Ermüdungsfestigkeit geschweißter Bauteile

Theorie

FKM steht für Rechnerischer Festigkeitsnachweis von Maschinenbauteilen. Die Richtlinie wurde auf der Grundlage ehemaliger TGL-Standards, der früheren Richtlinie VDI 2226 und weiterer Quellen erarbeitet und auf den neuen Erkenntnisstand weiterentwickelt. Die Richtlinie ist ein Berechnungsalgorithmus, bestehend aus Anweisungen, Formeln und Tabellen. Stellt ein allgemeines Verfahren zur Berechnung der Festigkeit von Bauteilen im Maschinenbau dar.


Anwendungsbereich der FKM-Richtlinie:


  1. Im Maschinenbau und verwandten Bereichen.
  2. Rechnerischer Nachweis für stabförmige, flächenförmige und volumenförmige Bauteile.
  3. Statischer Nachweis und Ermüdigungsnachweis.
  4. Nachweis mit Nennspannungen oder örtlichen Spannungen.
  5. Ist anwendbar für Bauteile, die mit oder ohne spanabhebende Bearbeitung oder auch durch Schweißen hergestellt werden.

Auf unserer Seite sind 4 Berechnungstools in Anlehnung an FKM-Richtlinie dargestellt:

  • Statische Festigkeit (un-)geschweißter Bauteile
  • Ermüdigungsfestigkeit (un-)geschweißter Bauteile.
Ermüdungsfestigkeit geschweißter Bauteile

Spannungskennwerte

Spannungen: Wechselnd

Spannungsamplituden
σ⊥,a,i [MPa]
σII,a,i [MPa]
τa,i [MPa]
zugehörige Mittespannungen
Mittelspannung - senkrecht zur Schweißnaht σ⊥,m,i 0 [MPa]
Mittelspannung - parallel zur Schweißnaht σII,m,i 0 [MPa]
Mittelspannung - Schubspannung τm,i 0 [MPa]
Werkstoffkennwerte
Mindeststreckgrenze Rp - [MPa]
Temperaturfaktor1 KT,D 1 [-]
Konstruktionskennwerte
Randschichthärtung: Keine
Randschichtfaktor KV 1 [-]
Schutzschichtfaktor KS 1 [-]
Dickenfaktor2 ft 1 [-]
Schweißnahtfaktor3 αW - [-]
Plastische Stützzahl4 npl 1 [-]
Bauteilfestigkeit
Infobox: Dauerfestigkeitsnachweis
Bauteilklasse5 FAT 90 [-]
Werkstoffwechselfestigkeit σWK,⊥ - [MPa]
Werkstoffwechselfestigkeit σWK,II - [MPa]
Werkstoffwechselfestigkeit τWK - [MPa]
Mittelspannungsfaktor6 KAK 1 [-]
Betriebsfestigkeitsfaktor7 KBK,σ 1 [-]
Amplitude der Bauteil-Betriebsfestigkeit σBK,⊥ - [MPa]
Amplitude der Bauteil-Betriebsfestigkeit σBK,II - [MPa]
Amplitude der Bauteil-Betriebsfestigkeit τBK - [MPa]
Sicherheitsfaktoren
Sicherheitsfaktoren: Konservativ angesetzt
Material Sicherheitsfaktor8 jF 1.4 [-]
Last Sicherheitsfaktor jS 1 [-]
Gesamt - Sicherheitsfaktor jD - [-]
Nachweis
zyklischer Auslastungsgrad aBK,⊥ - [-]
zyklischer Auslastungsgrad aBK,II - [-]
zyklischer Auslastungsgrad aBK,τ - [-]
zyklischer Vergleichsauslastungsgrad aBK,σv - [-]
Anmerkungen zu den Faktoren
  1. Temperaturfaktor: Dieser berücksichtigt einen Einfluss von erhöhten Temperaturen auf die Festigkeit des Werkstoffes
  2. Dickenfaktor: Dieser berücksichtigt eine Festigkeitsreduzierung durch die Dicke des Bauteils
  3. Schweißnahtfaktor: Dieser berücksichtigt einen Einfluss der Belastung der Schweißnaht.
  4. plastische Stützahl: Diese berücksichtigt plastische Tragreserven, welche eine höhere Belastung des Bauteils erlauben.
  5. FAT: Kategorisiert die entsprechende Schweißnahtart, hat einen direkten Einfluss auf die zulässige Spannungsamplitude
  6. Mittelspannungsfaktor: Dieser berücksichtigt den Einfluss von Eigen- und Mittelspannungen. Bei einer Mittelspannung im Zug Bereich, kann der Wert von 1 nicht mehr konservativ sein
  7. Betriebsfestigkeitsfaktor: Berücksichtigt die Belastung des Lastkollektiv und die geforderte Zyklenzahl. Hier Dauerfestigkeits- und KEIN Zeitfestigkeitsnachweis
  8. Material Sicherheitsfaktor: Dieser berücksichtigt einen Einfluss von Schadensfolge und Inspektionshäufigkeit
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