Geben Sie in Schritt 2 des Assistenten für die Ermüdungsanalyse die Materialeigenschaften für die Ermüdungsanalyse ein. Das angezeigte Formular hängt von der Art der Ermüdungsanalyse ab, die Sie in Schritt 1 ausgewählt haben.
Beispielsweise sind andere Materialdaten für die Definition einer dehnungsbasierten Analyse als bei einer spannungsbasierten Analyse erforderlich. Der Assistent für die Ermüdungsanalyse passt das in Schritt 2 angezeigte Formular so an, dass nur die Daten angezeigt werden, die für den ausgewählten Analysetyp erforderlich sind.
Einige Eingaben in diesem Schritt gelten jedoch für alle Analysetypen.
Spannungseinheiten
Das Einheitensystem wird automatisch aus den Simulation Mechanical-Spannungsdateien übernommen. Deshalb werden die entsprechenden Spannungseinheiten vorab ausgewählt, und alle anderen Einheiten können nicht ausgewählt werden (grau dargestellt). Die Modelleinheiten in der Simulation Mechanical-Analyse müssen mit denen im Assistenten für die Ermüdungsberechnung übereinstimmen, um eine gültige Ermüdungsanalyse durchzuführen. Beispielsweise müssen Sie die Verwendung von Dyn und Mikrometer (µ) vermeiden.
Die folgenden Einheiten werden sowohl von Simulation Mechanical als auch vom Assistenten für die Ermüdungsberechnung unterstützt:
| Krafteinheiten | Längeneinheiten | Spannungseinheiten (abgeleitet von Angaben für Kraft- und Längeneinheiten in Simulation Mechanical) |
|---|---|---|
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Materialdiagramm
Zur visuellen Überprüfung der Materialdaten, die in den Assistenten für die Ermüdungsberechnung eingegeben werden, werden die Daten durch Klicken auf die Diagrammschaltfläche 
grafisch dargestellt.
Materialdatenbanken
Geben Sie die erforderlichen Daten direkt in die entsprechenden Felder auf dem Formular ein. Oder wählen Sie, falls verfügbar, ein vordefiniertes Material aus der bearbeitbaren Materialdatenbank aus. Verwenden Sie die Schaltflächen in den Dateneingabemethoden zum Auswählen der Materialdatenbanken:
Wählen Sie zum Laden aus der Datenbank zwischen übergeordneten Materialdaten, Schweiß-Materialdaten und benutzerdefinierten SN-Daten aus.
Wenn Sie Daten importieren möchten, wählen Sie das entsprechende Symbol aus. Wählen Sie im Dialogfeld ein Material aus der Liste der verfügbaren Optionen aus.
Nachfolgend sehen Sie eine typische Ansicht der übergeordneten Materialdatenbank:
So erstellen oder bearbeiten Sie eine Materialdatenbank
- Klicken Sie auf das Symbol Sperren.
- Nehmen Sie die gewünschten Änderungen an der Tabelle vor.
- Klicken Sie auf das Symbol Speichern.
- Geben Sie einen neuen Dateinamen ein, um eine Datenbank zu erstellen, oder übernehmen Sie den vorhandenen Namen. Anmerkung: Speichern Sie alle Dateien der Materialdatenbank im Ordner [Installationsordner\Addins\Fatigue Wizard]. Wenn Sie die Materialdatenbankdateien an anderen Speicherorten speichern, werden sie nicht in die Ermüdungsberechnung einbezogen.
- Klicken Sie auf Speichern.
Sie können auch Schweiß-Materialdaten (nur spannungsbasierte Methode) auswählen.
Die Schweiß-Materialdatenbank ist in der folgenden Abbildung dargestellt:
Die Schweißnaht-SN-Kurven stammen hauptsächlich aus dem Buch BS 7608 : 1993 Code of Practice for Fatigue Design and assessment of Steel Structures.
Wenn Einheiten von Ihrem FE-Modell abgeleitet werden können, wählt der Ermüdungsberechnungsassistent sie automatisch aus. Alternativ können die Materialdatenwerte automatisch in vier häufig verwendete Einheitensysteme konvertiert werden, indem Sie die entsprechende Option auswählen.
Die ausgewählten Materialdaten werden dann automatisch in die entsprechenden Eingabefelder übernommen. Sie können trotzdem Ihre eigenen Datenwerte eingeben.
Die eingegebenen Materialdaten variieren je nach ausgewählter Analysemethode in Schritt 1.
Benutzerdefinierte SN-Dateneingabe (nur spannungsbasierte Methode):
Bevor Sie diese dritte Eingabeoption auswählen, müssen Sie für das Material zuerst einen Wert ungleich Null für Zugstärke angeben. Klicken Sie anschließend auf das Symbol Benutzerdefinierte SN-Daten. Das folgende Dialogfeld wird angezeigt:
Mit den beiden Registerkarten am oberen linken Rand erfolgt der Zugriff auf Pulldown-Dialogfelderweiterungen.
Mithilfe der Registerkarte Optionen legen Sie fest, ob die X- und Y-Skala linear oder logarithmisch ist.
Darüber hinaus können Sie ein Raster hinzufügen, alle Datenpunkte markieren oder die Datenpunkte für die Zugstärke oder die Ermüdungsgrenze markieren. Schließlich können Sie auf dieser Registerkarte einen Titel für die SN-Kurve angeben.
Auf der Registerkarte SN-Eingabedaten geben Sie die Zyklen und die Spannungsdatenpunkte in eine Tabelle ein.
Klicken Sie mit der rechten Maustaste in die Tabelle, um eine Zeile einzufügen, eine Zeile zu löschen oder die Tabelle zurückzusetzen (löschen). Sie können auch die Tabelle aus einer CSV-Datei (kommagetrennte Werte) importieren oder aber die Tabelle in eine CSV-Datei exportieren. Unter der Tabelle gibt es zwei Felder, mit denen Sie die Ermüdungsgrenze definieren: Spannung und Zyklen. Geben Sie einen Wert ein. Der andere Wert wird dann automatisch vom Programm berechnet. Das Optionsfeld rechts neben den einzelnen Feldern gibt an, welche Menge berechnet werden soll. Wenn Sie eine Anzahl von Zyklen oder einen Spannungswert eingeben, die bzw. der zwischen zwei Zeilen der Tabelle liegt, erfolgt eine Interpolierung zwischen den Datenpunkten. Für Werte außerhalb des Bereichs für Zyklen und Spannungen, die in die Tabelle eingegeben werden, erfolgt keine Extrapolierung.
Zusätzliche SN-Dateneingabe (spannungsbasierte Lebensdauer)
Wenn Sie in Schritt 1 eine spannungsbasierte Lebensdauerberechnung auswählen, müssen Sie zwei weitere Eingaben für die SN-Materialdaten zusätzlich zum Elastizitätsmodul, zur Zugstärke und zur Poissonschen Konstante eingeben:
- Polierte Ermüdungsgrenze
- Zyklen bei Ermüdung
Weitere Informationen zu diesen Materialeigenschaften finden Sie unter Theoretischer Überblick: Spannungsbasierte Ermüdungsanalyse.
Wählen Sie das Kontrollkästchen für "Material ist Stahl" zum Ändern der Art und Weise, wie die SN-Kurve für das Material über die Ermüdungsgrenze hinaus definiert wird. Wenn diese Option ausgewählt ist, folgt die SN-Kurve einer horizontalen Linie über die definierte Ermüdungsgrenze hinaus. Das heißt, unterhalb der Ermüdungsgrenze des Materials gibt es keine Schäden. Daher weist das Material eine unbegrenzte Lebensdauer auf.
Unbegrenzte Lebensdauer unterhalb der Ermüdungsgrenze verwenden (typisch für Eisenmetalle): Aktivieren Sie dieses Kontrollkästchen, wenn es sich bei Ihrem Material um Stahl oder ein ähnliches Eisenmetall handelt. Für derartige Metalle wird in der Regel von einer unbegrenzten Ermüdungslebensdauer bei Spannungen unterhalb der Ermüdungsgrenze ausgegangen (keine Beschädigung). Wenn Sie dieses Kontrollkästchen nicht aktivieren, wird die SN-Kurve bei Spannungen unterhalb der Ermüdungsgrenze geändert, um eine andere Neigung anzugeben. Die unterhalb der Ermüdungsgrenze verwendete Neigung ist proportional zu (2k-1), wobei k die Neigung der Haupt-SN-Kurve ist. Daher können Ermüdungsschäden über die Ermüdungsgrenze hinaus weiterhin auftreten, jedoch in geringerem Umfang.
EN (Dehnungsbasierte Lebensdauer) Dateneingabe:
Wenn Sie in Schritt 1 eine dehnungsbasierte Lebensdauerberechnung auswählen, müssen Sie zwei weitere EN-Materialeigenschaften zusätzlich zum Elastizitätsmodul und zur maximalen Zugstärke eingeben.
Um die erforderlichen Daten zum Beschreiben der Dehnungs-Lebensdauer-Kurve einzugeben, haben Sie zwei Möglichkeiten, nämlich die Näherungsmethode und die erweiterte Methode.
Näherungsmethode:
Da die Methoden zum Bestimmen der Dehnungs-Lebensdauer-Daten teuer sind und die Zeit, während diese Methode weit verbreitet war, relativ kurz war, sind diese Materialdaten für Nicht-Standard-Materialien häufig schwierig zu finden. Um diesem Problem entgegenzuwirken, wurden mehrere Methoden übernommen, die Dehnungs-Lebensdauer-Daten aus den verfügbaren monotonen Daten (Modul und Zugfestigkeit) annähernd berechnen.
Der Ermüdungsberechnungsassistent verwendet eine der folgenden empirischen Methoden. Wenn die Materialien, die Sie verwenden, nicht in der Materialdatenbank enthalten sind, wählen Sie Näherungswert auf dem Formular aus. Dadurch berechnet der Ermüdungsberechnungsassistent die ungefähren Daten für die Dehnungs-Lebensdauer-Kurve. Mit dieser empirischen Methode treten in einigen Fällen in den endgültigen Ermüdungsergebnissen Ungenauigkeiten auf. Wie bei allen Ermüdungsanalysen sind genaue Materialdaten entscheidend.
Die Option Unbegrenzte Lebensdauer unterhalb der Ermüdungsgrenze verwenden (typisch für Eisenmetalle) spielt eine wichtige Rolle, wenn Sie die Näherungsmethode verwenden. Die empirische Methode verwendet verschiedene Daten für Stahl und Nichteisenmaterialien. Ähnlich wie die SN-Kurve ein anderes Verhalten bei hohen Zyklen zeigt, zeigt die EN-Kurve verschiedene Trends für Eisen- und Nichteisenmaterialien. Aktivieren bzw. deaktivieren Sie dieses Kontrollkästchen deshalb entsprechend.
Fahren Sie mit der Seite Erweiterte und angenäherte Dehnungs-Lebensdauer-Daten fort.
Erweiterte Methode:
Wenn Sie Zugriff auf erweiterte Dehnungs-Lebensdauer-Daten für ein Material haben, das nicht in der Datenbank enthalten ist, können Sie die Daten direkt in Schritt 2 des Assistenten für die Ermüdungsberechnung eingeben. Wählen Sie in diesem Fall das Optionsfeld Erweitert. Ein separates Formular zur Eingabe der sechs erforderlichen Parameter zur Beschreibung der zyklischen Spannungs-/Dehnungs-Kurve und der Dehnungs-Lebensdauer-Kurve wird geöffnet.
Fahren Sie mit der Seite Erweiterte und angenäherte Dehnungs-Lebensdauer-Daten fort.
Eine detaillierte Beschreibung der erweiterten Parameter (z. B. die Koeffizienten Zyklische Verfestigung und Ermüdungsduktilität) finden Sie auf der Seite Theoretischer Überblick: Dehnungsbasierte Ermüdungsanalyse.
Dateneingabe für den Ermüdungssicherheitsfaktor
Wenn Sie in Schritt 1 die Durchführung einer Ermüdungssicherheitsfaktor-Berechnung ausgewählt haben, erfordert die Materialdateneingabe für die Berechnung des Ermüdungssicherheitsfaktors die gleichen Daten wie die SN-Lebensdauerberechnungsmethode (Elastizitätsmodul, Zugstärke, Poissonsche Konstante, Ermüdungsgrenze und Anzahl der Zyklen bis zum Ausfall) und zusätzlich die Anforderungen zur Beschreibung der Kurve für unbegrenzte Lebensdauer.
Es gibt zwei Methoden zum Berechnen eines Ermüdungssicherheitsfaktors. Sie können ein grundlegendes Goodman-Diagramm oder eine erweiterte Methode auswählen, bei der Sie ein Haigh-Diagramm (mit mehr Flexibilität) definieren.
Option Goodman-Diagramm
Wenn Sie Option Goodman-Diagramm auswählen, wird der Assistent für die Ermüdungsberechnung mit einem herkömmlichen Goodman-Diagramm für die Berechnung des Ermüdungssicherheitsfaktors eingerichtet. Im Folgenden sehen Sie ein Beispiel für ein Goodman-Diagramm.
Das Goodman-Diagramm verwendet den gleichen Stärke-Wert für Spannung und Komprimierung. Dieser Faktor ist eine schwerwiegende Einschränkung für Materialien wie z. B. Gusseisen, bei dem die Komprimierung wesentlich höher als die Spannung ist.
Option Haigh-Diagramm
Wenn Sie eine bessere Kontrolle über die Form der Kurve für unbegrenzte Lebensdauer benötigen, wählen Sie die Option Haigh-Diagramm. Obwohl diese Methode keine vollständige Kontrolle über die Definition der Form der Kurve bietet, ist sie vielseitiger als der Goodman-Ansatz. Diese Flexibilität ist wichtig für Materialien wie z. B. Gusseisen, die verschiedene monotone Eigenschaften bei Spannung und Komprimierung aufweisen. Bei Verwendung der Haigh-Diagramm-Methode ist es möglich, separate Werte für die spezifische Festigkeit und die Streckgrenze bei Spannung und Komprimierung anzugeben.
Wenn Sie auf die Schaltfläche Haigh-Diagramm klicken, wird ein separates Formular geladen, in dem Sie zusätzliche Daten eingeben können. In diesem zusätzlichen Formular werden die Felder für Zugstärke und Ermüdungsgrenze automatisch mit den Daten des Hauptformulars aus Schritt 2 aufgefüllt. Daher sollten Sie alle erforderlichen Daten im Hauptformular aus Schritt 2 eingeben, bevor Sie das Eingabeformular für Haigh-Diagrammdaten aufrufen.
Die Druckdaten, sowohl die Bruchgrenze als auch die Streckgrenze, werden als Größen ohne Vorzeichen eingegeben. Der Assistent für die Ermüdungsberechnung weist den Druckspannungswerten automatisch ein negatives Vorzeichen zu.
Wenn Sie die Option Haigh-Diagramm im Hauptformular auswählen, müssen Sie zusätzliche Eigenschaften eingeben, bevor Sie mit den nächsten Schritten der Ermüdungsanalyse fortfahren können.
Im Folgenden ist ein Beispiel eines Haigh-Diagramms aufgeführt.
Weitere Informationen zum Erstellen von Haigh-Diagrammen und zur Theorie der Berechnung des Ermüdungssicherheitsfaktors finden Sie unter "Theoretischer Überblick: Ermüdungssicherheitsfaktor".