Soderberg-Ermüdungsrechner

Der Rechner für das Soderberg-Ermüdungskriterium bewertet einen schwingenden Spannungszustand anhand von Wechselspannung, Mittelspannung, korrigierter Dauerfestigkeit und Streckgrenze des Werkstoffs. Er wendet die konservative lineare Beziehung dieser Größen an und liefert die normierten Anteile, Auslastung, Reserve, Sicherheitsfaktor sowie eine eindeutige Bewertung. Verwenden Sie durchgehend dieselbe Spannungseinheit; MPa, Pa, ksi und psi sind geeignet, sofern Sie die Einheiten nicht mischen.

Was die Soderberg-Gerade beschreibt

Eine zyklische Belastung kann ein Bauteil schädigen, obwohl seine maximale Spannung unterhalb der statischen Streckgrenze bleibt. Das Soderberg-Diagramm zerlegt den schwankenden Spannungsverlauf in die Wechselspannung als Zyklusamplitude und die Mittelspannung als Zugversatz. Das Kriterium normiert die Wechselspannung mit der korrigierten Dauerfestigkeit und die Mittelspannung mit der Zugstreckgrenze; anschließend werden beide Anteile addiert.

Werte unter 1 liegen im konservativen sicheren Bereich, 1 liegt genau auf der Grenze und größere Werte überschreiten die Gerade. Der Rechner gibt beide Verhältnisse einzeln aus, damit Sie erkennen können, ob die zyklische Amplitude oder die Zugmittelspannung den größeren Anteil der zulässigen Beanspruchung verbraucht. Zusätzlich erhalten Sie Auslastung und verbleibende Reserve.

Dadurch lässt sich das Ergebnis besser nachvollziehen als eine bloße Ja-Nein-Aussage. Das Modell ist für eine nicht negative Zugmittelspannung vorgesehen und deutet eine Druckmittelspannung nicht stillschweigend um.

Eingaben festlegen und Ergebnis auswerten

Geben Sie die Wechselspannung als nicht negative Amplitude ein, nicht als vollständige Spitze-Spitze-Spannungsbreite. Schwankt ein Zyklus zwischen einem Minimum und Maximum, entspricht die Wechselspannung der Hälfte dieser Differenz und die Mittelspannung deren Mittelpunkt. Wenn Oberflächenzustand, Bauteilgröße, Temperatur, Zuverlässigkeit, Spannungskonzentration oder Belastungsart relevant sind, verwenden Sie eine für das Bauteil korrigierte Dauerfestigkeit anstelle eines unveränderten Laborprobenwerts.

Die Streckgrenze muss die Zugstreckgrenze für den untersuchten Werkstoffzustand sein. Alle vier Werte benötigen dieselbe Spannungseinheit, obwohl sie sich in den Verhältnissen herauskürzt. Die Soderberg-Auslastung ist die Summe aus Wechsel- und Mittelspannungsanteil.

Eine Auslastung von 0.80 verbraucht achtzig Prozent der Kapazität, lässt eine Reserve von 0.20 und ergibt einen Sicherheitsfaktor von 1.25, wenn beide Spannungsanteile proportional skaliert werden. Ein Faktor unter 1 kennzeichnet ein unsicheres Ergebnis. Sind beide Spannungen null, wird der Sicherheitsfaktor als unbegrenzt ausgegeben, da die Division durch eine Auslastung von null keinen endlichen Wert besitzt.

Gültigkeitsbereich, Annahmen und technische Anwendung

Soderberg ist bewusst konservativ, weil das Verfahren den Achsenabschnitt der Dauerfestigkeit mit dem der Streckgrenze verbindet. Es eignet sich daher für Vorbewertungen, Lehre, Auslegungsprüfungen mit Schwerpunkt auf Fließvermeidung und die automatisierte Kontrolle vieler Lastfälle. Eine vollständige Ermüdungslebensdaueranalyse ersetzt es nicht.

Die Berechnung setzt voraus, dass die angegebenen Wechsel- und Mittelspannungen bereits den kritischen lokalen Spannungszustand abbilden und die Dauerfestigkeit für das reale Bauteil korrigiert wurde. Sie berechnet weder Spannungskonzentration noch Kerbempfindlichkeit, kombiniert keine mehrachsigen Spannungen, ermittelt keine endliche Lebensdauer aus einer S-N-Kurve, wendet keine Schadensakkumulation an und modelliert weder Eigenspannungen noch zyklische Plastizität. Vergleichen Sie das Resultat mit Auslegungsnorm, Werkstoffdaten, Lastspektrum und geforderter Zuverlässigkeit.

Je nach Werkstoff und Versagensart können Goodman, Gerber, die ASME-Ellipse, Dehnungs-Wöhler-Verfahren oder Bruchmechanik besser passen.