Experimentelle und numerische Untersuchung zur Berücksichtigung der Stützwirkungseffekte in der Schwingfestigkeit biegebeanspruchter vorgespannter Schraubenverbindungen
Laufendes Projekt
Förderinstitution: IGF/AIF-Vorhaben
Projektnummer: 20821
Projektstart: 01.01.2020
Kurzdarstellung
Schraubenverbindungen unterliegen im Betrieb in vielen praxisrelevanten Anwendungsfällen einer Kombination aus zyklischer Axial- und Biegebeanspruchung. Typische Beispiele hierfür sind Pleuel-, Rad- oder Batterieverschraubungen im Automobilbereich oder aber auch Flanschverschraubungen bei Windenergieanlagen.
Aufgrund der kombinierten Beanspruchung kommt es zu einem komplexen Beanspruchungszustand an Stellen hoher Kerbwirkung – im Gewindegrund bzw. im Kopf-Schaft-Übergang. Diese lokalen Effekte werden bei der Auslegung von Schraubenverbindungen nach derzeit gültigen Normen und Richtlinien nicht berücksichtigt. Die Auslegung erfolgt auf der Grundlage von Nennspannungen.
Experimentelle Untersuchungen aus der Literatur zeigen jedoch, dass Schraubenverbindungen unter kombinierter zyklischer Axial- und Biegebelastung eine höhere Schwingfestigkeit aufweisen, als rein axial belastete Schraubenverbindungen. Diese Zunahme der Schwingfestigkeit wird mit einem höheren Spannungsgradienten – hervorgerufen durch die Biegebeanspruchung – und der daraus resultierenden Stützwirkung begründet.
Im Rahmen des Forschungsprojektes werden Versuchsaufbauten zur Abbildung der Axial-, Biege- und kombinierten Beanspruchungssituation definiert. Die Ergebnisse der zyklischen Versuche werden mit Ergebnissen numerischer Simulationen abgeglichen.
Ziel des Forschungsprojektes ist die Entwicklung einer Bemessungsmethodik, welche die Stützwirkungseffekte bei Schraubenverbindungen unter kombinierter Axial- und Biegebeanspruchung auf die Schwingfestigkeit berücksichtigt. Die Bemessung soll unter Betrachtung von lokalen Bewertungskonzepten erfolgen.
Eine zuverlässigere Abschätzung der Schwingfestigkeit biegebeanspruchter vorgespannter Schraubenverbindungen unter Einbeziehung lokaler Zustände würde die Verwendung kleinerer Schraubendurchmesser ermöglichen und erlauben Leichtbaupotentiale zu nutzen.
Das Forschungsprojekt wird zusammen mit dem Fachgebiet Systemzuverlässigkeit, Adaptronik und Maschinenakustik SAM der Technischen Universität Darmstadt bearbeitet.
Förderhinweis
Das IGF-Vorhaben 20821 der Forschungsgesellschaft Stahlverformung e.V. – FSV wird über die Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen „Otto von Guericke“ e.V. (AiF) im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung und -entwicklung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert. Den vorgenannten Einrichtungen sei für die Betreuung und Förderung an dieser Stelle sehr herzlich gedankt.
