19.10 : Eigenspannungen in kreisförmigen Wellen

In Materialien, die elastisches und plastisches Verhalten aufweisen, sogenannte elastoplastische Materialien, können sich Eigenspannungen ansammeln, wenn diese Materialien eine plastische Verformung erfahren. Diese Verformung entsteht entweder durch hohe Scherbeanspruchung oder durch erhebliche Dehnungen. Eigenspannungen sind innere Spannungen, die in einem Material bestehen bleiben, nachdem die äußere Kraft entfernt wurde, die eine Verformung verursacht. Dieses Phänomen wird deutlich, wenn man das Verhalten einer Welle unter einem Drehmoment beobachtet; Insbesondere kehrt der Verdrehungswinkel der Welle nach dem Entfernen des Drehmoments nicht in seinen ursprünglichen Zustand zurück, was auf das Vorhandensein einer Restspannung hinweist. Dieses Verhalten wird grafisch in einem Drehmoment-Drehwinkel-Diagramm dargestellt, in dem der Wellenentlastungsprozess als linearer Pfad dargestellt wird.

Die Methode zur Berechnung dieser Eigenspannungen basiert auf dem Prinzip der Überlagerung. Es umfasst zwei Schritte: zunächst die Bewertung der Spannungen, die durch das aufgebrachte Drehmoment während der Belastungsphase hervorgerufen werden, gefolgt von der Bewertung der Spannungen, die durch die Anwendung eines gleichen und entgegengesetzten Drehmoments zum Entlasten der Welle erzeugt werden. Die Verteilung der Eigenspannungen innerhalb der Welle wird durch die Aggregation dieser beiden Spannungsreaktionen ermittelt. Eine weitere Analyse, bei der die Spannung gegen den radialen Abstand aufgetragen wird, zeigt, dass sich die Eigenspannungen möglicherweise mit der ursprünglichen Spannungsrichtung ausrichten oder dieser entgegenwirken. Diese Erkenntnisse sind entscheidend für die Beurteilung der Widerstandsfähigkeit und strukturellen Integrität von Materialien unter Belastung.