Wie berechnet man die Dauerfestigkeit von Stahl?

Die Dauerfestigkeit von Stahl, auch als Ermüdungsfestigkeit bezeichnet, ist die Spannung, die ein Material unendlich viele Lastwechsel ohne Bruch ertragen kann. Die Berechnung der Dauerfestigkeit ist komplex und hängt von verschiedenen Faktoren ab, wie z.B. der Art der Belastung, der Oberflächenbeschaffenheit und der Umgebung.

Hier sind die grundlegenden Schritte zur Berechnung der Dauerfestigkeit:

1. **Materialdaten sammeln**: Besorge dir die Materialkennwerte des Stahls, wie z.B. die Zugfestigkeit (Rm) und die Streckgrenze (Re).

2. **Wöhlerkurve (S-N-Kurve)**: Die Wöhlerkurve zeigt die Beziehung zwischen der Spannungsamplitude und der Anzahl der Lastwechsel bis zum Bruch. Diese Kurve wird experimentell ermittelt und ist für verschiedene Stahlsorten verfügbar.

3. **Dauerfestigkeit ermitteln**: Die Dauerfestigkeit (σD) kann aus der Wöhlerkurve abgelesen werden. Für viele Stähle liegt die Dauerfestigkeit bei etwa 50% der Zugfestigkeit (σD ≈ 0,5 * Rm) für unlegierte Stähle und bei etwa 30-40% der Zugfestigkeit für hochlegierte Stähle.

4. **Einflussfaktoren berücksichtigen**: Berücksichtige Faktoren wie Oberflächenbeschaffenheit, Kerbwirkung, Größe des Bauteils und Umgebungsbedingungen. Diese Faktoren können die Dauerfestigkeit erheblich beeinflussen und werden durch Korrekturfaktoren in die Berechnung einbezogen.

5. **Berechnung**: Die allgemeine Formel zur Berechnung der Dauerfestigkeit unter Berücksichtigung der Korrekturfaktoren lautet:
\[
\sigma_{D,eff} = \sigma_D \cdot k_s \cdot k_g \cdot k_o \cdot k_t
\]
wobei:
- \(\sigma_{D,eff}\) die effektive Dauerfestigkeit ist,
- \(\sigma_D\) die Dauerfestigkeit aus der Wöhlerkurve ist,
- \(k_s\) der Oberflächenfaktor,
- \(k_g\) der Größeneinflussfaktor,
- \(k_o\) der Einflussfaktor der Umgebung,
- \(k_t\) der Kerbfaktor.

Für genaue Berechnungen und spezifische Anwendungen ist es ratsam, Fachliteratur zu konsultieren oder sich an Normen wie die DIN 50100 zu halten.