FracSafe 2.1
Software zur FKM-Richtlinie »Bruchmechanischer Festigkeitsnachweis für Maschinenbauteile«
Bruchmechanische Berechnungen für Ingenieure
Zur Gewehrleistung der Sicherheit und Verfügbarkeit von Bauteilen und Anlagen werden herkömmliche Ansätze der Festigkeitslehre angewendet, die vom fehlerfreien Werkstoffzustand ausgehen. Sind Fehler im Werkstoff nicht ausgeschlossen, so muss deren Auswirkung auf die Bauteilfestigkeit, einschließlich der Fehlerausbreitung bis zum möglichen Bauteilversagen, bewertet werden. Hierzu kommen Methoden der Bruchmechanik zum Einsatz, wobei Fehler im Sinne von rissartigen Defekten betrachtet werden. Wie die klassischen Methoden der Festigkeitslehre, gehen die methodischen Grundlagen der Bruchmechanik auf die Kontinuumsmechanik zurück, berücksichtigen jedoch die lokale Spannungs- und Dehnungsüberhöhungen vor der Rissfront sowie die Minderung der Tragfähigkeit des fehlerbehafteten Bauteilquerschnitts.
Obgleich die Bruchmechanik ein stetig weiter entwickeltes Fachgebiet ist und einige komplexe Fälle individuelle Betrachtungen erfordern, stellen die bisherigen methodischen Entwicklungen und die vorhandenen Lösungsansätze eine fundierte Basis für eine breite Anwendung der Bruchmechanik in der Technik dar und bieten somit wertvolle Bewertungswerkzeuge für Maschinenbauingenieure.
Die bruchmechanische Vorgehensweise wird in mehreren Regelwerken beschrieben, die sich voneinander meistens durch Anwendungsbereiche und damit verbundene spezifische Lösungsansätze unterscheiden. Die im FKM-Arbeitskreis "Bauteilfestigkeit" entwickelte Richtlinie "Bruchmechanischer Festigkeitsnachweis für Maschinenbauteile" eignet sich insbesondere für eine breite Anwendung im Maschinenbau und bietet sowohl die Fehlerbewertungsmethodik als auch die dabei notwendigen Berechnungswerkzeuge, Daten- sowie Beispielsammlungen an.
Die bisherigen Fassungen der Richtlinie: 1. Ausgabe 2001; 2. Ausgabe 2004; 3. Ausgabe 2006; 3. überarbeitete Ausgabe 2009. Die Autoren der Richtlinie sind für alle Rückmeldungen aus dem Anwenderkreis mit Anmerkungen bzw. Hinweisen zu einzelnen Themen, Lösungen sowie Druckfehlern dankbar. Eine Liste der bisher gefundenen Druckfehler in der aktuellen Ausgabe der Richtlinie kann hier heruntergeladen werden.
Was ist FracSafe?
Das Programm FracSafe ist ein Berechnungstool, das die Durchführung bruchmechanischer Berechnungen nach der FKM-Richtlinie "Bruchmechanischer Festigkeitsnachweis für Maschinenbauteile" ermöglicht. Im Programm sind zum einen alle Bewertungsarten, wie z.B. Versagensbewertung gegen Rissinitiierung bzw. instabile Rissausbreitung sowie Rissfortschrittsanalysen unter zyklischer Beanspruchung, und zum anderen die wesentlichen Lösungsansätze der Richtlinie (RL) implementiert. Die Eingabeformulare für erforderliche Kenngrößen (Geometrie, Fehler-, Beanspruchungs- sowie Werkstoffzustand) sind an die RL-Struktur angepasst und führen den Anwender durch die entsprechenden Kapitel der Richtlinie. Anschließend können entweder Einzelberechnungen oder auch Parameterstudie in Sekundenschnelle durchgeführt, Reservefaktoren ermittelt und somit die Bauteilfestigkeit beurteilt werden.
FracSafe wurde vom Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik IWM, Freiburg in Zusammenarbeit mit dem Institut für Werkstoffkunde der TU Darmstadt entwickelt. Die Entwicklung der Software wurde vom Forschungskuratorium Maschinenbau (FKM) des VDMA im FKM-Arbeitskreis "Bauteilfestigkeit" begleitet und von der Forschungsvereinigung der Arbeitsgemeinschaft der Eisen und Metall verarbeitenden Industrie e.V. finanziert.
Aktuell liegt das Programm in der Version 2.1 vor.
Funktionalität von FracSafe
Berechnungen mit FracSafe unterscheiden sich im Hinblick auf die Art der Beanspruchung – statisch oder zyklisch, wobei sich die beiden Berechnungsarten miteinander kombinieren lassen.
Bauteil unter statischer Beanspruchung:
- Ausgehend von einem vorhandenen oder angenommenen Fehler, vorliegender Beanspruchung und Risszähigkeit erfolgt eine bruchmechanische Festigkeitsbewertung mit der Beurteilung des Ist-Zustandes (Bauteil ist sicher bzw. unsicher).
- Ergänzend erfolgen Berechnungen kritischer Werte und Reservefaktoren für die Beanspruchung, Rissgröße und Risszähigkeit.
- Je nach Werkstoffzustand (spröder oder zäher) werden unterschiedliche Grenzzustände (Rissinitiierung bzw. Rissinstabilität) betrachtet. Für den zähen Werkstoffzustand kann eine stabile Risserweiterung vor dem Bruch berücksichtigt werden.
Bauteil unter zyklischer Beanspruchung:
- Ausgehend von einem vorhandenen oder angenommenen Fehler wird die Bedingung dessen Nichtausbreitung (bruchmechanische Dauerfestigkeit) beurteilt.
- Beim Rissfortschritt wird die Rissgröße nach einer vorgegebenen Lastwechselzahl oder die Wechselzahl zum Erreichen einer Endrissgröße ermittelt.
Die Ergebnisse werden tabellarisch und graphisch dargestellt. Die Sensitivität der erzielten Ergebnisse bezüglich unsicherer Eingabedaten lässt sich mit Hilfe von Parameterstudien überprüfen. Die Rechenprotokolle mit den Eingabedaten und Ergebnissen können als PDF exportiert werden.
Hilfen: In FracSafe sind die Online-Hilfe, eine Reihe von Beispielen aus der FKM-Richtlinie sowie Übungen zum schnellen Einstieg ins Programm enthalten.
Anwendungsbereiche von FracSafe
Die FKM-Richtlinie und FracSafe sind für bruchmechanische Analysen von Maschinenbauteilen aus Eisenwerkstoffen und Leichtmetalllegierungen geeignet. Von der Bewertung sollen Kriechvorgänge sowie nichtmetallische Werkstoffe ausgeschlossen werden.
Typische Anwendungen:
- Bauteildimensionierung, Auswahl geeigneter Werkstoffe sowie Fügeverfahren (Konstruktionsphase)
- Anforderungen an zerstörungsfreie Werkstoffprüfung, Festlegung von Inspektionsintervallen, Bewertung detektierter Fehler (Herstellung bzw. Betrieb)
- Schadensanalyse, Vermeidung von Schadensursachen
Partner
Institut für Werkstoffkunde, TU Darmstadt
www.mpa-ifw.tu-darmstadt.de
Forschungskuratorium Maschinenbau (FKM) e.V.
www.fkm-net.de
Arbeitsgemeinschaft der Eisen und Metall
verarbeitenden Industrie e.V. (AVIF)
www.avif.eu
Konditionen/Preise
Der Vertrieb des Programms erfolgt zusammen mit der Richtlinie "Bruchmechanischer Festigkeitsnachweis für Maschinenbauteile" durch VDMA Verlag GmbH.
Preise:
- Erstlizenz: 1.250 Euro zzgl. MwSt. Im Preis ist ein Exemplar der FKM-Richtlinie "Bruchmechanischer Festigkeitsnachweis für Maschinenbauteile" inbegriffen.
- Zweitlizenz 60%, jede weitere Lizenz 50% der Erstlizenz.
- Ermäßigung für Mitgliedsfirmen des VDMA (20%) und Universitäten (40%).
Bestelladresse:
VDMA Verlag GmbH
Frau Ursula Lutz
Lyoner Str. 18
60528 Frankfurt
Tel.:(069)6603-1596
Fax: (069)6603-2596
E-Mail: ursula.lutz(at)vdma.org











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