehrachsiger Belastung (Richtungen der Hauptspannungen können sich ständig ändern) auf der Grundlage von Last-Zeit-Verläufen aus transienten FE-Analysen (transientenbasierte Definition) oder aus Mehrkörpersimulationen / Messsignalen (kanalbasierte Definition). Die sich daraus ergebende Leistung der Struktur kann in Form von Schadenswerten, Dauersicherheitsfaktoren, statischen Sicherheitsfaktoren oder Lebenszeit bewertet werden.

Random Response Ermüdungsberechnungen

Methode zur Analyse der Ermüdungslebensdauer von multiaxial, stochastisch aufgelösten Strukturen. Die Analyse wird vollständig im Frequenzbereich durchgeführt, wobei die Lasten als Leistungsspektraldichte (PSD) definiert werden. Die Vorhersage der Ermüdungslebensdauer im Frequenzbereich ist realistischer und effizienter als die Analyse im Zeitbereich für viele Anwendungen mit zufälligen Belastungen wie Wind-/Wellenlasten, Turbulenzen oder Rütteltests.

Thermomechanische Ermüdung

Verwendbar in Situationen, in denen eine kombinierte thermische und mechanische Belastung auftritt, wie bei Zylinderköpfen, Turboladern oder Turbinenschaufeln. Für die Ermüdungsanalyse verwenden wir das FEMFAT-Wärmemodul, das die Sehitoglu-Methode für die thermomechanische Ermüdung bei niedrigen Zyklen anwendet. Diese Methode berücksichtigt drei relevante Schadensmechanismen – mechanische, umweltbedingte und Kriechschäden.

Schweißnähte

Für die Ermüdungsanalyse von Schweißnähten verwenden wir FEMFAT weld – ein FEMFAT-Modul zur Bewertung von dynamisch beanspruchten Schweißnähten. Es können Modelle für die Analyse von Schalen-, Massiv- und gemischten Schalen-Lehm-Schweißnähten verwendet werden. Die Leistung von Schweißnähten kann anhand von Schadens-/Lebensdauer- oder Dauerhaftigkeits-Sicherheitsfaktoren bewertet werden.

Punktschweißen

Ermüdungsanalyse von Punkt-Verbindungen (Schweißnähte, Nieten) in dünnen Blechen basierend auf dem FEMFAT-Modul SPOT. Für die Bewertung der Ermüdung können sowohl kraft- als auch spannungsbasierte Methoden verwendet werden.

Methoden und Technologie

DESIGNTEC bietet ein umfassendes Spektrum an Ermüdungsanalysen auf der Grundlage von Technologien und Methoden, die in der Software für CAE-basierte Ermüdungsanalysen FEMFAT implementiert sind:

• Hochzyklische Ermüdung (Stress-Life-Modell),
• Ermüdung bei niedrigen Zyklen (Strain-Life model),
• Critical plane und und Spannungsberechnung,
• Rainflow counting,
• Neuber-Regel (elasto-plastische Spannungen auf der Grundlage einer linear elastischen FE-Analyse),
• Miner-Regel (Schadenssummierung),
• Analyse des Sicherheitsfaktors,
• Materialgenerierung (die Erstellung eines neuen Materials auf der Grundlage der Definition einer Materialklasse und bestimmter Materialparameter unter Spannung).

Bei den Analysen können wir viele interagierende Ermüdungseinflüsse berücksichtigen:

• Kerbeinfluss (durch relativen Spannungsgradienten)
• Einfluss der mittleren Spannung
• Einfluss der Oberflächenrauhigkeit
• Einfluss der technologischen Parameter
• Anlaßbedingung
• Technologische Oberflächenbehandlung (Kugelstrahlen, Walzen, Aufkohlen, Nitrieren, Karbonitrieren, Induktionshärten, Flammhärten)
• Temperatureinfluss
• Der statistische Einfluss
• Einfluss des Schmiedens (technologischer Faktor)
• Gegossenes Mikrogefüge

Materialmodelle und Materialeigenschaften

Die Materialeigenschaften für Materialmodelle haben wir auf der Grundlage von

• Industrienormen (deutsche FKM-Richtlinie, EC3),
• umfassende FEMFAT-Materialdatenbank mit über 500 Materialdatensätzen,
• FEMFAT-Materialgenerator,
• benutzerdefinierte Werte aus Ihren Materialtests.