Accessible Requires Authentication Published by De Gruyter May 28, 2013

Kurzzeitverfahren zur Berechnung von Wöhlerkurven metallischer Werkstoffe auf der Basis physikalisch basierter Messgrößen*

Short-time procedure for the calculation of Woehler curves of metallic materials on the basis of physical measurements
Peter Starke and Dietmar Eifler
From the journal Materials Testing

Kurzfassung

Die zuverlässige Berechnung der Lebensdauer hochbeanspruchter metallischer Werkstoffe und Bauteile setzt ein umfassendes Verständnis der Ermüdungsvorgänge und die systematische Untersuchung des Ermüdungsverhaltens voraus. Neben mechanischen Spannung-Dehnung-Hysteresismessungen werden am Lehrstuhl für Werkstoffkunde der Technischen Universität Kaiserslautern Temperatur und elektrische Widerstandsmessverfahren zur Ermittlung der Werkstoffeigenschaften unter zyklischer Beanspruchung eingesetzt. Die ermittelten Ermüdungsdaten dienen als Eingangsgrößen für die physikalisch basierte Lebensdauerberechnungsmethode „PHYBALLSV“. Dieses Kurzzeitverfahren ermöglicht mit nur einem Laststeigerungsversuch und zwei Einstufenversuchen die Berechnung von Wöhlerkurven in sehr guter Übereinstimmung mit konventionell ermittelten Wöhlerkurven. Mit „PHYBALLSV“ kann die Versuchszeit deutlich reduziert werden, so dass sich enorme wissenschaftliche und wirtschaftliche Vorteile ergeben.

Abstract

The reliable calculation of the fatigue life of highly stressed metallic materials and components requires the comprehensive understanding of the fatigue processes and the systematic investigation of the cyclic deformation behaviour. Beside mechanical stress-strain hysteresis measurements, temperature and electrical resistance measurements were performed at the Institute of Materials Science and Engineering at the University of Kaiserslautern for the detailed characterisation of metallic materials under cyclic loading. On the basis of this data the physically based fatigue life calculation method “PHYBALLSV” was developed. This new short-time procedure requires data of only one load increase and two constant amplitude tests for a fast determination of Woehler curves. Consequently, the application of “PHYBALLSV” saves experimental time and costs compared to conventional test methods, leading to enormous scientific and economic advantages.


*

Erweiterte Fassung des Beitrags zur Tagung Gefüge und Bruch 2009.

Dr.-Ing. Peter Starke, Jahrgang 1977, studierte Maschinenbau an der TU Kaiserslautern, promovierte 2007 an der TU Kaiserslautern mit einer Arbeit zur „Lebensdauerberechnung bei ein- und mehrstufig beanspruchten Proben aus vergütetem 42CrMo4“. Seit 2007 ist er im Bereich Schwingfestigkeit am Lehrstuhl für Werkstoffkunde der TU Kaiserslautern. Seine Forschungsschwerpunkte sind die Lebensdauerberechnung und die Charakterisierung des Ermüdungsverhaltens metallischer Werkstoffe auf der Basis physikalischer Messverfahren.

Prof. Dr.-Ing. habil. Dietmar Eifler, Jahr- gang 1949, studierte Maschinenbau an der Universität Karlsruhe, promovierte mit einer Arbeit zum „Wechselverformungsverhalten von vergütetem 42CrMo4“ und habilitierte sich mit einer Arbeit zum „Temperatur- und Mittellasteinfluss auf das Wechselverformungsverhalten unlegierter Stähle“ an der Universität Karlsruhe (TH). Von 1991 bis 1994 war er Professor an der Universität Essen. Seit 1994 ist er Professor am Lehrstuhl für Werkstoffkunde der TU Kaiserslautern. Seine Forschungsschwerpunkte sind das Wechselverformungsverhalten metallischer Werkstoffe, biokompatible Implantatwerkstoffe sowie das Ultraschallschweißen und Rührreibschweißen.


Literatur

1 Lukásˇ, P.; Klesnil, M.: Cyclic stress-strain response and fatigue life in metals in low amplitude region. Mat. Sci. Eng.11 (1973), S. 345356 Search in Google Scholar

2 Stärk, K. F.: Temperaturmessung an schwingend beanspruchten Werkstoffen. Z. Werkstofftech.13 (1982), S. 333338 Search in Google Scholar

3 Meneghetti, G.: Analysis of the fatigue strength of a stainless steel based on the energy dissipation. Int. J. Fatigue29 (2007), S. 8194 Search in Google Scholar

4 Polák, J.: Electrical resistivity of cyclically deformed copper. Czech. J. Phys. B19 (1969), S. 315322 Search in Google Scholar

5 Sun, B.; Guo, Y.: High-cycle fatigue damage measurement based on electrical resistance change considering variable electrical resistivity and uneven damage. Int. J. Fatigue26 (2004), S. 457462 Search in Google Scholar

6 Piotrowski, A.; Eifler, D.: Bewertung zyklischer Verformungsvorgänge metallischer Werkstoffe mit Hilfe mechanischer, thermometrischer und elektrischer Messverfahren. Mat.-wiss. u. Werkstofftech.26 (1995), S. 121127 Search in Google Scholar

7 Starke, P.; Walther, F.; Eifler, D.: Fatigue assessment and fatigue life calculation of quenched and tempered SAE 4140 steel based on stress-strain hysteresis, temperature and electrical resistance measurements. Fatigue Fract. Eng. M. 30 (2007), S. 1044105110.1111/j.1460-2695.2007.01174.x Search in Google Scholar

8 Starke, P.; Walther, F.; Eifler, D.: PHYBAL – A new method for lifetime prediction based on strain, temperature and electrical measurements. Int. J. Fatigue28 (2006), S. 1028103610.1016/j.ijfatigue.2005.07.050 Search in Google Scholar

9 Starke, P.; Eifler, D.: Fatigue assessment and fatigue life calculation of metals on the basis of mechanical hysteresis, temperature and resistance data. MP-Material Testing 51,5 (2009), S. 261268 Search in Google Scholar

10 Walther, F.; Eifler, D.: Fatigue life calculation of SAE 1050 and SAE 1065 steel under random loading. Int. J. Fatigue 29 (2007), S. 18851892 Search in Google Scholar

11 Ebel-Wolf, B.; Walther, F.; Eifler, D.: Cyclic deformation behaviour and lifetime calculation of the magnesium die-cast alloys AZ91D, MRI 153M and MRI 230D. Int. J. Mat. Res.98 (2007), S. 117122 Search in Google Scholar

Published Online: 2013-05-28
Published in Print: 2010-02-01

© 2010, Carl Hanser Verlag, München