Rißfortschritt in elastisch-plastisch beanspruchten Kerbbereichen bei Schwingbelastung mit veränderl

FKM 1995
Vorhaben Nr. 145-4

Abschlußbericht

Kurzfassung:
In diesem Forschungsvorhaben ist ein J-lntegral bezogenes Rissfortschrittsmodell unter besonderer Berücksichtigung des Rissöffnungs- und Rissschließverhaltens entstanden. Es ist gelungen, die Rissfortschrittsphase innerhalb des Kerbbereiches für Einstufen-, Zweistufen- und Betriebslasten- versuche an Kerbscheiben numerisch beschreiben zu können. Dieser Bereich des Rissfortschritts ist von besonderer Bedeutung, da häufig ein erheblicher Teil der Gesamtlebensdauer eines Bau- teils durch das Wachstum von Rissen in Kerben bestimmt wird. Dazu mussten zunächst Formeln, Algorithmen und Näherungsformeln zur Beschreibung des Rissöffnungs- und Rissschließverhaltens und zur Berechnung des J-lntegrals von Rissen in Kerben entwickelt werden. Diese wurden für das Rißöffnen mit Experimenten und für die J-lntegrale mit zwei- und dreidimensionalen elastisch-plastischen FE- Berechnungen verglichen. In beiden Fällen wurden gute bis sehr gute übereinstimmungen erzielt. Das Rissfortschrittskonzept erlaubt die Berechnung der Rissfortschrittslebensdauer von einer vor- gegebenen Anfangsrisskonfiguration (Rissart, -länge, -tiefe) bis zu einer kritischen Risskonfiguration. Es ist so konzipiert, dass es sich unmittelbar an die Anrissphase anschließt. Es beinhaltet somit Rissfortschritt innerhalb und außerhalb (Langrisswachstum) des Kerbbereiches. Ist man an Gesamtlebensdauern interessiert, übernimmt man die für den Beginn der Rissfortschrittsrechnung wichtige Anfangsrisskonfiguration aus der Anrissberechnung. Die Gesamtlebensdauer ergibt sich dann aus der Summe von Anriss- und Rissfortschrittlebensdauer. Die mit einem während der Bearbeitung dieses Forschungsvorhabens entstandenen Rissfortschrittsberechnungsprogramm ermittelten Rissfortschrittskurven wurden den experimentell be- stimmten gegenübergestellt. Es zeigt sich für die ein- und zweistufigen sowie für die Betriebslast. ähnlichen Versuche eine gute bis sehr gute übereinstimmung. Selbst die Rissfortschrittslebens- dauern der Kerbscheiben aus AIMg4.5Mn lassen sich, obwohl weder Näherungsformeln zur Berechnung des Spannungsintensitätsfaktors K noch zur Ermittlung des J- lntegrals für elliptische Kerben existieren, gut voraussagen.


Berichtsumfang:
84 S., 47 Abb., 14 Tab., 56 Lil

Anhang:
66 S., 61 Abb., 1 Tab.

Beginn der Arbeiten:
01.07.1990

Ende der Arbeiten:
31.12.1993

Zuschussgeber:
Stiftung Stahlanwendungsforschung, A 47

Forschungsstelle:
Fachgebiet Werkstoffmechanik, Technische Hochschule Darmstadt
Leitung:
Prof. Dr.-lng. T. Seeger

Bearbeiter und Verfasser:
Dipl.-lng. M. Dankert, Dipl.-lng. G. Savaidis

Obmann des Arbeitskreises:
Dr.-lng. A. Bäumel Mercedes-Benz AG, Sindelfingen

Vorsitzender des Beirats:
Prof. Dr.-lng. H. Kipphan, Heidelberger Druckmaschinen AG, Heidelberg