Konventionelle Prüfverfahren einer bis zur Ermüdungsgrenze belasteten Schraubenverbindung (basierend auf der absoluten Festigkeit oder Streckgrenze des Materials) garantieren keine sichere Verbindungskonstruktion. Aus diesem Grund wird bei der Prüfung von bis zur Ermüdungsgrenze belasteten Verbindungen die Ermüdungsfestigkeit verwendet. Im Folgenden wird die Prüfung von bis zur Ermüdungsgrenze belasteten Schraubenverbindungen beschrieben. Anhand dieser Beschreibung ist eine schrittweise Implementierung in das Programm möglich.
1. Bestimmen einer Ermüdungsgrenze
Im ersten Schritt wird die Ermüdungsgrenze bei konstanter Festigkeit σ C für den angegebenen Typ, die Konstruktion, die Belastung und das Material der Schraubenverbindung ermittelt.
2. Bestimmen der zeitbegrenzten Ermüdungsgrenze
Die zeitbegrenzte Ermüdungsgrenze σ f wird für die angegebene Gebrauchsdauer der Verbindung berechnet, die im (N< 10 6 Zyklen) Bereich der zeitlich begrenzten Festigkeit liegt. Die Berechnung wird anschließend mit der zeitbegrenzten Ermüdungsgrenze fortgesetzt.
3. Berechnung der Parameter für bestimmte Dauerbelastungen
Es werden Mittelwerte für bestimmte obere und untere Zyklusbelastungen anhand der folgenden Formeln berechnet. Dies wird für alle angegebenen Belastungen ausgeführt.
4. Stoßwirkung
Wenn sich zusätzlich zur Dauerbelastung der Hub auf die Verbindung auswirkt, muss dies in der Berechnung berücksichtigt werden. Die Implementierung erfolgt durch Verwendung des dynamischen Stoßkoeffizienten in der Formel zur Berechnung der maximalen berechneten Belastung:
F max = F m + η F a
5. Berechnung der Wirkspannung in der Schraubenverbindung
Die mittlere Spannung des Zyklus σ m und die obere Spannung des Zyklus σ h werden für die angegebene mittlere Zyklusbelastung F m und die maximal berechnete Belastung F max mit den in der statischen Berechnung verwendeten Formeln berechnet. Mithilfe dieser Spannungen kann die Zyklusamplitude gemäß der folgenden Formel berechnet werden:
σ a = σ h - σ m
6. Bestimmen der Ermüdungsfestigkeit der Verbindung
Anhand der berechneten Spannung und der bekannten Ermüdungsgrenze kann die resultierende Ermüdungsfestigkeit der Verbindung problemlos aus der ausgewählten Ermüdungskurve abgelesen werden. Die Ermittlung der Ermüdungsfestigkeit bei herkömmlicher Spannung und Scherspannung wird in den folgenden Abbildungen verdeutlicht.
Haigh-Diagramme einer herkömmlichen Spannung bei unterschiedlichen Koeffizienten σ a / σ m (unter Verwendung einer modifizierten Godman-Ermüdungskurve):
Haigh-Diagramme einer herkömmlichen Spannung bei unterschiedlichen Koeffizienten τ a / τ m (unter Verwendung einer modifizierten Godman-Ermüdungskurve):
7. Kontrolle der Verbindung
Im letzten Schritt wird der Sicherheitskoeffizient der Verbindung n C = σ A / σ a berechnet und mit dem erforderlichen Sicherheitsgrad verglichen. Eine sichere Schraubenverbindung muss die Bedingung n f ≤ n C erfüllen.