Einführung und Überblick

Rechnerische Festigkeitsnachweise sind heute ein unverzichtbarer Bestandteil im Entwicklungsprozess technischer Bauteile. Günstige Materialausnutzung, sichere Gebrauchseigenschaften und oft auch Gewichts- und Kostenreduzierung sind wichtige Argumente. Neben den technischen Aspekten spielt auch die Frage der Produkthaftung eine Rolle und die Hersteller sind zunehmend bestrebt, die Lebensdauer und Zuverlässigkeit ihrer Produkte auch rechnerisch nachzuweisen und damit den Stand der Technik anzuwenden.

Die Entwicklung eines Bauteils durchläuft mehrere Phasen. Im ersten Schritt erfolgt die Dimensionierung auf Basis der (selten) statisch wirkenden Maximallasten und ggf. eines Sicherheitsfaktors. Der Nachweis, dass das Bauteil unter statischer Beanspruchung nicht versagt, ist die Voraussetzung für alle weiteren Nachweise.

Handelt es sich um ein Bauteil, auf das auch schwingende Belastungen einwirken, so ist auch hierfür nachzuweisen, dass dies ebenfalls nicht zum Versagen führt. Vergleichsweise einfach, weil nur wenige Angaben erforderlich sind, ist der Dauerfestigkeitsnachweis zu erbringen. Gelingt es zu zeigen, dass unter Worst-Case-Annahmen die Beanspruchungen mit hinreichender Sicherheit unterhalb der Dauerfestigkeit liegen, so ist dieses Ergebnis zunächst ausreichend.

In einer späteren Phase, wenn es um die Optimierung der Struktur geht und wenn dann naturgemäß detailliertere Informationen vorliegen, kann der Betriebsfestigkeitsnachweis sinnvoll oder sogar zwingend erforderlich sein. Die Notwendigkeit hängt stark von den Folgen ab, die ein Versagen des Bauteils haben könnte. Auch eine Rissfortschrittsberechnung kann sinnvoll sein, wenn es z.B. um die Festlegung von Inspektionsintervallen geht.

winLIFE bietet für alle diese Entwicklungsphasen geeignete Berechnungsmöglichkeiten von der Aufbereitung einer Belastung bis zum Ausdruck des Berichts und – wenn gewünscht - bieten wir auch Dienstleistungen für diese Fragestellungen an.

Die Ergebnisse einer Lebensdauerberechnung weisen einen vergleichsweise großen Fehler auf, so dass die absolute Lebensdauer aus einer Berechnung nur mit großen Abweichungen vorhergesagt werden kann. Der Grund dafür ist einfach: Die Lebensdauer hängt logarithmisch von der Beanspruchung (Spannungsamplitude) ab. Ändert sich diese um 5%, so ändert sich die Lebensdauer um den Faktor 5 bis 10. Dieses rechnerisch leicht nachvollziehbare Phänomen ist jedoch auch physikalische Realität! Eine Lebensdauerberechnung ist dennoch außerordentlich hilfreich, da der relative Vergleich der Lebensdauern zutreffend ist und die kritische Stelle gefunden wird. Dadurch kann der Entwicklungsprozess eines Bauteils erheblich verkürzt werden.

Für sicherheitsrelevante Bauteile sind jedoch weiterhin Bauteilprüfungen erforderlich. Die statistische Natur der Lebensdauer erfordert eine größere Anzahl von Prüfungen, was derartige Tests sehr aufwendig macht. Die rechnerische Lebensdauervorhersage hilft hier, die wichtigen Einflussgrößen zu identifizieren, die Zahl der notwendigen Tests und auch die Testdauer zu reduzieren.

Die Kombination von Berechnung, Messung und Schadensanalyse führt langfristig zu einer soliden Wissensbasis, die das Werkzeug der rechnerischen Lebensdaueranalyse immer leistungsfähiger macht, da die experimentelle Überprüfung und der dabei ermittelte Faktor zwischen Berechnung und Messung mit zunehmender Datenbasis auch quantitative Vorhersagen immer treffsicherer macht.

winLIFE bietet für alle gängigen Bauteiltypen wie

• nicht geschweißte Bauteile
• geschweißte Bauteile
• Zahnräder und Lager

Programmmodule an.

Verschiedene Analysemethoden wie

• Berechnung bis zum Anriss
• Rissfortschritt
• Multiaxiale Problemstellung
• stochastische Analyse
• Zahnräder und Lager

werden durch entsprechende winLIFE-Module unterstützt.

Trotz der einfachen Bedienung von winLIFE benötigt der Anwender ein gutes Verständnis der Theorie, da eine Vielzahl von Eingangsgrößen ausgewählt werden müssen, die das Ergebnis maßgeblich beeinflussen. Darüber hinaus ist es wichtig, dass der Anwender die Möglichkeiten, aber auch die Grenzen der Lebensdauervorhersage kennt, um seine Berechnungsergebnisse richtig interpretieren und für eine robuste Auslegung nutzen zu können.
Zu diesem Zweck bieten wir dreimal jährlich Schulungen an, um winLIFE-Anwender mit der Theorie und dem Produkt vertraut zu machen. Zusätzlich bieten wir auch Schulungen vor Ort beim Kunden an.