TY - CONF A1 - Madia, Mauro T1 - Towards the Use of Representative Specimens for the Qualification of Additively Manufactured Parts N2 - The understanding of the process-structure-property-performance relationship is the key challenge for the qualification of safety-relevant parts made of additively manufactured metallic materials. The complexity of the manufacturing process and the number of influencing parameters affect the properties of test coupons and parts even fabricated in the same batch. This poses the problem of using reliable witness specimens for part qualification. This work presents a new approach which aims at the fabrication of test coupons tailored to the specific microstructure and fatigue properties of a component. The first step consisted in the evaluation of the temperature field by means of process monitoring during the production of parts. The results were used to tailor finite element models which were then used to design witness specimens representative of the thermal history in the component. Finally, the fatigue properties of designed specimens were compared to coupons machined out of the component. T2 - TMS2024 – 153rd Annual Meeting & Exhibition CY - Orlando, FL, USA DA - 03.03.2024 KW - Additive Manufacturing KW - Process simulation KW - Thermal history KW - Structural integrity KW - Damage tolerance PY - 2024 AN - OPUS4-65072 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Zerbst, Uwe A1 - Madia, Mauro A1 - Schork, Benjamin T1 - Fracture mechanics based determination of the fatigue strength of weldments N2 - A fracture mechanics model which shall be applied to the fatigue strength determination of weldments has to focus on various aspects such as: (a) the description of mechanical and physical short fatigue crack extension which is characterised by yielding conditions which do not permit the application of the common ΔK concept and by the gradual build-up of the crack closure effect, (b) a consistent methodology for determining the initial crack size, (c) based on this, the determination of a fatigue limit, (d) the treatment of multiple crack propagation at load levels above this limit, (e) the variation of the local geometry along the weld toe, and (f) statistical effects.The paper gives alimited overview of the work the authors did in this field during the last years within the German project cluster IBESS. A model is presented and briefly discussed which covers the questions above. T2 - XV Portugese Conference on Fracture CY - Lissabon, Portugal DA - 10.02.2016 KW - Weldments KW - fatigue strength KW - fracture mechanics KW - fatigue crack propagation PY - 2016 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-361571 UR - http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2452321616000044 DO - https://doi.org/doi:10.1016/j.prostr.2016.02.003 VL - 2016/1 SP - 10 EP - 17 PB - Elsevier B.V. CY - Amsterdam, Netherlands AN - OPUS4-36157 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Zhu, Jiangchao A1 - Madia, Mauro A1 - Schurig, Michael A1 - Fedelich, Bernard A1 - Schlums, Hartmut A1 - Zerbst, Uwe T1 - Burst speed assessment of aero-engine turbine disk based on failure assessment diagram and global stability criterion 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 production-similar 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 two alternative burst speed assessment methods under development based on the Failure Assessment Diagram (FAD) and a global stability criterion, respectively. In the scope of the fracture mechanics assessment, the failure modes hoop-burst and rim-peeling are investigated with semicircular surface cracks modelled at the critical regions on the turbine disk. The comparison of the predicted critical rotational speed shows good agreement between the assessment methods. KW - Global stability criterion KW - Fracture mechanics KW - Burst KW - Turbine disk PY - 2023 DO - https://doi.org/10.1016/j.engfracmech.2022.109005 SN - 0013-7944 VL - 277 SP - 1 EP - 15 PB - Elsevier Ltd. AN - OPUS4-56736 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Baer, Wolfram A1 - Breidung, Marc A1 - Wossidlo, Peter A1 - Wahl, Ken A1 - Gerwien, Peter A1 - Zerbst, Uwe A1 - Madia, Mauro A1 - Küppers, M. ED - Zimmermann, Martina T1 - Gezielte Werkstoffprüfung zur fail-safe-Bauteilauslegung am Beispiel eines Achsschenkels N2 - 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. T2 - 40. Vortrags- und Diskussionstagung Werkstoffprüfung 2022 CY - Dresden, Germany DA - 27.10.2022 KW - Kerbschlagarbeit KW - Achsschenkel KW - Fail-safe KW - Bruchmechanische Auslegung KW - Korrelation PY - 2022 SP - 1 EP - 6 PB - DGM - Deutsche Gesellschaft für Materialkunde e.V. CY - Sankt Augustin AN - OPUS4-56152 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Madia, Mauro A1 - Baer, Wolfram A1 - Wagener, Rainer A1 - Kiyak, Yusuf T1 - Betriebsfestigkeit und Bruchverhalten von bainitischen Schmiedestählen N2 - Die neue Generation von bainitischen Schmiedestählen bietet auf der einen Seite ein erhebliches Festigkeitspotenzial, das es im Sinne des Leichtbaus auch für zyklisch belastete Sicherheitsbauteile zu heben gilt. Auf der anderen Seite geht mit dieser Festigkeitssteigerung im Vergleich zu Vergütungsstählen ein Verlust an Duktilität und Zähigkeit einher. Am Beispiel des Demonstratorbauteils Achsschenkel ging das Forschungsvorhaben der Frage nach, wie ein Freigabeprozess zu gestalten ist, damit das Festigkeitspotenzial der neuen Stähle zuverlässig ausgenutzt werden kann. Als Ergebnis wird eine Vorgehensweise dargestellt, die den Eigenschaften der neuen Generation von Schmiedestählen Rechnung trägt, um den sicheren Betrieb der Komponenten zu gewährleisten. KW - Bainitischer Schmiedestahl KW - Bruchmechanik KW - Sicherheit KW - Betriebsfestigkeit KW - Bauteilauslegung PY - 2023 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-594296 SN - 2366-5106 SP - 50 EP - 54 PB - Industrieverband Massivumformung e. V CY - Hagen AN - OPUS4-59429 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Baer, Wolfram A1 - Breidung, Marc A1 - Kiyak, Yusuf A1 - Zerbst, Uwe A1 - Madia, Mauro A1 - Küppers, M. T1 - Aspekte der analytischen bruchmechanischen Bauteilbewertung N2 - 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. T2 - 54. Tagung des DVM-Arbeitskreises Bruchmechanik und Bauteilsicherheit CY - Online meeting DA - 22.02.2022 KW - FEM KW - Bauteilbewertung KW - Fail-safe KW - Analytisches Modell PY - 2022 DO - https://doi.org/10.48447/Br-2022-BB VL - 254 SP - 1 EP - 11 PB - DVM CY - Berlin AN - OPUS4-54406 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Zerbst, Uwe A1 - Madia, Mauro A1 - Kiyak, Yusuf A1 - Breidung, Marc A1 - Baer, Wolfram A1 - Küppers, M. ED - Madia, Mauro T1 - Stiffness/constraint effects in analytical flaw assessment - A technical note N2 - Using the case study of a fail-safe design criterion for a steering knuckle of a commercial vehicle, the effect of stiffness/constraint on the crack driving force in the component is discussed. The problem arises when assessment procedures such as R6, BS 7910 or SINTAP/FITNET are applied in conjunction with substitute geometries for determining the model parameters K-factor and limit load (or a substitute for the latter), as it is common practice. In the example, the conservatism was so pronounced that this procedure was in fact unusable. A way out could be the finite element-based determination of the model parameters and their use in the analytical framework. This procedure is useful and effective if the finite element-based calculations are used in parameter sensitivity analyses. KW - Fail-safe design KW - Fracture resistance KW - Fracture assessment KW - Stiffness KW - Constraint PY - 2022 DO - https://doi.org/10.1016/j.engfracmech.2022.108728 SN - 0013-7944 IS - 273 SP - 1 EP - 15 PB - Elsevier Science CY - Kidlington AN - OPUS4-55544 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Madia, Mauro T1 - Ermittlung von Kitagawa-Takahashi Diagrammen auf der Basis der Schwingbruchmechanik N2 - Das Kitagawa-Takahashi Diagramm ist ein unverzichtbares Werkszeug zur Auslegung von Bauteilen aus fehlerbehafteten Werkstoffen. Zur Beschreibung des Diagramms werden im Allgemeinen die Modelle nach Kitagawa-Takahashi, El Haddad oder Chapetti verwendet, die sich aber im technisch relevanten Bereich zum Teil deutlich voneinander unterscheiden. Daher ist eine experimentelle Absicherung dieses Bereichs zwingend erforderlich. Im Rahmen dieser Arbeit wurden verschiedene Methoden zur experimentellen Absicherung miteinander verglichen, mit dem Ziel eine einfache und schnelle experimentelle Absicherung des KT-Diagramms zu ermöglichen. Die neue experimentelle Methode hat sich als nützliches Werkzeug zur Validierung von KT-Diagrammen erwiesen. Durch die Erzeugung von Kerben mittels eines Gravierlasers und die Durchführung der Versuche mit Potentialmessung kann das KT-Diagramm eines Werkstoffes schnell und mit wenig Aufwand validiert werden. T2 - 58. Tagung des Arbeitskreises Bruchmechanik und Bauteilsicherheit CY - Stuttgart, Germany DA - 24.02.2026 KW - Schwingbruchmechanik KW - Ermüdungsfestigkeit KW - Kitagawa-Takahashi Diagramm KW - Gleichstrom-Potentialsonde PY - 2026 AN - OPUS4-65645 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Madia, Mauro T1 - Ermittlung des intrinsischen Schwellenwerts und dessen Validierung als Werkstoffparameter N2 - Zuverlässige Rissfortschrittsdaten sind notwendig für die sichere Bewertung zyklisch beanspruchter Bauteile. Diese werden häufig im Schwellenwertbereich betrieben, daher ist die genaue experimentelle Ermittlung der Schwellenwerte gegen Rissausbreitung wichtig, um die Unsicherheit der Lebensdauerprognose zu minimieren. Viele Faktoren können die experimentellen Ergebnisse beeinflussen, u.a. die Versuchsparameter und die Umgebungsbedingungen. Diese Arbeit zeigt, dass der intrinsische Schwellenwert von der experimentellen Verfahren und von der Umgebung unabhängig ist. Daraus kann man schließen, dass der intrinsische Schwellenwert als Werkstoffparameter betrachtet werden kann. T2 - Workshop Schwellenwert CY - Munich, Germany DA - 26.02.2026 KW - Schwingbruchmechanik KW - Schwellenwert KW - Rissfortschritt KW - Umgebungseffekte PY - 2026 AN - OPUS4-65646 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Engelking, Lorenz A1 - Eissel, A. A1 - Madia, Mauro A1 - Schröpfer, Dirk A1 - Treutler, K. A1 - Kruse, Julius A1 - Kannengießer, Thomas A1 - Wesling, V. T1 - Influence of ultrasonic-assisted milling on surface integrity of additively manufactured components using MSG processes N2 - Additive manufacturing (AM) is increasingly used for producing complex metallic components. Subsequent machining is essential to achieve final geometries and surface conditions. The resulting surface integrity, particularly the near-surface residual stress state, plays a crucial role in component performance and fatigue life. This study investigates the potential of ultrasonic-assisted milling (USAM), a hybrid machining process, to improve surface integrity and machinability compared to conventional milling (CM). Three materials were investigated, two difficult-to-cut materials CoCr26Ni9Mo5W and FeNi36 and a low-alloy steel S355J2C. The CoCr26Ni9Mo5W and FeNi36 were additively manufactured via Directed Energy Deposition (DED)-Arc and then machined with varying cutting speeds and feed rates within a Design of Experiments. USAM exhibited enhanced machinability and surface integrity, particularly at low cutting speeds, by reducing cutting forces up to 40% and shifting near-surface residual stresses from tensile to compressive. For S355J2C, USAM reduced cutting forces by approximately 45% and induced near-surface compressive residual stresses up to approximately −700 MPa. Rotating bending tests (DIN50100) show that USAM increases the technical fatigue limit from 307 MPa (CM) to 341 MPa (USAM), i.e., by ∼11%. These findings highlight the advantages of ultrasonic assistance in post-AM machining, offering enhanced fatigue performance and surface quality for various metallic materials. T2 - 4th International Conference on Advanced Joining Processes 2025 CY - Coimbra, Portugal DA - 16.10.2025 KW - Ultrasonic-assisted milling KW - Residual stress KW - Surface integrity PY - 2026 DO - https://doi.org/10.1177/14644207261416395 SP - 1 EP - 12 PB - Sage Journals AN - OPUS4-65682 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Engelking, Lorenz A1 - Madia, Mauro A1 - Schröpfer, Dirk A1 - Kruse, Julius A1 - Saliwan Neumann, Romeo A1 - Kannengießer, Thomas T1 - Influence of Ultrasonic-Assisted Milling on Surface Integrity and Fatigue Strength of a Low Alloy Steel N2 - The milling process significantly influences the surface integrity of metallic components through machining induced near surface residual stresses. Modern hybrid machining processes, such as ultrasonic-assisted milling (USAM), offer the potential to induce beneficial near-surface compressive residual stresses compared to the near-surface tensile residual stresses typically resulting from conventional milling (CM). This study investigates the effects of USAM compared to CM on the near-surface residual stress state and fatigue performance of a S355J2C low-alloy steel. Milling experiments and subsequent rotating bending tests revealed that USAM significantly reduces cutting force by approximately 45% and induces near-surface compressive re sidual stresses as low as −733MPa. This leads to a significant improvement in fatigue strength estimated in approximately 34% compared to polished specimens and 11% compared to the CM. These findings highlight the potential of USAM to enhance the fatigue performance of components made of steel. KW - Fatigue strength KW - Residual stress KW - Surface integrity KW - Surface roughness KW - Ultrasonic-assisted milling PY - 2026 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-657358 DO - https://doi.org/10.1111/ffe.70259 SP - 1 EP - 11 PB - Wiley AN - OPUS4-65735 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER -