Bruchmechanische Untersuchungen
Die Bruchmechanik untersucht das Verhalten rissbehafteter Bauteile. Dabei werden entweder die Wirkung gemessener Risse untersucht oder Risse angenommen, die durch die verwendete Bauteiluntersuchung (Sichtprüfung, Ultraschall, Farbeindringverfahren, ..) nicht detektiert werden können.
Eine große Bedeutung in der Bruchmechanik hat der Sprödbruch (schlagartiges Versagen des Bauteils unter statischer Last). Dieser wird begünstigt durch:
- Tiefe Temperaturen
- Dicke Bauteile
- Hohe Belastungsgeschwindigkeiten
- Schweißeigenspannungen
- Hohe Belastung des Bauteils
- Starke Kerben
- Größe der bereits existierenden Risse
Ein weiteres Themengebiet der Bruchmechanik ist das Risswachstum (Vergrößern des Risses) unter dynamischer Last.
Wir führen Bruchmechanikuntersuchungen sowohl analytisch als auch mittels der FE-Methode durch. Unsere Leistungen umfassen:
- Bruchmechanischer Nachweis rissbehafteter Bauteile nach FKM-Richtlinie „Bruchmechanischer Festigkeitsnachweis“
- Berechnung unter Extremlast (Sprödbruch)
- Berechnung des Rissfortschrittes unter Betriebslasten
- Festlegung von Wartungsintervallen bei Rissdetektion
Simulation bruchmechanischer Problemstellungen mit der FEM
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Andreas Hanke
Geschäftsführung, Dipl.-Ing.
Beispiele für abgeschlossene Kundenprojekte
Rissfortschritt an der Rotorwelle einer Windkraftanlage
Für eine Rotorwelle mit einem Anriss an einer scharfen Kerbe wurde die Restlebensdauer berechnet. Zu diesem Zweck wurde der Riss mittels FEM modelliert. Anhand des Spannungsintensitätsfaktors wurde die Rissfortschrittsrate für die gegebenen Mehrstufenkollektive berechnet. Die Änderung des Spannungsintensitätsfaktors aufgrund des wachsenden Risses wurde durch die Berechnung unterschiedlicher Rissgeometrien abgebildet.
Anhand der Berechnung konnten Wartungsintervalle festgelegt und eine Restlebensdauer abgeschätzt werden.
Arretierscheibe einer Windkraftanlage
Arretierscheiben von Windkraftanlagen sind relativ dickwandig und hoch ausgelastet. Aufgrund der niedrigen, geforderten Überlebenstemperaturen der Windkraftanlagen ergeben sich bei einem Nachweis hinsichtlich Sprödbruch nach Eurocode 3 sehr hohe Stahlgütegruppen. Dies führt zu hohen Materialkosten.
Die Bewertung des Sprödbruchs nach Eurocode 3 ist für Arretierscheiben sehr konservativ. Es wurde daher eine Arretierscheibe mit Hilfe der Bruchmechanik untersucht. Zu diesem Zweck wurden mögliche Risse, die bei der Werkstückprüfung übersehen werden können, angenommen und eine bruchmechanische Untersuchung mit Hilfe der FE-Methode durchgeführt.
Durch die FE-Berechnung und die nachfolgende Auswertung mit der FKM-Richtlinie „Bruchmechanischer Festigkeitsnachweis“ konnte gezeigt werden, dass die Arretierscheibe die Extremlasten auch mit einer niedrigeren Stahlgütegruppe nachgewiesen werden kann.