FKM-Richtlinie
Aus ESOCAETWIKIPLUS
engl: assessment Kategorie: 
Level 3 Maschinenbau
Allgemeine Informationen hierzu finden Sie zum Beispiel bei wikipedia:FKM-Richtlinie.
Die FKM-Richtlinie „Rechnerischer Festigkeitsnachweis für Maschinenbauteile“, 6. erweiterte Ausgabe 2012, ist ein anerkanntes und aktuelles Regelwerk im Maschinenbau. Sie enthält den statischen Festigkeits- und den Ermüdungsfestigkeitsnachweis. Für die Anwendung der Richtlinie sind die Spannungen im versagenskritischen Nachweispunkt zu ermitteln. Meist werden für einen FKM-Nachweis die Spannungenen örtlich mit der FEM ermittelt.
Die Richtlinie beschreibt einen
- statischen Festigkeitsnachweis und einen
- Ermüdungsfestigkeitsnachweis.
Das Ziel des statischen Nachweises ist die Sicherheit gegenüber Gewaltbruch. Wenn dieser Nachweis erfolgreich geführt ist, ist der Ermüdungsfestigkeitsnachweis vorgesehen, der die Sicherheit gegen Ermüdung zeigt. Beide Nachweise sind sowohl für Nennspannungen als auch für örtliche Spannungen beschrieben. Die Richtlinie soll ein geschlossenes Nachweiskonzept bieten, in dem der Anwender nur wenige Entscheidungen treffen muss.
Das Ergebnis eines FKM-Nachweises ist der prozentuale Auslastungsgrad. Ein Auslastungsgrad von 100% (1.0) bedeutet eine ideale Ausnutzung des Bauteils. Eine Auslastung größer 100% bedeutet eine Überlastung des Bauteils. Die veranschlagten Sicherheitsfaktoren sind im Auslastungsgrad enthalten.
Inhaltsverzeichnis |
Simulation
Die FKM-Richtlinie enthält Nachweismethoden, die auf die Anwendung zusammen mit FEM-Simulationen abgestimmt sind. Es wird zugrunde gelegt, dass ein Bauteil zu untersuchen ist, das durch Lasten beansprucht ist. In der Strukturmechanik (hierfür ist die FKM-Richtlinie vorgesehen) wird diese Bauteilbeanspruchung in Form von Spannungen ausgedrückt. Man kann diese Spannungen im Bauteil (in der FKM-Richtlinie als Spannungskennwerte bezeichnet) analytisch nach der Festigkeitslehre, numerisch durch Computer-Simulation oder experimentell durch Messung bestimmen. Hier betrachten wir die numerische Bestimmung durch Computer-Simulation.
Dabei wird die Ermittlung der Spannungen und Spannungsgradienten numerisch bei der Auswertung durchgeführt. Der Nachweis nach der FKM-Richtlinie wird für die kritischen Punkte des Bauteils (die Punkte mit den höchsten Auslastungsgraden) an der Bauteiloberfläche geführt. In der Praxis müssen oft mehrere Punkte geprüft werden, wobei die Auswahl der kritischen Punkte in der Verantwortung des Anwenders liegt. Zusammen mit einer FEM-Simulation kann die Auswertung für die gesamte Bauteiloberfläche oder für ausgesuchte Teilbereiche erfolgen. Als Ergebnis werden die Auslastungsgrade an jedem zu bewertenden Bauteilpunkt anhand der dort vorherrschenden Spannungen und diverser anderer Faktoren (Materialien, Wartungseigenschaften etc.) bestimmt. Bei der Auswertung können direkt Konturplots der Auslastungsgrade generiert werden. Damit kann direkt die Bewertung erfolgen.
Anwendung in der Praxis der Simulation
Die obere Abbildung rechts zeigt eine FEM-Anwendung, bei der das Simulationsmodell (rechts im Bild grafisch dargestellt) und der Berechnungsablauf (links im Bild als Strukturbaum) auf dem Bildschirm gezeigt werden.
Zur Anwendung der FKM-Richtlinie werden Icons angewählt, die Eingabefenster für die weiteren Parameter des Festigkeitsnachweises (Vergleichsspannungshypothesen, Sicherheitsfaktoren, Einflussfaktoren für Gütefehler, Imperfektionen, Werkstoffgruppe, Schadensfolgen,..) öffnen. Bei der Bewertung nach örtlichen Spannungen wird in der Richtlinie immer von Hauptnormalspannungen ausgegangen. Diese werden jedoch nicht, wie sonst üblich, nach Größe (absteigend von σ1 bis σ3) sortiert, sondern anhand geometrischer Aspekte definiert: die Spannungen σ1 und σ2 laufen tangential an der Oberfläche am Bewertungspunkt W entlang, σ3 zeigt in das Bauteilinnere.
Die untere Abbildung rechts zeigt die Darstellung der Ergebnisgrößen, die nach den Inhalten der FKM-Richtlinie resultieren. An der Verteilung ist direkt erkennbar, welche Bauteilbereiche bei der Bewertung besondere Aufmerksamkeit erfordern.
Beispiel
In dem Artikel Schweißnahtberechnung mit FEM und Nachweis nach FKM (CADFEM Journal/Infoplaner 2008-1, Seite 32-35) wird ein Beispiel eines FKM-Nachweises dargestellt.
Weiterführende Informationen
Sehen Sie sich auch die Fallbeispiele von Regelwerks-Berechnungen an.
Weiterführende Informationen finden Sie auch im CADFEM Journal 2/2012, Seite 44-45
Ein weiterführendes Seminar speziell hierzu finden Sie unter "Wissen" auf der Homepage von CADFEM bei "FKM-Richtlinie Festigkeitsnachweis im Maschinenbau".
Praktische Vorgehensweise als Video
Eine Darstellung der praktischen Vorgehensweise finden Sie auf dem CADFEM YouTube Kanal. Das dort angebotene CADFEM Tutorial Nr. 10 - FKM Nachweis zeigt eine Simulation mit einem FKM-Nachweis.
