Michel Guillaume: Katalogdaten im Herbstsemester 2017

NameHerr Dr. Michel Guillaume
Adresse
School of Engineering ZHAW
Technikumsstrasse 9
Postfach
8401 Winterthur
SWITZERLAND
Telefon058 934 67 61
Fax058 934 67 61
DepartementMaschinenbau und Verfahrenstechnik
BeziehungDozent

NummerTitelECTSUmfangDozierende
151-0349-00LBetriebsfestigkeit4 KP3GM. Guillaume, R. E. Koller
KurzbeschreibungMaterialermüdung spielt bei Leichtbau-Konstruktionen eine zentrale Rolle. Dies betrifft alle Applikationen, bei denen schwingende Belastungen auf Bauteile und Strukturen einwirken. In der Vorlesung werden die wichtigen Verfahren zur Analyse der Betriebsfestigkeit vorgestellt. Dies beginnt beim konventionellen Dauerfestigkeitsnachweis und endet bei der Anwendung der Schadenstoleranz-Philosophie.
LernzielZiele der Vorlesung

Die wichtigsten Begriffe und Phänomene der Betriebsfestigkeit und der Materialermüdung sollen eingeführt und an Beispielen aus der Praxis veranschaulicht werden. Die Methoden zur Berechnung der Dauerfestigkeit, Zeitfestigkeit, Rissinitiation und des Risswachstums werden diskutiert. Die Vorlesung soll aufzeigen wie die Probleme in der Praxis gelöst werden.
Die Beispiele der ICE Katastrophe bei Eschede oder die Probleme des Combino Trams zeigen, dass das Thema hoch aktuell ist. Leichtbaustrukturen müssen im Flug- und Fahrzeugbereich auf Ermüdung dimensioniert werden. Die statische Auslegung genügt heute nicht mehr und führt sehr oft zu Überraschungen im Betrieb mit hohen Kostenfolgen.
Primärbauteile moderner Flugzeuge wie der Airbus A380 oder A400M sind heute auf Risswachstum mittels Schadenstoleranz Philosophie ausgelegt.
Die Betriebsfestigkeit und Materialermüdung erfordert ein breites Wissen über Werkstoffe, Betriebslasten, Fertigung sowie Analyse und Test Verfahren. Es ist ein hoch interdisziplinäres Arbeitsgebiet. Hierzu sollen die wichtigsten Werkzeuge und Verfahren vermittelt werden.
Inhalt1. EINFÜHRUNG, ÜBERSICHT, MOTIVATION
1.1 Einleitung (Allgemeines und Historisches) (Schijve; Chapter 1)
1.2 Normen und Richtlinien
1.3 Schadenfallbeispiele
• Comet-Absturz (Druckzyklen, Spannungskonzentration)
• Aloha-Vorfall auf Hawaii (Multiple site damage)
• Unfall einer Einseil-Umlaufbahn (Reibkorrosion an Umlenkscheibenwelle)
• ICE-Unfall (Radreifenbruch)
1.4 Vorführungen:
• DVD "MTW Materialermüdung (1995, 21')",
• DVD "F/A-18 Full Scale Fatigue Test (2004, 12')",
• DVD "Sicherheit von Seilbahnen (1996, 7')" mit anschl. Diskussion

2. BEANSPRUCHUNG
2.1 Betriebsfestigkeitsübersicht
2.2 Bedeutung von Betriebsbeanspruchungen
2.3 Zeitliche Verläufe (Schijve; Chapter 9)
2.4 Begriffsdefinitionen (Schijve; Chapter 9)
2.5 Erfassung von Betriebsbeanspruchungen (Schijve; Chapter 9)
2.6 Zählverfahren (Schijve; Chapter 9)
2.7 Häufigkeitsverteilungen oder Kollektive (Schijve; Chapter 9)
2.8 Einfluss der Kollektivform
2.9 Design Spektren (Schijve; Chapter 13)

3. WERKSTOFF
3.1 Betriebsfestigkeitsübersicht
3.2 Kennwertermittlung im Schwingversuch (Schijve; Chapter 13)
3.3 Schwingfestigkeitskennwerte (Schijve; Chapter 6)
3.4 Wöhler-Diagramm (Schijve; Chapter 6, 7)
3.5 Streuung von Schwingfestigkeitskennwerten (Schijve; Chapter 12)
3.6 Mittelspannungseinfluss (Schijve; Chapter 6)
3.7 Versagensmechanismen & Materialwahl (Schijve; Chapter 2)
3.8 Umgebungsbedingungen (Schijve; Chapter 16, 17)
3.9 Spezifische Kennwerte (Schijve; Chapter 6)

4. BAUTEIL
4.1 Betriebsfestigkeitsübersicht
4.2 Kerben (Schijve; Chapter 3, 7)
4.3 Eigenspannungen (Schijve; Chapter 4)
4.4 Grösseneinfluss
4.5 Oberflächenbeschaffenheit und Randschichten (Schijve; Chapter 7, 14)
4.6 Reibkorrosion (Fretting) (Schijve; Chapter 15)
4.7 Zusammenfassung der Verfahren zur Schwingfestigkeitssteigerung (Schijve; Chapter 14)

5. SICHERHEITSBEIWERT (Schijve; Chapter 19)

6. BETRIEBSFESTIGKEITSNACHWEIS
6.1 Betriebsfestigkeitsübersicht
6.2 Konzepte zur Lebensdauervorhersage
6.3 Dauerfestigkeitsnachweis
6.4 Zeitfestigkeitsnachweis nach dem Nennspannungskonzept (Schijve; Chapter 10)
6.5 Örtliches Konzept (Schijve; Chapter 10)
6.6 Bruchmechanikkonzept (Schijve; Chapter 5, 8, 11)
6.7 Treffsicherheit der Konzepte zur Abschätzung der Lebensdauer

7. KONZEPTE DER STRUKTURINTEGRITÄT
7.1 Safe Life Design (Mirage III, Pressure Vessel)
7.2 Fail Safe Design (moderner Flugzeugbau)
7.3 Damage Tolerance (Ansatz gemäss US Air Force Philosophie)
7.4 Design Philosophie beim F/A-18
7.5 Zusammenfassung
SkriptSämtliche Kapitel der in der Vorlesung verwendeten PowerPoint Präsentationen werden am ersten Vorlesungstag zu einem Preis von CHF 20.- abgegeben.
LiteraturEmpfohlene Bücher zur Begleitung der Vorlesung:

Schijve, Jaap
Fatigue of Structures and Materials
Springer Verlag, Berlin, ISBN 978-1-4020-6807-2 (Hardcover)

Broek, David
The Practical Use of Fracture Mechanics
Springer Netherlands, ISBN 978-90-247-3707-9 (Hardcover)
Voraussetzungen / BesonderesJe nach Aktualität von Ermüdungsversuchen kann ein Besuch der Empa in Dübendorf angeboten werden.