TY - CONF A1 - Bernhard, J. A1 - Madia, Mauro A1 - Schork, B. A1 - Kucharczyk, P. A1 - Ngoula, D. A1 - Baumgartner, J. A1 - Schöne, Dieter T1 - Integrale bruchmechanische Ermittlung der Schwingfestigkeit von Schweißverbindungen: Validierung an Stumpfstößen und Kreuzstößen N2 - In diesem Beitrag soll das Validierungskonzept der IBESS-Prozedur, sowie erste Ergebnisse und Erkenntnisse der noch gegenwärtig laufenden Validierung vorgestellt werden. Die Vorstellung erfolgt dabei am Beispiel der im Projekt eingesetzten geschweißten Stumpfstoß- sowie Kreuzstoßverbindung. Neben der Validierung des analytischen bruchmechanischen Modells zur Ermittlung der Schwingfestigkeit, steht auch die Validierung von Kriterien zur Interaktion und Koaleszenz von kurzen Mehrfachrissen im Fokus. 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 - 306 EP - 310 PB - DVS Media GmbH CY - Düsseldorf AN - OPUS4-34797 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Tchuindjang, D. A1 - Madia, Mauro A1 - Fricke, W. A1 - Hensel, J. T1 - Integrale bruchmechanische Ermittlung der Schwingfestigkeit von Schweißverbindungen: Validierung an Längsstreifen N2 - Zur Validierung der IBESS-Prozedur wurden Schwingfestigkeitsuntersuchungen an Längssteifen aus S355 NL durchführt. Neben dem Einfluss der Mittelspannung wurde der Einfluss der Eigenspannung und der Kerbschärfe experimentell untersucht. Die durchgeführten Schwingfestigkeitsversuche zeigen einen geringen Einfluss der Mittelspannung und der Eigenspannungen, wobei der Einfluss der Nahtgeometrie deutlich sichtbar ist. Proben mit geringerem Nahtanstiegswinkel zeigen eine höhere Schwingfestigkeit, was vor allem auf die längere Rissinitiierungsphase zurückzuführen ist. Die gemessenen und berechneten Schweißeigenspannungen ergeben Quereigenspannungen von bis zu 80% der Streckgrenze. Die zyklische Belastung der Probe zeigt, dass die Eigenspannungen sich beim ersten Lastzyklus signifikant durch Plastifizierung abbauen. Die Simulation des Rissschließens zeigt eine Abhängigkeit vom Lastniveau; von der Mittelspannung und von der Netzdichte. Das Rissschließen tritt an der Plattenoberfläche früher als am tiefsten Punkt des Risses auf. 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 - 310 EP - 316 PB - DVS Media GmbH CY - Düsseldorf AN - OPUS4-34798 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 - CONF A1 - Zerbst, Uwe A1 - Madia, Mauro T1 - Der Schwellenwert DKth als Auslegekriterium. Aktuelle Entwicklungen und Fragestellungen N2 - Bei der Bestimmung der Restlebensdauer zyklisch beanspruchter Bauteile kommt dem Schwellenwert für Ermüdungsrissausbreitung, K111, oft entscheidende Bedeutung zu. Dabei ist seine Anwendung weniger gesichert als bislang angenommen. Der Vortrag diskutiert Fragen der experimentellen Ermittlung des Schwellenwertes sowie seiner Anwendung auf Bauteile. Auf beiden Gebieten haben sich in den letzten Jahren Probleme ergeben, die bestehendes Wissen teilweise wieder in Frage stellen oder modifizieren. Im Beitrag diskutiert werden der Einfluss unterschiedlicher Rissschließmechanismen auf K111, Konsequenzen, die sich daraus hinsichtlich der Ermittlung und Übertragung des Kennwertes ergeben, sowie die Effekte von Einflussgrößen wie Spannungsverhältnis und Rissgröße, aber auch des Werkstoffgefüges und der damit korrelierten mechanischen Eigenschaften. T2 - 47. Tagung des DVM-Arbeitskreises Bruchvorgänge und Bauteilsicherheit - Bruchmechanische Werkstoff- und Bauteilbewertung: Beanspruchungsanalyse, Prüfmethoden und Anwendungen CY - Freiberg, Sachsen, Germany DA - 10.02.2015 PY - 2015 SN - 1616-4687 SP - 305 EP - 321 AN - OPUS4-34621 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Zerbst, Uwe A1 - Madia, Mauro A1 - Eufinger, J. A1 - Bruder, T. T1 - Bruchmechanisches Modell zur Ermittlung der Schwingfestigkeit von geschweißten und nichtgeschweißten Proben N2 - Ermüdungsrisse gehen in technischen Materialien in der Regel von Werkstoffdefekten auf oder nahe der Oberfläche aus. Bei Schweißverbindungen können Schweißnahtdefekte, z. B. oberflächennahe Schlackeneinschlüsse die Risseinleitungsphase erheblich verkürzen, so dass der Hauptteil der Lebensdauer auf die Phase der Kurzriss- und zu geringerem Anteil auf die Langrissausbreitung entfällt. Bei nichtgeschweißten Bauteilen aus technischen Werkstoffen starten Ermüdungsrisse häufig an Einschlüssen, oberflächennahen Poren oder anderen Ungänzen. Einerseits ermöglicht dies prinzipiell die Anwendung bruchmechanischer Methoden zur Ermittlung der Schwingfestigkeit, andererseits müssen die Methoden in der Lage sein, spezielle Aspekte des Kurzrisswachstums wie den graduellen Aufbau des Rissschließeffekts und die lokale Rissspitzenplastizität zu erfassen. Im Beitrag werden ein geeignetes analytisches Modell sowie erste Validierungen an Proben aus verschiedenen Aluminiumlegierungen vorgestellt. Der abschließende Teil des Beitrags geht auf Besonderheiten von Schweißverbindungen (Schweißnahtdefekte, Eigenspannungen etc.) im Kontext des vorgestellten Modells ein. Eine Erweiterung des Modells für Schweißverbindungen aus Stahl wird im Rahmen eines kürzlich gestarteten DFG-AiF-Clusterprojekts erfolgen. PY - 2013 UR - http://www.hanser-elibrary.com/doi/pdf/10.3139/120.110465 DO - https://doi.org/10.3139/120.110465 SN - 0025-5300 VL - 55 IS - 7-8 SP - 511 EP - 519 PB - Hanser CY - München AN - OPUS4-30323 LA - deu 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 DO - 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 - TY - JOUR A1 - Zerbst, Uwe A1 - Kiyak, Yusuf A1 - Madia, Mauro A1 - Burgold, Andreas A1 - Riedel, Gernot T1 - Reference loads for plates with semi-elliptical surface cracks subjected to tension and bending for application within R6 type flaw assessment N2 - Two of the authors of the present paper proposed a definition of a reference load F0 which can be used as an alternative option to the common limit load for cases where the definition of the latter might be problematic in the frame of flaw assessment procedures such as R6, BS 7910, SINTAP or FITNET. The reference load is defined as that load at which the ligament yielding parameter Lr approaches one. F0, in general, varies along the crack front. It has to be obtained by finite element analyses but the results can be approximated by analytical expressions. In a previous study of the authors such a solution was presented for tension loaded plates with semi-elliptical surface cracks. In the present paper it is extended to pure bending and to combined bending and tension. KW - Flaw assessment KW - R6 procedure KW - BS 7910 KW - SINTAP KW - FITNET KW - Limit load KW - Reference load PY - 2013 DO - https://doi.org/10.1016/j.engfracmech.2012.11.017 SN - 0013-7944 SN - 1873-7315 VL - 99 SP - 132 EP - 140 PB - Elsevier Science CY - Kidlington AN - OPUS4-30416 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Madia, Mauro A1 - Zerbst, Uwe A1 - Kiyak, Yusuf A1 - Schork, B. T1 - Ermittlung der Wöhlerkurve von Schweißbindungen mittels bruchmechanischer Methoden N2 - IBESS steht für „Integrale Bruchmechanische Ermittlung der Schwingfestigkeit von Schweißverbindungen“ und ist das Ergebnis eines DFG-AiF-Clusters, an dem acht Partner beteiligt waren. Kernstück ist eine analytische Methode zur bruchmechanischen Beschreibung der Rissausbreitung unter Schwingbelastung, die im IBESS-Teilprojekt A3 entwickelt wurde. Da man es im Bereich der Schwingfes-tigkeit mit kurzen Rissen zu tun hat, auf die die etablierten Methoden der Langriss-bruchmechanik nicht anwendbar sind, wurden Lösungen entwickelt, die es erlauben, sowohl die rissnahen Plastizitätsverhältnisse als auch die mit wachsendem Riss gra-duell zunehmenden Rissschließeffekte quantitativ zu beschreiben. Unter Einbeziehung der sogenannten „zyklischen R-Kurve“, deren experimentelle Methodik ebenfalls im Rahmen des Projekts weiterentwickelt wurde, ist es zudem möglich, Ausgangsrissgrö-ßen vorherzusagen, die auf Dauerfestigkeitsniveau gerade so noch arretieren würden. Dies erlaubt umgekehrt eine Abschätzung der Dauerfestigkeit an den Schweißverbin-dungen sowie die statistisch basierte, analytische Vorhersagen des Zeitfestigkeitsas-tes der Wöhlerkurve. In diesem Aufsatz wird die Methodik vorgestellt und ihre Validie-rung an einem ausgewählten Beispiel diskutiert. T2 - 48. Tagung des Arbeitskreises Bruchmechanik und Bauteilsicherheit CY - Freiburg, Germany DA - 16.02.2016 KW - Ermüdungsrissausbreitung KW - Schwingfestigkeit KW - Schweißverbindungen PY - 2016 SN - 2366-4797 VL - Bericht 248 SP - 211 EP - 224 AN - OPUS4-36186 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Zerbst, Uwe A1 - Vormwald, M. A1 - Pippan, R. A1 - Gänser, H.-P. A1 - Sarrazin-Baudoux, C. A1 - Madia, Mauro T1 - About the fatigue crack propagation threshold of metals as a design criterion - A review N2 - The fatigue crack propagation threshold ΔKth is of paramount importance for any kind of damage tolerant design, but in contrast to this importance, the determination and application of the parameter is not on the firm ground as previously assumed. The paper discusses questions of its experimental determination as well as of its application to components. In both fields, new questions have been raised with the potential to challenge or modify long-standing knowledge. Against this background, the paper is an attempt to systematize the established knowledge as well as questions and open issues. KW - Fatigue crack propagation threshold KW - Experimental determination KW - Influencing factors KW - Transferability to components PY - 2016 DO - https://doi.org/10.1016/j.engfracmech.2015.12.002 SN - 0013-7944 SN - 1873-7315 VL - 153 SP - 190 EP - 243 PB - Elsevier Science CY - Kidlington AN - OPUS4-35264 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Madia, Mauro A1 - Zerbst, Uwe T1 - Application of the cyclic R-curve method in notch fatigue analysis N2 - The paper deals with the prediction of the fatigue Limit of notched specimens. Some authors in the literature have shown that this issue can be solved by employing an approach based on critical distances, others used elastic fracture mechanics. In this paper the fatigue limit of notched specimens is given by the non-propagating condition of mechanically small surface cracks. According to the so-called cyclic R-curve method, the crack driving force of a growing small crack is compared to its resistance force, which incorporates the gradual build-up of crack closure. The fatigue limit is determined by that applied nominal stress, for which the tangency condition of crack driving and resistance force is satisfied. The approach has been modified to incorporate plasticity effects in the mechanically short crack Regime and it has been applied to a mild and a high-strength steel, in case of an infinite plate with circular hole under remote tensile stress. The method has been successfully applied to the evaluation of fatigue notch-sensitivity in case of surface roughness. KW - Notch fatigue KW - Notch sensitivity KW - Cyclic R-curve KW - Non-propagating cracks KW - Critical distance PY - 2016 DO - https://doi.org/10.1016/j.ijfatigue.2015.06.015 SN - 0142-1123 VL - 82 IS - 1 SP - 71 EP - 79 PB - Elsevier Ltd. CY - Oxford, UK AN - OPUS4-35298 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Madia, Mauro A1 - Zerbst, Uwe T1 - Bruchmechanische Bestimmung der Schwingfestigkeit basierend auf der zyklischen R-Kurve N2 - Konventionell wird in der Bauteilauslegung zwischen Konzepten der Schwing- und Betriebsfestigkeit auf der einen und der Bruchmechanik auf der anderen Seite unterschieden. Werden in der Schwingfestigkeitsbewertung Gesamtlebensdauern ermittelt, so sind es in der Bruchmechanik Restlebensdauern bei Vorhandensein eines größeren, d.h., bereits zerstörungsfrei auffindbaren Risses. Daneben gibt es seit längerem Bestrebungen, bruchmechanische Ansätze auch für die Ermittlung der Gesamtlebensdauer fruchtbar zu machen. Der besondere Wert einer solchen Kombination besteht darin, dass die Bruchmechanik die explizite theoretische Behandlung von Eingangsparametern (Kerben, Oberflächenrauhigkeit, Mittelspannung, etc.) erlaubt, die in den konventionellen Ansätzen mit vergleichsweise hoher Ungenauigkeit halbempirisch einbezogen werden. Der Beitrag stellt einen von den Autoren entwickelten bruchmechanischen Ansatz zur Ermittlung von Wöhlerkurven vor, der eine Reihe innovativer Merkmale wie die Anwendung der elastischplastischen Bruchmechanik auf kurze Risse, die Ermittlung der Ausgangsrissgröße aus Rissarrestbetrachtungen, die Beschreibung der transienten Entwicklung des Rissschließeffekts mit Hilfe zyklischer R-Kurven (Risslängenabhängigkeit des Schwellenwertes von der Risstiefe), die theoretische Erfassung von Mehrfachrisswachstum bei Lastniveaus oberhalb der Dauerfestigkeit und statistische Aspekte umfasst. Das diskutierte Beispiel ist eine Schweißverbindung (Stumpfnaht) und wurde im Rahmen des laufenden Cluster-Projektes IBESS (Integrale bruchmechanische Ermittlung der Schwingfestigkeit von Schweißverbindungen) generiert. T2 - 42. Tagung des DVM-Arbeitskreises Betriebsfestigkeit CY - Dresden, Germany DA - 07.10.2015 KW - Bruchmechanik KW - Schwingfestigkeit KW - Zyklische R-Kurve PY - 2015 SN - 1616-5144 N1 - Serientitel: DVM-Bericht – Series title: DVM-Bericht IS - 142 SP - 285 EP - 296 CY - Berlin AN - OPUS4-35299 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Zerbst, Uwe A1 - Madia, Mauro T1 - Fracture mechanics based assessment of the fatigue strength: approach for the determination of the initial crack size N2 - In a number of previous papers, the authors have proposed a model for fracture mechanics based prediction of the S-N characteristics of metallic components with large microstructural defects. Here, an extension to materials that do not show large defects onto the fracture surfaces is provided. In such cases, an approach based on a so-called cyclic R-curve analysis is proposed for the determination of the initial flaw size, which has to be used in the calculation of fatigue crack propagation. The principle is explained and demonstrated by a first application to a welded joint. KW - Fatigue strength KW - Weldments KW - Short cracks KW - Initial flaw size KW - Cyclic R-curve PY - 2015 DO - https://doi.org/10.1111/ffe.12288 SN - 1460-2695 SN - 0160-4112 SN - 8756-758X VL - 38 IS - 9 SP - 1066 EP - 1075 PB - Blackwell CY - Oxford AN - OPUS4-33838 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Madia, Mauro T1 - Analytische Beschreibung von Rissarrest, Kurz- und Langrisswachstum in Schweißverbindungen T2 - DVS-Congress 2015 CY - Nürnberg DA - 2015-09-14 PY - 2015 AN - OPUS4-33499 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Kempf, Andreas A1 - Kruse, Julius A1 - Madia, Mauro A1 - Hilgenberg, Kai T1 - Correlation between quasistatic und fatigue properties of additively manufactured AlSi10Mg using Laser Powder Bed Fusion N2 - In order to find a resource efficient approach for the fatigue lifetime prediction of laser powder bed fusion (L-PBF) processed AlSi10Mg material, results of tensile and fatigue tests were compared. The specimens were manufactured with three different L-PBF machines and studied in different heat treatment conditions (as-built, annealed, T6 heat treated). The investigations showed that the high attainable tensile strength properties after the manufacturing process are not beneficial in the high cycle fatigue (HCF) regime. In contrast, the applied heat treatments, which lead typically to a decrease of ultimate tensile strength, improved dramatically the fatigue behavior. Additionally, a clear correlation between the elongation at fracture and HCF resistance has been found for individual heat treatment conditions. This empiric relationship provides an estimation of the fatigue resistance in the presence of material defects and can be implemented in part and process approvals. T2 - FATIGUE DESIGN 2021 CY - Online meeting DA - 17.11.2021 KW - Additive Manufacturing KW - Laser powder bed fusion KW - AlSi10Mg KW - Tensile properties KW - Fatigue properties PY - 2022 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-544921 DO - https://doi.org/10.1016/j.prostr.2022.03.009 SN - 2452-3216 VL - 38 SP - 77 EP - 83 PB - Elsevier B.V. AN - OPUS4-54492 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Werner, Tiago A1 - Madia, Mauro A1 - Zerbst, Uwe T1 - Comparison of the fatigue behavior of wrought and additively manufactured AISI 316L N2 - Additive manufacturing (AM) is becoming increasingly important in engineering applications due to the possibility of producing components with a high geometrical complexity allowing for optimized forms with respect to the in-service functionality. Despite the promising potential, AM components are still far from being used in safety-relevant applications, mainly due to a lack of understanding of the feedstock-process-properties-performance relationship. This work aims at providing a full characterization of the fatigue behavior of the additively manufactured AISI 316L austenitic stainless steel and a direct comparison with the fatigue performance of the wrought steel. To this purpose, a set of specimens has been produced by laser powder bed fusion (L-PBF) and subsequently heat treated at 900 °C for 1 hour for complete stress relief, whereas a second set of specimens has been machined out of hot-rolled plates. Low cycle fatigue (LCF) and high cycle fatigue (HCF) tests have been conducted for characterizing the fatigue behavior. The L-PBF material had a higher fatigue limit and better finite life performance compared to wrought material. Both, LCF and HCF-testing revealed an extensive cyclic softening. T2 - FATIGUE DESIGN 2021 CY - Online meeting DA - 17.11.2021 KW - Additive manufacturing KW - L-PBF KW - 316L KW - Fatigue KW - LCF KW - HCF PY - 2022 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-544952 DO - https://doi.org/10.1016/j.prostr.2022.03.056 SN - 2452-3216 VL - 38 SP - 554 EP - 563 PB - Elsevier B.V. AN - OPUS4-54495 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Zhu, Jiangchao A1 - Schurig, M. A1 - Schlums, H. A1 - Madia, Mauro A1 - Zerbst, Uwe T1 - Bruchmechanische Bewertung der Integrität einer Turbinenscheibe bei Überdrehzahl N2 - Turbinenscheiben sind thermisch und mechanisch hochbeanspruchte, sicherheitsrelevante Komponenten in Gasturbinen. Ihre Integrität wird in Bauteiltests unter Überdrehzahlbedingungen nachgewiesen. Kontext des Aufsatzes ist die Erarbeitung einer zusätzlichen Bewertungsebene auf der Grundlage von Versuchen unter monotoner Beanspruchung, die die Beanspruchung im Bauteil realistisch wiedergeben soll. Betrachtet wird ein halbelliptischer Riss, der bei der weiteren Ausbreitung als Umfangsriss wächst (rim peeling). Die Simulation dieser Stelle im Bauteil schließt die mechanische und thermische Beanspruchung sowie sie Dehnungsbehinderung ein. Letztere wird anhand zweier Parameter, der Spannungsmehrachsigkeit ℎ und des (allerdings modifizierten) Constraint-Parameters nach Newman, der die Spannungen über den plastisch verformten Bereich mittelt, bestimmt. Erwartungsgemäß zeigt sich, dass die höchste Dehnungsbehinderung weder an den Oberflächenpunkten, noch an den tiefsten Punkten, sondern an einer Stelle zwischen beiden auf der Rissfront auftritt. Als Versuchsgeometrie für die monotonen Tests soll eine Kreuzprobe mit wanddurchdringenden Rissen ausgehend von einer Innenbohrung dienen. Durch geeignete Wahl der Risstiefe sowie der in beiden Richtungen angreifenden Kräfte gelingt es, bauteiladäquate Zustände zu erzeugen. T2 - 54. Tagung des DVM-Arbeitskreises Bruchmechanik und Bauteilsicherheit CY - Online meeting DA - 22.02.2022 KW - Bruchmechanik KW - Struktur Integrität KW - Turbinenscheibe KW - Constraint PY - 2022 SP - 13 EP - 22 AN - OPUS4-54403 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Bergant, M. A1 - Larrosa, N. A1 - Yawny, A. A1 - Madia, Mauro T1 - Short crack growth model for the evaluation of the fatigue strength of WAAM Ti-6Al-4V alloy containing pore-type defects N2 - The role of defects in the fatigue strength of Wire Arc Additively Manufactured (WAAMed) Ti-6Al-4V is analysed by means of the IBESS model, a fracture mechanics short crack growth approach based on the cyclic R-curve. Pores and crack-like defects are analysed. Estimations of the role of pore shape and size agree well with published fatigue data of WAAM Ti-6Al-4V with pores. The model is also used to explain the effect of fabrication defects on the scatter of experimental data. This demonstrates that short crack growth models represent a suitable engineering tool for the fatigue assessment of defective AM materials. KW - WAAM Ti-6Al-4V KW - Cyclic R-curve KW - IBESS model for short cracks KW - Kitagawa-Takahashi (K-T) diagram PY - 2023 DO - https://doi.org/10.1016/j.engfracmech.2023.109467 SN - 0013-7944 VL - 289 SP - 1 EP - 21 PB - Elsevier Ltd. AN - OPUS4-57963 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Zhu, Jiangchao A1 - Madia, Mauro A1 - Schurig, M. A1 - Schlums, H. A1 - Zerbst, Uwe T1 - Fracture mechanics-based structural integrity assessment of aeroengine turbine disks under overspeed conditions N2 - Aero-engine turbine disks are safety-relevant components which are operated under high thermal and mechanical stress conditions. The actual part qualification and certification procedures make use of spin-tests conducted on productionsimilar disks. While these tests provide, on the one hand, a reliable definition of the critical conditions for real components, on the other hand they represent a relevant cost item for engine manufacturers. The aim of this work is to present part of a fracture mechanics-based procedure under development which aims at replacing the tests on production-similar disks with lab tests on fracture mechanics specimens. In particular, the rimpeeling failure mode is considered as case study. A semi-circular surface crack is modelled at the most stressed region at the diaphragm of a turbine disk, with the crack plane perpendicular to the radial direction. The crack is therefore subjected to a biaxial stress state and grows under increasing rotational speed until it triggers the rim-peeling failure. The finite element simulation of the cracked disk considers the real thermal and mechanical loading conditions. In order to design a lab representative specimen, beside the crack driving force, expressed in terms of � -integral, also the constraint to plastic deformation e.g., stress triaxiality, at the crack-tip must be similar for the same crack in the specimen and in the disk. This has been achieved and as expected, both the highest � -integral and constraint factor are calculated at the same location along the crack front for both disk and specimen. The results of the structural integrity assessment in the form of a Failure Assessment Diagram (FAD) show good agreement between designed specimen and disk both in terms of expected failure mode and value of the critical speed. Probabilistic aspects are also considered in the calculations. T2 - ASME Turbo Expo 2022: Turbomachinery Technical Conference and Exposition (GT2022) CY - Rotterdam, The Netherlands DA - 13.06.2022 KW - Fracture mechanics KW - Burst KW - Turbine disk PY - 2022 SP - 1 EP - 7 PB - ASME AN - OPUS4-55903 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Madia, Mauro T1 - Fatigue Strength of Aerospace Parts Repaired by Cold Spray N2 - Aerospace components are safety critical parts, which are often replaced when found defective after the fabrication process or after periodic inspection in-service. Cold spray repair is a promising and cost-saving alternative to replacing worn parts. Depositing materials in decent quality fill machined damage volumes can enhance the performance of refurbished parts and extend their working life. Furthermore, repair represents a resource-efficient and green process in a world targeting at decarbonization of many industrial sectors. Component repair consists of a defined sequence of operations. First, damage is removed by machining, then new material is applied by cold spray on the machined substrate. Usually, the original functional shape of the component is restored by machining. Post-spraying heat treatments can be applied where required. Despite the advantages, cold spray repair still suffers from major limitations which prevent its application in safety relevant parts. The main challenges are posed by the poor adhesion strength, the porosity inherent in the manufacturing process, the reduced ductility and the presence of residual stresses. This work presents recent results obtained in the frame of the cluster project CORE devoted to the development of automatized repair of aerospace parts by cold spray. The investigations consider high-strength aluminum alloys typically used in structural applications in the aerospace industry. As the fatigue properties are crucial to the safe application of repaired components, and given the presence of process-induced defects, a damage tolerant framework is peculiarly suitable for the structural integrity assessment of repaired commponents and give an indication of the permissible defects to optimize the parameters of the cold spray process. Several high cycle fatigue and fatigue crack propagation tests have been performed to compare the fatigue performance of base and repaired materials. The mechanical tests are corroborated by fractographic and microstructural investigations. T2 - ICAM2024 CY - Atlanta, GA, USA DA - 28.10.2024 KW - Cold Spray KW - Aerospace KW - Repair KW - Structural Integrity KW - Fatigue Strength PY - 2024 AN - OPUS4-61539 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Madia, Mauro T1 - Ermittlung der Wöhlerkurve von Schweißverbindungen mittels bruchmechanischer Methoden N2 - IBESS steht für „Integrale Bruchmechanische Ermittlung der Schwingfestigkeit von Schweißverbindungen“ und ist das Ergebnis eines DFG-AiF-Clusters, an dem acht Partner beteiligt waren. Kernstück ist eine analytische Methode zur bruchmechanischen Beschreibung der Rissausbreitung unter Schwingbelastung, die im IBESS-Teilprojekt A3 entwickelt wurde. Da man es im Bereich der Schwingfes-tigkeit mit kurzen Rissen zu tun hat, auf die die etablierten Methoden der Langrissbruchmechanik nicht anwendbar sind, wurden 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 wurde, ist es zudem möglich, Ausgangsrissgrößen vorherzusagen, die auf Dauerfestigkeitsniveau gerade so noch arretieren würden. Dies erlaubt umgekehrt eine Abschätzung der Dauerfestigkeit an den Schweißverbindungen sowie die statistisch basierte, analytische Vorhersagen des Zeitfestigkeitsastes der Wöhlerkurve. In diesem Aufsatz wird die Methodik vorgestellt und ihre Validierung an einem ausgewählten Beispiel diskutiert. T2 - DVM-Arbeitskreis Bruchmechanik und Bauteilsicherheit CY - Freiburg/Breisgau, Germany DA - 16.02.2016 KW - Ermüdungsrissausbreitung KW - Schwingfestigkeit KW - Schweißverbindungen PY - 2016 AN - OPUS4-37953 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Madia, Mauro T1 - Fracture mechanics-based determination of the fatigue strength of weldments N2 - The 21st century brought new and complex technological challenges, which need to be solved. Of primary importance is the global energy transition that pushes forward the research and innovation in order to achieve the goal of replacing the existing non-renewable energy sources with new renewable and efficient ones, with positive effects on the world climate. In many countries worldwide mid- and long-term goals have been set out in order to reduce the greenhouse gas emissions. Germany, among others, intends to reduce the emissions by 80 to 95% within 2050, compared with 1990 levels. The achievement of this goal is aimed to be realized by the development of new and more efficient energy sources, but also by substantial investments in electromobility (the goal is to bring one million electrically driven vehicles onto German streets by 2020). Another important challenge came into play following the global financial crisis, which pushed many industries to reduce their operational and maintenance costs. In particular, the life-cycle management of a component has become of primary importance. In some cases it has been shown that the underestimation or the lack of awareness in ageing of plants led to incidents due to the loss of technical integrity. Other studies demonstrated that the component life of many of the long-life components could be extended up to 50% without compromising safety. The third, not less important, challenge is driven by the development of new technologies and materials. The trends show a large investment in additive manufactured metal components and new metallic materials which have to assure longer in-service life, lightweighting and efficient recycling. This works aims at addressing part of these problems by proposing a fracture mechanics-based analytical procedure for the determination of the fatigue lives of engineering components and particularly of welded joints. In fact, an analytical tool, which is able to simulate the main failure mechanisms of weldments under fatigue loading, brings many advantages: i) drastic reduction of long and expensive experimental tests; ii) optimization of the geometry and production processes (possible weight reduction); iii) better estimate of the safety margins used in the design of the components (life extension without safety issues). The results show that the model can fairly well predict the lives of the welded joints investigated experimentally, irrespective of the geometry and loading conditions. T2 - WMRIF 5th International Workshop for Young Scientists CY - Tsukuba, Japan DA - 08.11.2016 KW - Structural integrity KW - Weldments KW - Fatigue strength PY - 2016 AN - OPUS4-38390 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER -