Bewertung unterschiedlicher Methoden zur Bestimmung des Schwellenwertes gegen Ermüdungsrissausbreitung

Manuela Sander; Hans Albert Richard; Janina Menke

doi:10.3139/120.100910

Artikel

Bewertung unterschiedlicher Methoden zur Bestimmung des Schwellenwertes gegen Ermüdungsrissausbreitung

Manuela Sander , Hans Albert Richard und Janina Menke

Veröffentlicht/Copyright: 26. Mai 2013

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Aus der Zeitschrift Materials Testing Band 50 Heft 9

Kurzfassung

Bei der Auslegung von Bauteilen und Strukturen, aber insbesondere bei der Festlegung von Inspektionsintervallen, spielen bruchmechanische Ansätze eine entscheidende Rolle. Die Basis der bruchmechanischen Konzepte ist eine exakte Beschreibung des Werkstoffverhaltens beispielsweise in Form des Schwellenwertes gegen Ermüdungsrissausbreitung, dessen Bestimmung beispielsweise in der Norm der ASTM definiert ist. Da jedoch nicht alle Parameter eindeutig definiert sind, wird im Rahmen dieses Beitrags eine Parameterstudie präsentiert. Dabei zeigt sich, dass mit zunehmender Absenkrate bei einer exponentiellen Absenkung der zyklischen Spannungsintensität die Thresholdwerte tendenziell steigen. Die initiale Spannungsintensität hat dagegen nur einen marginalen Effekt. Durch eine lineare Absenkung wird im Mittel zwar der gleiche Thresholdwert wie bei einer exponentiellen Absenkung ermittelt, jedoch ist die Streuung wesentlich geringer.

Abstract

For the dimensioning of components and structures, but in particular for the definition of inspection intervals, fracture mechanical approaches play a decisive role. The basis of fracture mechanical concepts is an exact description of the material behaviour e.g. in terms of the fatigue crack growth threshold value, whose determination is standardised by the ASTM. However, not all parameters are explicitly defined. Within the scope of this paper a parameter study is presented. It has been shown that with an increasing reduction gradient of an exponential decrease of the cyclic stress intensity the threshold tends to higher values. In contrast the initial stress intensity has only a marginal effect. With a linear decrease in average the same threshold value is determined as in the case of an exponential decrease, but the scatter is considerably lower using a linear reduction procedure.

PD Dr.-Ing. Manuela Sander, geb. 1975, studierte Wirtschaftsingenieurwesen mit der Fachrichtung Fertigungstechnik an der Universität Paderborn. Anschließend war sie als Wissenschaftliche Mitarbeiterin bei der Fachgruppe Angewandte Mechanik der Universität Paderborn und promovierte 2003 dort. Seit 2004 ist sie als Oberingenieurin der Fachgruppe Angewandte Mechanik tätig und habilitierte 2007. Ihre Lehrberechtigung erhielt sie für das Fach Technische Mechanik und Betriebsfestigkeit.

Prof. Dr.-Ing. Hans Albert Richard, geb. 1949, studierte an der Universität Kaiserslautern Maschinenbau. Von 1974 bis1980 war er Wissenschaftlicher Mitarbeiter am Lehrstuhl für Technische Mechanik der Universität Kaiserslautern und promovierte dort. Anschließend war er als Oberingenieur am Lehrstuhl für Technische Mechanik der Universität Kaiserslautern beschäftigt. Dort habilitierte er und erhielt die Lehrberechtigung für das Fach Technische Mechanik. Seit 1986 ist er Professor für das Fach Technische Mechanik an der Universität Paderborn. Als Obmann des Arbeitskreises Bruchvorgänge im DVM war er von 1999 bis 2003 tätig.

Dipl.-Ing. Janina Menke, geb. 1980, studierte Maschinenbau an der Universität Paderborn. Seit 2006 ist sie Wissenschaftliche Mitarbeiterin bei der Fachgruppe Angewandte Mechanik der Universität Paderborn.

Literatur

1 ASTM: Annual Book of ASTM Standards, Section 3 (1997): Metals Test Methods and Analytical Procedures, Volume 03.01, Metals – Mechanical Testing; Elevated and Low-Temperature Tests, Metallography E 647Suche in Google Scholar

2 H.Döker: Fatigue crack growth threshold: implications, determination and data evaluation, Intern. J. Fatigue19 (1997), Suppl. No. 1, S. S145–S14910.1016/S0142-1123(97)00058-3Suche in Google Scholar

3 B.Tabernig, R.Pippan: Determination of length dependence of the threshold for fatigue crack propagation, Engineering Fracture Mechanics, 69 (2002), S. 899-907Suche in Google Scholar

4 B.Tabernig, P.Powell, R.Pippan: Resistance curves for the threshold of fatigue crack propagation in particle reinforced aluminium alloys, J. C.NewmanJr., R. S.Piascik (Eds.): Fatigue Crack Growth Thresholds, Endurance Limits and Design, ASTM STP 1372, ASTM West Conshohocken (2000), S. 96–108Suche in Google Scholar

5 J. C.Newman, Jr., J.Schneider, A.Daniel, D.McKnight: Compression precracking to generate near threshold fatigue-crack-growth rates in two behaviour alloys, Intern. J. Fatigue27 (2005), S. 1432-1440Suche in Google Scholar

6 S. C.Forth, J. C.NewmanJr., R. G.Forman: On generating fatigue crack growth thresholds, Intern. J. Fatigue25 (2003), S. 9-15Suche in Google Scholar

7 ASTM: Annual Book of ASTM Standards Section3 (2008): Metals Test Methods and Analytical Procedures, Volume 03.01, Metals – Mechanical Testing; Elevated and Low-Temperature Tests, Metallography E 647-08Suche in Google Scholar

8 J. A.Newman, W. T.Riddle, R. S.Piascik: Effects of Kmax on fatigue crack growth threshold in aluminium alloys, J. C.NewmanJr., R. S.Piascik (Eds.): Fatigue Crack Growth Thresholds, Endurance Limits and Design, ASTM STP 1372, ASTM West Conshohocken (2000), S. 63–77Suche in Google Scholar

9 R. W.Bush, J. K.Donald, R. J.Bucci: Pitfalls to avoid in threshold testing and its interpretation, J. C.NewmanJr., R. S.Piascik (Eds.): Fatigue Crack Growth Thresholds, Endurance Limits and Design, ASTM STP 1372, ASTM West Conshohocken (2000), S. 269–284Suche in Google Scholar

10 H.Döker: Schwellenwert für Ermüdungsrissausbreitung: Bestimmung und Anwendung, DVM-Bericht 234, Deutscher Verband für Materialforschung und prüfung e. V., Berlin (2002), S. 9–18Suche in Google Scholar

11 S. C.Forth, M. A.James, W. M.Johnston: Fatigue crack growth thresholds in D6AC steel, Proc. of ECF15, Stockholm (2004), on CD-ROMSuche in Google Scholar

12 M.Sander, H. A.Richard: Automatisierte Ermüdungsrissausbreitungsversuche – Anwendung des Mess- und Steuerungsprogramms FAMControl, Materialprüfung46 (2004), No. 1–2, S. 22–26Suche in Google Scholar

13 M.Sander, H. A.Richard: Ermittlung bruchmechanischer Kennwerte im Bereich der Verkehrstechnik, DVM-Bericht236, S. 131–140Suche in Google Scholar

14 G.Kullmer, H. A.Richard: Bestimmung der Länge gekrümmter und abgeknickter Risse mit dem Elektropotentialverfahren unter besonderer Berucksichtigung von Rissen unter Mixed-Mode-Beanspruchung, Abschlussbericht zum Forschungsvorhaben der DFG, Paderborn (1995)Suche in Google Scholar

15 J. W.Sheldon, K. R.Bain, J. K.Donald: Investigation of the effects of shed-rate, initial Kmax and geometric constraint on Kth in Ti- 6Al-4V at room temperature, Intern. J. Fatigue21 (1999), S. 733-741Suche in Google Scholar

16 T. R.Clark, W. A.Herman, R. W.Hertzberg, R.Jaccard: The influence of the K gradient and Kc max level on fatigue response during the Kc max threshold testing on Van 80 steel and Astroloy, Intern. J. Fatigue19 (1997), S. 177-182Suche in Google Scholar

17 R.Pippan, H. P.Stüwe, K.Golos: A comparison of different methods to determine the threshold of fatigue crack propagation, Intern. J. Fatigue16 (1994), S. 579-582Suche in Google Scholar

18 R. C.McClung: Analysis of Fatigue Crack Closure During Simulated Threshold Testing, J. C.NewmanJr., R. S.Piascik (Eds.): Fatigue Crack Growth Thresholds, Endurance Limits and Design, ASTM STP 1372, ASTM West Conshohocken (2000), S. 209–22610.1520/STP13435SSuche in Google Scholar

19 J. C.NewmanJr.: Analyses of Fatigue Crack Growth and Closure Near Threshold Conditions for Large-Crack Behavior, J. C.Newman, Jr., R. S.Piascik (Eds.): Fatigue Crack Growth Thresholds, Endurance Limits and Design, ASTM STP 1372, ASTM West Conshohocken (2000), S. 227–25110.1520/STP1372-EBSuche in Google Scholar

20 M.Sander: Sicherheit und Betriebsfestigkeit von Maschinen und Anlagen, Springer Verlag, 2008Suche in Google Scholar

Online erschienen: 2013-05-26

Erschienen im Druck: 2008-09-01

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