Gestaltoptimierung zur Maximierung der Dauerfestigkeit von Bauteilen mit Randschichtverfestigung

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Christian Brecher
• Fachliche Zuordnung: Konstruktion, Maschinenelemente, Produktentwicklung
• Förderung: Förderung von 2002 bis 2007
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 5361806

Besonders hoch belastete Bauteile wie z. B. Zahnräder oder Kurbelwellen werden zur Erhöhung der Dauerfestigkeit in der Regel randschichtverfestigt (z. B. Kugelstrahlen, Drückwalzen oder Einsatzhärten). Hierdurch wird einerseits ein tiefenabhängiger, vom Kern zum Rand hin ansteigender Festigkeitsverlauf erzeugt und/oder andererseits Eigenspannungen induziert, die bei Überlagerung mit den Spannungen führen. Aufgrund der Tiefenabhängigkeit der Festigkeit und der Eigenspannungen von randschichtverfestigten Bauteilen liegen die kritischen Bereiche mit minimaler Sicherheit gegen Versagen (= Quotient aus Festigkeit und Belastung) daher nicht zwangsläufig beim Spannungsmaximum. Bestehende Systeme zur automatischen rechnerischen Gestaltoptimierung berücksichtigen die Randschichteigenschaften nicht und sind daher nicht für randschichtverfestigte Bauteile anwendbar. Ziel des Forschungsvorhabens ist es, die Randschichteigenschaften schon bei der rechnerischen Gestaltoptimierung zu berücksichtigen und so die direkte Maximierung der Dauerfestigkeit auch von randschichtverfestigten Bauteilen zu erlauben. Neben den örtlichen Festigkeiten und den Eigenspannungszuständen werden auch die Oberflächeneinflüsse und der Größenfluß im Optimierungsmodell berücksichtigt. Ergebnis ist ein für randschichtverfestigte Bauteile geeignetes Optimierungssystem.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen