Timm Seeger

Evaluation of mean stress effect on fatigue life by use of damage parameters

Abstract The capability and accuracy of several damage parameters to predict the mean stress effect on fatigue life of unnotched specimens are evaluated based on the results of strain-controlled fatigue tests with and without mean strain and mean stress. Combining two proposals from the literature, an improved damage parameter is obtained and presented in this report.

Notch stress and strain approximation procedures for application with multiaxial nonproportional loading

Abstract An extension of several algorithms is presented for estimating elastic-plastic notch stresses and strains for metallic materials under cyclic multiaxial nonproportional loading. The extension allows for using advanced models of incremental plasticity. The accuracy of the algorithms, i.e. the structural yield surface approach according to Köttgen et al. and the incremental Neuber approach according to Glinka et al., is shown by comparisons with finite element calculations and notch strain measurements. The accuracy of both approaches is comparable. The differences in predicted stress-strain paths are in the same order as those to measured and FE-calculated paths. These differences lead to a factor of up to two in calculated fatigue lives. Glinkas approach can be applied much more easily; Köttgens approach offers the opportunity for further improvements in accuracy.

Improvement of Fatigue Life Prediction Accuracy for Various Realistic Loading Spectra by Use of Correction Factors

Abstract Some examples of using the correction factor method for improving the fatigue life prediction accuracy using the nominal-stress and local-strain approaches are considered. The ratio Nexp/Ncalc for a relevant loading spectrum was used to predict the fatigue life of a component loaded under a second spectrum with a similar loading frequency distribution. It is shown that the application area of the relative method is similar both for the nominal-stress and local-strain approaches. In the second case, correction is especially needed so that more reliable estimates are obtained. For both approaches, predictions are much improved when the two compared loading cases differ only in the reference stress level, or when the reference stress level and some other important loading spectrum parameters are identical but the loading frequency distribution differs somewhat.

Verformungsverhalten und rechnerische Abschätzung der Ermüdungslebensdauer metallischer Werkstoffe unter mehrachsig nichtproportionaler Beanspruchung

Ziel des Forschungsvorhabens ist die Erstellung und Uberprufung eines Modells zur rechnerischen Lebensdauerabschatzung fur mehrachsig nichtproportionale Beanspruchung auf mechanismenorientierter Basis. Hierfur wird davon ausgegangen, dass die technische Anrisslebensdauer im Wesentlichen aus der Phase des Kurzrissfortschritts besteht. Das Wachstum des kurzen Risses wird unter Verwendung bruchmechanischer Ansatze berechnet. Als Beanspruchungsparameter dient das zyklische effektive J-Integral. Es wird ebenso wie das Rissschliesen mit Hilfe von Naherungsgleichungen berechnet. Zur Abbildung des Deformationsverhaltens wird ein Plastizitatsmodell verwendet, das auf dem Modell von Jiang [1993] basiert und zur Beschreibung der nichtproportionalen Zusatzverfestigung erweitert wurde. Auf experimenteller Seite werden Versuche an Rohr- und Kerbproben mit einem breiten Spektrum an verschiedenartigen Beanspruchungen durchgefuhrt. Die Ergebnisse der Versuche dienen der Verifikation des Modells und der Identifizierung von Schadigungsmechanismen. Deformation behaviour and numerical fatigue lifetime prediction of metallic materials under multiaxial nonproportional loading The development and evaluation of a model for lifetime prediction under multiaxial nonproportional loading is the aim of the current research project. It is assumed that the technical crack initiation life is consumed by short crack growth. This phenomenon is described using a fracture mechanics based approach. Herein, the effective cyclic J-integral is used as crack tip parameter. Crack opening levels and J-integral values are calculated applying approximation formulas. A plasticity model that is based on the Jiang model [Jia93] and extended to describe nonproportional hardening is used to predict the deformation behaviour. Experimental investigations on tubular and notched specimens with a wide range of different loading spectra serve for the verification of the model and for the identification of damage mechanisms.

Abschätzung von zyklischen Werkstoffkennwerten

Kurzfassung Bei der Untersuchung von Stahlfeinblechen wurde ein Näherungsverfahren entwickelt, bei dem das bestehende Kennwertesystem ersetzt und die Neigung der plastischen und elastischen Gerade im Manson-Coffin-Diagramm nicht mehr als konstant angenommen wird. Die „Method of Variable Slopes (MVS)“ benötigt zur Bestimmung der zyklischen Kennwerte lediglich die Zugfestigkeit und den Elastizitätsmodul des Werkstoffes sowie den Vergleichsumformgrad, wenn eine Blechumformung vorliegt. Die Übertragung dieser Methodik auf das „Uniform Material Law (UML)“ führt zu einer Verbesserung der Abschätzung zyklischer Kennwerte von Werkstoffen und Halbzeugen der Datensammlung „Materials Data for Cyclic Loading“ von Boller, Seeger und Bäumel.

Crack Initiation Life Predictions Based on Elastic-Plastic Fracture Mechanics of Short Cracks

The assessment of fatigue life under variable amplitude loading is always carried out by use of cumulative damage hypotheses, and here mostly Miner’s rule is applied. However, comparison of actual with predicted fatigue lives often show large variations of accuracy due to problems associated with load interaction effects [1]. The present investigation is dedicated to this problem in the field of crack initiation life.

Konzepte zur Ermittlung der Ermüdungsfestigkeit von Feinblechschweißnähten

Kurzfassung Zur Bewertung der Ermüdungsfestigkeit nahtgeschweißter Feinblechverbindungen stehen verschiedene Konzepte zur Verfügung, die sich grundsätzlich in der Art der erforderlichen Eingabegrößen voneinander unterscheiden. Im Rahmen der dargestellten Untersuchungen werden verschiedene Berechnungskonzepte vor dem Hintergrund der Notwendigkeit einer verbesserten rechnerischen Lebendauerprognose analysiert und exemplarisch auf Probenebene angewandt. Betrachtet werden das Kerbspannungskonzept mit und ohne Stützwirkungsansatz und das Kerbdehnungskonzept. Die erforderlichen Eingabegrößen werden durch numerische und experimentelle Untersuchungen ermittelt. Die berechneten Lebensdauern werden aktuellen experimentellen Ergebnissen gegenübergestellt. Auf der Basis der Erkenntnisse der oben angegebenen Grundlagenuntersuchungen erfolgt die Erweiterung des kommerziellen Lebensdauerberechnungsprogramms Femsite, das in der Serienberechnung eingesetzt wird.

Short Fatigue Cracks in Notched and Unnotched Specimens under Non-Proportional Loading

A dominant part of fatigue life is spent in short crack growth. Modelling this process using fracture mechanics based methods has led to both increased insight into fatigue and improved prediction accuracy. A short crack growth model for the prediction of constant amplitude fatigue life to technical crack initiation under multiaxial nonproportional loading has been proposed by Doring et. al. [1]. Here, results of further work are presented which are intended to improve and extend the mentioned short crack model.