Besonderheiten des Festigkeitsnachweises additiv gefertigter Bauteile

Inhaltsverzeichnis

1 Einleitung

2 Festigkeitsnachweis statisch und dynamisch beanspruchter Bauteile

2.1 Allgemeines Vorgehen

2.2 Vorhandene Spannung/Beanspruchung

2.2.1 Belastungen und Beanspruchungen

2.2.2 Nennspannungen und örtliche Spannungen

2.2.3 Berechnung der Nennspannungen

2.2.4 Überlagerung von Spannungskomponenten

2.2.5 Eigenspannungen

2.3 Zulässige Spannung/Bauteilfestigkeit

2.3.1 Konzepte der Festigkeitsberechnung

2.3.2 Bauteilfestigkeit und Festigkeitsgrenzen

2.3.3 Statische Bauteilfestigkeit

2.3.4 Dauerfestigkeit, Zeitfestigkeit

2.4 Nachweis der statischen und dynamischen Festigkeit

2.4.1 Nachweis der statischen Festigkeit

2.4.2 Nachweis der Bauteil-Dauerfestigkeit

3 Additive Fertigung/Additive Manufacturing (AM)

3.1 Grundlagen der additiven Fertigung

3.1.1 Entwicklung

3.1.2 Ausprägungen

3.1.3 Einsatzgebiete

3.1.4 Prozessablauf

3.1.5 Systematik

3.1.6 Übersicht der AM-Verfahren

3.1.7 Chancen und Herausforderungen

3.2 Besonderheiten der Materialkennwerte

3.2.1 Statische Festigkeit

3.2.2 Oberflächeneigenschaften

3.2.3 Ermüdungseigenschaften

4 Stand der Technik bezüglich Festigkeitsnachweisen additiv gefertigter Bauteile

5 Leitfaden für Festigkeitsnachweise additiver Strukturen

5.1 Statischer Festigkeitsnachweis additiver Strukturen

5.2 Dynamischer Festigkeitsnachweis additiver Strukturen

6 Zusammenfassung und Ausblick

6.1 Zusammenfassung

6.2 Ausblick

Zielsetzung & Themen

Die vorliegende Bachelorarbeit befasst sich mit der Entwicklung eines Leitfadens für den Festigkeitsnachweis additiv gefertigter Bauteile, da konventionelle Normen wie die FKM-Richtlinie aufgrund fertigungsbedingter Materialeigenschaften bei additiven Strukturen nur eingeschränkt anwendbar sind. Ziel ist es, Materialbesonderheiten in den rechnerischen Festigkeitsnachweis zu integrieren.

• Grundlagen der statischen und dynamischen Festigkeitsberechnung nach FKM-Richtlinie.
• Systematik, Prozessablauf und Anwendungsbereiche der additiven Fertigung.
• Analyse materialtechnischer Besonderheiten additiv gefertigter Strukturen (Anisotropie, Rauheit).
• Entwicklung eines adaptierten Leitfadens für den statischen und dynamischen Festigkeitsnachweis unter Berücksichtigung von AM-spezifischen Faktoren.

Auszug aus dem Buch

Zusammenfassung der Kapitel

1 Einleitung: Diese Einleitung stellt die Bedeutung der additiven Fertigung dar und definiert das Ziel der Arbeit, einen Festigkeitsnachweis für diese Strukturen zu entwickeln.

2 Festigkeitsnachweis statisch und dynamisch beanspruchter Bauteile: Dieses Kapitel erläutert die theoretischen Grundlagen des konventionellen Festigkeitsnachweises gemäß der FKM-Richtlinie.

3 Additive Fertigung/Additive Manufacturing (AM): Das Kapitel behandelt die Grundlagen der additiven Fertigung sowie die besonderen Materialkennwerte und Herausforderungen dieser Technologie.

4 Stand der Technik bezüglich Festigkeitsnachweisen additiv gefertigter Bauteile: Es wird der aktuelle Forschungsstand beleuchtet, wobei festgestellt wird, dass es noch keine allgemein verbindlichen Normen für additive Strukturen gibt.

5 Leitfaden für Festigkeitsnachweise additiver Strukturen: Hier wird der in der Arbeit erarbeitete Ansatz eines angepassten Leitfadens für statische und dynamische Festigkeitsnachweise bei additiven Bauteilen vorgestellt.

6 Zusammenfassung und Ausblick: Das Abschlusskapitel fasst die Ergebnisse zusammen und gibt einen Ausblick auf zukünftige Forschungsnotwendigkeiten im Bereich der AM-Festigkeitsbewertung.

Schlüsselwörter

Additive Fertigung, Festigkeitsnachweis, FKM-Richtlinie, Statische Festigkeit, Dynamische Festigkeit, Materialkennwerte, Anisotropie, Oberflächenrauheit, Bauteilversagen, Konstruktion, Ermüdungsverhalten, Leichtbau, Prozessparameter, Kerbwirkung, AM-Faktor

Häufig gestellte Fragen

Worum geht es in dieser Arbeit grundsätzlich?

Die Arbeit beschäftigt sich mit der Herausforderung, wie man für additiv gefertigte Bauteile einen rechnerischen Festigkeitsnachweis erbringt, da diese Bauteile aufgrund ihres speziellen Schichtaufbaus andere Materialeigenschaften aufweisen als konventionell gefertigte Teile.

Was sind die zentralen Themenfelder?

Die zentralen Themen sind der klassische Festigkeitsnachweis nach FKM-Richtlinie, die Grundlagen und Verfahren der additiven Fertigung sowie die Anpassung der bestehenden Berechnungsansätze an die Besonderheiten von AM-Strukturen.

Was ist das primäre Ziel der Arbeit?

Das primäre Ziel ist es, einen Leitfaden zu entwickeln, der Ingenieuren hilft, die Besonderheiten von additiv gefertigten Strukturen (wie Anisotropie und fertigungsbedingte Fehler) in bestehende Festigkeitsberechnungsverfahren zu integrieren.

Welche wissenschaftliche Methode wird verwendet?

Die Arbeit basiert auf einer fundierten Literaturrecherche und der Analyse bestehender Normen, welche anschließend durch die Integration additiv-spezifischer Faktoren zu einem neuen Leitfaden-Ansatz zusammengeführt werden.

Was wird im Hauptteil behandelt?

Im Hauptteil werden zunächst die theoretischen Grundlagen des Festigkeitsnachweises für statische und dynamische Belastungen dargelegt, gefolgt von einer tiefgehenden Betrachtung der AM-Technologien und deren Materialkennwerte, um darauf basierend den neuen Leitfaden zu formulieren.

Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?

Die zentralen Begriffe sind Additive Fertigung, Festigkeitsnachweis, FKM-Richtlinie, Anisotropie, Bauteilfestigkeit und Materialkennwerte.

Welche Rolle spielen die Prozessparameter?

Prozessparameter wie Laserleistung, Scangeschwindigkeit und Aufbaurichtung haben einen maßgeblichen Einfluss auf die Materialeigenschaften und führen dazu, dass Materialkennwerte stark vom jeweiligen Fertigungssetup abhängen.

Warum wird im Anhang eine Getriebewelle als Beispiel genutzt?

Die Getriebewelle dient als praxisnahes Beispiel, um die einzelnen Rechenschritte des entwickelten Leitfadens transparent und nachvollziehbar an einem realen Bauteil unter Torsions- und Biegebelastung zu demonstrieren.