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 -