Sekundärspannung
Aus ESOCAETWIKIPLUS
engl: secondary stress Kategorie: Level 3 Mechanik Theorie
Hier wird die Sekundärspannung als eine Spannung im Sinne der Strukturmechanik beschrieben (in Abgrenzung zur elektrischen Sekundärspannung bei einem Transformator).
In der Ingenieurmechanik ist es üblich, eine mechanische Spannungsverteilung in einem Bauteil-Querschnitt in unterschiedliche Kategorien einzuordnen und je nach Ursache der Spannung als
- Primärspannung,
- Sekundärspannung oder
- Spannungsspitze
zu betrachten. Diese Einstufung spielt insbesondere bei der Bewertung nach Regelwerken eine Rolle.
Eine Sekundärspannung ist eine Spannung, die durch Zwängungen infolge geometrischer Unstetigkeiten oder bei Verwendung von Werkstoffen mit unterschiedlichen Elastizitätsmodulen unter äußeren Belastungen entstehen oder die sich durch Zwängungen infolge unterschiedlicher thermische Dehnungen ergeben. Hinsichtlich des Festigkeitsverhaltens ist ihr wesentliches Merkmal, dass sie im Falle des Überschreitens der Fließgrenze beim Ausgleich der Verformungsdifferenzen plastische Verformungen bewirken, die sich selbst begrenzen.
Merke: eine Sekundärspannung ensteht durch Zwängungen. Sie ist selbstbegrenzend.
Grundlagen
Die rechnerische Auslegung von Konstruktionen und Bauteilen erfolgt zunächst mit einer Dimensionierung. Dabei wird in der Konzeptphase sichergestellt, dass die maßgebenden und grundlegenden Eigenschaften gegeben sind. Für diese Dimensionierung (Auslegung mit Formeln, Bemessung) werden meistens einfache Formeln verwendet. Sie basieren auf einer Idealisierung, die für die maßgebenden und grundlegenden Eigenschaften angemessen ist. In der Strukturmechanik werden hierbei oftmals die Sekundärspannungen nicht berücksichtigt.
Wenn der Entwurf oder die Konstruktion abgeschlossen ist, wird durch eine Analyse des Bauteilverhaltens sichergestellt, dass keine sonstigen Grenzwerte überschritten werden. In der Strukturmechanik werden bei der Analyse des mechanischen Verhaltens auch Sekundär- und Spitzenspannungen berücksichtigt. Eine numerische wie auch eine experimentelle Analyse des mechanischen Verhaltens liefert die Verteilung der mechanischen Spannungen im Bauteil und erfordert eine solche Einstufung der Spannungsanteile für die Bewertung.
Es ist üblich, eine Sekundärspannung gegenüber der Versagensgrenze mit einer Sicherheit von 1,5 zu begrenzen (Sicherheitsfaktor 1,5, Einspielen/Shakedown).
Beispiel Flansch
Als Beispiel wird eine Rohrleitung mit einem Flansch betrachtet. Das Foto zeigt die Anordnung. Die Zeichnung zeigt den Schnitt durch die Mitte dieser Konstruktion. Die Rohrleitung und der Flansch sind im wesentlichen rotationssymmetrisch, nur die Schrauben stören diese Rotationssymmetrie.
Hier finden Sie nähere Angaben zu diesem Beispiel.