Buch Betriebsfestigkeit mit FEM

Betriebsfestigkeit mit FEM

schnell verstehen & anwenden

Dieses Buch bietet Ihnen einen schnellen und verständlichen Einstieg in die Betriebsfestigkeitsberechnungen mit der FEM. Sie lernen, worauf es bei einer FEM ankommt, wie Sie diese Ergebnisse interpretieren und Ihre Netze richtig festlegen. Außerdem werden Sie Hintergründe moderner Richtlinien wie der FKM-Richtlinie oder der DIN 743 verstehen.

 

Betriebsfestigkeit mit FEM schnell verstehen

Die Betriebsfestigkeitsberechnung wird immer häufiger im Anschluss an eine Finiten Elemente Rechnung (FEM) durchgeführt. Häufig muss dabei vom Berechnungsingenieur neben der Finiten Elemente Methode auch das Wissen der Betriebsfestigkeit berufsbegleitend aufgebaut werden. Dabei bleiben oftmals viele Fragen offen, die auch in Fachliteratur nur schwer herauszufinden sind. Z. B.
- Wie fein muss das FE-Netz sein?
- Welche Elemente sollen verwendet werden?
- Wie werte ich einen Spannungsgradienten aus?
- Worauf muss ich beim Aufbau und der Auswertung eines Finite Elemente Modells achten?
- Wie berechne ich eine Wöhlerlinie für mein Finite Elemente Modell?
Die Autoren und Trainer für die Methoden der Betriebsfestigkeit und Finiten Elemente Methode Dr.-Ing. Stefan Einbock und Florian Mailänder fassen deswegen die Grundlagen der Betriebsfestigkeit und auf verständliche Art zusammen und liefert konkrete und direkt anwendbare Methoden für einen selbständig erstellten Betriebsfestigkeitsnachweis auf Basis von Finite Elemente Ergebnissen.

Um eine schnelle Einarbeitung (auch berufsbegleitend) zu gewährleisten liefert das Buch sieben erstaunlich einfache Tipps, mit denen Sie Ihre Effizienz bei der Einarbeitung überraschend einfach dramatisch steigern können. Für eine direkte Anwendung werden ergänzend praktische Exceltools gliefert.

Zusätzlich bieten praxisrelevante Übungen mit umfangreichen Lösungswegen die Möglichkeit das Gelernte zu festigen. In nützlichen Praxistipps geben wir Ihnen immer wieder meine Erfahrungen beim Praktischen Einsatz der Methoden weiter.

Dieses Buch ist genau richtig für Sie, wenn Sie …​ ​ ​

Die Betriebsfestigkeit schnell verstehen möchten

Dieses Buch fokussiert auf die wirklich wichtigen Themen, gibt wertvolle Praxistipps für eine schnelle Einarbeitung (auch berufsbegleitend) und erklärt Grundlagen sehr verständlich.

Einen kurzen Einstieg in die FEM suchen

Sie lesen, was die Hintergründe der FEM sind, wie Sie diese richtig anwenden in dem Sie die Netzfeinheit richtig wählen und worauf es bei der Modellbildung ankommt.

FEM Ergebnisse interpretieren wollen

Wenden Sie das gelernte direkt an einem praktischen Beispiel an und lernen Sie die Methoden an den FEM Übungen kennen.

Der Inhalt

1​ Grundlagen Finite Elemente Methode
Das erste Kapitel erklärt Ihnen die FEM und liefert Antworten auf folgende Fragen:
  • Warum ist das FEM Netz wichtig?
  • Welche Elemente soll man verwenden?
  • Wann ist die Netzqualität ausreichend für den Spannungsgradienten und die Maximalspannungen?
  • Welche Werkstoffdaten werden benötigt?
  • Worauf muss man bei der Lastannahme achten?
  • Wie werden FEM Ergebnisse plausibilisiert?
Außerdem wird die FEM an einem Beispiel angewandt.
2: Grundlagen Statistik und Überblick

Hier erhalten Sie einen Überblick über den Betriebsfestigkeitsnachweis und lernen die wichtigsten statistischen Grundlagen kennen. Das sind Wahrscheinlichkeitsnetze und die wichtigsten Verteilungen der Betriebsfestigkeit.

3. Der statische Nachweis (plastische Stützzahl mit FEM rechnen)

Sie lernen, wie Spannungen berechnet werden, welchen Einfluss Kerben haben und wie Sie in ihrem Bauteil Tragreserven heben, indem Sie gezielt plastische Dehnungen zulassen.

Es wird außerdem gezeigt, worauf es bei einer elastisch-plastischen FEM Rechnung ankommt um die plastische Stützzahl mit FEM berechnen zu können.

4. Der Betriebsfestigkeitsnachweis

Nach diesem Kapitel können Sie Ihre Bauteile sowohl nach dem High Cycle Fatigue Konzept (vergleichbar zur FKM-Richtlinie), als auch nach dem Low Cycle Fatigue Konzept (mit hohen plastischen Dehnungen) auslegen.

4.1 Berechnung der Spannungen und Dehnungen

Lernen Sie, wie Sie mit der Rainflow Methode Lastzyklen auswerten und wie Sie Lastkollektive erstellen und diese extrapolieren. Zusätzlich sehen Sie, wie sie einfach elastisch plastische Spannungen und Dehnungen auch ohne FEM mit der Neuber-Regel berechnen.

Sie erfahren außerdem, welche Vergleichspannungen es bei der FEM gibt und warum diese so wichtig sind.

 

4.2 Berechnung der Wöhlerlinie

In diesem Kapitel erfahren Sie, wie Sie Wöhlerlinien berechnen und dabei alle relevanten Einflüsse des Bauteils berücksichtigen. Sie lernen außerdem Spannungswöhlerlinien für das High Cycle Fatigue Konzept (z.B. ähnlich der FKM-Richtlinie oder der DIN 743) und Dehnungswöhlerlinien für das Low Cycle Fatigue Konzept zu berechnen.

Es wird detailliert darauf eingegangen, wie der Spannungsgradient mit der FEM berechnet wird.

4.3 Die Sicherheit

Sie können jetzt die Sicherheit und die Ausfallwahrscheinlichkeit für Ihr Bauteil berechnen. Dazu lernen Sie die Schadensakkumulation nach der Miner Regel und deren Modifikationen kennen und können Sicherheiten statistisch bewerten.

5. Konstruktionsprinzipien

Erfahren Sie, welches Konstruktionsprinzip für Ihre Bauteile und Anwendungen das richtige ist. Falls Ihr Festigkeitsnachweis negativ war, lernen Sie noch Maßnahmen kennen, um die Festigkeit zu steigern.

6. Richtlinien und Normen

Übersichtlich dargestellt finden Sie die wichtigsten Richtlinien und Normen der Betriebsfestigkeit.

7. Übungen und Lösungen

Am Ende eines jeden Kapitels finden Sie Übungen mit praxisrelevanten Fragestellungen. Die detaillierten Schritt für Schritt Lösungen helfen Ihnen Ihre Rechnungen nachzuvollziehen

Am Beispiel eines Kranhakens wird die Anwendung und Interpretation der FEM anschaulich und umfangreich geübt.

8. Wichtige Formeln

Ebenfalls am Ende eines jeden Kapitel sind die wichtigsten Formeln übersichtlich zusammengefasst.

9. Excel Tools

Im Download Bereich https://www.einbock-akademie.de/download/betriebsfestigkeit/ finden Sie nützliche Excel Tools für ihren beruflichen Alltag.

Buch Betriebsfestigkeit mit FEM

Betriebsfestigkeit mit FEM – schnell verstehen & anwenden

Dieses Buch versetzt Sie dadurch in die Lage:

  • Sich schnell und einfach in die Betriebsfestigkeit sowie die FEM einzuarbeiten und richtig anzuwenden
  • Mit Ihren FEM Ergebnissen einen Festigkeitsnachweis durchzuführen
  • Ihre Bauteile höher auszulasten, indem Sie Festigkeitsnachweise nach dem Stand der Technik führen
  • Die Methoden mit Hilfe der Excel Tools direkt anzuwenden

Die Autoren

Dr.-Ing. Stefan Einbock

Einbock Betriebsfestigkeit Buch Autor FEM studierte allgemeinen Maschinenbau an der Hochschule Esslingen und promovierte an der TU Dresden im Bereich der Betriebsfestigkeit.
Das theoretische Wissen zur Betriebsfestigkeit und Zuverlässigkeit vermittelt er als erfolgreicher Seminarleiter der Seminare "Betriebsfestigkeitsberechnung", "Bauteile robust auslegen und effizient erproben" und "DRBFM verstehen und anwenden". Außerdem hält er regelmäßig Vorträge an Hochschulen.

Er ist bei der Robert Bosch GmbH beschäftigt. Dort leitet er im Geschäftsbereich Powertrain Systems das Kompetenzzentrum Metalle.

Um das Wissen der Betriebsfestigkeit Ingenieuren aus der Praxis schnell und einfach zugängig zu machen, hat er die EinbockAKADEMIE gegründet. Hier werden aktuelle Themen in einem Blog behandelt, Bücher zur Betriebsfestigkeit vorgestellt und Seminare sowie Beratungen angeboten.

 

Dipl.-Ing. (FH) Florian Mailänder

Florian Mailänder Betriebsfestigkeit FEMstudierte, nach abgeschlossener Industriemechanikerlehre, Maschinenbau an der Hochschule Esslingen in der Fachrichtung Entwicklung und Konstruktion.

Seit 2006 arbeitet er bei der CADFEM GmbH, einem Pionier der Anwendung numerischer Simulation in der Produktentwicklung und ANSYS Elite Channel Partner.
Dort ist er hauptsächlich zuständig für Schulungen und Support und vermittelt Wissen über die Softwareprodukte von ANSYS Inc, aber auch über Zusatzprodukte wie zum Beispiel FKM inside ANSYS, welche das umfangreiche Produktportfolio erweitern.

Der Fokus liegt dabei auf der strukturmechanischen Finite Elemente Berechnung, allerdings spielt die Auswertung derselben, eine ebenso große Rolle. Dabei gilt der Grundsatz der Firma CADFEM, Simulation ist mehr als Software.

 

Fehlerliste des Buches Betriebsfestigkeit

Trotz großer Sorgfalt haben sich in meinen Büchern leider Fehler eingeschlichen.
Ihre Rückmeldungen habe ich in einer Fehlerliste gesammelt und für Sie zum Download zur Verfügung gestellt.

Download Fehlerliste Buch Betriebsfestigkeit

Vielen Dank für Ihre Unterstützung und das viele Feedback!
Stefan Einbock