Am Beispiel eines Schwenklagers wird gezeigt, dass die Berücksichtigung von Kontakt und Schraubenvorspannkräften in der statischen FE-Berechnung einen erheblichen Einfluss auf die rechnerische Lebensdauerabschätzung hat. Die Vernachlässigung dieser nichtlinearen Effekte führt zu einem abweichenden Ergebnis in Bezug auf den aus Einstufenschwingversuchen bestimmten kritischen Schadensort. Darüber hinaus treten während des Betriebslastnachfahrversuchs Massenträgheitseffekte, bedingt durch hohe Beschleunigungswerte, auf. Die bei der Einheitslastberechnung angewendete 'Inertia Relief' Methode zeigt hierbei deutliche Vorteile im Vergleich zur konventionellen Methode. Neben der Berücksichtigung der Massenträgheitskräfte unterliegt hierbei das Bauteil keiner versteifenden Einspannung und es können für alle Anbindungspunkte die MKS-Schnittlastzeitverläufe in der Lebensdauersimulation berücksichtigt werden. Gerade im Zuge des angestrebten Leichtbaus kann durch die Anwendung der Inertia Relief Methode in den weniger kritischen Bereichen Potenzial für eine Gewichtoptimierung aufgedeckt werden. Spannungsorientiert arbeitende Optimierungsprogramme können bereits heute von dieser Methode profitieren. Eine Spannungserhöhung um 15 % verknüpft mit einer für Stahl typischen Wöhlerlinieneigung von 5 halbiert die Lebensdauer. Schon aus diesem Grund ist es wichtig, die Spannungstensoren der Elemente des zu untersuchenden Bauteils möglichst genau zu berechnen. Bei der langen Berechnungskette für Lebensdauervorhersagen muss auch der wirtschaftliche Aspekt in Betracht gezogen werden, wobei ein guter Kompromiss zwischen dem getriebenen Aufwand und der Ergebnisqualität anzustreben ist. Die Erfahrungen mit der Berücksichtigung nichtlinearer Effekte haben gezeigt, dass ein etwas größerer Aufwand bei der FE-Analyse bzw. der Modellierung entscheidend für die Vorhersagequalität ist.
Berücksichtigung von nichtlinearen und dynamischen Effekten bei der FE-Simulation und ihre Auswirkung auf die Lebensdauer
Consideration of non linear and dynamic effects in the FE-simulation and its influence on fatigue life
2002
15 Seiten, 10 Bilder, 1 Tabelle
Conference paper
German