Berechnung der Anriss- und Rissfortschrittslebensdauer gekerbter Bauteile nach einem einheitlichen K

FKM 1997
Heft Nummer 229
Vorhaben Nr. 188

Abschlußbericht

Kurzfassung:

In diesem Forschungsvorhaben ist ein einheitliches plastisches J-lntegral bezogenes Rissfortschrittsmodell zur Berechnung der Anriss- und Rissfortschrittslebensdauer unter Berücksichtigung des Rissöffnungs- und Rissschließverhaltens entstanden. Es ist gelungen, beide Phasen der Lebensdauer für Einstufen-, Zweistufen- und Betriebslastenversuche an Kerbscheiben numerisch beschreiben zu können. Dabei sind die Anriss- und Rissfortschrittsphasen innerhalb des Kerbfeldes von besonderer Bedeutung, da häufig ein erheblicher Teil der Gesamtlebensdauer gekerbter Bauteile durch das Wachstum von Rissen innerhalb des Kerbbereiches bestimmt wird. Für die Entwicklung des Modells mussten zunächst Formeln, Algorithmen und Näherungsformeln zur Beschreibung des Rissöffnungs- und Rissschließverhaltens und zur Berechnung des Spannungsintensitätsfaktors K und des J-lntegrals von Rissen in Kerben entwickelt werden. Diese wurden für das Rissöffnen mit Experimenten und für die Spannungsintensitätsfaktoren K und 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 vorgegebenen Anfangsrisskonfiguration (Rissart, -länge, -tiefe) bis zu einer kritischen Endrisskonfiguration. Es beinhaltet somit die Anriss und die Rissfortschrittsphasen innerhalb und außerhalb (Langrisswachstum) des Kerbbereiches. Die mit einem während der Bearbeitung dieses Forschungsvorhabens entstandenen Rissfortschrittsberechnungsprogramm bestimmten Rissfortschrittskurven sowie Anriss- und Bruchwöhlerlinien wurden den experimentell ermittelten gegenübergestellt. Es zeigt sich für die ein- und zwei- stufigen sowie für die betriebslastähnlichen Versuche eine gute bis sehr gute übereinstimmung.

Berichtsumfang:
127 S., 61 Abb., 26 Tab., 127 Lit. Anhang: 72 S., 28 Abb., 1 Tab

Bearbeiter und Verfasser:
Dipl.-lng. M. Dankert

Obleute des Arbeitskreises:
Dr.-lng. A. Bäumei, Mercedes-Benz AG, Sindelfingen Dr.-lng. C. Gerdes ABB Kraftwerke AG, CH-Baden

Vorsitzender des Beirats:
Prof. Dr.-lng. H. Kipphan, Heidelberger Druckmaschinen AG, Heidelberg
Beginn der Arbeiten:
01 .07. 1994

Ende der Arbeiten:
30. 06. 1997
Zuschussgeber:
AiF-Nr.9867 Forschungsstelle: Fachgebiet Werkstoffmechanik Technische Hochschule Darmstadt

Leitung:
Prof. Dr.-lng. T. Seeger