Michael Wächter

Zur Wiederverwendung von Durchläufern im Treppenstufenversuch

Kurzfassung Viele Bauteile sind während ihrer Nutzungsdauer schwingenden Beanspruchungen ausgesetzt. Ermüdungsfestigkeitsnachweise sollen den sicheren Betrieb schwingend beanspruchter Bauteile garantieren. Ein wichtiger Kennwert zur Führung von Ermüdungsfestigkeitsnachweisen ist die Bauteildauerfestigkeit. Ihre experimentelle Bestimmung ist zeit- und kostenintensiv. Häufig stehen nur wenige Prüfkörper zur Verfügung, sodass eine statistische Auswertung unmöglich wird. Um dennoch Aussagen über die Bauteildauerfestigkeit abzuleiten, können so genannte Durchläufer wiederholt eingesetzt werden. Im vorliegenden Beitrag werden die Auswirkungen des Wiedereinsatzes von Durchläufern diskutiert. Hierbei werden keine werkstoffmechanischen Betrachtungen zur Vorschädigung oder zur Trainierwirkung angestellt. Vielmehr werden Simulationsmethoden vorgestellt, mit denen sich maximale Fehler bei der 50%-Dauerfestigkeitsschätzung ableiten lassen. Durch nachträgliche Berücksichtigung des maximalen Fehlers kann ein Bemessungskennwert auch mit wenigen Proben abgeleitet werden.

On the accuracy of estimating fatigue notch factors

Abstract The fatigue notch factor is the quotient of the nominal stress endurance limits of unnotched and notched specimens. It represents the notch sensitivity of a material or a component under cyclic loading. For example, the fatigue notch factor is used in analytical strength assessments with nominal stress and is also suitable as a quality criterion for materials and entire components. On the one hand, an analytical approach to rate the reliability of the fatigue notch factor is derived assuming a log-normal distribution for the population of the endurance limits of the unnotched and notched specimens. The analytical approach provides the best achievable result and can be used to rate real experiments. On the other hand, the staircase method, which is often used to determine endurance limits, is simulated using Monte Carlo simulations. From the simulations, information about the reliability of the real test can be gathered, which can be compared to the analytical approach. In conclusion, in this paper the reliability of the fracture of two originally log-normally distributed random variables each used in an own staircase test is examined. The result is compared to an analytical approach. In former articles the scope has only been on single test series, the examination of error propagation, e.g, by using the staircase method and building the fracture of the two results afterwards, is missing in former examinations. The staircase method is a procedure to estimate fatigue notch factors with reliabilities comparable to those of the analytical approach. To increase the number of evaluable tests, runouts should be reused.

On the estimation of cyclic material properties – Part 2: Introduction of a new estimation method

Abstract In the first part of this paper, a large variety of methods for estimating cyclic material properties from quasi-static material properties were rated concerning their accuracy. For this, a massive database containing test results from quasi-static and cyclic tests has been gathered and used to compare estimated and experimental properties. In this second part of the paper, the experience of how different estimation methods work and the database itself are used to develop a new estimation method, the so-called FKM method. This new method is able to estimate cyclic material properties for steel, cast steel and wrought aluminum and thus exceeds the known estimation methods if the quality criteria from part 1 are applied.

On the estimation of cyclic material properties – Part 1: Quality of known estimation methods

Abstract A large variety of methods for estimating cyclic material properties from quasi-static material properties can be found throughout the literature. Therefore, the user usually faces the problem of determining which methods would best suit his purpose. To help answer this question, a massive database containing test results from quasi-static and cyclic tests is gathered and used for a quality rating of the different methods. This rating results in the recommendation to use the uniform material law for steel materials, the modified park-songs method for wrought aluminum and the method of variable slopes 2006 for thin steel sheets. In addition, the accuracy of these estimation methods is compared to experimental results using deviation ranges in the total strain life curve and in the cyclic stress-strain curve.

Die FKM-Richtlinie

In diesem Kapitel wird zunachst ein Uberblick uber die Entstehung der FKM-Richtlinien aufbauend auf den TGL-Standards der DDR und anderen Quellen gegeben sowie zur Weiterentwicklung bis hin zur aktuellen 6. Auflagen. Anschliesend werden der Anwendungsbereich und der Aufbau der FKM-Richtlinie genauer betrachtet, um dem Leser den Umgang mit dem Regelwerk zu erleichtern.

Beispiel 3: Planetenträger

In diesem Kapitel wird der Statische und Ermudungsfestigkeitsnachweis am Beispiel eines zweiwangigen Planetentragers betrachtet. Alle relevanten Zwischenergebnisse und Erklarungen zur Auswahl bestimmter Faktoren und Grosen sind dabei dokumentiert, sodass das Beispiel vom Leser nachvollzogen und nachgerechnet werden kann.

Beispiel 2: Lagerbock

In diesem Kapitel wird der Statische und Ermudungsfestigkeitsnachweis am Beispiel eines Lagerbocks aus Schmiedestahl betrachtet.

Der Festigkeitsnachweis am Beispiel einer Welle mit Absatz

In diesem Kapitel wird der Statische und Ermudungsfestigkeitsnachweis am Beispiel einer abgesetzten Welle detailliert betrachtet.

Grundlagen: Beanspruchungszustand und Festigkeitsnachweis

In diesem Kapitel werden die Grundlagen diskutiert, die zur Anwendung der FKM-Richtlinie notwendig sind.

Distribution functions for the linear region of the S-N curve

Abstract This study establishes a database containing the results of fatigue tests from the linear region of the S-N curve using sources from the literature. Each set of test results originates from testing metallic components on a single load level. Eighty-nine test series with sample sizes of 14 ≤ n ≤ 500 are included in the database, resulting in a sum of 6,086 individual test results. The test series are tested in terms of the type of distribution function (log-normal or 2-parameter Weibull) using the Shapiro-Wilk test, the Anderson-Darling test and probability plots. The majority of the tested individual test results follows a log-normal distribution.