Kostenlose Werkstoffdaten für FEM Rechnungen und den Nachweis der Betriebsfestigkeit Teil 2

Versuche sind teuer. Insbesondere Versuche zur Ermittlung der Daten der Betriebsfestigkeit wie Wöhlerlinien und Dauerfestigkeiten sind langwierig und damit kostenintensiv. Diese Artikelserie erklärt ihnen, wie Sie kostenlos an Werkstoffdaten für Ihre FE Rechnungen und den Nachweis der Festigkeit gelangen.
In einem ersten Artikel wurden Werkstoffdaten für FEM Ergebnisse behandelt.
Dieser zweite Artikel befasst sich mit Werkstoffdaten für einen Betriebsfestigkeitsnachweis.

Wenn Sie einen Nachweis der Betriebsfestigkeit führen möchten benötigen Sie die Wöhlerlinie. Diese ist durch drei Parameter bestimmt
die Neigung
die Zyklenzahl bei der Dauerfestigkeit
die Dauerfestigkeit

Die Neigung der Wöhlerlinie:

Für die Neigung der Wöhlerlinie eines gekerbten ungeschweißten Bauteiles wird mit k=5 gerechnet. Für geschweißte Bauteile nehmen Sie k=3. Die Gründe habe ich in diesem Artikel beschrieben.
Arbeiten Sie mit Normen oder Richtlinien, können diese andere Vorschläge machen. In diesem Fall müssen Sie sich an die Norm / Richtlinie halten.

Die Zyklenzahl bei Dauerfestigkeit (Knickpunktzyklenzahl):

Üblicherweise wird auch die Zyklenzahl bei der Dauerfestigkeit als nahezu konstant angesehen. Hier hat sich der Wert von N = 2*10^6 etabliert. Für die Verwendung von Normen gilt wieder das oben gesagte.

Die Dauerfestigkeit:

Die Dauerfestigkeit σD ist der eigentlich spannende Parameter;) Sie hängt von der Zugfestigkeit Rm ab. Und kann über Näherungsformel berechnet werden. Nach der FKM-Richtlinie*
Gilt
σD = fw * Rm

Den Faktor fw ist:
Einsatzstahl fw = 0,40
Nichtrostender Stahl fw = 0,40
Schmiedestahl fw = 0,40
Stahl ausser diesen fw = 0,45
GS fw = 0,34
GJS fw = 0,34
GJM fw = 0,30
GJL fw = 0,34
Aluminiumknetwerkstoff fw = 0,30
Aluminiumgusswerkstoff fw = 0,30

Die Zugfestigkeit können Sie folgenden Werkstoffdatenbanken entnehmen:

Datenbanken für Metalle:

www.matweb.com (Extrem umfangreiche Datenbank, beinhaltet > 40000 Datensätze. Neben Metallen auch Kunststoffe, Keramiken, Schäume, Hölzer)
www.stahldaten.de/ (Gute Datenbank. Beinhaltet einen kostenlosen Zugang auf Stähle, der eine Untermenge an Werkstoffdaten der lizenzpflichtigen Version enthält.)
http://smt.sandvik.com/ (Übersichtliche Datenbank für Stähle inkl. Datenblättern zum Download.)
https://www.kupferinstitut.de/(Das deutsche Kupferinstitut liefert kostenlos viele Datenblätter zum Download. Hier finden sich Statische Kennwerte bei Raumptemperatur genauso wie Temperaturabhängigkeiten und Dauerfestigkeiten. eine sehr wertvolle Quelle für Kupferwerkstoffe inkl. Messing.)

Datenbanken für Kunststoffe:

www.campusplastics.com (Guter Eindruck, beinhaltet über 3000 Materialdaten inkl. Temperaturabhängigkeiten.)
www.kern-gmbh.de (Guter Eindruck. Beinhaltet über 15o Kuststoffwerkstoffe.)
http://www.kundert.ch (Solide Datenbank für Kunststoffe inkl. Download von Datenblättern.)

Datenbanken die Dauerfestigkeiten und Wöhlerkurven

Alternativ können Sie diesen Datenbanken die Dauerfestigkeiten und Wöhlerkurven für weitere Werkstoffe entnehmen
https://www.efatigue.com/ (Insgesamt eine schöne Homepage, auf der Hintergründe der Betriebsfestigkeit gut erklärt werden. Außerdem stehen viele Wöhlerlinien zum Download zur Verfügung.)
Wöhlerlinien für das Nennspannungskonzept
Download Wöhlerlinien für das Örtliche Konzept

Die Dauerfestigkeit des Bauteils hängt allerdings noch von sehr viel mehr Parametern ab. So beeinflussen beispielsweise die Bauteilgröße, Belastungsart, Oberflächeneigenschaften und Temperaturen die Dauerfestigkeit maßgeblich. Diese Einflüsse können allerdings nur mittels Richtlinien rechnerisch abgeschätzt werden.
Als Empfehlung kann ich hier die FKM-Richtlinie* geben. Dies Richtlinie ist branchenunabhängig und beschreibt den aktuellen Stand der Technik. Alle Einflüsse können auf Basis der Zugfestigkeit berechnet werden.

Auf den Punkt:

Als konstante Größen wird die Neigung der Wöhlerlinie und die Knickpunktzyklenzahl angenommen.
Einflüssen wie Oberflächenrauigkeiten, Mittelspannungen, Belastungen, Temperaturen,… haben nur einen Einfluss auf die Dauerfestigkeit.
Die Neigung der Wöhlerlinie kann mit k= 5 für ungeschweißte und k=3 für geschweißte Bauteile angenommen werden. Die Knickpunktzyklenzahl mit N=2*10^6.
Zur Ermittlung der Zugfestigkeiten liegen umfangreiche frei zugängliche Datenbanken vor. Auf Basis der Zugfestigkeit kann die Dauerfestigkeit des Werkstoffes berechnet werden.
Alle weiteren Einflüsse auf die Dauerfestigkeit müssen über Richtlinien / Normen wie z.B. die FKM-Richtlinie* abgeschätzt werden. Dazu ist die Kenntnis der Zugfestigkeit ausreichend.