Engineering Excellence: Simulationen für Betriebsfestigkeit und Lebensdauer

1​3 - 14 November 2024, Wiesbaden

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Die Bewertung der Ermüdung bei Bauteilen, die variabler Belastung ausgesetzt sind, ist entscheidend für die sichere Nutzung von Maschinen und Anlagen. Sicherheit, Zuverlässigkeit und Wirtschaftlichkeit sind dabei von zentraler Bedeutung, um eine angemessene Dimensionierung der Produkte und die Festlegung ihrer Lebensdauer zu gewährleisten.

Zusätzlich zur Spannungsanalyse mittels Finite-Elemente-Methode (FEM) trägt die Simulation von Mehrkörpersystemen (MKS) wesentlich zur Abschätzung der Lebensdauer bei der Entwicklung und Auslegung von Bauteilen und Strukturen unter sich wiederholenden Belastungen bei. Die MKS-Simulation konzentriert sich auf die Bestimmung der zeitvarianten Lasten in einem System. Diese Lasten sind oft unzureichend oder gar nicht bekannt und können durch eine Systemsimulation ermittelt werden, was besonders wichtig ist für die Auslegung von komplexen Maschinen und Anlagen.

Die Erkenntnis, dass ein Bauteil, das wiederholt schwingenden Belastungen ausgesetzt ist, nach einer ausreichend großen Anzahl von Lastwechseln versagt, selbst wenn die Belastung geringer ist als bei einer vergleichbaren statischen Belastung, stammt von August Wöhler Ende des 19. Jahrhunderts. Denn schon bei relativ niedrigen Spannungswerten treten Schädigungen auf, und diese addieren sich mit jedem weiteren Lastwechsel. Weitere historische Meilensteine waren in den 1930er Jahren zu verzeichnen: Hier wurden die Grundlagen für die moderne Betriebsfestigkeitslehre gelegt. Forscher wie Gerhard Dietrich, Eduard Hertel und Ernst Gassner entwickelten theoretische Modelle und experimentelle Methoden, um das Ermüdungsverhalten von Materialien genauer zu erforschen. Ebenso wurden in den 1960er Jahren die ersten Ansätze der Bruchmechanik entwickelt: Die Arbeiten von Irwin, Paris und anderen Forschern führten zur Gründung des Gebiets der linearen elastischen Bruchmechanik (LEFM). LEFM bietet eine theoretische Grundlage für die Vorhersage von Rissausbreitung in Materialien unter bestimmten Bedingungen. Dieser Ansatz wurde weiterentwickelt und ist heute fest im ingenieurtechnischen Denken verankert.

Heute ist die Anwendung von Simulationsverfahren wie FEM, MKS usw. zur Auslegung nach der Betriebsfestigkeit in vielen Bereichen üblich oder sogar unerlässlich. Materialien, seien sie spröde, plastisch verformbar oder mit zeitabhängigem Verhalten, reagieren unterschiedlich auf zyklische Belastungen. Um das Festigkeitsverhalten eines Materials unter zeitabhängiger Belastung zu bewerten, ist es wichtig zu wissen, welche Spannungen zu Schädigungen führen, wie diese Schädigungen aussehen und wie sie sich überlagern. Dafür sind sowohl theoretische Ansätze (Schädigungs- und Bruchmechanik) als auch experimentelle Tests und statistische Analysen notwendig. Die daraus entwickelten Methoden sind in Normen, Vorschriften, Richtlinien, Empfehlungen und zahlreichen Softwareprodukten weit verbreitet. Die FKM-Richtlinie (7. Auflage / 2020 – Deutsch / Englisch) behandelt beispielsweise sowohl den statischen als auch den Ermüdungsfestigkeitsnachweis (als Dauer-, Zeit- oder Betriebsfestigkeitsnachweis). Allerdings sind die verfügbaren Schadensakkumulations- und Schädigungsmodelle sowie die Testdaten für verschiedene Werkstoffe oft uneinheitlich entwickelt und nicht immer ausreichend vorhanden. Daher bleibt die Betriebsfestigkeit weiterhin Gegenstand kontinuierlicher Forschung und Entwicklung, insbesondere im Hinblick auf neuere Werkstoffe wie Komposite.

Künstliche Intelligenz (KI) hat in den letzten Jahren auch im Bereich der Betriebsfestigkeit und Ermüdung eine zunehmend wichtige Rolle gespielt, durch Vorhersage von Materialverhalten, Optimierung von Designs, Schadenserkennung, Lebensdauerprognosen und Materialentwicklung. Sie ermöglicht verbesserte Effizienz und Zuverlässigkeit von Maschinen und Strukturen.

Um wettbewerbsfähige Produkte zu entwickeln, müssen sie sowohl in Bezug auf Leistung als auch Gewicht optimiert sein, ohne dabei ökonomische und fertigungstechnische Aspekte zu vernachlässigen. Oft ist dieses Ziel mit einer herkömmlichen, dauerfesten Auslegung nicht zu erreichen. Es ist wichtig zu bedenken, dass jedes Bauteil, jede Maschine oder Anlage nur für einen bestimmten Zeitraum verwendet wird. Daher ist es nicht notwendig, dass einzelne Bauteile ewig halten. Durch eine Betriebsfestigkeitsuntersuchung kann festgestellt werden, ob ein Bauteil so dimensioniert ist, dass es eine vorgegebene Lebensdauer erreicht.

Das Seminar hat mehrere Ziele:

• Die aktuellen Möglichkeiten und den Stand der Entwicklung von Theorie und Software für praktische Anwendungen aufzuzeigen, indem verschiedene Anwendungsbereiche betrachtet werden.
• Den Teilnehmern Kenntnisse und Erfahrungen in der Anwendung von simulations- und testbasierten Betriebsfestigkeits- und Lebensdauerberechnungen zu vermitteln.
• Interessante Fallbeispiele zu präsentieren, die die Grenzen und Möglichkeiten dieser Methoden verdeutlichen und auch Vergleiche mit realen Tests ermöglichen.
• Trends in Forschung und Entwicklung sowie in der Weiterentwicklung von Normen, Richtlinien und Software zu beleuchten und auch Anforderungen aus Sicht der Anwender zu formulieren.

Zwei Keynote-Präsentationen von angesehenen Experten aus Industrie und Wissenschaft bieten einen umfassenden Einstieg und Überblick zum Thema. Der Schwerpunkt der Veranstaltung liegt auf Anwendervorträgen, die interessante Erfahrungen, Einsatzgebiete, methodische Herangehensweisen und verwendete Verfahren präsentieren.

Vertreter aus Forschung und Entwicklung sowie Softwareanbieter werden ebenfalls Gelegenheit haben, ihre Perspektiven darzulegen und ein umfassendes Bild der simulationsbasierten Betriebsfestigkeits- und Lebensdauerberechnung zu vermitteln, wie es für NAFEMS-Veranstaltungen typisch ist. Selbstverständlich ist ausreichend Zeit für Diskussionen und den Austausch unter den Teilnehmern eingeplant, da uns dies gleichermaßen wichtig ist.

W​ir freuen uns auf Ihren Abstract, den Sie bitte bis spätestens 2. September online einreichen.

Dr. Alfred J. Svobodnik - MVOID Technologies
Dipl.-Ing. Werner Moretti - moretti engineering (me)

O​rganisation

Hard- und Softwareausstellung

Ausstellungs- und Sponsoringmöglichkeiten

V​eranstaltungsort

H​otel Oranien
Platter Str. 2
65193 Wiesbaden
Tel. +49 611 18820
w​ww.hotel-oranien.de
I​m Hotel haben wir Zimmer zu ermäßigten Konditionen für Teilnehmer optioniert. Bei der Buchung nennen Sie bitte das Stickwort "NAFEMS". Das Kontingent ist bis 4 Wochen vor Veranstaltung abrufbar.

Geplanter Ablauf

Tag 1
ca.13:30 - 18:00 Uhr Vorträge
18:00 - ca. 21:00 Get together in der Ausstellung
Tag 2
08:45 - 15:30 Uhr Vorträge
(Änderungen vorbehalten)

Teilnahmegebühren

• Nicht-Mitglieder: 860,- Euro / Person
• NAFEMS-Mitglieder: kostenlos unter Verwendung von 3 seminar credits*
• NAFEMS-Mitglieder ohne seminar credits: 600,- Euro

Digitale Proceedings, Mittagessen und Pausengetränke sind in den Teilnahmegebühren enthalten. Das Hotelzimmer ist nicht ­inbegriffen.

* Mitgliedsgebühren für Unternehmen/Institute Eine Standard NAFEMS site membership kostet 1.365 Euro pro Jahr, eine Academic site membership 855 Euro pro Jahr (Stand 2024). NAFEMS Mitglieder erhalten acht seminar credits (1 credit entspricht ~1/2 Seminar-/Konferenztag) pro Jahr. Für diese Veranstaltung werden drei seminar credits je Teilnehmer für eine kostenlose Teilnahme benötigt – es rechnet sich schnell, Mitglied zu werden. Sollten die seminar credits bereits verwendet worden sein, können NAFEMS Mitglieder zum reduzierten Preis von Euro 600,– pro Person teilnehmen.

Konferenzsprache

Deutsch (einzelne Vorträge auch in Englisch)

Kontakt und Fragen

NAFEMS Deutschland, Österreich, Schweiz GmbH
Griesstr. 20
85567 Grafing b. M.
Tel.: +49 176 217 984 01
Fax: +49 3 22 11 08 99 13 41
E-Mail: info@nafems.de

Alle Preise jeweils zuzügl. ges. MwSt.

Kosten für Stornierung

Bis 6 Wochen vor Beginn: kostenfrei;
bis 1 Woche vor Beginn: 75%, alle seminar credits;
später und bei Nichterscheinen: 100 %.
Ersatzteilnehmer können gestellt werden.
Die Stornierung muss schriftlich erfolgen.

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