Schadenskunde

 

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Inhalt

Die Vorlesung behandelt Schäden an Bauteilen aufgrund von Rissbildung und Bruch durch mechanische Überlasten. Es werden sowohl Methoden zur Beurteilung von Schäden als auch Methoden zur Vermeidung von Schäden in der Konstruktions- und Fertigungsphase behandelt.

Die Methodik der Schadensbegutachtung wird entsprechend der VDI-Richtlinie 3822 erlernt. Es werden eine Reihe von Untersuchungsmethoden vorgestellt deren vorrangiges Ziel es ist, die Schadensform zu identifizieren. Die mikroskopischen und makroskopischen Erscheinungsformen von Brüchen werden behandelt und anhand von Schädigungsmechanismen erklärt. Ziel der Schadensbegutachtung ist es, die Ursache für den Schaden zu identifizieren.

Die weitaus meisten Schäden im Maschinenbau gehen auf Schwingbrüche zurück. Daher wird mit Blick auf die Schadensvermeidung der betriebsfesten Auslegung von Bauteilen, die schwingend belastet werden, breiter Raum eingeräumt. Ausgehend von der experimentellen Ermittlung von Wöhlerkurven werden wesentliche Einflussgrößen auf die Ermüdung und ihre Berücksichtigung in den relevanten Auslegungsrichtlinien besprochen. In diesem Zusammenhang werden auch die wichtigsten Ansätze der Betriebsfestigkeitsrechnung für Bauteile, die durch beliebige Lastkollektive beansprucht werden, behandelt.

Bei Zeitbrüchen wird die Lebensdauer eines Bauteils in die Rissbildungs- und Rissausbreitungsphase unterteilt. Insbesondere die Rissausbreitungsphase wird mit den Methoden der Bruchmechanik analysiert.

Ein weiterer Teil der Vorlesung widmet sich der Frage der Zähigkeit von Bauteilen. Dabei ist in Auslegung und Betrieb von Bauteilen anzustreben, dass im Fall einer Überlast ein möglichst zähes Versagen erfolgt. Spröde Brüche sind soweit wie möglich zu vermeiden. Die wesentlichen Einflussfaktoren auf die Bauteilzähigkeit werden vorgestellt und Methoden zur Steigerung der Zähigkeit werden erlernt.

Die in der Vorlesung vorgestellten Grundlagen werden anhand einer Vielzahl von Schadensbeispielen aus der Praxis erläutert und vertieft.

 

Angestrebte Lernziele

Wissen und Verstehen:

In Vertiefung der allgemeinen Kenntnisse zur technischen Mechanik und Werkstoffkunde kennen die Studierenden:

  • die Systematik zur Untersuchung von Schadensfällen nach der VDI-Richtlinie 3822
  • gängigen Methoden zur Charakterisierung von Werkstoffen und zur Aufklärung von Schadensfällen im Maschinenbau
  • Maßnahmen, mit denen ein spröder Bauteilbruch vermieden werden kann
  • Methoden der Betriebsfestigkeitsanalyse und Bruchmechanik zur Beurteilung von Bauteilen

Fertigkeiten und Kompetenzen:

Die Studierenden können Bauteilschäden hinsichtlich der Schadensursache analysieren. Präventiv können sie können Bauteile einer Betriebsfestigkeitsanalyse unterziehen. Dabei setzen die Studierenden ihr wissenschaftlich fundiertes Urteilsvermögen ein, um Probleme zu analysieren, auch wenn diese unüblich oder unvollständig definiert sind und konkurrierende Spezifikationen aufweisen. Sie können komplexe Untersuchungsabläufe organisieren, passende Methoden aussuchen und die entsprechenden Messungen und Analysen durchführen.

 

Literaturhinweise

ASM Handbook Vol. 11: Failure Analysis and Prevention; ASM International, Materials Park, OH, 2002

ASM Handbook Vol. 19: Fatigue and Fracture; ASM International, Materials Park, OH, 1996

Rösler, J.; Harders, H.; Bäker, M.: Mechanisches Verhalten der Werkstoffe, Teubner Verlag, Stuttgart, 2003

Radaj, D.: Ermüdungsfestigkeit, Springer Verlag, Berlin 2003