Allgemeine Informationen über die rechnerische Lebensdauervorhersage mit Hilfe der Betriebsfestigkeit

Mit Hilfe der Betriebsfestigkeit wird das Verhalten von Bauteilen unter dynamischer Belastung untersucht, wobei ein wichtiges Ziel die Vorhersage der Lebensdauer ist. Neben der oft sehr aufwändigen experimentellen Vorgehensweise gewinnt die rechnerische Lebensdauervorhersage zunehmend an Bedeutung, da eine schnelle und kostengünstige Analyse möglich ist. Darüber hinaus können durch Parameterstudien wichtige Einflussgrößen identifiziert werden, so dass ggf. ergänzende experimentelle Untersuchungen gezielter und mit reduziertem Umfang durchgeführt werden können. Die Analyse der Betriebsfestigkeit erfordert umfangreiche Kenntnisse über die auftretenden Betriebslasten, Herstellverfahren, Werkstoffe, etc, so dass Firmen, die sich nur sporadisch mit dieser Problematik beschäftigen, gerne auf die von uns angebotene Dienstleistung der Betriebsfestigkeitsanalyse zurückgreifen.

Ein Sonderfall des Betriebsfestigkeitsnachweises ist der Dauerfestigkeitsnachweis. Der charakteristische Abknickpunkt der Wöhlerlinie (Dauerfestigkeit) ist ein wichtiger Parameter, der oftmals für die Dimensionierung herangezogen wird.
Das Verhältnis zwischen der im Betrieb auftretenden maximalen Beanspruchung und der Dauerfestigkeit wird als Ausnutzungsgrades ausgedrückt. Dazu müssen keine detaillierten Last-Zeit-Funktionen bekannt sein sondern lediglich die Maximalwerte der Lasten und deren Form (wechselnd, schwellend, konstant). Unter der Annahme eines Worst-Case-Szenarios wird dann der Ausnutzungsgrad berechnet. Ergibt sich aus dem Dauerfestigkeitsnachweis nur ein geringer Ausnutzungsgrad, so kann häufig auf den vergleichsweise aufwändigen Betriebsfestigkeitsnachweis verzichtet werden.

Zahlreiche Regelwerke erleichtern das Vorgehen und helfen, eine dem Stand der Technik entsprechende Auslegung zu finden. Zu nennen sind hier die FKM-Richtlinie, die Regelwerke des Germanischen Lloyd (für Schiffbau und Windenergieanlagen) und die IIW-Richtlinie (International Institute of Welding).

Das Ergebnis der Anwendung der Betriebsfestigkeit ist neben einem tieferen Verständnis des eigenen Produktes eine effizientere Struktur der Bauteile, verringertes Gewicht und oft auch eine Kostenersparnis. Neben den technischen Aspekten ist auch die Frage der Produkthaftung eine wichtige Motivation für die Anwendung.

Unsere Software winLIFE wurde entwickelt, um die Anwendung der etablierten Methoden so einfach wie möglich zu gestalten. Unverzichtbar für den erfolgreichen Einsatz von winLIFE ist ein solides Grundwissen des Anwenders auf dem Gebiet der Mechanik, das in unseren Seminaren (zweitätig, drei Mal im Jahr) vermittelt wird und die Basis für einen vertieften Einstieg in die Theorie der Betriebsfestigkeit und die Anwendung unserer Software bildet. Auf Wunsch führen wir gemeinsam mit unseren Kunden erste Projekte durch und beschleunigen so den Einstieg in die Methodik und geben Sicherheit bei der Interpretation der Ergebnisse. Die Publikationen und winLIFE-Video-Beispiele geben Ihnen einen ersten Eindruck über die Anwendungsmöglichkeiten.