Kostenlose Werkstoffdaten für FEM Rechnungen und den Nachweis der Betriebsfestigkeit Teil 1

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 FEM-Rechnungen und den Nachweis der Betriebsfestigkeit gelangen.
In diesem ersten Artikel werden Werkstoffdaten für FEM Ergebnisse behandelt. Sie erfahren, welche Werkstoffdaten benötigt werden und welche kostenlosen Datenbanken verfügbar sind.
Der zweite Artikel befasst sich mit Werkstoffdaten für einen Betriebsfestigkeitsnachweis.

Für FE Rechnungen werden nur sehr wenig Werkstoffdaten benötigt. Dies sind generell
der E-Modul des Werkstoffes und
die Querkontraktionszahl.

Den E-Modul des Werkstoffes

findet man in öffentlich in Werkstoffdatenbanken. Anbei ein paar Beispiele:

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.)

Die Querkontraktionszahl

Für die Querkontraktionszahl wird für Metalle häufig ν = 0,3 und für thermoplastische Kunststoffe oftmals ν = 0,35 verwendet. Genauere Werte finden Sie in dieser Auflistung:

Material Querkontraktionszahl
Eisen ν = 0,21…0,259
Si3N4 ν = 0,25
Stahl ν = 0,27…0,30
Kupfer ν = 0,35
Aluminium ν = 0,34
Titan ν = 0,33
Magnesium ν = 0,35
Nickel ν = 0,31 [6]
Messing ν = 0,37
PMMA (Plexiglas) ν = 0,40…0,43
Blei ν = 0,44
Gummi ν = 0,50
Faserverbundkunststoff (abhängig von der Faserorientierung) ν = 0,05…0,55
Holz ("orthotropisches" Material) (abhängig von der Faserorientierung) ν = 0,035…0,59

(Quelle: Wikipedia)

Auf den Punkt:

Generell sind die Werkstoffdaten E-Modul und Querkontraktionszahl relativ robust. Fehler beim E-Modul wirken sich stärker aus als Fehler bei der Querkontraktionszahl. Mit den oben genannten Quellen können alle erforderlichen Daten für die FEM-Rechnungen kostenlos bestimmt werden.