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Ermüdung

Unter Ermüdung versteht man die Festigkeit eines Bauteils bei wechselnder Beanspruchung. 

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Ausschlaggebend sind hier nicht die maximalen Spannungen, die über einen statischen Nachweis überprüft werden, sondern die Spannungsamplituden, sowie die Lage der Mittelspannung. Es wird unterschieden in High Cycle Fatigue HCF bei Lastspielzahlen > 10.000 und Low Cycle Fatigue LCF bei geringen Lastspielzahlen < 10.000. Beim LCF kommt es oft zu plastischen Deformationen im Bauteil. 

Der Nachweis kann entweder zeitfest für eine gegebene Anzahl von Lastwechseln oder dauerfest geführt werden. Spezialfälle sind schwellende oder wechselnde Lasten mit konstanter Lastamplitude. Einflussfaktoren bei der Ermüdungsfestigkeit sind u.a. die Oberflächenrauhigkeit, die Größe der Bauteile, Temperatur, Stützwirkung usw. Die Spannungsamplituden werden in der Regel durch FE-Berechnungen ermittelt und mit speziellen Softwaretools wie FEMFAT bewertet. 

Bei sich ändernden Lastamplituden und Häufigkeiten können Schadensakkumulationsrechnungen durchgeführt werden, die einen bestimmten Auslastungsgrad ergeben. Liegt der Auslastungsgrad > 1, kommt es rechnerisch zu einem Versagen des Bauteils. Kann der Ermüdungsfestigkeitsnachweis geführt werden, treten in der Regel keine Versagensfälle bei den angenommenen Lasten auf. Die Konstruktion ist dann „sicher“. 

Der Umkehrschluss, dass ein Bauteil genau bei Erreichen des Auslastungsgrades 1 versagt, ist nicht zulässig, da es sich um konservative Verfahren handelt. 

Berechnungen der Ermüdung im Überblick

Die Komplexität bei der Berechnung von Ermüdung reicht von konstanten, einachsigen Lastamplituden bis hin zur Berücksichtigung multiaxialer Spannungszustände mit gemessenen Lastzeitreihen. 

  • Dauerfestigkeit 
  • Gewaltbruch 
  • Lebensdauer 
  • Low Cycle Fatigue 
  • High Cycle Fatigue 
  • Zeitfestigkeit 

Anwendungsgebiete der Ermüdung

Nachweis der Dauer- oder Zeitfestigkeit von: 

  • Gehäusen 
  • Pumpen 
  • Motoren 
  • Getriebe 
  • Maschinenkomponenten 
  • Bauteilen jeglicher Art 

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