Materials Testing Volume 54 Issue 7-8

Materials Testing

Volume 54 Issue 7-8

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Leichtbau mit Kunststoffen – Ermüdungsverhalten von lang-faserverstärkten Kunststoffen*

Johanna Fleckenstein, Andreas Büter May 28, 2013

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Abstract

Kurzfassung Basierend auf Schwingfestigkeitsuntersuchungen mit Flachproben wurde im Rahmen zweier Projekte der Einfluss der Faserausrichtung und des Faservolumengehalts auf die Schwingfestigkeit von Sheet Moulding Compound (SMC) untersucht. Darüber hinaus wurden hierbei auch verschiedene Spannungsverhältnisse und damit Mittelspannung betrachtet, um so, unter Berücksichtigung der Mittelspannungsempfindlichkeit, ein erstes Materialmodell zur Bemessung von SMC ableiten zu können. Im Rahmen dieser Veröffentlichung kann u. a. auf Basis dieser experimentellen Ergebnisse gezeigt werden, dass SMC eine hohe Schadenstoleranz besitzt.

Abgestimmte Testumgebung aus dem Baukasten für Betriebsfestigkeitsversuche an Cabrioverdecken*

Gregor Mawick, Christian Gries, Stefan Schmiedt, Thomas Kuttner May 28, 2013

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Abstract

Kurzfassung Ein flexibler Shakerbock für Cabrioverdecke mit einstellbaren Massen und Steifigkeiten ist entwickelt und für den Einsatz auf einer 4-Stempelanlage erprobt worden. Damit wird der Versuchsaufbau bestmöglich in der Geometrie, den Eigenfrequenzen und Eigenformen dem zum Zeitpunkt des Versuches nicht verfügbaren Gesamtfahrzeug angepasst. Durch den modularen Aufbau kann der flexible Shakerbock an verschiedene Fahrzeuge angepasst werden und ermöglicht den Aufbau aller üblichen Dachsysteme.

Zur Lebensdauerberechnung faserverstärkter Kunststoffe im Automobilbau*

Helge Oppermann May 28, 2013

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Abstract

Kurzfassung Faserverstärkte Kunststoffe finden im Automobilbau zunehmend auch für hochbelastete Bauteile Verwendung. Für die betriebsfeste Auslegung solcher Bauteile müssen zuverlässige Lebensdauerberechnungsverfahren zur Verfügung stehen. Die Methodenentwicklung zur Lebensdauerberechnung von faserverstärkten Kunststoffbauteilen und zu deren Verbindungstechniken steht im Automobilbau noch in den Anfängen. Zwar existieren bereits methodische Ansätze für Teilaspekte der Lebensdauerberechnung, jedoch ist die virtuelle betriebsfeste Auslegung von faserverstärkten Kunststoffbauteilen im Entwicklungsprozess heute noch nicht ohne experimentellen Mehraufwand möglich. Der experimentelle Prüfaufwand ist vergleichsweise zu Metallen bei den Composites aufgrund der Komplexität der Einflussfaktoren (Interlaminare Spannungen, Viskoelastizität, Alterung usw.) je nach Problemstellung deutlich größer. Dieser Aspekt ist auch bei der Methodenentwicklung zur Lebensdauerberechnung unbedingt zu berücksichtigen, d. h., der experimentelleAufwand zur Ermittlung der Materialdaten für die Berechnung darf ein akzeptables Maß nicht überschreiten.

Experimentelle und rechnerische Qualifikation der Vibrationsfestigkeit von elektrotechnischen Großbaugruppen im Lastfall Erdbeben*

Steffen Rödling, Bernd Brettner May 28, 2013

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Abstract

Kurzfassung Einrichtungen zur Übertragung und Erzeugung von elektrischer Energie werden in allen Regionen der Welt errichtet. Auch in solchen, in denen Erdbeben nicht ausgeschlossen werden können oder sogar erwartet werden müssen. Um die Sicherheit der Anlagen zu gewährleisten, ist hier der Nachweis der Standfestigkeit, Integrität und Funktion der Geräte und Komponenten unter erdbebenspezifischen Belastungen erforderlich. Der in der vorliegenden Veröffentlichung beschriebene experimentelle Nachweis an einem Laststufenschalter für Transformatoren wurde bei der IABG mbH, Ottobrunn, durch rechnerische Methoden begleitet und ergänzt. Auf diese Weise wurde ein mit statischen und dynamischen Versuchen abgeglichenes Rechenmodell erstellt, welches bei zukünftigen Qualifizierungen veränderter Baustände herangezogen werden kann. Durch Model-Update werden die so verifizierten Modelle und Methoden angepasst und zur Qualifikation veränderter Typen verwendet.

Optimierter Lebensdauer-Berechnungsprozess von Eisengussbauteilen unter Berücksich-tigung des lokalen Gefüges*

Michael Hack, Dominik Jung, Achim Egner-Walter May 28, 2013

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Abstract

Kurzfassung Der Herstellungsprozess hat in vielen Fällen einen großen Einfluss auf die Betriebsfestigkeit von Bauteilen. Wird dieser vernachlässigt, führt dies im Allgemeinen zu unnötig konservativer Bauteilauslegung und hohen Bauteilgewichten. So wird in der Betriebsfestigkeitsberechnung für Gusseisenkomponenten heute – mangels quantitativer Informationen – meist von homogenen Materialeigenschaften ausgegangen. In diesem Beitrag wird ein durchgehender Berechnungsprozess entlang der Programmpakete Magmasoft – Abaqus – Virtual. Lab Durability vorgestellt, der die erstarrungsbedingt örtlich variierenden Gefügeeigenschaften im Bauteil berücksichtigt. Der Prozess wird exemplarisch an einem Sphäroguss-Bauteil demonstriert.

Schwingfestigkeitsanalyse struktureller Klebverbindungen unter Belastung mit variablen Amplituden*

Halvar Schmidt, Thomas Bruder, Holger Hanselka May 28, 2013

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Abstract

Kurzfassung Das Fügeverfahren Kleben gewinnt unter dem Gesichtspunkt Leichtbau aufgrund seiner Eigenschaften wie erhöhte Steifigkeit, verbessertes Crash-Verhalten und Fügbarkeit nichtmetallischer Werkstoffe (beispielsweise GFK oder CFK) stetig an Bedeutung. Der vorliegende Beitrag beschreibt die Entwicklung einer neuartigen, bauteilähnlichen Probenform zur Schwingfestigkeitsanalyse struktureller Klebverbindungen. Deren Schwingfestigkeitsverhalten unter Belastung mit variablen Amplituden wird aufgezeigt. Reihenfolgeeffekte wurden festgestellt. Basierend auf diesen Erkenntnissen wird neben der für die rechnerische Lebensdaueranalyse benötigten Schadensakkumulation auf die Energiefreisetzungsrate zur Abschätzung einer Versagensgrenze eingegangen.

Energy Efficient Multiaxial Resonance Test Systems – New Applications and Testing Methods*

Sven Henze, Joachim Hug, Helge Zorrmann, Angelina Scholz May 28, 2013

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Abstract

Modern lightweight design is only feasible exploiting properties of geometry and material. In some applications an uniaxial loading of components is not sufficient and a multiaxial loading of forces or moments becomes necessary. In terms of decreasing development cycles and resultant increasing demands on testing frequencies, multiaxial resonance test systems turn into fast, economically advantageous and energyefficient development tools. Well known problems as interference of actuators were solved by the use of particular decoupling devices. Innovative electronic systems and software applications allow matching or different frequencies for each load directions with variable amplitude ratios. Moreover, the phase between the different loading directions is freely adjustable. This development yielded the two-axial crankshaft test, the multiaxial bearing test system, the four point rotating bending rig with superimposed torsion and the multiaxial resonance actuator.

Vereinheitlichung der linearen Effektivspannungskonzepte mittels des Riesz´schen Repräsentationstheorems (Funktionalanalysis)*

Genbao Zhang May 28, 2013

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Kurzfassung Die elastische Spannung korreliert nicht immer direkt mit der Schwingfestigkeit eines Bauteils. Vielfach werden Effektivspannungen basierend auf der elastischen Spannung eingeführt, die zur Korrelierung zwischen der Beanspruchung und Beanspruchbarkeit eines Bauteils dienen. Die Ansätze sind vielfältig, wie das Stützziffer-Konzept, die Methoden der Spannungsmittelung, des kritischen Abstands und des sogenannten Hot-Spots, u. a. Zwischen diesen Ansätzen scheint keine unmittelbare Verbindung zu bestehen. Im vorliegenden Beitrag wird eine allgemeine Theorie für die Methode der Effektivspannung vorgestellt, die auf der Funktionalanalysis basiert und Ähnlichkeit zur nichtlokalen Kontinuumsmechanik aufweist. Die Theorie wird auf V-Kerben und Schweißnähte angewandt. Dabei werden detaillierte Vergleiche zwischen den verschiedenen Methoden vorgenommen.

Quantifizierung des Kerbeinflusses bei der Korrosionsermüdung

Stephan Salber, Hans-Jürgen Ertelt May 28, 2013

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Kurzfassung Bedingt durch die Bauteilgeometrie oder Belastungsart kann es in einem hochbelasteten Querschnitt eines Bauteils zu einer inhomogenen Spannungsverteilung kommen. Dabei sinkt in der Regel die Nennspannungsdauerfestigkeit im Vergleich zu einem homogen beanspruchten Werkstoff ab. Für den Fall, dass keine Korrosionsvorgänge stattfinden, ist bekannt, dass es bei inhomogenen Beanspruchungen häufig zu Stützwirkungen kommt. Am Beispiel einer Aluminium-Knet- und einer Druckgusslegierung wird gezeigt, dass auch für den Fall der Korrosionsermüdung eine „korrosive Stützziffer“ definiert werden kann, die ähnlich wie die bereits für trockene Umgebungsbedingungen bekannte Stützziffer vom vorherrschenden Spannungsgradienten und von der Werkstofffestigkeit abhängt. Damit ist es möglich, aus einer Werkstoffwöhlerlinie eine Bauteilwöhlerlinie rechnerisch abzuleiten und weitere Bauteildimensionierungen unter Berücksichtigung der Korrosionsermüdung durchzuführen.

Surface Properties and Fatigue Life of Stress Peened Leaves

Alexander Savaidis May 28, 2013

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Abstract

Experimental results referring to the influence of stress peening treatment on the metallurgical, surface and mechanical properties, especially the fatigue life of parabolic leaf springs made of two high-strength steels, 52CrMoV4 and 51CrV4, are presented. The tested leaves were manufactured under serial conditions. The microstructure, surface roughness, hardness and residual stress profiles as well as Wöhler curves are determined and assessed both in a qualitative and quantitative manner. Compressive residual stresses, increased hardness values and pronounced roughness are determined on the specimens’ stress-peened surface. The experimentally determined Wöhler curves explore the mutual influence of material, surface properties and surface roughness on fatigue behaviour and lifetime. Equivalencies of both raw materials refered to the mechanical properties achieved after the heat treatment and stress peening process are observed.

Scanning-Laservibrometrie zur integrierten Bauteilüberwachung mit Hilfe von Ultraschalloberflächenwellen

Mirko Nikolaj Neumann, Jochen Schell, Rolf Lammering, Reinhard Behrendt May 28, 2013

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Abstract

Kurzfassung Ultraschall-Lamb-Wellen werden aktuell als vielversprechende Möglichkeit zur Schadensdetektion in dünnwandigen Strukturen untersucht. Um die physikalischen Phänomene technisch gut ausnutzen zu können, ist das Ausbreitungsverhalten der Wellen und ihre Interaktion mit Defekten zu untersuchen. Gut geeignet hierfür sind optische Messtechniken, die sich durch Rückwirkungsfreiheit auf die mechanischen Strukturen auszeichnen – zum Beispiel die Laservibrometrie. Die Technik liefert im Scanning-Verfahren flächige, zeitkontinuierliche Schwingungsdaten zur Beurteilung der Wellenfelder. Im 3D-Scanning-Verfahren sind hierbei In-Plane- und Out-of-Plane-Schwingungen voneinander unterscheidbar, während sich die Verschiebungsinformationen bei der 1D-Vibrometrie bezüglich der Ortsrichtung vermischen, was zu Fehlinterpretationen führen kann. Lamb-Wellen in isotropen Platten und Faserverbundplatten werden kurz beschrieben und ihre Beobachtung mittels (3D-)Scanning-Vibrometrie vorgestellt. Ein kurzes Experiment mit transient angeregten Lamb-Wellen zur Detektion von Impact-Schäden in einer CFK-Platte wird vibrometrisch beobachtet und beschrieben, wobei eine gute Eignung von Lamb-Wellen zur Strukturüberwachung festgestellt wird.

Vorschau

May 28, 2013

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May 28, 2013

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Materials Testing is a SCI-listed English language journal dealing with all aspects of material and component testing with a special focus on transfer between laboratory research into industrial application. The journal provides first-hand information on non-destructive, destructive, optical, physical and chemical test procedures. It contains exclusive articles which are peer-reviewed applying respectively high international quality criterions.
All articles are subject to thorough, independent peer review.

Editing Associations: DGZfP, DVM and VDI Materials Engineering.