Abteilung Betriebsfestigkeit und Systemverhalten

(Professor Dr.-Ing. Alfons Esderts)

Die Abteilung ist unterteilt in die Bereiche Experimentelle Lebensdauerabschätzung (Dr.-Ing. Rainer Masendorf) und Rechnerische Simulation / Kennwertermittlung (Dr.-Ing. Michael Wächter).

Das Fachgebiet der Betriebsfestigkeit beschäftigt sich mit der Abschätzung der Lebensdauer von Bauteilen unter schwingenden Belastungen, wie sie bei vielen Systemen und Strukturen im Betrieb auftreten.
Die Arbeitsschwerpunkte der Professur lassen sich wie folgt zusammenfassen:

• Experimentelle Betriebsfestigkeitsanalyse:
  Im Versuch wird ein Bauteil einer möglichst realitätsnahen Belastungssituation ausgesetzt. Die Belastung wird dabei durch einen oder mehrere Aktautoren in das Bauteil eingeleitet mit dem Ziel, ein realistisches Schädigungsverhalten des Bauteils im Labor nachzubilden oder vorherzusagen. Auf diese Weise ist es möglich, Aussagen zur zulässigen Einsatzdauer bzw. zulässigen Lasthöhe abzuleiten.
  Das Betriebsfestigkeitslabor des IMAB ist hierfür mit einer Vielzahl verschiedener Aktuatoren (servo-hydraulische, servo-pneumatische, mechanische sowie Resonanzprüfstände) ausgestattet und kann Bauteile und Werkstoffproben, die mit Kräften von wenigen Newton bis zu 500 kN belastest werden, prüfen.
• Rechnerische Betriebsfestigkeitsanalyse:
  Da Experimente im Bereich der Betriebsfestigkeit sowohl teuer als auch zeitintensiv sind, werden Methoden entwickelt, die verschiedenen Schädigungsmechanismen, die zur Ermüdung von Bauteile und damit zum Schwingbruch führen, durch geeignete Berechnungsmodelle nachzubilden. Das IMAB hat im Bereich der Simulation sowie der Programmierung von Berechnungstools eine jahrelange Expertise. Zu einem erfolgreichen rechnerischen Vorgehen sind oftmals experimentelle Bestandteile (wie z.B. Werkstoffprüfungen) notwendig.
• Lastannahmen:
  Die experimentelle Ermittlung von schwingenden Lasten, die letztendlich zum Ermüdungsbruch führen, ist ein zentraler Bestandteil der Betriebsfestigkeit. Die Ermittlung von Beanspruchungen (insbesondere im Betrieb und an ortsveränderlichen Bauteilen und Systemen) setzt die Ausstattung mit komplexer Messtechnik voraus, mit der das Institut ausgestattet ist.
  Neben der experimentellen Lastermittlung beschäftigt sich die Abteilung auch mit Simulationsmethoden wie der Mehrkörpersimulation von komplexen Systemen.

Z.Z. stehen die folgenden Themen im Fokus der Forschungsaktivitäten: Fertigungseinflüsse auf das zyklische Werkstoffverhalten, Berücksichtigung mehrachsiger Belastungszustände, Zuverlässigkeit von Bauteilen, ermüdungsfeste Auslegung von Fügeverbindungen, Festlegung von Inspektionsintervallen, ermüdungsfeste Auslegung umgeformter Bauteile, Entwicklung neuer Lebensdauerberechnungskonzepte.