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  • Kapitel 6_2 Regelwerke und Software

    6.2- Regelwerke

    1

  • Kapitel 6_2 Regelwerke und Software

    Allgemeine Regelwerke ohne Bezug zu Branchenanwendungen für ungeschweißte

    Strukturen

    - DIN 743 1 - 4 Tragfähigkeit von Achsen und Wellen

    Allgemeine Regelwerke ohne Bezug zu Branchenanwendungen für ungeschweißte

    und geschweißte Strukturen

    - FKM 183 Rechnerischer Festigkeitsnachweis für Maschinenbauteile

    Branchenbezogene Regelwerke für ungeschweißte und geschweißte Strukturen

    - DIN EN 13445 1 - 6 Unbefeuerte Druckbehälter aus Stahl

    - KTA 3201.2 Komponenten des Primärkreises von Leichtwasserreaktoren,

    Teil 2 Auslegung, Konstruktion und Berechnung

    Allgemeine Regelwerke ohne Bezug zu Branchenanwendungen für geschweißte

    Strukturen

    - IIW Recommendations IIW Document Dok. IIW-1823-07 (12/2008)

    Recommendations for Fatigue Design of Welded Joints and

    Components

    - DIN EN 1993 (Eurocode EC3 Stahl, Rohrleitungen, Silos, Tanks,

    Kranbahnen, Brücken, Türme, Masten, Stahlhochbauten)

    2

  • Kapitel 6_2 Regelwerke und Software

    spezielle Regelwerke und Richtlinien (weitere Auswahl ohne Anspruch auf

    Vollständigkeit)

    - DIN 18 800 ( Stahlbau )

    - DIN EN 13001 1 - 5 ( Krane ) ersetzt DIN 15018

    - AD 2002 ( Druckbehälter TÜV )

    - DS 804 ( Eisenbahnbrücken )

    - DS 952 ( Eisenbahnfahrzeuge ) Güteanforderungen nach DIN 6700

    - BS 7608 ( Stahlbau, GB )

    - BS 5400 ( Brückenbau, GB )

    - BS 8118 ( Behälterbau, GB )

    - GL ( Germanischer Lloyd, Schiffbau )

    - ASME ( Behälterbau, div. Codes USA )

    3

  • Kapitel 6_2 Regelwerke und Software

    Anwendung

    - überwiegend HCF - Bereich ( ≥ 104 Lastwechsel )

    Softwareunterstützung

    - FKM 183 durch - AutoFENA 3D ( ihf: teilweise integriert in ANSYS Workbench )

    - RiFest Plus ( IMA: Auswertungshilfe für je einen Nachweispunkt )

    - Kisssoft ( Kisssoft: Auswertungshilfe für je einen Nachweispunkt )

    - MDesign ( Tedata: Auswertungshilfe für je einen Nachweispunkt )

    - DIN 743 - Kisssoft ( Kisssoft: Auswertungshilfe für je einen Nachweispunkt )

    - MDesign ( Tedata: Auswertungshilfe für je einen Nachweispunkt )

    Weitere Softwareunterstützung für andere Regelwerke nicht vorhanden bzw.

    bekannt!

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  • Kapitel 6_2 Regelwerke und Software

    LCF – Nachweise ( ≤ 104 Lastwechsel )

    - in Regelwerken größtenteils nicht enthalten außer:

    - DIN EN 13445 1 - 6 mit fiktiven Spannungen bei linear - elastischer FE-Rechnung

    - KTA 3201.2 mit fiktiven Spannungen bei linear - elastischer FE-Rechnung

    - beide Regelwerke sind branchenbezogen

    Software für Betriebsfestigkeitsnachweise unabhängig von Regelwerken nach Stand der

    Technik

    - DesignLife ( HBM/nCode: weitgehend integriert in ANSYS Workbench, umfangreiche Module )

    - FEMFAT ( ECS: Datenaustausch mit FE-Software möglich über ASCII,

    umfangreiche Module; HCF-orientiert )

    - FAT4FEM ( Safe-FEM: Datenaustausch mit FE-Software möglich über ASCII,

    Leistungsumfang gegenüber DesignLife und FEMFAT deutlich

    geringer )

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  • Kapitel 6_2 Regelwerke und Software

    Einflussgrößen

    - K2F statische Stützwirkung ( plastischer Stützfaktor )

    - K1(deff) technologischer Größenfaktor

    - K2(d) geometrischer Größenfaktor ( ungekerbte Rundprobe )

    - K3(d) geometrischer Größenfaktor ( Kerbwirkungszahl )

    Anwendungsbereich

    - Nachweis gegen Dauerbruch ( Betriebsfestigkeit ) und bleibende Verformung

    - geeignet für stabförmige Bauteile aus Stahl ( ungeschweißt )

    - konstante ( ggfls. auch veränderliche ) Amplituden

    - Zug / Druck, Biegung, Torsion im Wechsel- oder Schwellbereich

    - Temperaturbereich - 40 °C bis 150 °C

    - keine Unterscheidung zwischen Umlauf- und Flachbiegung

    - korrosionsfreie Umgebungsmedien

    - Grenzlastspielzahl NG = 10 7

    E DIN 743 Okt. 2008: Anwendungsbereich und Einflußgrößen

    Nachweis Betriebsfestigkeit:

    - Kollektivanteile rechts von ND werden nicht berücksichtigt

    ( Miner - erweitert )

    - Berechnung schädigungs-

    äquivalenter Spannungs-

    amplitude

  • Kapitel 6_2 Regelwerke und Software

    E DIN 743 Okt. 2008: Einflussgrößen und Überlastungsfälle

    Einflussgrößen

    - KF, KF Oberflächeneinfluss

    - αK Formzahl

    - β, β Kerbwirkungszahl

    - KV Randschichtverfestigung

    - G‘ Bezogenes Spannungsgefälle

    - K, K Mittelspannungsempfindlichkeit

    - F Erhöhungsfaktor Fließgrenze

    Überlastungsfälle

    - F1 Mittelspannung konstant, Amplitude steigt an

    - F2 Mittelspannung und Amplitude steigen proportional zueinander an

    Mindestsicherheitsfaktor

    - Smin Smin = 1,2, aktuelle Sicherheitsfaktoren nach Erfahrung des Anwenders

    σADKF1 dauerfeste Amplitude

    für Überlastfall 1

    σADKF2 dauerfeste Amplitude

    für Überlastfall 2

    σmv, σa Betriebspunkt

  • Kapitel 6_2 Regelwerke und Software

    8

    8

    E DIN 743 Okt. 2008:

    Dauerfestigkeitsschaubild

  • Kapitel 6_2 Regelwerke und Software

    Anwendungsbereich

    - Maschinenbau und verwandte Bereiche der Industrie

    - rechnerischer Nachweis der statischen Festigkeit und Ermüdungsfestigkeit

    - geeignet für Bauteile aus Walz- und Schmiedestahl, auch nichtrostend

    - Gußeisen und Aluminiumwerkstoffe

    - Bauteile mit und ohne spanabhebende Bearbeitung, auch geschweißt

    - Einstufen- oder Kollektivbeanspruchung

    - Temperaturbereich - 40 °C bis 500 °C

    - korrosionsfreie Umgebungsmedien

    statischer Festigkeitsnachweis

    Ermüdungsfestigkeitsnachweis

    - Dauerfestigkeitsnachweis

    - Betriebsfestigkeitsnachweis

    - Festigkeitsnachweis mit experimentell bestimmten Bauteilfestigkeitswerten

    FKM – Richtlinie Bericht 183: Festigkeitsnachweise

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  • Kapitel 6_2 Regelwerke und Software

    Nennspannungskonzept

    Konzept mit örtlichen Spannungen ( linear – elastisch )

    Nachweis für mehrachsige Spannungen: Spannungsdifferenzierung nach

    - proportional

    - synchron ( Amplituden proportional, Mittelspannungen nicht proportional )

    - nicht proportional ( Amplituden weder synchron noch proportional, Mittelspannungen

    nicht proportional )

    FKM – Richtlinie Bericht 183: Spannungsermittlung

    - Nenn – Biegespannung Sb - örtliche Biegespannung bn

    - Nenn – Schubspannung Tt - örtliche Schubspannung tn

    - Formzahl Kt - Kerbwirkungszahl Kf

    verwendete Bezeichnungen in Anlehnung an anglo-amerikanische Bezeichnungen

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  • Kapitel 6_2 Regelwerke und Software

    FKM – Richtlinie Bericht 183: Statischer Festigkeitsnachweis

    Vermeidung von Dehnungen  Formdehngrenze

    Werkstoff

    - technologischer Größenfaktor Kd,p , Kd,m

    - Anisotropiefaktor KA

    - Temperaturfaktor KT,p , KT,m

    Konstruktion

    - Einfluss konstruktiver Gestaltung KSK

    - Schweißnahtfaktor W

    - Graugussfaktor, nichtlin. - Verhalten von GG

    bei Zug / Druck oder Biegung ( örtl. Spannungen ) KNL,E

    - plastische Stützzahl npl

     Sicherheit ( Fließen ) jp  1,5 ( Stahl ) jm  2,1 ( Guß )

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  • Kapitel 6_2 Regelwerke und Software

    FKM – Richtlinie Bericht 183: Betriebsfestigkeitsnachweis

    Faktorielle Modifikation der Wechselfestigkeit des Werkstoffs

     Werkstoff - technologischer Größenfaktor Kd,p , Kd,m

    - Anisotropiefaktor KA

    - Temperaturfaktor KT,p , KT,m

     Konstruktion - Kerbwirkungszahl Kt

    - Stützzahl n

    - Oberflächenrauhigkeitsfaktor für Rz KR

    - Randschichtfaktor / Schutzschichtfaktor KV / KS

    - Graugussfaktor KNL,E

     Sicherheit Schwingfestigkeit jD ≈ 1,5 (Stahl)

     Dauerfestigkeit - Mittelspannungsfaktor KAK

    - Mittelspannungsempfindlichkeit M

     Betriebsfestigkeit - Zyklenzahl Nquer

    - Kollektivform (Völligkeitsmaß) V

    - Minersumme DM

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  • Kapitel 6_2 Regelwerke und Software

    Klassierverfahren: Rainflowzählung empfohlen

    Spannungskollektive

    - experimentell ermittelt

    - Normkollektiv

    - Beanspruchungsgruppen

    - Äquivalentspannungsamplitude

    FKM – Richtlinie Bericht 183: Betriebsfestigkeitsnachweis

    Bauteilwöhlerlinie k, NDI,II

    Schadensakkumulation

    - Betriebsfestigkeitsfaktor KBK

    - Miner konsequent

    - Miner elementar

    - Minersumme Stahl, Al, GS ( ungeschweißt / geschweißt ) 0,3 / 0,5

    GGG, GT, GG 1,0

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  • Kapitel 6_2 Regelwerke und Software

    FKM – Richtlinie 183: Beschreibung von Lastkollektiven

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  • Kapitel 6_2 Regelwerke und Software

    FKM – Richtlinie Bericht 183: Festigkeitsnachweis mit experimentell bestimmten

    Bauteilfestigkeitswerten; Berücksichtigung statistischer Eigenschaften

    - Bauteil – Dauerfestigkeit mit

    - Treppenstufenverfahren

    - Abgrenzungsverfahren o.ä.

    - Bauteil – Ze

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