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Das Fatigue Damage Spectrum (FDS) ist eine in der Industrie weit verbreitete Methode zur Durchführung von beschleunigten Schwingungsprüfungen an mechanischen Bauteilen und Strukturen. Bei dieser Methode werden komprimierte Prüfsignale im Zeitbereich verwendet, um die Schwingungsgeschwindigkeit abzuleiten, die wiederum zur Ermittlung der induzierten mechanischen Spannungen verwendet wird. Unter Berücksichtigung der SN-Kurveneigenschaften (Steigung und Achsenabschnitt) des Materials und des linearen Schadensakkumulationsmodells (Palmgren/Miner) wird der Schaden für das Bauteil im Frequenzbereich abgeleitet. Das Herzstück des Verfahrens besteht nun darin, die Zeit des Prüfsignals zu reduzieren und den Schädigungsanteil in jedem Frequenzband konstant zu halten. Das beschleunigte Signal wird mit Hilfe einer Verteilungsfunktion aus dem Frequenzbereich in das Zeitsignal zurückgewandelt. Dieses Verfahren gewährleistet die Konstanthaltung des Schädigungsgehalts in jedem Frequenzband bei gleichzeitiger Beschleunigung der Prüfzeiten auf Prüfständen.
Das Verfahren nutzt die Beziehung zwischen Schwingungsgeschwindigkeit und mechanischer Spannung, um auf die Schädigung zu schließen. In jüngster Zeit wurden auch andere Schwingungsparameter wie die Beschleunigung für die Abhängigkeit von den mechanischen Spannungen untersucht. Die Wahl der Parameter liegt jedoch in der alleinigen Verantwortung des Anwenders. Diese Studie zielt darauf ab, den Anwender bei der Wahl der Parameter zu unterstützen, indem Experimente an einem elektrodynamischen Schwingerreger durchgeführt und die Abhängigkeit der mechanischen Spannungen von verschiedenen Schwingungsparametern analysiert werden.
Darüber hinaus stellt sich die Frage, wie sich die Ergebnisse der FDS ändern würden, wenn die Parameter der SN-Kurve für das gleiche Material variiert werden (z.B. aus FKM-Richtlinien, MIL-Standard oder sogar aus einer experimentell ermittelten SN-Kurve). Die Grenzen der FDS werden in diesem Szenario untersucht.
Die Transformation des beschleunigten Signals vom Frequenz- in den Zeitbereich wird mit Hilfe einer Verteilungsfunktion (oft als Gauß angenommen) und einer zufälligen Phasenverteilung der Lastamplituden vorgenommen. In der Realität sind die Lasten jedoch häufig nicht gaußförmig. Aus einer neuen Perspektive wird die Berücksichtigung von Verteilungsfunktionen wie Lalanne, Dirlik sowie höherer statistischer Momente wie Schiefe und Kurtosis zur Rekonstruktion des beschleunigten Zeitsignals vorgeschlagen. Dabei stellt sich die Forschungsfrage, inwieweit die allgemeine Annahme einer Verteilungsfunktion gültig ist und welche zusätzlichen Informationen ggf. erforderlich sind, um eine bessere Übereinstimmung zwischen simulierten und experimentellen Ergebnissen zu erreichen.
Es werden Experimente auf einem elektrodynamischen Shaker mit Proben aus Baustahl und Elektrokupfer durchgeführt. Parallel dazu werden FEM-Simulationen sowie spektrale Methoden der Schadensberechnung zum Vergleich der experimentellen Ergebnisse eingesetzt.