Miner⁺: VHCF-Festigkeitspotentiale

Motivation

Das Forschungsziel des Projektes liegt in der Erschließung und der rechnerischen Beschreibung des wissenschaftlich erkannten Festigkeitspotentials von variablen Belastungen im Bereich sehr hoher Schwingspielzahlen. Dieses sogenannte »Miner⁺-Phänomen« beschreibt eine Lebensdauerverlängerung bzw. Schwellenwertanhebung von variablen Belastungsamplituden gegenüber einer Einstufenbelastung und steht damit im Widerspruch zu den aktuell verbreiteten Miner-Regeln der Schädigungsakkumulation. Mit Hilfe des Projektes soll die aktuelle Unsicherheit über das Auftreten und die Ausprägung des Effektes abgebaut und eine direkte Nutzbarkeit des bisher unerschlossenen Festigkeitspotentials speziell für Stahlwerkstoffe möglich werden.
 

Projektziele

Als Ergebnis der Untersuchungen soll ein Beiblatt zur FKM-Richtlinie »Rechnerischer Festigkeitsnachweis für Maschinenbauteile« vorbereitet werden, in dem ein neuer Berechnungsalgorithmus zur Ausnutzung des Miner⁺-Effektes beschrieben wird und aus dem eine konkrete Verfahrensanweisung zur experimentellen Absicherung hervorgeht. Mit Hilfe der avisierten Absicherung wird sichergestellt, dass die Ausnutzung der bisher nicht nutzbaren Festigkeitsreserven unter der Wahrung einer stets konservativen Bauteilauslegung erfolgt.

Zudem wird eine Handlungsempfehlung als Entscheidungshilfe erstellt, in der beschrieben wird, unter welchen Gegebenheiten ein Miner⁺-Effekt zu erwarten ist und die neue Auslegungsmethode somit zu einer verbesserten Ausschöpfung des Festigkeitspotentials führt. In diesem Dokument erfolgt auch eine explizite Beschreibung der Möglichkeiten und Grenzen des Miner⁺-Effektes.

Diese geplante Einbindung der Forschungsergebnisse in die industriell verbreitete FKM-Richtlinie ermöglicht kmU eine direkte industrielle Nutzung der Projektergebnisse.

Inhaltliche Schwerpunkte des Gesamtprojektes

• Stärkere Ausnutzung des Festigkeitspotentials durch Nutzbarmachung von werkstofflichen Festigkeitsreserven unter der Wahrung einer konservativen Bauteilauslegung
• Übertragbarkeit des Miner⁺-Effekts absichern (Werkstoff, Wärmebehandlungszustand, Oberflächenzustand, Kerbformzahl K_t, Belastung)
• Erarbeitung eines werkstoffphysikalischen Grundverständnisses des Miner⁺-Effektes und der Zusammenhänge zwischen dem Werkstoffverhalten bei quasistatischer und zyklischer Belastung
• Vorbereitung eines Beiblatts für Stahlwerkstoffe der FKM-Richtlinie »Rechnerischer Festigkeitsnachweis für Maschinenbauteile« für den Nachweis und die Nutzung des Festigkeitspotentials