Konzept zur Lebensdauerabschätzung metallischer Bauteile unter nichtproportionaler Beanspruchung

Die betriebsfeste Auslegung von sicherheitsrelevanten Bauteilen ist von großer Bedeutung, nicht nur aus sicherheitstechnischer Sicht, sondern auch im Hinblick auf die Nachhaltigkeit. Durch eine solide Auslegung der Bauteile können Kosten eingespart werden. Darüber hinaus trägt die betriebsfeste Auslegung auch zur Einsparung von Rohstoffen und Energie bei. Dies führt zu einer nachhaltigeren Ressourcennutzung und reduziert den ökologischen Fußabdruck. Nicht zuletzt stellt die betriebsfeste Auslegung sicher, dass die Sicherheitsaspekte erfüllt werden. Durch die ganzheitliche Berücksichtigung der genannten Aspekte kann eine effiziente und nachhaltige Nutzung sicherheitsrelevanter Bauteile erreicht werden. Um dies zu gewährleisten, nutzen Ingenieure Richtlinien. Diese Richtlinien sind das Ergebnis neuer wissenschaftlicher Erkenntnisse, die aufbereitet und anwendbar gemacht wurden. Ein großer Vorteil der Verwendung von Richtlinien liegt darin, dass die Bauteilauslegung bereits in frühen Entwicklungsstadien erfolgen kann. Dies spart nicht nur Zeit, sondern auch Kosten, da spätere Änderungen oder Nachbesserungen vermieden werden können. Zudem ermöglichen Richtlinien auch kleineren Unternehmen und Startups die Wettbewerbsfähigkeit. Da immer neue Erkenntnisse in der Forschung gewonnen werden, bedarf es einer kontinuierlichen Anpassung von bestehenden Richtlinien oder sogar einer Neuentwicklung von Richtlinien, wie beispielsweise der FKM-Richtlinie Nichtlinear. Diese neue Richtlinie ermöglicht eine Bauteilauslegung auf Basis des Örtlichen Konzepts und erschließt damit eine Auslegung im Kurzzeitfestigkeitsbereich. Bisher beschränkt sich der Anwendungsbereich jedoch auf einachsige und proportionale Beanspruchung. In dieser Arbeit wird deshalb ein Konzept entwickelt, das es ermöglicht nichtproportionale Beanspruchungen zu berücksichtigen. Im Fokus steht dabei die Anwendbarkeit und die Kompatibilität zur FKM-Richtlinie Nichtlinear. Da bei nichtproportionalen Beanspruchungen zusätzliche Werkstoffeffekte auftreten, wie beispielsweise die nichtproportionale Verfestigung, werden unterschiedliche Ansätze zur Berücksichtigung der Effekte analysiert und hinsichtlich ihrer Anwendbarkeit und Treffsicherheit bewertet. Das entwickelte Konzept wird anhand von eigens durchgeführten Versuchen sowie durch Versuche aus der Literatur evaluiert. Anhand dieser Datenbasis erfolgt die Tauglichkeitsprüfung des Sicherheitskonzeptes der FKM-Richtlinie Nichtlinear. Schließlich ist das Ergebnis dieser Arbeit ein Berechnungskonzept, das eine geeignete Erweiterung der FKM-Richtlinie Nichtlinear darstellt und es ermöglicht, Bauteile unter nichtproportionaler Beanspruchung abgesichert auszulegen.