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  • A 205: AVIF Forschung
    versteift sondern auch auf allgemeine Strukturen im realen Ingenieurwesen anwendbar ist Grundlage ist die Lebensdauervorhersage unter Berücksichtigung der lokalen Beanspruchung und der lokalen Beanspruchbarkeit Hierfür bieten sich Strukturspannungskonzepte an bei denen sich die örtliche Beanspruchung hauptsächlich über die auftretenden Momente definiert Bei dem Kerbspannungskonzept sollen die mit einem Finite Elemente Modell berechneten örtlichen fiktiven Spannungen als Grundlage einer Masterwöhlerlinie dienen mit der man die Beanspruchbarkeit auf Grund festgelegter Kenngrößen bestimmen kann Diese Kenngrößen galt es zu definieren und zu verifizieren Dabei sollten die unterschiedlichen Probenstrukturen Blechdicken und Schweißverfahren sowie Beanspruchungsarten als Parameter dienen die in die entwickelten Berechnungskonzepte mit hineinfließen und entsprechend das Ergebnis der Lebensdauervorhersage richtig bestimmen Es wurde gezeigt dass die Lasernaht im Bereich der Festigkeit der MSG Naht in nichts nachsteht Da bei der Lasernaht ohne Zusatzwerkstoffe geschweißt wird kommt diese Naht den Grundwerkstoffeigenschaften am nächsten Das bedeutet dass die guten Tiefzieheigenschaften des Werkstoffs DC 05 nicht verloren gehen Dies ist bei den MSG Nähten anders Durch die Verwendung eines Zusatzwerkstoffs beim Schweißen erhält man im Vergleich zum Ausgangswerkstoff ein erheblich härteres Schweißnugget Dadurch liegt die Dehnbarkeit des Schweißnuggets deutlich unter dem des Grundwerkstoffes Dies spielt aber für die Schwingfestigkeit eine untergeordnete Rolle Es wurden Bleche mit verzinkter Oberfläche untersucht Dadurch ergaben sich etwas größere Streuungen als ohne Beschichtung Die Beanspruchbarkeit der Schweißnaht sinkt etwas was auf den negativen Einfluss durch das Verdampfen der Zinkschicht während des Schweißvorgangs zurückzuführen ist Es hat sich herausgestellt dass die besten Berechnungsergebnisse mit dem Kerbspannungskonzept erzielt werden Es können dabei die Laser als auch die MSG Nähte für alle Versuche unter schwellender Beanspruchung bei demselben Grundwerkstoff in eine Masterwöhlerlinie unter geringer Streuung vereint werden Dabei wird mit einem Kerbradius an den Wärmeeinflusszonen von r 0 05 mm gerechnet Für Querzug bietet das Nahtstrukturspannungskonzept ähnlich gute Ergebnisse Bei diesem Konzept wird die

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  • A 209: AVIF Forschung
    in Bezug auf Festigkeit Zähigkeit und thermische Stabilität optimiert werden kann Das zu entwickelnde Wärmebehandlungsverfahren und der eingesetzte Werkstoff sollten dabei aufeinander abgestimmt werden Die Prozessdauer sollte möglichst verkürzt zumindest aber nicht verlängert werden Das bedingt möglichst hohe Temperaturen bei der Randschichtwär mebehandlung Das Carbonitrieren bei erhöhter Prozesstemperatur zur Erzeugung einer Randschicht mit erhöhtem Widerstand gegen Versagen durch Herz sche Pressung wurde in dem Vorhaben an 11 Einsatz und Vergütungsstählen eingesetzt um eine bezüglich Prozesssicherheit Kosten Stabilität und Lebensdauer optimale Paarung zu ermitteln Nach einer Vorauswahl wurde die thermische und mechanische Stabilität der erzeugten Restaustenitgehalte an den Stählen 18CrNiMo7 6 SAE4320 23MnCrMo5 32CrMoV13 und 33MnCrMo6 3 untersucht Anhand der Ergebnisse wurde ein 33MnCrMo6 3 als zu optimierender Stahl ausgewählt Die mechanischen Kennwerte diese Stahls wurden im Rahmen dieses Projektes ermittelt In einem Lebensdauerprüfstand wurden die Stähle 18CrNiMo7 6 SAE4320 und 33MnCrMo6 3 im carbonitrierten Zustand einer einsatzgehärteten Standardvariante in der Überrollungsprüfung gegenübergestellt Die Ergebnisse zeigen dass die carbonitrierten Zustände in der Überrollungsprüfung bei der bisher üblichen Laufzeit von 150 Stunden zu vereinzelt ausfallen um die Überlebenswahrscheinlichkeiten bestimmen zu können Die Randschichtzustände der drei carbonitrierten Varianten sind damit besser als es erwartet wurde Das Carbonitrieren bei erhöhter Temperatur wird als direktes

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  • A 210: AVIF Forschung
    die vergleichende Bewertung der Wirkung und der Einsatzmöglichkeiten zweier Korrosionsschutzalternativen und zwar einerseits der Verwendung von Tellerfedern aus korrosionsbeständigen Werkstoffen und andererseits der Beschichtung von Tellerfedern aus nicht korrosionsbeständigen Grundwerkstoffen Um die angestrebten Forschungsziele erreichen zu können ging die Untersuchung zuerst von dem Verhalten der Tellerfedern unter rein korrosiver Beanspruchung aus Anschließend wurden die Versuchstellerfedern zusätzlich mechanisch beansprucht und das Spannungsrisskorrosionsverhalten sowie das Schwingungsrisskorrosionsverhalten der einzelnen Tellerfedervarianten ermittelt Im Rahmen dieses Forschungsvorhabens wurden insgesamt folgende Untersu chungsmethoden an den Tellerfedern eingesetzt Tauchversuch VDA Wechseltest Elektrochemische Untersuchung Spannungsrisskorrosionsversuch mit Konstantlast Dehnungsinduzierter Spannungsrisskorrosionsversuch VDA Wechseltest mit mechanischer Beanspruchung Schwingungsrisskorrosionsversuch Begleitende Untersuchungen REM Untersuchung Eigenspannungsmessung usw Die hierbei untersuchten Tellerfedern können in zwei Gruppen unterteilt werden und zwar in unbeschichtete Federn aus nichtrostenden Stählen X10CrNi188 Werkstoff Nr 1 4310 und X7CrNiAl177 Werkstoff Nr 1 4568 und in beschichtete Federn aus 51CrV4 Werkstoff Nr 1 8159 Die Federn unterscheiden sich außerdem durch verschiedene Abmessungen Größe B und C und Fertigungszustände gestanzt gedreht und kugelgestrahlt Beispielhaft für die Vielzahl der im Betrieb möglichen Korrosionsmedien wurden für die Untersuchungen insgesamt sechs Medien ausgewählt die den Bereich von alkalischen bis sauren sowie unterschiedlich stark chlorionenhaltigen Medien umspannen Innerhalb des Untersuchungszeitraums wurden über 1200 verschiedene Versuche durchgeführt Die für die Untersuchungen benötigten Vorrichtungen und Prüfstände wurden am Institut für Werkstoffkunde der TU Darmstadt konzipiert und durch Vorversuche kontinuierlich verbessert Bei der Bewertung von Korrosionswirkungen empfiehlt es sich immer ein komplettes Kor rosionssystem Werkstoff Medium Beanspruchung zu betrachten Der gleiche Werkstoff zeigt u U unterschiedliche Korrosionsmechanismen in verschiedenen Medien eine zusätzliche mechanische Beanspruchung kann das Verhalten des Werkstoffs zusätzlich verändern Aus diesem Grund wurde das Korrosionsverhalten der Tellerfedern nach Medien und Beanspruchung getrennt untersucht Die umfangreichen und detaillierten Ergebnisse der vorliegenden Untersuchungen tragen wesentlich zu einem verbesserten Kenntnisstand über die Möglichkeiten aber auch Grenzen des Einsatzes von Tellerfedern aus

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  • A 212: AVIF Forschung
    für Lebensdauerberechnungen zu erweitern Als Grundlage hierzu wurden kraftgeregelte Schwingfestigkeitsversuche konstante und variab le Amplituden an Proben unter Berücksichtigung unterschiedlicher Werkstoffzustände ungereckt gereckt mit 10 für H220BD Z und HXT800T ZE sowie 2 5 für MSW 1200 Kerbformzahlen Kt 1 0 2 5 4 5 sowie Lastverhältnisse R 0 bzw 1 durchgeführt und die Ergebnisse in Form von Wöhler und Gaßnerlinien dargestellt Aus den Versuchsergebnissen lässt sich insgesamt ableiten dass tendenziell bei ungekerbten bzw schwach gekerbten Proben eine geringe Steigerung der Schwingfestigkeit durch die vorangehende Umformung festzustellen ist Der Einfluss der Umformung auf die Mittelspannungsempfindlichkeit ist ebenfalls gering Sowohl bei Versuchen mit konstanter als auch mit variabler Amplitude wird kein Einfluss der Umformung beobachtet Für ungekerbte Proben ist der Einfluss der Umformung in gleichem Maße aus dehnungsgeregelten und spannungsgeregelten Versuchen erkennbar Da die Schadensakkumulations Hypothese nach Palmgren Miner in der Praxis häufige Anwen dung findet wurden die Schädigungssummen gemäß Miner original elementar modifiziert mit 2k 1 berechnet und die Ergebnisse in tabellarischer Form zusammenfasst Weitere wichtige Kenngrößen für eine Lebensdauerabschätzung sind die Kerbwirkungszahlen die Stützziffern sowie die Mittelspannungsempfindlichkeiten die aus den Versuchsdaten ebenfalls ermittelt wurden und in Form von Tabellen und Diagrammen Haigh Diagramme dargestellt sind Für die Übertragbarkeit von Kennwerten aus Probenversuchen auf Bauteile wurde für alle Werkstoffe eine Korrelation der ertragbaren örtlichen Vergleichsspannungen mit dem höchstbeanspruchte Werkstoffvolumens HBV V90 vorgenommen Die Berechnung des HBV der Probengeometrien erfolgte mit Hilfe von FE Analysen Aus allen Wöhlerlinien wurden für N 5 106 die Nennspannungsamplituden ermittelt in örtliche Vergleichsspannungsamplituden nach von Mises umgerechnet und über V90 aufgetragen Über das HBV des Bauteils lässt sich aus diesem Diagramm die ertragbare Vergleichsamplitude ermitteln und somit der spannungsmechanische und statistische Größeneinfluss berücksichtigen Mit den Ergebnissen des vorliegenden Projektes liegt für die Werkstoffe H220BD Z HXT800T ZE sowie für MSW1200 zum einen eine umfangreiche experimentelle

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  • A 217: AVIF Forschung
    darin eine allgemeine und objektive Formulierung des Verdichtungsgrades zu finden Anhand von Dauerbiegeversuchen mit verdichteten Seilen sollten anschließend gesicherte Erkenntnisse über die Lebensdauer gewonnen werden und auf Basis der Versuchsergebnisse sollten Kennzahlen für eine Erweiterung der Lebensdauergleichung nach Feyrer bestimmt werden In weiteren Untersuchungen sollten zur Klärung der Versagensvorgänge Bruchcharakteristiken von gebrochenen Drahtproben aus den abgelegten Seilen der Dauerbiegeversuche mittels Licht und Rasterelektronenmikroskopie analysiert und verglichen werden Ergebnisse Die Formulierung einer allgemeinen Definition des Verdichtungsgrades ergab verschiedene Varianten Zu unterscheiden ist allerdings grundsätzlich ob die Verdichtung des Gesamtseils oder der Litzen bestimmt werden soll In beiden Fällen müssen zunächst Geometriedaten des unverdichteten und des verdichteten Zustandes gegeben sein Eine Berechnung des Verdichtungsgrades aus den Ist Daten ist ebenfalls möglich jedoch sehr aufwändig Für die Dauerbiegeversuche wurde eine Auswahl von insgesamt 21 Seilen verschiedener Hersteller mit zwei verschiedenen Durchmessern für ein Durchmesserverhältnis von Scheibe Seil D d 25 getestet Den Schwerpunkt bildeten 8 litzige Seile der Konstruktion Seale oder Warrington Seale mit unterschiedlichen Seileinlagen Mit diesen Versuchsseilen wurden zur Bestimmung der jeweiligen Bruchbiegewechselzahl Seildauerbiegeversuche bis zur Ablegereife durchgeführt Die Bruchbiegewechselzahlen bei verschiedenen Seilzugkräften wurden anschließend statistisch ausgewertet Es konnte festgestellt werden dass die Lebensdauer verdichteter Seile mit einigen Ausnahmen über der Lebensdauer baugleicher unverdichteter Seile liegt Die Untersuchungsergebnisse zeigten keine Abhängigkeit vom getesteten Durchmesser wohl aber von der Seileinlage Die für die Lebensdauerformel nach Feyrer erforderlichen Koeffizienten konnten jedoch aufgrund der großen Streuung der Ergebnisse noch nicht bestimmt werden Die fraktografischen Untersuchungen zeigten dass die Drahtbrüche ausschließlich durch Ermüdung hervorgerufen wurden Vor allem in den durch Biegung Pressung und Materialfließen beeinflussten Breichen der Drähte kommt es zu Brüchen Die Drahtbrüche an verdichteten Seilen sowohl in den Verschleißzonen zwischen Seil und Seilscheibe auf als auch zwischen den Drähten der einzelnen Lagen Eine exakte Quantifizierung der Einflüsse der Verdichtung auf die Lebensdauer ist

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  • A 220: AVIF Forschung
    nicht 400 900 N mm² typisch reinigungsgestrahlt vereinzelt 900 N mm² typisch kugelgestrahlt fast ausschließlich beobachtet werden Dies zeigt den gravierenden Einfluss des Eigenspannungstiefenverlaufes auf diese Schadensart Brüche mit Rissausgang unter der Oberfläche traten bei allen geprüften Werkstoffen 16MnCr5 20MnCr5 18CrNiMo7 6 Baugrößen mn 3 mm mn 5 mm mn 8 mm Verformungsgraden V 3 V 8 Vergießungsarten Block Strangguss Gefügezuständen WBH A WBH B und Arten der Einsatzhärtung direkt einfachhärtung nach isothermer Umwandlung an Prüfrädern mit Druckeigenspannungen 900 N mm² auf so dass kein direkter Einfluss dieser Prüfradeigenschaften auf das Auftreten von Brüchen mit Rissausgang unter der Oberfläche festgestellt werden konnte Eine Ausnahme stellt lediglich eine Variante mit sehr hohem Reinheitsgrad dar Diese wies im Versuch die höchste Zahnfußdauerfestigkeit auf Trotz hoher Druckeigenspannungen nach der Kugelstrahlbehandlung traten bei dieser Variante keine Brüche mit Rissausgang unter der Oberfläche auf und die Festigkeitssteigerung durch das Kugelstrahlen blieb somit voll nutzbar Je niedriger der Reinheitsgrad desto mehr und größere Ungänzen befinden sich im Material Größere Ungänzen senken die kritische Spannung welche beim Überschreiten zu einem inneren Bruch führen kann Dies wurde dadurch deutlich dass die untersuchte Variante mit dem höchsten Reinheitsgrad auch im kugelgestrahlten Zustand keine Brüche mit Rissausgang unter der Oberfläche aufwies und die Variante mit dem geringsten Reinheitsgrad als eine der wenigen Varianten auch im reinigungsgestrahlten Zustand Brüche mit Rissausgang unter der Oberfläche zeigte Je größer die Baugröße desto flacher ist der Lastspannungsabfall über der Werkstofftiefe und desto höher ist die Lastspannung in vergleichbaren Werkstofftiefen Dies führt zu einem leichteren Überschreiten der für innere Brüche kritische Lastspannung in der Tiefe Daher traten Brüche mit Rissausgang unter der Oberfläche öfter an den reinigungsgestrahlten Varianten der größten im Gegensatz zu den kleineren hier untersuchten Baugrößen auf Die Versuchsergebnisse zeigen insgesamt keinen bzw keinen nennenswerten Abfall der Zahnfußfestigkeit bei Grenzlastspielzahlen von 100 Mio gegenüber der Zahnfußfestigkeit nach Standardauswerteverfahren im ungestrahlten Zustand und bei für das Reinigungsstrahlen üblichen Druckeigenspannungen 900 N mm² Demnach behält die Angabe nach DIN 3990 auch bei Grenzlastspielzahlen bis 100 Mio ihre Gültigkeit Bei Druckeigenspannungen größer 900 N mm² ist bei Grenzlastspielzahlen von 100 Mio Lastwechseln in der Regel ein Abfall der Zahnfußfestigkeit gegenüber der Zahnfußfestigkeit nach Standardauswerteverfahren erkennbar Dennoch bleibt bei Grenzlastspielzahlen von 100 Mio ein Festigkeitsgewinn von ca 10 gegenüber den Varianten mit Druckeigenspannungen von 400 900 N mm² reinigungsgestrahlt erhalten Letzteres entspricht der ISO 6336 5 die für Zahnräder der Qualität MQ eine Steigerung der Zahnfußdauerfestigkeit von 10 durch Festigkeitsstrahlen im Vergleich zum Reinigungsstrahlen ausweist Zur genauen Bestimmung der Zahnfußfestigkeit muss jedoch ggf das Prüfverfahren angepasst werden Ob durch den Abfall der Zahnfußfestigkeit bei hohen Druckeigenspannungen eine Stepwise S N Curve entsteht oder ob ein kontinuierlicher Abfall vorliegt kann aufgrund des geringen Abfalls und der relativ geringen Versuchsbelegung nicht mit Sicherheit gesagt werden Die Ergebnisse verschiedener Varianten weisen jedoch darauf hin Die Bruchflächen der späten Brüche mit Rissausgang unter der Oberfläche aller Varianten wurden jeweils mit dem Raster Elektronen Mikroskop und mit Hilfe der Röntgenemissionsspektroskopie EDX analysiert Zusammenfassend kann festgestellt werden dass Ungänzen verschiedener Beschaffenheit Oxide und

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  • A 221: AVIF Forschung
    äquivalente matched und niedrigere undermatched UM Zeitstandfestigkeit besitzen Im Fo kus der vorliegenden Arbeit standen Schweißverbindungen moderner 9 12 Chromstähle Als Grundwerkstoff kamen der E911 X11CrMoWVNb9 1 1 zum Einsatz artgleich geschweißt mit Thermanit MTS 911 E911 Schweißgut overmatched geschweißt mit Thermanit MTS 616 P92 X10CrWMoVNb9 2 Schweißgut und undermatched geschweißt mit Thermanit MTS 3 P91 X10CrMoVNb9 1 Schweißgut Durch die unterschiedlichen Zeitstandfestigkeiten der Schweißgüter können Umlagerungs und Relaxationsvorgänge in den einzelnen Werkstoff zonen beeinflusst werden Somit erlaubt die Anpassung der Schweißguteigenschaften in Kombination mit einer optimierten Schweißnahtgeometrie eine Einflussnahme auf die Lage und Höhe der kritischen Größen wie der Mehrachsigkeit des Spannungszustandes und der Schädigung sowie der absoluten Höhe von Spannungen und Dehnungen Mit Hilfe einer detaillierten Basischarakterisierung der verwendeten Werkstoffe Zugversuche bei Raumtemperatur und 600 C Zeitstandversuche an homogenen Proben sowie Schweißverbindungsproben wurde im Vorhaben ein Materialmodell für inelastische Finite Elemente Simulationen entwickelt und erfolgreich anhand von Kleinproben aber auch an den zwei im Projekt durchgeführten Bauteilversuchen validiert Bei den Kleinproben zeigen Finite Elemente Simulationen sowie die experimentellen Ergebnisse einen Trend hin zu längeren Lebensdauern unter Verwendung des zeitstandschwächeren Schweißgutes Ein Einfluss des Flankenwinkels auf die Lebensdauer kann hier anhand von numerischen Untersuchungen nicht festgestellt werden Bei den Simulationen der Komponenten längsgeschweißte dickwandige Rohre unter Innendruck zeigte sich hingegen ein anderes Verhalten Trotz der Entschärfung des Spannungszustandes durch Verwendung des Schweißgutes mit niedrigerer undermatched Zeitstandfestigkeit kann ein nennenswerter positiver Einfluss auf die Schädigung im Bauteil durch die Variati on der Schweißguteigenschaften alleine nicht festgestellt werden Diese Feststellung wird auch von den vorliegenden Ergebnissen metallographischer Untersuchungen bestätigt Im Gegensatz zu den Kleinproben kann bei den Komponenten allerdings anhand numerischer Simulationen eine Reduzierung der Schädigung um 15 bei kleinen Flankenwinkeln 0 im Vergleich zu größeren Flankenwinkeln 15 bzw 22 festgestellt werden Des Weiteren zeigen FE Simulationen dass durch eine Kombination

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  • A 222: AVIF Forschung
    mehrachsig belasteten laserstrahlgeschweißten Feinblechverbindungen auf Basis von Kerbgrundbeanspruchungen sowie die Beschreibung des Festigkeitsverhaltens von Laserstrahlschweißverbindungen unter Belastung mit variablen Amplituden Die rechnerischen Methoden wurden auf Basis der Ergebnisse aus Schwingfestigkeits versuchen an laserstrahlgeschweißten Rohrproben aus dem Stahl S 235 G2T St 35 unter reiner Axialbelastung reiner Torsion und kombinierter phasengleicher konstante Hauptspannungsrichtungen sowie kombinierter phasenverschobener Axial und Torsionsbelastung veränderliche Hauptspannungsrichtungen sowohl mit konstanten als auch mit variablen Amplituden entwickelt und verifiziert Es wurden verschiedene Festigkeitshypothesen angewendet und bewertet sowie eine für die ingenieurmäßige Anwendung geeignete modifizierte Methode auf Basis von Kerbgrundbeanspruchungen entwickelt Es hat sich gezeigt dass bei den hier vorliegenden Schweißverbindungen von duktilen Grundwerkstoffen Beanspruchungen mit veränderlichen Hauptspannungsrichtungen im Vergleich zu Beanspruchungen mit konstanten Hauptspannungsrichtungen zu einer Verkürzung der Lebens dauer führen Mit Hilfe der entwickelten Festigkeitshypothese kann dieses Verhalten rechnerisch gut abgebildet werden Die mittels FEM Methoden nach dem Kerbspannungskonzept be rechneten lokalen Beanspruchungen an der Oberfläche der Ersatzkerbe werden in Spannung komponenten zerlegt durch die eine anschauliche Beschreibung des zweiaxialen Beanspruchungszustandes bei konstanter Phasenverschiebung über invariante Ellipsen im Spannungsraum möglich ist Über die Hauptachsen dieser Beanspruchungsellipse wird eine Vergleichsspannungsamplitude definiert deren freie Parameter an vorhandene Versuchsergebnisse angepasst wurden Über die KerbspannungsMasterwöhlerlinie kann damit die Lebensdauer zuverlässig abgeschätzt werden Weiterhin haben die durchgeführten Schwingfestigkeitsversuche gezeigt dass durch Spannungsarmglühen der Proben kein nennenswerter Einfluss auf die Lebensdauer sowohl bei Versuchen mit konstanten als auch bei Versuchen mit variablen Amplituden resultiert Ebenso zeigte sich dass die Mittelspannungsempfindlichkeit für die untersuchten Fälle im Bereich 0 R 1 vernachlässigt werden kann Für die Bewertung von Beanspruchungen mit veränderlichen Amplituden wird aufgrund der durchgeführten Schwingfestigkeitsversuche sowohl für einaxiale als auch für mehraxiale Beanspruchungen als zulässige Schadenssumme Dzul 0 5 empfohlen Vor dem Hintergrund der aus Kostengründen notwenigen Reduzierung von Hardwareversuchsschleifen gewinnt die virtuelle Festigkeitsauslegung von Fahrzeugkomponenten zunehmend an Bedeutung Die in diesem Forschungsvorhaben

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