Einflussgrössen

Die Festigkeitswerte für den Betriebsfestigkeitsnachweis werden gewöhnlich an genormten Probekörpern ermittelt, die meist weder in ihrer Form, noch in ihrer Dimension und ihrem Herstellungsprozess mit dem Bauteil unmittelbar vergleichbar sind, das es anhand der gewonnen Werkstoffkennwerte zu beurteilen gilt. In der Betriebsfestigkeitsbewertung wird daher mit Korrekturfaktoren gearbeitet, um die zwangsläufigen Unzulänglichkeiten bei der Kennwertermittlung bzw. beim Vergleich mit dem realen Bauteil so gut es geht zu berücksichtigen.

Werkstoffeinflüsse

Unter dem Begriff Werkstoffeinfluss werden die Auswirkungen von möglichen metallurgischen Abweichungen zwischen Probe und Bauteil berücksichtigt. Dies sind unter anderem Einflüsse durch die Legierungszusammensetzung, die Korngrösse, die Wärmebehandlung oder durch die Gleich- bzw. Ungleichmässigkeit der Gefügeausbildung.

Grösseneinflüsse

Ein weiterer Aspekt sind die verschiedenen Grösseneinflüsse, die eine Abweichung zu den Kennwerten aus dem Versuch bewirken. So nimmt beispielsweise die Wahrscheinlichkeit eines Bruchausgangs durch einen statistisch verteilten Materialfehler mit steigender Probengrösse zu. Ähnliches gilt für Verfahren, die eine Oberflächenverfestigung erzeugen, die technologisch und verfahrensbedingt nur eine bestimmte Schichtdicke aufweisen. Der stützende Einfluss dieser Schicht nimmt mit zunehmender Wandstärke des Bauteils ab. Ebenso existiert eine Abhängigkeit der Festigkeitswerte von der Anzahl, der Grösse sowie der Anordnung nichtmetallischer Einschlüsse.

Fertigungseinflüsse

Ein häufig besonders signifikanter Einfluss ergibt sich aus den fertigungsbedingten Eigenspannungen oder gar Vorschädigungen eines Bauteils. Ein stark umgeformtes Blech oder ein bei der Wärmebehandlung abgeschrecktes Bauteil zeigt lokal ein deutlich abweichendes Ermüdungsverhalten. Die Überlagerung der Eigenspannungen mit den Betriebsspannungen kann sowohl zu einer Verkürzung als auch zu einer Verlängerung der Lebenserwartung führen, je nachdem, ob sich die Mittelspannung erhöht oder verringert.

Direkte & indirekte Berücksichtigung

Teilweise können diese Einflüsse durch vorgelagerte Prozesssimulationen besser abgeschätzt werden. So besteht beispielsweise bei Aluminiumlegierungen ein gesetzmässiger Zusammenhang zwischen der Abkühlgeschwindigkeit und dem Dentritenarmabstand. Bei Gussbauteilen kann dieser mit einer Formfüllungs- und Erstarrungssimulation ermittelt werden; so kann die Kornfeinheit anstatt mit einem globalen mit einem lokalen Faktor berücksichtigt werden. Ein ähnliches Vorgehen besteht auch für andere Einflussgrössen, z.B. die Verteilung nichtmetallischer Einschlüsse oder die Faserorientierung in faserverstärkten Kunststoffen. Auch der bereits zitierte Eigenspannungszustand könnte auf diese Weise in die Bewertung einfliessen. Der Aufwand für dieses Vorgehen ist allerdings mitunter sehr beträchtlich, insbesondere im Fall der Eigenspannungen. Die vorgelagerte Prozesssimulation erfordert in vielen Fällen separate Modelle und zudem gute metallurgische und prozesstechnische Kenntnisse.