Aufgabenkatalog 2016

Betriebsfestigkeit und Bruchmechanik
Aufgabenkatalog zur Prüfung am 19.07. und 20.07.2016
Vorlesung / Übung
Vorlesung 1
1.1)
1.2)
1.3)
1.4)
1.5)
1.6)
1.7)
1.8)
Ordnen Sie den Begriff „Betriebsfestigkeit“ ein und nennen Sie wesentliche Merkmale!
Nennen Sie lebensdauerverkürzende Prozesse in der Technik!
Nennen Sie die verschiedenen Arten von Materialermüdung!
Nennen Sie den Grund, warum Materialermüdung so gefährlich ist!
Skizzieren Sie den Spannungs-Zeit-Verlauf einer Schwingbeanspruchung unter Angabe der wesentlichen Kenngrößen nach DIN 50100!
Geben Sie die Definition des Spannungsverhältnisses R bei einachsiger, harmonischer Beanspruchung an!
Nennen und skizzieren Sie die verschiedenen Beanspruchungsbereiche einer
Schwingbeanspruchung!
Geben Sie die Wertebereiche von R bei Schwellbeanspruchung (Zug/Druck),
Wechselbeanspruchung und ruhender Beanspruchung an!
Vorlesung 2
2.1)
2.2)
2.3)
2.4)
2.5)
2.6)
2.7)
2.8)
2.9)
Nennen Sie verschiedene Arten von Festigkeitsnachweisen für Metalle bei zeitlich
veränderlicher Beanspruchung!
Nennen Sie die Art von Gitterdefekten, welche plastische Verformungen metallischer Werkstoffe hauptsächlich ermöglicht!
Nennen Sie die verschiedenen Dimensionen von Gitterstörungen metallischer
Werkstoffe und erläutern Sie diese jeweils anhand eines Beispiels!
Erläutern Sie die vektoriellen Eigenschaften, welche eine Versetzung kennzeichnen!
Nennen und beschreiben Sie zwei verschiedene Typen von Versetzungen!
Beschreiben/Skizzieren Sie den Vorgang der plastischen Verformung infolge Versetzungsbewegung am Beispiel einer Stufenversetzung!
Erläutern Sie den Begriff Gleitsystem und wodurch ein Gleitsystem gekennzeichnet
ist!
Erläutern Sie, welche Rolle Versetzungen bei der Ermüdung metallischer Materialien spielen!
Nennen Sie die wesentlichen Phasen beim Ablauf eines Ermüdungsbruches unter
Beachtung der verschiedenen Größenskalen!
Vorlesung 3
3.1)
3.2)
3.3)
3.4)
Definieren Sie die Aufgabe des Gebietes der Betriebsfestigkeit!
Beschreiben Sie die wesentlichen Merkmale einer Ermüdungsbruchfläche (ohne
Restgewaltbruchfläche)!
Beschreiben Sie die wesentlichen Merkmale einer Restgewaltbruchfläche!
Nennen Sie wesentliche Einflussgrößen auf die Betriebsfestigkeit!
3.5)
3.6)
3.7)
3.8)
3.9)
3.10)
3.11)
3.12)
Skizzieren Sie Wahrscheinlichkeitsdichten von Beanspruchung und Festigkeit bei
einem Betriebsfestigkeitsversuch!
Grenzen Sie die Begriffe „Belastung“ und „Beanspruchung“ voneinander ab!
Nennen Sie physikalische Größen, mit denen man Belastungen und Beanspruchungen beschreiben kann!
Geben Sie symbolische und Koeffizientendarstellung des Spannungstensors sowie
dessen Eigenschaften an!
Benennen Sie die Größen, welche durch das Hookesche Gesetz verknüpft werden!
Erklären Sie den Unterschied zwischen einer proportionalen und einer nichtproportionalen Belastung!
Nennen Sie die verschiedenen Eigenschaften einer Beanspruchungs-Zeit-Funktion
in Form einer Baumstruktur!
Definieren Sie den Begriff „Ergodizität“!
Vorlesung 4
4.1)
4.2)
4.3)
4.4)
4.5)
4.6)
4.7)
4.8)
Beschreiben Sie die Vorgehensweise zur Erstellung eines Wöhlerdiagramms!
Skizzieren und beschreiben Sie ein Wöhlerdiagramm und kennzeichnen Sie die verschiedenen Bereiche!
Definieren Sie den Begriff „Dauerfestigkeit“ anhand des Wöhlerdiagramms!
Nennen Sie zwei verschiedene Typen von Wöhlerlinien und veranschaulichen Sie
diese anhand einer Skizze!
Nennen Sie wesentliche Unterschiede zwischen der Wöhlerlinie und der Gaßnerbzw. Lebensdauerlinie!
Geben Sie eine Definitionsgleichung für die Neigung der Zeitfestigkeitsgerade an!
Beschreiben Sie die Vorgehensweise zur Erstellung von Dauerfestigkeitsschaubildern!
Skizzieren und beschreiben Sie ein Dauerfestigkeitsschaubild nach Smith!
Vorlesung 5
5.1)
5.2)
5.3)
5.4)
5.5)
5.6)
5.7)
5.8)
5.9)
5.10)
Skizzieren und beschreiben Sie ein Dauerfestigkeitsschaubild nach Haigh!
Erläutern Sie den Begriff der Mittelspannungsempfindlichkeit anhand des Haigh-Diagramms!
Skizzieren Sie linearelastisch-idealplastisches Materialverhalten und erklären Sie
hiervon ausgehend die isotrope und die kinematische Verfestigung metallischer
Werkstoffe!
Erläutern Sie den Begriff Viskoplastizität und welche Eigenschaften viskoplastisches Materialverhalten kennzeichnen!
Skizzieren und beschreiben Sie eine zyklische und eine zügige Spannungs-Dehnungs-Kurve!
Erläutern Sie in diesem Zusammenhang die Begriffe „zyklisch verfestigender Werkstoff“, „zyklisch entfestigender Werkstoff“ und „zyklisch stabiler Werkstoff“!
Nennen und beschreiben Sie zwei Verfahren zur Ermittlung einer zyklischen Spannungs-Dehnungs-Kurve!
Nennen Sie transiente Vorgänge bei zyklischen plastischen Deformationen!
Erklären Sie die zyklische Verfestigung und die zyklische Relaxation anhand geeigneter Diagramme!
Erläutern Sie den Begriff Dissipation und welcher Zusammenhang zur Schädigung
besteht!
Vorlesung 6
6.1)
6.2)
6.3)
6.4)
6.5)
6.6)
6.7)
Nennen Sie den Zusammenhang zwischen einer zyklischen Spannungs-DehnungsKurve, einer Spannungs-Wöhlerlinie und einer Dehnungs-Wöhlerlinie!
Nennen Sie die Grundidee der Ramberg-Osgood-Beziehung!
Nennen Sie die Grundidee des Coffin-Manson-Ansatzes!
Skizzieren Sie den Weg, um die Kompatitbilitätsbeziehungen zwischen diesen Modellen zu erhalten!
Nennen Sie neben dem Hookeschen Gesetz noch ein weiteres Stoffgesetz, welches
in der Übung behandelt wurde!
Beschreiben Sie die Konstruktion einer Hysterese-Schleife nach der Masing-Hypothese anhand einer Skizze!
Skizzieren und erläutern Sie beispielhaft einen Spannungs-Dehnungs-Verlauf unter
Beachtung der Regeln des Memory-Verhaltens!
Vorlesung 7
7.1)
7.2)
7.3)
7.4)
7.5)
7.6)
Nennen Sie Gründe für die Anwendung statistischer Zählverfahren!
Nennen Sie wesentliche Anforderungen an ein Zählverfahren!
Nennen Sie Merkmale, die bei der Anwendung von Zählverfahren vernachlässigt
werden!
Nennen Sie ein einparametriges Zählverfahren Ihrer Wahl und beschreiben Sie es
anhand eines Diagramms!
Definieren Sie den Begriff „Regelmäßigkeitsfaktor“ bzw. „Unregelmäßigkeitsfaktor“!
Erläutern Sie den Aussagegehalt eines Beanspruchungskollektivs!
Vorlesung 8
8.1)
8.2)
8.3)
8.4)
8.5)
Erklären Sie das Zählverfahren der Übergangsmatrix mit Hilfe geeigneter Abbildungen!
Nennen Sie einen Kennwert ihrer Wahl, welcher der Übergangsmatrix entnommen
werden kann! Erstellen Sie dafür eine geeignete Skizze!
Erläutern Sie den Begriff „Sollwertfunktion“!
Erläutern Sie die Grundidee und die Vorteile des Rainflow-Zählverfahrens!
Wenden Sie die Regeln des Rainflow-Zählverfahrens auf die vorgegebene Beanspruchungs-Zeit-Funktion an!
Vorlesung 9
9.1)
9.2)
9.3)
9.4)
Nennen Sie zwei Ermüdungsfestigkeitskonzepte!
Erläutern Sie die Grundidee des Nennspannungskonzeptes!
Erläutern Sie die Grundidee der linearen Schadensakkumulation gemäß der MinerRegel!
Erklären Sie den Begriff „Treppung“ anhand einer Skizze!
Vorlesung 10
10.1)
10.2)
10.3)
Erläutern Sie den entscheidenden Nachteil der originalen Miner-Regel!
Beschreiben Sie die originale, die elementare und die (nach Haibach) modifizierte
Miner-Regel anhand einer Skizze!
Erläutern Sie die Grundidee des Kerbdehnungskonzeptes!
10.4)
Erklären Sie die Bedeutung von Schädigungsparametern und geben Sie ein Beispiel Ihrer Wahl für eine Berechnungsvorschrift an!
Vorlesung 11
11.1)
11.2)
11.3)
11.4)
11.5)
11.6)
11.7)
11.8)
Erläutern Sie die Grundidee der Normalspannungshypothese!
Beschreiben Sie die Form der zugehörigen Versagensfläche im räumlichen und im
ebenen Spannungszustand!
Erläutern Sie die Art und Weise des Versagens von zylindrischen Hochdruckbehältern bei Gültigkeit der Normalspannungshypothese!
Erläutern Sie die Grundidee der Schubspannungshypothese!
Beschreiben Sie die Form der zugehörigen Fließfläche im räumlichen und im ebenen Spannungszustand!
Erläutern Sie die Grundidee der Gestaltänderungsenergiehypothese!
Beschreiben Sie die Form der zugehörigen Fließfläche im räumlichen und im ebenen Spannungszustand!
Nennen Sie die wesentliche Einschränkung der Schubspannungshypothese und
der Gestaltänderungsenergiehypothese! Nennen Sie Hypothesen, für welche diese
Einschränkung nicht gilt!
Vorlesung 12
12.1)
12.2)
Erläutern Sie die Grundidee der Hauptdehnungshypothese!
Beschreiben Sie die Form der zugehörigen Versagensfläche im räumlichen und im
ebenen Spannungszustand!
12.3) Beschreiben Sie die drei Grundtypen von Rissöffnungen anhand entsprechender
Skizzen!
12.4) Beschreiben Sie qualitativ den Verlauf der Spannungen für Rissöffnungsmodus I,
wenn man sich auf dem Ligament der Rissspitze nähert!
12.5) Definieren Sie den Begriff „Griffith-Riss“ anhand einer Skizze!
12.6) Vergleichen Sie die Reichweite der Spannungsfelder um einen Riss und um eine
Schraubenversetzung.
12.7) Erläutern Sie die Bedeutung der Spannungsintensitätsfaktoren (K-Faktoren)!
12.8) Geben Sie den K-Faktor für den Griffith-Riss an!
12.9) Erläutern Sie die Grundidee des K-Konzeptes! (Vorlesung 12 und 13)
12.10) Nennen Sie das Versagenskriterium der linearelastischen Bruchmechanik für den
Rissöffnungsmodus I!
12.11) Beschreiben Sie, unter welchen Umständen die Rissausbreitung stabil oder instabil
abläuft!
Vorlesung 13
13.1)
13.2)
13.3)
Erläutern Sie die grundlegenden Voraussetzungen, welche für die Ermittlung von
KIc-Werten gegeben sein müssen!
Nennen und skizzieren Sie 3 übliche Probenformen zur Ermittlung von KIc!
Nennen Sie die wesentlichen Schritte zur Erzeugung von Rissen in Proben für die
Ermittlung von KIc-Werten (für metallische Werkstoffe)!
Vorlesung 14
14.1)
14.2)
14.3)
14.4)
14.5)
Erläutern Sie die Grundidee der Irwin’schen Risslängenkorrektur!
Geben Sie die Definition der Risswachstumsgeschwindigkeit von Ermüdungsrissen
an!
Geben Sie eine Definitionsgleichung für den zyklischen K-Faktor an!
Skizzieren Sie die Risswachstumsgeschwindigkeit von Ermüdungsrissen in Abhängigkeit vom zyklischen K-Faktor unter Angabe der Grenzen!
Beschreiben Sie das Paris-Erdogan-Gesetz und für welchen Bereich dieses gilt!

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