Fachartikel

Schwingfestigkeit dickwandiger Eisengussbauteile bei mehrachsigen Beanspruchungen
VON KLAUS STÖRZEL, MARKUS FASS, JÖRG BAUMGARTNER UND TOBIAS MELZ, DARMSTADT

 In hoch beanspruchten, dimensionierungsrelevanten Bereichen von Bauteilen liegen häufig zeitlich veränderliche mehrachsige Spannungszustände vor. An den Bauteiloberflächen, die im Allgemeinen versagensrelevant sind, herrschen ebene Spannungszustände. Die einzelnen Spannungskomponenten werden in den allermeisten Fällen nichtproportional, können in Sonderfällen aber auch proportional zueinander sein.

Multiaxial geprüfte Probe – repräsentativ für die Beanspruchung in einer Windkraftanlage.

Werkstoffe reagieren sehr unterschiedlich auf mehrachsige Beanspruchungen. Es gibt sowohl Werkstoffe, die bei nichtproportionalen im Vergleich zu proportionalen zyklischen Beanspruchungen mit Lebensdauerverlängerung, als auch solche, die mit Lebensdauerverminderung oder mit neutralem Verhalten reagieren. Wie sich der im Windkraftanlagenbau breit eingesetzte Werkstoff EN-GJS-400-18-LT mit Bruchdehnungen A5 ≥ 15 % unter mehrachsigen Beanspruchungen sowohl bei konstanten als auch bei variablen Amplituden verhält, wurde im AiF-Forschungsvorhaben „Multi- Wind“ näher untersucht. Des Weiteren wurden im Rahmen dieses Forschungsvorhabens rechnerische Methoden zur Schwingfestigkeitsbewertung weiterentwickelt.

Die Schwingfestigkeitsversuche erfolgten an gekerbten Rundproben aus Kugelgrafitguss (EN-GJS-400-18-LT). Es wurden folgende Versuchsreihen durchgeführt:

  • 10 Versuchsreihen mit konstanten Amplituden,
  • 8 Versuchsreihen mit gaußverteilten variablen Amplituden,
  • 1 Versuchsreihe mit variablen Amplituden eines „realen“ Zeitverlaufs.


Die gekerbten Rundproben wurden aus eigens abgegossenen Y-Blöcken entnommen. Vergleichend wurden auch zwei Versuchsreihen mit „bauteilentnommenen Proben“ aus einem Maschinenträger aus EN-GJS-400-18-LT durchgeführt. Hier zeigte sich, dass die Ergebnisse bei den untersuchten kombinierten Belastungen konstanter Amplituden in den Streubereichen der Versuche an den „Standardproben“ aus den Y-Blöcken liegen. 

Dipl.-Ing. Klaus Störzel, Dr.-Ing. Jörg Baumgartner, Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF, Darmstadt und Markus Faß, M.Sc., Prof. Dr.-Ing. Tobias Melz, Systemzuverlässigkeit und Maschinenakustik SAM, TU Darmstadt.


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pdf-Datei aus "GIESSEREI" Heft 7-8/2020 Seiten 48-52
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