32820
2015
eng
48
57
126-127
article
Applied Science Publ. Ltd.
Barking
1
--
--
--
Instability analysis of pressurized pipes with longitudinal surface cracks
Recently three of the authors of this paper presented analytical solutions for reference loads of plate geometries with semi-elliptical surface cracks subjected to tension, bending, combined tension-bending and biaxial tension. These solutions were shown to provide more accurate crack driving force estimates than the conventional limit load solutions available in the literature, and the method behind them allowed for a wider application range. Within the present paper a methodology for the fracture analysis of thick-wall pressurized pipes using the R6 assessment method and considering both, biaxial and combined tension-bending loading is developed and validated. The analyses are carried out analytically, and the comparison between the predicted critical loads and experimental burst test failure loads shows satisfying agreement, this way demonstrating the potential of the proposed method.
International journal of pressure vessels and piping
35896
10.1016/j.ijpvp.2015.01.001
0308-0161
17.03.2015
D. Arafah
Mauro Madia
Uwe Zerbst
S. Beretta
M.E. Cristea
eng
uncontrolled
Burst test
eng
uncontrolled
Pipes
eng
uncontrolled
R6
eng
uncontrolled
Reference load
eng
uncontrolled
Biaxial loading
eng
uncontrolled
Tearing instability
eng
uncontrolled
Plastic collapse
eng
uncontrolled
Limit load
Verlagsliteratur
Datei im Netzwerk der BAM verfügbar ("Closed Access")
54406
2022
deu
1
11
254
conferenceobject
DVM
Berlin
0
--
--
--
Aspekte der analytischen bruchmechanischen Bauteilbewertung
Am Beispiel eines abgesetzten zylindrischen Bauteils (Achsschenkel) werden Probleme der analytischen bruchmechanischen Bauteilbewertung diskutiert. Als Basis-philosophie wird ein Fail Safe-Kriterium (kontrolliertes Versagen) angesetzt. Die Forderung ist, dass sich der Achsschenkel, bevor er bricht, in einem Ausmaß plastisch verformen kann, bei dem der Fahrer bemerkt, dass mit seinem Fahrzeug etwas nicht in Ordnung ist. Um das zu gewährleisten, muss der Werkstoff einen bestimmten Riss-widerstand aufweisen. Dazu werden im hier vorgestellten ersten Teil des Projektes mittels FEM Rissspitzenbeanspruchungen in Abhängigkeit von der Auslenkung des Zylinders und angenommener Rissgrößen ermittelt. Diese finden als Zielgrößen in der weiteren Analyse Anwendung. Da eine einfach umzusetzende Lösung angestrebt wird, werden zusätzlich analytische Rechnungen an Ersatzgeometrien (halbunendliche Platte und Vollzylinder), aber mit den realen Spannungen am Bauteil durchgeführt. Es zeigt sich, dass die Ergebnisse wegen des Steifigkeitsunterschieds zwischen Bauteil und Ersatzgeometrie unvertretbar konservativ sind. Alternativ wird ein hybrides Konzept vorgestellt, für das die Modellparameter mittels FEM bestimmt werden. Es liefert sehr genaue Ergebnisse. Im Rahmen der analytischen Rechenvorschrift können die Lösungen auf andere Werkstoffe übertragen werden, ohne dass zusätzliche FEM-Analysen notwendig sind.
Bruchmechanische Werkstoff- und Bauteilbewertung: Beanspruchungsanalyse, Prüfmethoden und Anwendungen
10.48447/Br-2022-BB
54. Tagung des DVM-Arbeitskreises Bruchmechanik und Bauteilsicherheit
Online meeting
22.02.2022
23.02.2022
publish
Wolfram Baer
Marc Breidung
Yusuf Kiyak
Uwe Zerbst
Mauro Madia
M. Küppers
deu
uncontrolled
FEM
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uncontrolled
Bauteilbewertung
deu
uncontrolled
Fail-safe
deu
uncontrolled
Analytisches Modell
Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
9 Komponentensicherheit
9.4 Integrität von Schweißverbindungen
Material
Degradation von Werkstoffen
Verlagsliteratur
Datei im Netzwerk der BAM verfügbar ("Closed Access")
9.6 Additive Fertigung metallischer Komponenten
56152
2022
deu
1
6
conferenceobject
DGM - Deutsche Gesellschaft für Materialkunde e.V.
Sankt Augustin
0
--
--
--
Gezielte Werkstoffprüfung zur fail-safe-Bauteilauslegung am Beispiel eines Achsschenkels
Bei der Auslegung von Achsschenkeln für Nutzfahrzeuge wird für den Überlastfall ein fail-safe-Kriterium (kontrolliertes Versagen) als Basisphilosophie angesetzt. Gefordert wird, dass sich der Achsschenkel auch unter Akzeptanz begrenzten Risswachstums hinreichend elastisch-plastisch verformen kann, ohne dass es zum Bruch kommt. Der Fahrer soll anschließend anhand der bleibenden Verformungen bemerken können, dass mit seinem Fahrzeug etwas nicht in Ordnung ist. Eine Voraussetzung für dieses Bauteilverhalten ist eine hinreichende Bruchzähigkeit des Werkstoffs. Diese, wie auch die Rissspitzenbeanspruchung, müssen ermittelt werden, um den bruchmechanischen Sicherheitsnachweis führen zu können. Zur Ermittlung der mechanisch-technologischen und bruchmechanischen Werkstoffeigenschaften wurde ein Prüfkonzept entwickelt, bei dem die Proben an der potenziell kritischen Stelle direkt aus den geschmiedeten Achsschenkeln entnommen werden. Die experimentelle Werkstoffcharakterisierung bildet dann die Beanspruchungsbedingungen beim Überlastereignis ab. Im Rahmen der Produktion stehen jedoch nur Kerbschlagarbeitswerte zur Verfügung und aufwändige bruchmechanische Versuche sollen vermieden werden. Deshalb wurde eine Korrelation zur Abschätzung der vorhandenen Bruchzähigkeit aus der Kerbschlagarbeit herangezogen. Es ergibt sich eine Ergebnismatrix, die die Einflussgrößen Versagenswahrscheinlichkeit, Temperatur und Bruchzähigkeit verknüpft. Abschließend wird ein erster Vergleich der abgeschätzten mit den experimentell ermittelten Bruchzähigkeitswerten gezogen. Dieser weist aus, dass die abgeschätzten Werte geringfügig konservativ sind.
Werkstoffprüfung 2022 Werkstoffe und Bauteile auf dem Prüfstand, Prüftechnik – Kennwertermittlung – Schadensvermeidung
40. Vortrags- und Diskussionstagung Werkstoffprüfung 2022
Dresden, Germany
27.10.2022
28.10.2022
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Wolfram Baer
Marc Breidung
Peter Wossidlo
Ken Wahl
Peter Gerwien
Uwe Zerbst
Mauro Madia
M. Küppers
deu
uncontrolled
Kerbschlagarbeit
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Achsschenkel
deu
uncontrolled
Fail-safe
deu
uncontrolled
Bruchmechanische Auslegung
deu
uncontrolled
Korrelation
Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
9 Komponentensicherheit
Material
Verlagsliteratur
Datei im Netzwerk der BAM verfügbar ("Closed Access")
9.0 Abteilungsleitung und andere
Nano
53082
2021
eng
151
article
Elsevier Ltd.
1
--
--
--
Short crack propagation analysis and fatigue strength assessment of additively manufactured materials: An application to AISI 316L
This paper presents the application of short crack propagation models based on the cyclic R-curve for assessing the fatigue strength of additively manufactured (AM) materials containing fabrication defects. Chapetti’s and IBESS models were implemented in combination with Murakami’s √area parameter, considering recently published data on laser powder bed fusion processed AISI 316L stainless steels. Estimated S-N curves and Kitagawa-Takahashi diagrams predict fairly well the experimental data, especially the origin of the failure from internal or surface defects. These results provide an indication that the methods based on the cyclic R-curve constitute suitable tools for fatigue behavior assessment of AM materials.
International Journal of Fatigue
10.1016/j.ijfatigue.2021.106396
publish
11.08.2021
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M. Bergant
Tiago Werner
Mauro Madia
A. Yawny
Uwe Zerbst
eng
uncontrolled
AM 316L stainless steel
eng
uncontrolled
Cyclic R-curve
eng
uncontrolled
Chapetti’s and IBESS model
eng
uncontrolled
S-N curve
eng
uncontrolled
Kitagawa-Takahashi diagram
Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
9 Komponentensicherheit
9.4 Integrität von Schweißverbindungen
Material
Degradation von Werkstoffen
Verlagsliteratur
Datei im Netzwerk der BAM verfügbar ("Closed Access")
55240
2022
eng
lecture
0
--
--
--
Design methodology of vessel produced by L PBF stainless steel using representative specimens
This work presents the preliminary results of an ongoing project with a double objective: on the one hand, the characterisation of the mechanical properties against fatigue damage of an additively manufactured 316 stainless steel produced by laser powder bed-based (L-PBF) technology; on the other hand, the implementation of numerical simulation techniques able to predict the mechanical behaviour of the material in order to optimise and reduce the design costs of vessels used in the chemical sector. The current state of the work developed in this research framework allows showing the first batch of experimental results of crack propagation rate (FCGR) and high cycle fatigue (HCF) tests. The geometry of the vessels studied presents three clearly differentiated regions, either in terms of thickness (11-15 mm) or concerning the inclination of the walls to the direction of manufacturing (0º - 45º). The experimental campaign carried out so far allows identifying the differences in behaviour when comparing different extraction locations around the vessel. This is due to the variations in thermal cycles that the deposited material undergoes during the manufacturing process. Therefore, this causes variations in the microstructure which lead to changes in the response of the material. In this work, these differences are analysed qualitatively and quantitatively from the results of FCGR and HCF, thus allowing to locate the regions with the highest risk in terms of structural integrity against fatigue. This preliminary phase together with the numerical simulation of the additive manufacturing process are key to achieving a reliable description and modelling of the material. The latter will make it possible to address the priority aim of this project, involving the manufacture of independent samples whose properties are representative of the original material extracted from the reference vessels. It is, therefore, a comprehensive methodology for the design of additively manufactured components based on the localised fatigue mechanical properties of representative specimens.
ECF23, European Conference on Fracture 2022
Funchal, Portugal
27.06.2022
01.07.2022
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Sergio Blasón Gonzalez
M. Chaudry
A. Elorriaga
Mauro Madia
Uwe Zerbst
I. Llavori
Kai Hilgenberg
eng
uncontrolled
Additive manufacturing
deu
uncontrolled
Steel 316L
deu
uncontrolled
Fracture Mechanics
Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
9 Komponentensicherheit
9.4 Integrität von Schweißverbindungen
Material
Datei im Netzwerk der BAM verfügbar ("Closed Access")
Präsentation
Additive Fertigung
54490
2022
eng
292
299
38
article
Elsevier B.V.
0
--
--
--
The effect of the environmental conditions on the threshold against fatigue crack propagation
The threshold against fatigue crack propagation (ΔKth) is a crucial parameter for the damage tolerance assessment of engineering components subjected to cyclic loading and it is composed by two distinct components, one intrinsic, dependent on the elastic material properties and the lattice type, and one extrinsic, related to the occurrence of crack closure effects. An important issue is that several factors can influence ΔKth and, in general, the fatigue crack propagation behavior. In this work, the influence of the experimental procedure, air humidity, stress ratio and test frequency on da/dN-ΔK data has been investigated. Results are discussed with their potential causes and consequences on the calculations of the residual lifetime.
Procedia Structutal Integrity
10.1016/j.prostr.2022.03.030
urn:nbn:de:kobv:b43-544905
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Creative Commons - CC BY-NC-ND - Namensnennung - Nicht kommerziell - Keine Bearbeitungen 4.0 International
Larissa Duarte
Mauro Madia
Uwe Zerbst
eng
uncontrolled
Fatigue crack propagation threshold
eng
uncontrolled
Crack closure effect
eng
uncontrolled
Experimental procedure
eng
uncontrolled
Environmental conditions
Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
9 Komponentensicherheit
9.4 Integrität von Schweißverbindungen
Material
Degradation von Werkstoffen
Datei für die Öffentlichkeit verfügbar ("Open Access")
Graue Literatur
Wissenschaftliche Artikel der BAM
Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM)
https://opus4.kobv.de/opus4-bam/files/54490/Paper_published_final.pdf
56851
2022
eng
104
108
conferenceobject
0
--
--
--
The use of effective fatigue crack propagation data obtained at closure-free conditions for component assessment
The knowledge of fatigue crack propagation data in terms of their effective values is important for a conservative and safe life assessment of components subjected to cyclic loading. To overcome issues related to the precise consideration of the crack-closure effects on experimental data obtained at small R ratios, closure-free data have been obtained at R ≈ 0.8 by different experimental procedures. The statistical analysis of the intrinsic fatigue crack propagation threshold obtained experimentally has shown a small data scatter and good agreement between procedures. When compared with effective values obtained from analytical corrections of closure-affected data, the data obtained at R ≈ 0.8 should lead to a conservative life estimation.
Proceedings of the 43rd International Conference on Materials Mechanics
43rd International Conference on Materials Mechanics
Sani, Greece
05.06.2022
10.06.2022
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Larissa Duarte
Mauro Madia
Uwe Zerbst
eng
uncontrolled
Component assessment
eng
uncontrolled
Effective crack propagation data
eng
uncontrolled
Experimental procedure
eng
uncontrolled
Crack-closure
Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
9 Komponentensicherheit
9.4 Integrität von Schweißverbindungen
Material
Degradation von Werkstoffen
Datei im Netzwerk der BAM verfügbar ("Closed Access")
Graue Literatur
58459
2023
deu
1
190
xiii, XXVI, 190 Seiten
report
Forschungsvereinigung Stahlanwendung e. V.
Düsseldorf
0
--
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--
Ermittlung des intrinsischen Schwellenwerts und dessen Validierung als Werkstoffparameter
Die Anwendung bruchmechanischer Methoden zur schadenstoleranten Bauteilauslegung ist für zyklische Lasten im Bereich der Paris-Geraden Stand der Technik. Technisch relevant sind jedoch häufig geringere Lasten im Schwellenwertbereich der d𝑎/d𝑁-Δ𝐾-Kurve. Aufgrund des großen Einflusses von Rissschließeffekten ist dessen Bestimmung jedoch nicht nur aufwändig, sondern auch potenziell fehlerbehaftet. Die Bauteilauslegung erfolgt zweckmäßigerweise auf der Basis effektiver, d. h. rissschließkorrigierter Rissfortschrittsdaten. Von großer Bedeutung ist auch der intrinsische Schwellenwert, unterhalb dessen keine Risserweiterung mehr eintritt. In diesem Forschungsprojekt erfolgte eine Untersuchung des Einflusses verschiedener Prüfverfahren und Umgebungsbedingungen auf die Ermittlung des Schwellenwerts gegen Ermüdungsrissausbreitung Δ𝐾th. Es wurden statistisch abgesicherte Empfehlungen zur experimentellen Ermittlung des intrinsischen Schwellenwerts Δ𝐾th,eff abgeleitet. Dieser dient auch als Eingangsparameter einer weiterentwickelten Prozedur zur Bauteilauslegung auf der Basis bei einem Lastverhältnis von 𝑅 ≈ 0,8 ermittelter, effektiver, Rissfortschrittsdaten. Es zeigte sich, dass die bei einem Lastverhältnis von 𝑅 ≈ 0,8 in Laborluft bei höherer Prüffrequenzen (≥90 Hz) ermittelten Schwellenwerte eine konservative Abschätzung des intrinsischen Schwellenwerts erlaubten. Bei Lastverhältnissen 𝑅 ≪ 0,8 wurde ein teilweise stark ausgeprägter Einfluss extrinsischer Effekte auf das Rissfortschrittsverhalten festgestellt. Eine Untersuchung der Bruchflächen ergab Oxidschichtdicken in der Größenordnung mehrerer hundert Nanometer. Bei Reduktion der Prüffrequenz auf ≈55 Hz und Prüfung in feuchter Luft (60 % r.F. und 80 % r.F.) konnte auch bei 𝑅 = 0,8 Rissschließen beobachtet werden. Die weiterentwickelte Prozedur zur Bauteilauslegung auf Basis effektiver Rissfortschrittsdaten lieferte aber stets konservative Ergebnisse in einem tolerierbaren Fehlerbereich und ist deshalb zur Anwendung geeignet. Die im Projekt gewonnenen Erkenntnisse tragen zu einer robusten Bauteilauslegung auf bruchmechanischer Basis bei. Der stark reduzierte Versuchsumfang bei Nutzung effektiver Rissfortschrittsdaten gegenüber der Ermittlung von spannungsverhältnisabhängigen Rissfortschrittskurven beschleunigt und vereinfacht die Bauteilauslegung auf Basis bruchmechanischer Methoden.
Forschung für die Praxis P 1263 / IGF-Nr. 20530 N
978-3-96780-151-4
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Larissa Duarte
Mauro Madia
Uwe Zerbst
J. A. Schönherr
deu
uncontrolled
Schwellenwert gegen Ermüdungsrissausbreitung
deu
uncontrolled
Einflussfaktoren auf Rissfortschrittsdaten
deu
uncontrolled
Bauteilauslegung
deu
uncontrolled
Rissschließeffekte
Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
9 Komponentensicherheit
9.4 Integrität von Schweißverbindungen
Material
Degradation von Werkstoffen
Verlagsliteratur
Datei im Netzwerk der BAM verfügbar ("Closed Access")
55403
2022
eng
1
15
164
article
Elsevier Ltd.
1
--
--
--
Recent developments in the determination of fatigue crack propagation thresholds
The impact of crack closure and environmental effects on the experimental determination of the fatigue crack propagation threshold is a major problem for the assessment of cyclically loaded components, especially at low stress ratios 𝑅. In this work, the influence of the experimental procedure and air humidity on d𝑎∕d𝑁 − 𝛥𝐾 data at different 𝑅 is discussed. Unlike the results at 𝑅 = −1, the threshold values obtained at 𝑅 ≈ 0.8, i.e. under negligible crack closure levels, show a very small scatter band regardless of the variation of the test parameters and environmental conditions.
International Journal of Fatigue
10.1016/j.ijfatigue.2022.107131
0142-1123
publish
10.10.2022
Larissa Duarte
Mauro Madia
Uwe Zerbst
J. A. Schönherr
M. B. Geilen
M. Klein
M. Oechsner
eng
uncontrolled
Fatigue crack propagation threshold
eng
uncontrolled
Component assessment
eng
uncontrolled
Crack closure
eng
uncontrolled
Environmental effects
eng
uncontrolled
Testing parameters
Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
9 Komponentensicherheit
9.4 Integrität von Schweißverbindungen
Material
Degradation von Werkstoffen
Datei im Netzwerk der BAM verfügbar ("Closed Access")
Graue Literatur
52704
2021
deu
211
220
conferenceobject
Deutscher Verband für Materialforschung und -prüfung e.V. (DVM)
Berlin
0
--
--
--
Vergleichende Untersuchungen zum intrinsischen Schwellenwert der da/dN-ΔK-Kurve
Für die Bestimmung der Restlebensdauer zyklisch beanspruchter Bauteile kommt dem Schwellenwert für Ermüdungsrissausbreitung, Δ𝐾𝑡ℎ, und dem sich anschließenden Schwellenwertbereich der 𝑑𝑎𝑑𝑁⁄−Δ𝐾-Kurve große Bedeutung zu. Dem stehen Unsicherheiten bei der Bestimmung und Analyse gegenüber. Der Aufsatz befasst sich mit der Ermittlung des sogenannten intrinsischen Schwellenwerts, der als robuster Eingangsparameter für eine „rissschließfreie“ Analyse der Restlebensdauer von entscheidender Bedeutung ist.
Bruchmechanische Werkstoff- und Bauteilbewertung: Beanspruchungsanalyse, Prüfmethoden und Anwendungen
2366-4797
53. Tagung des DVM-Arbeitskreises Bruchmechanik und Bauteilsicherheit
Online meeting
18.02.2021
19.02.2021
publish
Larissa Duarte
Uwe Zerbst
Mauro Madia
deu
uncontrolled
Schadenstolerante Bauteilauslegung, Restlebensdauer, intrinsischer Schwellenwert gegen Ermüdungsrissausbreitung
Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
9 Komponentensicherheit
9.4 Integrität von Schweißverbindungen
Material
Degradation von Werkstoffen
Datei im Netzwerk der BAM verfügbar ("Closed Access")
Graue Literatur