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Authors: Ziegler, Stefan
Title: Einfluss der Drahtschwingfestigkeit auf die Lebensdauer von Seilen
Other Titles: Influence of the fatigue strength of wires on the life span of ropes
Issue Date: 2007
metadata.ubs.publikation.typ: Dissertation
URI: http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bsz:93-opus-30069
http://elib.uni-stuttgart.de/handle/11682/4117
http://dx.doi.org/10.18419/opus-4100
Abstract: Die vorliegende Arbeit befasst sich mit den mechanischen Eigenschaften von Drähten für die Seilherstellung und deren Einfluss auf die Lebensdauer von laufenden Seilen. Hierzu wurde eine repräsentative Auswahl von insgesamt 32 Drähten in Einzeldrahtprüfverfahren (Hin- und Herbiegeversuche, Verwindeversuche, Drahtumlaufbiegeversuche) untersucht. Anhand der Ergebnisse aus den Drahtumlaufbiegeversuchen wurden sechs Drähte mit unterschiedlichen Schwingfestigkeiten ausgewählt und zur Herstellung von Seilen verwendet. Die Lebensdauer dieser Seile wurde in Dauerbiegeversuchen ermittelt. Die Ergebnisse der Seilversuche wurden mit den Ergebnissen der Einzeldrahtprüfungen verglichen, um Korrelationen bestimmen zu können. Es hat sich gezeigt, dass mit zunehmender Drahtdauerfestigkeit die Lebensdauer der Seile zunimmt. Aufgrund der Idealisierungen und Einschränkungen bei der analytischen Spannungsberechnung ist die Kenntnis der Beanspruchung von Drähten in Seilen noch unvollständig. Um diese Lücke zu schließen, wurde die Finite-Elemente-Methode zur Berechnung der Beanspruchungen in zwei häufig eingesetzten Seilkonstruktionen angewendet. Durch eine detaillierte Analyse der Beanspruchungen wurden die Verläufe der Spannungen über dem gesamten Seilquerschnitt vollständig bestimmt. Die Lebensdauer von stehenden Seilen wird bisher mit einer Lebensdauergleichung berechnet, die mit einer linearen Mehrfachregression aus Versuchsergebnissen bestimmt wurde. Hierbei werden weder die Drahteigenschaften noch die wirkenden Beanspruchungen berücksichtigt. In der vorliegenden Arbeit wurde daher ein Berechnungsansatz entwickelt, mit dem aus den Drahtschwingfestigkeiten und den mittels FEM berechneten Beanspruchungen in den Drähten die Seillebensdauer von zugschwellbelasteten Seilen (zunächst beschränkt auf Spiralseile) bestimmt werden kann.
In the present study the fatigue strength of wires for rope production and the influence of wire quality on the life span of ropes running over sheaves are examined in comprehensive form. For this purpose, the mechanical characteristics of 32 different wires have been determined by the two common wire testing methods "Hin- und Herbiegeversuch" and "Verwindeversuch" and in the, so far, little investigated wire revolve bending test. On the basis of the fatigue strength six wires are selected and used for the production of ropes. These ropes are examined in rope bending tests and the results are compared with the results of the single wire examinations, with a view to determining correlations. It was shown that wires with high fatigue strengths cause high life span of ropes. Although it is possible to calculate the wire stresses with analytic methods, the idealizations prevent an exact determination of the stresses in ropes. In order to gain still missing knowledge concerning stresses in practice-relevant ropes, in the present study, stress calculations with the finite element method of two spiral ropes, that are often applied in practical usages as standing, i.e. tension-tension-loaded ropes are accomplished and evaluated. The computation of the life span of ropes under tension-tension loading is usually done by the application of a regression equation, developed on the basis of only a few tension-tension-tests (neglecting e.g. the mechanical characteristics of the wires). In the present study an alternative calculation method, first limited to tension-tension-loaded ropes, is described, with which the life span of ropes (spiral ropes) can be determined by the calculated stresses and the fatigue strength of the wires.
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