Fachbeiträge Safety-related components in vehicle construction are often designed as forged components. Current steel and aluminium alloy concepts offer a significant strength potential, which is also to be increased under cyclic loading conditions. In order to be able to dispense with cost and time-intensive iteration loops with prototypes during the development phase, the component design and optimisation is carried out virtually. A numeric calculation Sicherheitsrelevante Bauteile und Komponenten im Fahrzeugbau werden häufig als Schmiedebauteil ausgelegt. Dabei bieten aktuelle Stahl- und Aluminium-Legierungskonzepte ein erhebliches Festigkeitspotenzial, das auch zuverlässig unter zyklischer Belastung zu heben ist. Um auf kosten- und zeitintensive Iterationsschleifen mit Prototypen während der Entwicklungsphase verzichten zu können, gilt es, die Bauteilauslegung und -optimierung in den virtuellen Raum zu verlagern. Dazu wird eine numerische Bemessungsmethode 26 SchmiedeJOURNAL März 2014 benötigt, die das Werkstoff- beziehungsweise Bauteilverhalten unter zyklischer Belastung präzise beschreibt. Zur Anwendung der Lebensdauerabschätzungskonzepte werden nicht nur unterschiedliche Werkstoff- und Bauteilkennwerte benötigt, auch unterscheiden sich die Simulationsergebnisse mitunter erheblich, sodass der Konstrukteur sich entscheiden muss, welchem Ergebnis er vertrauen soll. Durch eine Kombination aus Kerbdehnungs- und Nennspannungskonzept wird eine Methode zur werkstoffbasierten Lebensdauerabschätzung geschaffen, die den aktuellen Anforderungen gerecht wird und eine zuverlässige Bewertung von zyklisch belasteten Sicherheitsbauteilen aus Stahl und Aluminium ermöglicht. Einleitung Mit Blick auf eine virtuelle Produktentwicklung nimmt die Bedeutung von rechnerischen Methoden zur Abschätzung der Bauteillebensdauer zu. Neben den Geometriedaten werden Werkstoffkennwerte benötigt, die das Materialverhalten unter zyklischer Beanspruchung beschreiben, das sind das zyklische Spannungs- Dehnungsverhalten sowie das Beanspruchungs- Lebensdauer- Verhalten. Für die numerische Beanspruchbarkeitsanalyse von zyklisch beanspruchten Bauteilen steht eine Vielzahl an Methoden zur Verfügung, die nach Radaj und Vormwald 1 in bauteil- und werkstoffbezogene Bemessungsmethoden sowie bruchmechanische Ansätze eingeteilt werden können. Im Folgenden wird anhand des Nennspannungskonzepts beziehungsweise des daraus abgeleiteten Kerbspannungskonzepts als Vertreter der bauteilbezogenen Bemessungskonzepte und des Kerbdehnungskonzepts als Vertreter der werkstoffbezogenen Bemessungskonzepte das Vorgehen erläutert Werkstoffbasierte Lebensdauerabschätzung von Schmiedebauteilen aus Stahl und Aluminium B. Eng. Matthias Hell, Dr.-Ing. Rainer Wagener und Prof. Dr.-Ing. Tobias Melz, Darmstadt method is necessary for this, which precisely describes the material or component behaviour under cyclic loading conditions. When applying the service life estimate concepts, not only are different material and component characteristic values necessary, but simulation results also vary considerably, such that the designer needs to decide which result he should trust. Using a combination of notch elongation and nominal stress concepts, a method to estimate material-based service life is created, which satisfies current requirements and enables a reliable evaluation of cyclically-loaded safety components made from steel and aluminium. Material-based Service Life Estimates of Forged Components Made of Steel and Aluminium
2014-03-Schmiede-Journal
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