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Anwendung der zyklischen R-Kurve-Analyse zur Ermittlung des Kitagawa-Takahashi-Diagramms

Die ausgeprägte Langzeitfestigkeit eines Werkstoffes entspricht der maximalen Spannung unterhalb derer alle ursprünglich wachstumsfähigen Mikrorisse noch arretieren. Bei technischen Legierungen werden normalerweise Mikrorisse an Werkstoffdefekten initiiert. Die Folge ist, dass die Langzeitfestigkeit dieser Werkstoffe eine Funktion der Defektgröße ist. Eine sinnvolle Beschreibung dieser Abhängigkeit bietet das Kitagawa-Takahashi-Diagramm (KT-Diagramm) an. Die etablierten Verfahren zu seiner Ermittlung sind jedoch mit großen Unsicherheiten verbunden. Im Bereich kurzer Risse werden die Rissschließeffekte sowie der Einfluss der lokalen Spannung von klassischen Modellen nicht berücksichtigt. Eine bessere Alternative zur Abschätzung von KT-Diagrammen bieten Kurzrissmodelle an. In…

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Die ausgeprägte Langzeitfestigkeit eines Werkstoffes entspricht der maximalen Spannung unterhalb derer alle ursprünglich wachstumsfähigen Mikrorisse noch arretieren. Bei technischen Legierungen werden normalerweise Mikrorisse an Werkstoffdefekten initiiert. Die Folge ist, dass die Langzeitfestigkeit dieser Werkstoffe eine Funktion der Defektgröße ist. Eine sinnvolle Beschreibung dieser Abhängigkeit bietet das Kitagawa-Takahashi-Diagramm (KT-Diagramm) an. Die etablierten Verfahren zu seiner Ermittlung sind jedoch mit großen Unsicherheiten verbunden. Im Bereich kurzer Risse werden die Rissschließeffekte sowie der Einfluss der lokalen Spannung von klassischen Modellen nicht berücksichtigt. Eine bessere Alternative zur Abschätzung von KT-Diagrammen bieten Kurzrissmodelle an. In dieser Arbeit wird eine neue Methodik dargestellt, die die Ermittlung der ausgeprägten Langzeitfestigkeit auf der Basis von Rissarretierung (zyklische R-Kurve Analyse) einbezieht. Die Rissspitzenbelastung wird durch FE-Simulationen ermittelt. Die Zunahme des Werkstoffwiederstands gegen zyklische Rissausbreitung im Bereich physikalisch kurzer Risse wird durch die zyklische R-Kurve beschrieben. Zur Validierung der Prozedur werden Langzeitfestigkeitsversuche in Anlehnung an DIN 50100 an glatten sowie gekerbten Proben mit 3 unterschiedlichen Kerbgrößen durchgeführt. Zur Untersuchung der Kerbempfindlichkeit werden die Experimente an einem Stahl mit zwei unterschiedlichen Wärmebehandlungen, d.h zwei unterschiedlichen Festigkeiten durchgeführt. Die experimentellen Ergebnisse werden mit Simulationen verglichen und die möglichen Unterschiede diskutiert.

Artikelnummer
BR-2025-512

Titel
Anwendung der zyklischen R-Kurve-Analyse zur Ermittlung des Kitagawa-Takahashi-Diagramms
Autor(en)
L. Duarte, M. Madia, N. Kanna, J. Bär
DOI
10.48447/BR-2025-512
Veranstaltung
57. Tagung des DVM-Arbeitskreises Bruchmechanik und Bauteilsicherheit – Tagung 2025
Jahr der Veröffentlichung
2025
Publikationsart
Tagungsmanuskript (PDF)
Sprache
Deutsch
Stichwörter
Langzeitfestigkeit,Werkstoffdefekte,Kitagawa-Takahashi-Diagramm,zyklische R-Kurve Analyse