Zum jetzigen Zeitpunkt gibt es noch keine allgemein verbindliche Norm zur Durchführung eines Festigkeitsnachweises für additive Strukturen. Daher führt diese Arbeit die Besonderheiten der additiven Fertigung und den konventionellen Festigkeitsnachweis nach der FKM-Richtlinie in einem möglichen Ansatz eines Leitfadens zusammen. Zu diesem Zweck werden die bestehenden Formeln und Kennwerte des konventionellen Festigkeitsnachweises so angepasst, dass die Materialkennwerte additiver Strukturen berücksichtigt werden.
Eine der wichtigsten Aufgaben in der Konstruktion ist es, sicherzustellen, dass Bauteile unter ihren äußeren Belastungen nicht versagen. Aus diesem Grund muss in der Regel hinsichtlich Statik und Ermüdung ein Festigkeitsnachweis erbracht werden. Dieser erfolgt für konventionell gefertigte Bauteile im Allgemeinen nach bestimmten Normen und Regelwerken, wie beispielsweise der FKM-Richtlinie. Auch Bauteile, welche mittels additiver Fertigung hergestellt werden, müssen diesen Anforderungen genügen. Aufgrund fertigungsbedingter Einflüsse sowie besonderer Materialeigenschaften stellt die Anwendung der FKM-Richtlinie bei additiven Strukturen jedoch eine Herausforderung dar.
Inhaltsverzeichnis
- Einleitung
- Festigkeitsnachweis statisch und dynamisch beanspruchter Bauteile
- Allgemeines Vorgehen
- Vorhandene Spannung/Beanspruchung
- Belastungen und Beanspruchungen
- Nennspannungen und örtliche Spannungen
- Berechnung der Nennspannungen
- Überlagerung von Spannungskomponenten
- Eigenspannungen
- Zulässige Spannung/Bauteilfestigkeit
- Konzepte der Festigkeitsberechnung
- Bauteilfestigkeit und Festigkeitsgrenzen
- Statische Bauteilfestigkeit
- Dauerfestigkeit, Zeitfestigkeit
- Nachweis der statischen und dynamischen Festigkeit
- Nachweis der statischen Festigkeit
- Nachweis der Bauteil-Dauerfestigkeit
- Additive Fertigung/Additive Manufacturing (AM)
- Grundlagen der additiven Fertigung
- Entwicklung
- Ausprägungen
- Einsatzgebiete
- Prozessablauf
- Systematik
- Übersicht der AM-Verfahren
- Chancen und Herausforderungen
- Besonderheiten der Materialkennwerte
- Statische Festigkeit
- Oberflächeneigenschaften
- Ermüdungseigenschaften
- Grundlagen der additiven Fertigung
- Stand der Technik bezüglich Festigkeitsnachweisen additiv gefertigter Bauteile
- Leitfaden für Festigkeitsnachweise additiver Strukturen
- Statischer Festigkeitsnachweis additiver Strukturen
- Dynamischer Festigkeitsnachweis additiver Strukturen
- Zusammenfassung und Ausblick
- Zusammenfassung
- Ausblick
Zielsetzung und Themenschwerpunkte
Diese Bachelorarbeit befasst sich mit den Besonderheiten des Festigkeitsnachweises von additiv gefertigten Bauteilen. Das Ziel der Arbeit ist es, einen umfassenden Überblick über die Herausforderungen und Besonderheiten des Festigkeitsnachweises für diese Art von Bauteilen zu geben. Dabei wird auf die spezifischen Eigenschaften additiv gefertigter Materialien und deren Einfluss auf die Festigkeitseigenschaften eingegangen.
- Grundlagen der additiven Fertigung
- Materialkennwerte additiv gefertigter Bauteile
- Festigkeitsnachweise additiver Strukturen
- Stand der Technik bezüglich Festigkeitsnachweisen
- Herausforderungen und Chancen der additiven Fertigung
Zusammenfassung der Kapitel
Die Einleitung bietet eine Einführung in das Thema und stellt die Relevanz von Festigkeitsnachweisen für additiv gefertigte Bauteile dar. Kapitel 2 behandelt die Grundlagen des Festigkeitsnachweises für statisch und dynamisch beanspruchte Bauteile, einschließlich der Berechnungsmethoden und der relevanten Materialkennwerte. Kapitel 3 beleuchtet die Besonderheiten der additiven Fertigung, die verschiedenen AM-Verfahren und die Herausforderungen und Chancen dieser Technologie. Die Kapitel 4 und 5 befassen sich mit dem aktuellen Stand der Technik bezüglich Festigkeitsnachweisen für additiv gefertigte Bauteile, einschließlich der Entwicklung von Leitfäden und Methoden für den Nachweis der statischen und dynamischen Festigkeit.
Schlüsselwörter
Additive Fertigung, Festigkeitsnachweis, Materialkennwerte, AM-Verfahren, statische Festigkeit, dynamische Festigkeit, Ermüdung, Oberflächeneigenschaften, Leitfaden, Herausforderungen, Chancen.
Häufig gestellte Fragen
Warum ist der Festigkeitsnachweis bei additiv gefertigten Bauteilen eine Herausforderung?
Es fehlen bisher allgemein verbindliche Normen. Zudem weisen additive Strukturen besondere Materialeigenschaften wie Anisotropie, fertigungsbedingte Eigenspannungen und hohe Oberflächenrauheit auf, die in konventionellen Regelwerken kaum berücksichtigt werden.
Was ist die FKM-Richtlinie?
Die FKM-Richtlinie ist ein Standardwerk für den Festigkeitsnachweis im Maschinenbau. Sie regelt das Vorgehen zur Berechnung der statischen und dynamischen Bauteilfestigkeit für konventionell gefertigte Komponenten.
Welchen Einfluss hat die additive Fertigung auf die Materialkennwerte?
Die schichtweise Fertigung führt oft zu richtungsabhängigen Festigkeiten (Anisotropie). Zudem können Poren oder mangelnde Schichthaftung die statische Festigkeit und insbesondere die Ermüdungseigenschaften negativ beeinflussen.
Wie wirken sich Oberflächeneigenschaften auf die Dauerfestigkeit aus?
Additiv gefertigte Bauteile haben oft eine hohe verfahrensbedingte Rauheit. Diese wirkt wie winzige Kerben, an denen bei dynamischer Belastung Risse entstehen können, was die Dauerfestigkeit erheblich mindert.
Was beinhaltet der in der Arbeit vorgeschlagene Leitfaden?
Der Leitfaden passt die bestehenden Formeln und Kennwerte der FKM-Richtlinie so an, dass die spezifischen Besonderheiten (wie Schichtorientierung und AM-Materialkennwerte) für einen sicheren statischen und dynamischen Nachweis genutzt werden können.
Was ist der Unterschied zwischen Nennspannungen und örtlichen Spannungen?
Nennspannungen beziehen sich auf den Querschnitt des Bauteils ohne Berücksichtigung von Kerbwirkungen, während örtliche Spannungen die tatsächlichen Belastungsspitzen an geometrischen Übergängen oder Fehlstellen beschreiben.
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- Anonym (Author), 2018, Besonderheiten des Festigkeitsnachweises additiv gefertigter Bauteile, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/1128224
