TY - JOUR A1 - Zerbst, Uwe A1 - Beretta, S. A1 - Köhler, G. A1 - Lawton, A. A1 - Vormwald, M. A1 - Beier, H.T. A1 - Klinger, Christian A1 - Cerný, I. A1 - Rudlin, J. A1 - Heckel, Thomas A1 - Klingbeil, Dietmar T1 - Safe life and damage tolerance aspects of railway axles - A review N2 - The paper gives an overview on safe life and damage tolerance methods applied to railway axles. It describes failure scenarios due to fatigue crack initiation and propagation. Besides common aspects of design, specific features such as corrosion and impact damage from flying ballast are discussed which may reduce the fatigue strength of axles during service. Potential effects of non-metallic inclusions from the steel manufacturing process are addressed in the context of the very high number of loading cycles railway axles are designed for. With respect to damage tolerance general lines of fracture mechanics residual lifetime analyses are introduced. More specific discussion is provided on aspects such as the threshold value of fatigue crack propagation and reliability aspects of non-destructive inspection. KW - Railway axle KW - Safe life design KW - Damage tolerance KW - Fatigue strength KW - Fatigue crack propagation KW - Inspection intervals PY - 2013 U6 - https://doi.org/10.1016/j.engfracmech.2012.09.029 SN - 0013-7944 SN - 1873-7315 VL - 98 SP - 214 EP - 271 PB - Elsevier Science CY - Kidlington AN - OPUS4-27779 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Zerbst, Uwe A1 - Ainsworth, R. A. A1 - Beier, H.T. A1 - Pisarski, H. A1 - Zhang, Z. L. A1 - Nikbin, K. A1 - Nitschke-Pagel, T. A1 - Münstermann, S. A1 - Kucharczyk, P. A1 - Klingbeil, Dietmar T1 - Review on fracture and crack propagation in weldments - A fracture mechanics perspective N2 - Welding is one of the most common methods in industrial practice for joining components. Its main advantages are high speed in manufacturing combined with low costs and, usually, a high degree of flexibility, integrity and reliability. Nevertheless, welding is a highly complex metallurgical process and, therefore, weldments are susceptible to material discontinuities, flaws and residual stresses which may lead to structural failure and life time reduction. As a consequence weldments are an important field of fracture mechanics methods although its application is more complex than for homogeneous or non-welded structures. The aim of the paper is to provide an overview on the current state of fracture mechanics application to weldments. It starts by discussing the specific features which any fracture mechanics analysis of weldments has to take into account. Then, the experimental determination of fracture toughness, fatigue crack propagation and tensile properties of weldments is addressed. Finally, the analytical determination of the crack driving force in components and structural integrity assessment approaches for weldments are presented. KW - Weldments KW - Fracture mechanics KW - Fracture toughness KW - Fatigue crack propagation KW - Residual stresses KW - Strength mismatch PY - 2014 U6 - https://doi.org/10.1016/j.engfracmech.2014.05.012 SN - 0013-7944 SN - 1873-7315 VL - 132 SP - 200 EP - 276 PB - Elsevier Science CY - Kidlington AN - OPUS4-32819 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Zerbst, Uwe A1 - Schödel, M. A1 - Beier, H.T. T1 - Parameters affecting the damage tolerance behaviour of railway axles N2 - The paper provides a discussion on damage tolerance options applied to railway axles and factors influencing the residual lifetime as well as the required inspection interval. These comprise material properties such as the scatter of the da/dN–ΔK curve, the fatigue crack propagation threshold ΔKth and the toughness of the material. Parameters affecting axle loading such as the press fit, rotating bending, load history and mixed crack opening modes are discussed. Finally the influence of the initial crack geometry on residual lifetime is simulated. KW - Railway axles KW - Damage tolerance KW - Fatigue crack propagation PY - 2011 U6 - https://doi.org/10.1016/j.engfracmech.2010.03.013 SN - 0013-7944 SN - 1873-7315 VL - 78 IS - 5 SP - 793 EP - 809 PB - Elsevier Science CY - Kidlington AN - OPUS4-22491 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Zerbst, Uwe A1 - Beier, H.T. A1 - Nitschke-Pagel, T. T1 - IBESS: Integrale Bruchmechanische Ermittlung der Schwingfestigkeit von Schweißverbindungen - Eine Einführung N2 - Die Projektbezeichnung IBESS steht für .Integrale Bruchmechanische Ermittlung der Schwingfestigkeit von Schweißverbindungen". Ziel des von acht Partnern vorangetriebenen AiF-DFG-Forschungsclusters IBESS ist die Entwicklung eines Ansatzes zur bruchmechanischen Ermittlung der Schwingfestigkeit von Schweißverbindungen. Die Arbeiten umfassen grundlegende Untersuchungen zum Wachstum und Arrest kurzer Risse, zur Ausbildung und Beeinflussung von Schweißeigenspannungen unter zyklischer Last, zum Einfluss der lokalen Nahtgeometrie auf die Rissausbreitung, zum Mehrfachriss-Phänomen oberhalb des Dauerfestigkeitsniveaus sowie zum Koaleszenzverhalten benachbarter Risse. Die gewonnenen Erkenntnisse fließen in ein analytisches Modell zur Ermittlung der Schwingfestigkeit ein, das physikalisch begründete und mithin sehr viel individuellere Vorhersagen des Ermüdungsverhaltens von Schweißnähten ermöglichen soll, als das auf konventioneller Basis bislang möglich ist. Ein nicht geringer Teil der Aktivitäten des Clusters ist mit der Bereitstellung von Daten zur Validierung befasst. Diese wird auf verschiedenen Ebenen vorgenommen, von der Beschreibung des Wachstuns von Einzelrissen über ihr Zusammenwachsen bis hin zur kompletten Wöhlerkurve. Ziel dieses Vortrags ist ein kurzer Überblick über das IBESS-Gesamtprojekt, das dem Zuhörer eine Einordnung der im IBESS-Vortragsblock vorgestellten Einzelaktivitäten ermöglichen soll. T2 - DVS Congress 2015 - Große Schweißtechnische Tagung CY - Nuremberg, Germany DA - 14.09.2015 KW - Schwingfestigkeit KW - Bruchmechanik KW - IBESS PY - 2015 SN - 978-3-945023-46-4 N1 - Serientitel: DVS-Berichte – Series title: DVS-Berichte IS - 315 SP - 265 EP - 271 PB - DVS Media GmbH CY - Düsseldorf AN - OPUS4-34801 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Madia, Mauro A1 - Zerbst, Uwe A1 - Beier, H.T. A1 - Schöne, Dieter T1 - Analytische Beschreibung von Rissarrest, Kurz- und Langrisswachstum in Schweißverbindungen N2 - Kernstück der angestrebten IBESS-Prozedur ist eine analytische Methode zur bruchmechanischen Beschreibung der Rissausbreitung unter Schwingbelastung. Da man es im Bereich der Schwingfestigkeit mit kurzen Rissen zu tun hat, auf die die etablierten Methoden der Langrissbruchmechanik nicht anwendbar sind, werden Lösungen entwickelt, die es erlauben, sowohl die rissnahen Plastizitätsverhältnisse als auch die mit wachsendem Riss graduell zunehmenden Rissschließeffekte quantitativ zu beschreiben. Unter Einbeziehung der sogenannten "zyklischen R-Kurve", deren experimentelle Methodik ebenfalls im Rahmen des Projekts weiterentwickelt wird, ist es zudem möglich, Ausgangsrissgrößen vorherzusagen, die auf Dauerfestigkeitsniveau gerade so noch arretieren würden. Dies erlaubt umgekehrt eine Abschätzung der Dauerfestigkeit an realen Bauteilen wie eben Schweißnähten sowie die statistisch basierte, analytische Vorhersage des Zeitfestigkeitsastes der Wöhlerkurve. Die im Modell berücksichtigten Parameter bzw. deren statistische Verteilung schließen Werkstoffdaten und die lokale Nahtgeometrie (Nachtübergangsradius, Nahtanstiegswinkel, Einbrandkerben oder Oberflächenrauhigkeit) ein. Im Vortrag wird das analytische Modell vorgestellt und vor dem Hintergrund der im IBESS-Cluster bereitgestellten experimentellen Information diskutiert. T2 - DVS Congress 2015 - Große Schweißtechnische Tagung CY - Nuremberg, Germany DA - 14.09.2015 KW - Schwingfestigkeit KW - Bruchmechanik KW - IBESS PY - 2015 SN - 978-3-945023-46-4 N1 - Serientitel: DVS-Berichte – Series title: DVS-Berichte IS - 315 SP - 300 EP - 306 PB - DVS Media GmbH CY - Düsseldorf AN - OPUS4-34799 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Madia, Mauro A1 - Zerbst, Uwe A1 - Beier, H.T. T1 - A model for the determination of the fatigue life in technical alloys containing large and small defects N2 - The determination of the fatigue life in technical alloys containing large and small defects must rely on a propagation model which accounts for short and long crack growth. Recently an analytical model which incorporates propagation in the short crack regime and plastic correction for the crack driving force has been presented by two of the authors. This work is intended to show further validation of the model, taking into account data sets for different materials with different testing conditions. Despite the assumptions about missing parameters, the value of which had to be taken from the literature, the predictions showed a fairly good approximation of the fatigue lives. A possible interpretation of the results in terms of multiple crack initiation and propagation at higher loads is proposed. T2 - EFC20 - 20th European conference on fracture CY - Trondheim, Norway DA - 30.06.2014 KW - Fatigue strength KW - Crack propagation KW - Short cracks PY - 2014 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:b43-311961 SN - 2211-8128 VL - 3 SP - 493 EP - 498 PB - Curran CY - Red Hook, NY, USA AN - OPUS4-31196 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Zerbst, Uwe A1 - Madia, Mauro A1 - Beier, H.T. T1 - A model for fracture mechanics based prediction of the fatigue strength: Further validation and limitations N2 - Recently two of the authors of the present paper proposed a model for a fracture mechanics based prediction of the S–N characteristics of metallic components with large microstructural defects and supported this by a validation exercise on tensile plates made of an aluminium alloy AL5380 H321. Here the authors extend the study using a number of further data sets from the literature for which data were available at different R ratios. These data include two aluminium alloys, Al 2024-T3 and Al 7075-T6, and a ductile cast iron, EN-GJS- 400-18-LT. Despite of necessary assumptions for the compensation of partially missing input information the results were fairly reasonable with the exception of one data set. The authors identify high applied stress levels in combination with potential multiple crack initiation as the probable root of the problem and propose a scheme how the model can be extended for taking into account crack initiation. KW - Fatigue strength KW - S–N curve KW - Fracture mechanics KW - Crack propagation KW - Short cracks PY - 2014 UR - http://ac.els-cdn.com/S0013794413003901/1-s2.0-S0013794413003901-main.pdf?_tid=1403b676-b8a0-11e3-9087-00000aab0f26&acdnat=1396248522_d8c91133aa860e68196d9325c22ce651 U6 - https://doi.org/10.1016/j.engfracmech.2013.12.005 SN - 0013-7944 SN - 1873-7315 SP - 1 EP - 17 PB - Elsevier Science CY - Kidlington AN - OPUS4-30452 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER -