TY - CONF A1 - Duarte, Larissa A1 - Madia, Mauro A1 - Zerbst, Uwe T1 - The use of effective fatigue crack propagation data obtained at closure-free conditions for component assessment N2 - 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. T2 - 43rd International Conference on Materials Mechanics CY - Sani, Greece DA - 05.06.2022 KW - Component assessment KW - Effective crack propagation data KW - Experimental procedure KW - Crack-closure PY - 2022 SP - 104 EP - 108 AN - OPUS4-56851 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Zhu, J. A1 - Madia, Mauro A1 - Schurig, M. A1 - Kruse, Julius A1 - Conrad, F. A1 - Schlums, H. A1 - Kontermann, C. A1 - Zerbst, Uwe T1 - Anwendung von repräsentativen Proben zur Bewertung der Strukturintegrität von sicherheitsrelevanten Komponenten N2 - Sicherheitsrelevante Bauteile, bei denen ein Versagen im Betrieb katastrophale Folgen haben könnte, sind in der Regel für eine sehr geringe Ausfallwahrscheinlichkeit ausgelegt und unterliegen strengen Qualifizierungsverfahren gemäß den von den Aufsichtsbehörden festgelegten Richtlinien. Die Hersteller sind oft gezwungen, Tests an realen oder skalierten Komponenten durchzuführen, um die Strukturintegrität unter definierten Belastungsbedingungen sicherzustellen, die in der Regel strenger sind als die im Betrieb zu erwartenden. Dies ist in der Regel mit einem enormen experimentellen und finanziellen Aufwand verbunden. Daher versuchen die Unternehmen, neue Strategien wie digitale Zwillinge zu entwickeln, mit denen die Kosten massiv gesenkt werden können, ohne die Sicherheit zu beeinträchtigen. In dieser Arbeit wird ein neues quasistatisches Prüf- und Bewertungskonzept vorgestellt, dessen Hauptidee darin besteht, die experimentelle Prüfung von Bauteilen durch die Prüfung von für das Bauteil repräsentativen Proben zu ersetzen oder zumindest zu reduzieren. Der größte Vorteil des vorgeschlagenen Konzepts besteht darin, dass die Versuche auf Laborprüfmaschinen durchgeführt werden können. Die Wirksamkeit der Methodik wird anhand der Bewertung der Strukturintegrität einer Turbinenscheibe aus einer Ni-Basis-Superlegierung für Flugzeugtriebwerke bei Überdrehzahl demonstriert. T2 - 57. Tagung des DVM-Arbeitskreises Bruchmechanik und Bauteilsicherheit CY - Köln, Germany DA - 18.02.2025 KW - Strukturintegrität KW - Bruchmechanik KW - Turbinenscheibe KW - Repräsentative Proben PY - 2025 DO - https://doi.org/10.48447/BR-2025-536 SP - 231 EP - 240 PB - DVM CY - Berlin AN - OPUS4-62602 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Kanna, Naveen A1 - Bär, Jürgen A1 - Duarte, Larissa A1 - Madia, Mauro ED - Ricoeur, Andreas T1 - Ermittlung von Kitagawa-Takahashi-Diagrammen mittels Gleichstrompotentialsondenmessungen N2 - Das Kitagawa-Takahashi Diagramm ist ein wichtiges Werkzeug zur Beschreibung der ausgeprägten Langzeitfestigkeit fehlerbehafteter Bauteile. Insbesondere im technisch relevanten Übergangsbereich unterscheiden sich jedoch die verwendeten Modelle. Daher ist für eine sichere Aussage eine experimentelle Absicherung in diesem Bereich zwingend notwendig. In dieser Arbeit wird eine Methode vorgestellt, die eine einfache und schnelle Absicherung des Verlaufs im Übergangsbereich erlaubt. Hierzu werden in Flachproben mittels eines Gravierlasers scharfe Kerben mit einer definierten Breite und Tiefe eingebracht. Die so präparierten Proben werden mit blockweise steigender Last bis zum Bruch ermüdet. Die Erkennung von Anrissen erfolgt mittels einer Gleichstrom-Potentialsonde mit der auch die Länge des Lastblocks gesteuert wird. T2 - 57. Tagung des DVM-Arbeitskreises Bruchmechanik und Bauteilsicherheit CY - Cologne, Germany DA - 18.02.2025 KW - Ausgeprägte Langzeitfestigkeit KW - Materialdefekte KW - KT-Diagramm KW - Gleichstrom-Potentialsonde PY - 2025 DO - https://doi.org/10.48447/BR-2025-513 VL - 257 SP - 105 EP - 112 PB - Deutscher Verband für Materialforschung und -prüfung e.V. CY - Berlin, Deutschland AN - OPUS4-62604 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - RPRT A1 - Duarte, Larissa A1 - Madia, Mauro A1 - Zerbst, Uwe A1 - Schönherr, J. A. T1 - Ermittlung des intrinsischen Schwellenwerts und dessen Validierung als Werkstoffparameter N2 - 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. KW - Schwellenwert gegen Ermüdungsrissausbreitung KW - Einflussfaktoren auf Rissfortschrittsdaten KW - Bauteilauslegung KW - Rissschließeffekte PY - 2023 SN - 978-3-96780-151-4 SP - 1 EP - 190 PB - Forschungsvereinigung Stahlanwendung e. V. CY - Düsseldorf AN - OPUS4-58459 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CHAP A1 - Zerbst, Uwe A1 - Madia, Mauro ED - Yadroitsev, I. ED - Yadroitsava, I. ED - Du Plessies, A. ED - McDonald, E. T1 - Structural integrity II: fatigue properties N2 - If a component is cyclically loaded, its load carrying capacity is considerably lower than in the monotonic loading case. This general observation applies in particular to L-PBF parts. The causes of this are mainly material defects such as pores and unwelded regions (Chapter 8) and a pronounced surface roughness in the as-built condition (Chapter 9). In addition, effects due to the anisotropy of the microstructure (Chapter 6) and a complex residual stress pattern (Chapter 7) play an important role. A consequence is that common strategies of fatigue assessment cannot be transferred to L-PBF applications without modifications. Due to the inhomogeneity of the material, the determination of representative material properties and the transfer to the component is a problem, and this is also the case with regard to the consideration of defects, surface roughness and residual stresses. The chapter gives a brief introduction to these problem areas. KW - Fatigue crack propagation stagesdefects KW - Fatigue strength KW - Fatigue life KW - Fracture mechanics PY - 2021 SN - 978-0-12-824090-8 DO - https://doi.org/10.1016/B978-0-12-824090-8.00015-9 SP - 377 EP - 394 PB - Elsevier Inc. CY - Amsterdam ET - 1 AN - OPUS4-52854 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - BOOK A1 - Zerbst, Uwe A1 - Madia, Mauro T1 - Bruchmechanische Bauteilbewertung N2 - Die sichere Auslegung von Bauteilen kommt an der Anwendung bruchmechanischer Methoden heute nicht mehr vorbei. Das vorliegende Buch bietet eine Einführung in diese Methoden mit besonderen Schwerpunkten auf dem aktuellen Stand der bruchmechanischen Kennwertermittlung und den Methoden der analytischen bruchmechanischen Bauteilbewertung. Es beschreibt die Mechanismen von Risswachstum und Bruch, die grundlegenden Konzepte der Bruchmechanik, die analytische Ermittlung der Rissspitzenbelastung in Bauteilen sowie die Anwendung der Bruchmechanik in unterschiedlichen Kontexten. Der Schwerpunkt liegt dabei auf der praktischen Anwendung u. a. anhand von Demonstrationsbeispielen, die im Detail nachvollzogen werden können. KW - Rissausbreitung KW - Bruch KW - Bruchmechanische Konzepte KW - Bruchmechanische Kennwerte KW - Rissspitzenbelastung KW - Failure Assessment Diagram KW - Rissschließfunktion KW - Kritische Last KW - J-Integral KW - Risswiderstand KW - Stretch-Zone KW - IBESS-Prozedur KW - Constraint faktor KW - Mismatch KW - Ligamentplastifizierung KW - Crack Tip Opening Displacement (CTOD) PY - 2022 SN - 978-3-658-36150-1 SN - 978-3-658-36151-8 DO - https://doi.org/10.1007/978-3-658-36151-8 SP - C1 EP - 372 PB - Springer CY - Heidelberg AN - OPUS4-56004 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Blasón Gonzalez, Sergio A1 - Chaudry, Mohsin Ali A1 - Elorriaga, A. A1 - Madia, Mauro A1 - Zerbst, Uwe A1 - Llavori, I. A1 - Hilgenberg, Kai T1 - Design methodology of vessel produced by L PBF stainless steel using representative specimens N2 - 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. T2 - ECF23, European Conference on Fracture 2022 CY - Funchal, Portugal DA - 27.06.2022 KW - Additive manufacturing KW - Steel 316L KW - Fracture Mechanics PY - 2022 AN - OPUS4-55240 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Blasón Gonzalez, Sergio A1 - Chaudry, Mohsin Ali A1 - Elorriaga, A. A1 - Madia, Mauro A1 - Llavori, I. A1 - Hilgenberg, Kai T1 - Diseño de componentes fabricados aditivamente basado en propiedades locales del material T1 - Design of additively manufactured components based on locally representative material fatigue properties N2 - La tecnología de fabricación aditiva (AM) continúan progresando y permitiendo alcanzar diseños cada vez más complejos y optimizados. La industria química es uno de los sectores donde componentes AM han adquirido un gran interés. La falta hasta la fecha de una directiva europea que regule la inspección, certificación y aceptación de equipos sometidos a presión hace necesario progresar en esta línea. El objetivo que se persigue en este trabajo es el de desarrollar una metodología de diseño sobre componentes fabricados aditivamente basada en la estimación de vida a fatiga de las zonas más susceptibles de sufrir dicho tipo de fallo. El estudio comprende diversas facetas de análisis, simulaciones numéricas, análisis de la microestructura del material y una extensa campaña experimental. La evaluación de la integridad estructural se realiza aplicando mecánica de fractura. La historia térmica a lo largo del proceso de fabricación determina la microestructura del componente en cada región y, por ende, influye en las propiedades mecánicas en cada una. Se presentan los resultados preliminares de un proyecto de investigación en curso dirigido a la caracterización de propiedades mecánicas en recipientes de presión producidos por fusión láser en lecho de polvo (L-PBF, por sus siglas en inglés) de acero inoxidable 316L. Se detallan los resultados preliminares en términos de velocidad de crecimiento de grietas por fatiga (FCGR), y se comparan los resultados de probetas extraídas de diferentes regiones de los depósitos. N2 - Additive manufacturing (AM) technology continues to make progress and allows for reaching increasingly complex and optimised designs. The chemical industry is one of the sectors where AM components have acquired relevance. There is a lack of any European directive in order to regulate the inspection, certification as well as acceptance of additively manufactured (AM) equipment subjected to pressure loads, so progression in this line becomes necessary. This work aimed to develop a design methodology for AM components based on the estimation of fatigue lifetime on those regions with a higher risk of failure. Diverse facets are involved in this study, including numerical simulations, microstructure analysis and an extensive experimental campaign. The fatigue assessment is performed based on fracture mechanics. The microstructure characteristics are dependent on the thermal history along the manufacturing process for each region and, accordingly, the mechanical properties are likewise influenced. Preliminary results of an ongoing research project for characterizing the mechanical properties in demonstrator pressure vessels produced by laser powder bed fusion (L-PBF) on stainless steel 316L are presented. The preliminary findings obtained in terms of fatigue crack growth rate (FCGR) and are detailed. Results from specimens extracted from different regions of the vessel are compared. T2 - 5th Iberian Conference on Structural Integrity IbCSI 2022 CY - Coimbra, Portugal DA - 30.03.2022 KW - Fabricación Aditiva KW - Additive Manufacturing KW - Acero 316L KW - Mecánica de Fractura KW - Predicción vida a fatiga KW - Fit4AM KW - Steel 316L KW - Fracture Mechanics KW - Fatigue lifetime prediction PY - 2022 AN - OPUS4-55241 LA - spa AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Blasón Gonzalez, Sergio A1 - Werner, Tiago A1 - Kruse, Julius A1 - Gilli, Daniel A1 - Madia, Mauro T1 - Experimental procedure for the determination of intrinsic fatigue crack propagation threshold ΔKth,eff and characterization of FCGR curves on miniature steel specimens N2 - The largest percentage of component life under fatigue loading conditions is spent in the short crack regime and in the initial phase of long cracks. The use of Fracture Mechanics in the characterization of fatigue crack growth rate curves has proven to be a useful and adequate tool in the prediction of fatigue lifetimes as long as certain conditions are satisfied. All the above implies the need for a methodical and accurate procedure of assessment of the material response in order to achieve a reliable prediction of lifetime in components under safe conditions, based on the damage tolerance approach. It also highlights the need to analyse the response of increasingly reduced thicknesses, which, as time goes by, show greater differences with respect to those commonly studied and defined in standards and design guidelines, as well as to the experimental studies that can be found in the literature at present. Some examples of thin-walled components are turbine blades or certain additively manufactured parts where, additionally, variations in material properties can occur locally and should also be examined. T2 - 2nd International Symposium on Notch Mechanics (2nd ISNM) CY - Madrid, Spain DA - 03.09.2020 KW - miniature specimens; FCGR curves; intrinsic threshold PY - 2021 SP - 1 EP - 2 AN - OPUS4-55242 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Madia, Mauro T1 - Anwendung von repräsentativen Proben zur Bewertung der Strukturintegrität von sicherheitsrelevanten Komponenten N2 - Sicherheitsrelevante Bauteile, bei denen ein Versagen im Betrieb katastrophale Folgen haben könnte, sind in der Regel für eine sehr geringe Ausfallwahrscheinlichkeit ausgelegt und unterliegen strengen Qualifizierungsverfahren gemäß den von den Aufsichtsbehörden festgelegten Richtlinien. Die Hersteller sind oft gezwungen, Tests an realen oder skalierten Komponenten durchzuführen, um die Strukturintegrität unter definierten Belastungsbedingungen sicherzustellen, die in der Regel strenger sind als die im Betrieb zu erwartenden. Dies ist in der Regel mit einem enormen experimentellen und finanziellen Aufwand verbunden. Daher versuchen die Unternehmen, neue Strategien wie digitale Zwillinge zu entwickeln, mit denen die Kosten massiv gesenkt werden können, ohne die Sicherheit zu beeinträchtigen. In dieser Arbeit wird ein neues quasistatisches Prüf- und Bewertungskonzept vorgestellt, dessen Hauptidee darin besteht, die experimentelle Prüfung von Bauteilen durch die Prüfung von für das Bauteil repräsentativen Proben zu ersetzen oder zumindest zu reduzieren. Der größte Vorteil des vorgeschlagenen Konzepts besteht darin, dass die Versuche auf Laborprüfmaschinen durchgeführt werden können. Die Wirksamkeit der Methodik wird anhand der Bewertung der Strukturintegrität einer Turbinenscheibe aus einer Ni-Basis-Superlegierung für Flugzeugtriebwerke bei Überdrehzahl demonstriert. T2 - 57. Tagung des Arbeitskreises Bruchmechanik und Bauteilsicherheit CY - Cologne, Germany DA - 18.02.2025 KW - Strukturintegrität KW - Bruchmechanik KW - Turbinenscheibe KW - Repräsentative Proben PY - 2025 AN - OPUS4-62601 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Madia, Mauro T1 - Design of representative specimens for the characterization of the fatigue properties of metallic components fabricated by PBF-LB/M N2 - The process-structure-property-performance relationship is a fundamental paradigm in metal additive manufacturing (AM). The knowledge of how process parameters and post-process treatments influence the material properties and therefore the structural integrity of additively manufactured metallic components is of paramount importance. With respect to this, one of the unsolved problems related to the unique AM process is the reliability of witness samples for part qualification. Focusing on the Laser Powder Bed Fusion (PBF-LB/M) process, the microstructure and therefore the mechanical performance of test coupons are not representative of parts of the same material in every case. This work summarizes part of the results of an ongoing cooperation between BAM and BASF, which aims at addressing this issue by designing dedicated specimens, representative of the fatigue properties of the real component. The considered case study consisted in the fabrication and characterization of the fatigue properties of a pressure vessel made of AISI 316L. The first phase of the project was devoted to the process monitoring to understand the relationship between process parameters and temperature distribution during the fabrication of the component. Finite element models were tuned on the experimental data from the process monitoring and simulations of the temperature field in the component were conducted. The numerical results were in good agreement with the temperature profiles measured during the fabrication of the component. The second phase dealt with the evaluation of the fatigue and fatigue crack propagation properties on specimens extracted from different regions of the pressure vessel. The experimental investigations showed significant differences in hoop and longitudinal direction. A clear dependence of the fatigue properties on heat accumulation (temperature distribution) and defect size was pointed out. The third phase encompassed the fabrication and testing of the representative specimens. Numerical simulations were used to design specimens displaying the same temperature profile as in the most critical region of the component. The fatigue testing of the representative specimens is subject of ongoing work. T2 - 8. DVM-Tagung Additiv gefertigte Bauteile und Strukturen CY - Berlin, Germany DA - 28.11.2023 KW - PBF-LB/M KW - Process Monitoring KW - Process Simulation KW - Fatigue KW - Representative Specimens PY - 2023 AN - OPUS4-58973 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Werner, Tiago A1 - Blasón Gonzalez, Sergio A1 - Madia, Mauro A1 - Kruse, Julius A1 - Benedetti, Matteo T1 - Determination of fatigue crack propagation thresholds using small-scale specimens N2 - The damage tolerance approach is widely used in the design and estimation of inspection intervals of safety-relevant metallic components subject to fatigue loading. The approach relies on the knowledge of the fatigue crack propagation characteristics, wherein a relevant role is played by the fatigue crack propagation threshold. Nevertheless, the use of material data determined by testing on conventional specimens is not straightforward in the case of thin-walled components such as turbine blades or additively manufactured parts, in which the local variation of material properties in highly stressed regions must be considered. In these cases, the possibility of investigating the fatigue crack propagation properties on a limited portion of material is crucial. For this purpose, a new test procedure has been developed for small-scale specimens which allows the determination of the intrinsic fatigue crack propagation threshold and the near-threshold regime. The validity and limitations of the method are demonstrated on the high strength steel S960QL, along with a comparison with data determined by testing on conventional geometries. T2 - FATIGUE DESIGN 2021 CY - Online meeting DA - 17.11.2021 KW - Fatigue crack propagation threshold KW - Small-scale specimens KW - High strength steel KW - Crack-tip constraint KW - Damage tolerance PY - 2022 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-544967 DO - https://doi.org/10.1016/j.prostr.2022.03.031 SN - 2452-3216 VL - 38 SP - 300 EP - 308 PB - Elsevier B.V. AN - OPUS4-54496 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Madia, Mauro T1 - Prediction of the fatigue limit of additively manufactured metallic materials N2 - Structural alloys are largely employed in key industrial sectors and their demand is predicted to rise rapidly for the next decades. Most of these materials require a large amount of energy for extraction and manufacturing, which causes the emission of greenhouse gases and other pollutants. Therefore, strategies for improving the sustainability of structural metallic alloys are urgently needed. Additive Manufacturing (AM), in particular Laser Powder Bed Fusion (PBF-LB/M), aims to be a sustainable manufacturing process, as it allows the build-up of complex geometry in near net-shape from 3D models, while minimizing material waste and the energy required for the process and post-process treatments. Nevertheless, the application of additively manufactured parts in structural safety-relevant applications is still hindered by the poor fatigue performance. The cause of this has been mainly attributed to the presence of manufacturing defects and surface roughness. Therefore, a huge effort has been made to optimize the process parameters and to introduce post-process treatments to minimize the defect content. However, material flaws cannot be fully eliminated, but these can be considered in a damage tolerance framework for the prediction of the fatigue performance of additively manufactured metallic materials, which is essential for part design and qualification. This work aims at presenting different modelling strategies for the prediction of the fatigue limit of AM metals. Simple empirical models and more complex models based on fatigue short crack propagation are proposed. The investigated material is an AlSi10Mg alloy fabricated by PBF-LB/M and subjected to two different low-temperature heat-treatments (265°C for 1 h and 300°C for 2h). The results show that the models can provide good approximation of the fatigue limits and help in the interpretation of the scatter of fatigue data. T2 - ASTM International Conference on Advanced Manufacturing CY - Washington DC, USA DA - 30.10.2023 KW - Additive Manufacturing KW - AlSi10Mg KW - Fatigue KW - Residual stress KW - Microstructure PY - 2023 AN - OPUS4-58866 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Madia, Mauro T1 - Damage Tolerant Approach in Additively Manufactured Metallic Materials N2 - Damage tolerance counts as one of the most widespread approach to fatigue assessment and surely as one of the most promising in understanding the process-structure-property-performance relationships in additively manufactured metallic materials. Manufacturing defects, surface roughness, microstructural features, short and long crack fatigue propagation, residual stresses and applied loads can be taken into consideration in a fracture mechanics-based fatigue assessment. Many aspects are crucial to the reliable component life prediction. Among those a prominent role is played by an accurate measurement and modelling of the short crack fatigue behavior, and reliable statistical characterization of defects and residual stresses. This work aims at addressing the issues related to both experimental testing, fatigue and fatigue crack propagation, and fracture mechanics-based modelling of fatigue lives. Examples will be provided on an additively manufactured AISI 316 L. T2 - TMS2021 VIRTUAL CY - Online meeting DA - 15.03.2021 KW - AISI 316L KW - Additive Manufacturing KW - Damage Tolerance KW - Microstructure KW - Defects KW - Residual Stress PY - 2021 AN - OPUS4-52293 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Chaudhuri, Somsubhro A1 - Purayil, Sruthi Krishna Kunji A1 - Kruse, Julius A1 - Madia, Mauro A1 - Nielsen, Sören T1 - Thermography-Assisted Mechanical Testing of Cold-Spray (AM) Repair N2 - Cold Spray Additive Manufacturing (CSAM) is a solid-state process that is being increasingly used for structural repairs in aerospace and energy sectors. It enables the deposition of dense material at low temperatures by accelerating metal particles to supersonic velocities, thereby reducing thermal distortion. However, the structural integrity of CSAM repairs—particularly at the interface between the deposited layer and the substrate—remains a critical concern. Various post-treatments and characterization methods have been explored to optimize performance. While X-ray Computed Tomography (XCT) is effective for sub-surface inspection, it cannot be applied in situ during mechanical testing. Digital Image Correlation (DIC), a surface-based method, also lacks sub-surface sensitivity. To address this, Infrared Thermography (IRT) was employed alongside DIC during the tensile and fatigue testing of aluminum CSAM-repaired specimens. A cooled IRT camera operating at 200 FPS captured thermal data, with lock-in processing subsequently applied in post-processing. IRT successfully detected early interfacial damage and enabled the tracking of crack propagation, which was later confirmed through fracture surface analysis. This extended abstract presents findings from fatigue tests using IRT. T2 - 18th International Workshop on Advanced Infrared Technology and Applications (AITA 2025) CY - Kobe, Japan DA - 15.09.2025 KW - Thermography KW - Thermografie KW - Thermal stress analysis KW - Cold spray KW - Damage detection PY - 2025 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-642299 DO - https://doi.org/10.3390/proceedings2025129018 VL - 129 IS - 1 SP - 1 EP - 5 PB - MDPI CY - Basel AN - OPUS4-64229 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Blasón Gonzalez, Sergio A1 - Werner, Tiago A1 - Kruse, Julius A1 - Gilli, D. A1 - Madia, Mauro T1 - Procedimiento experimental para la determinación del valor ΔK umbral intrínseco y caracterización de velocidad de propagación de grietas en fatiga en probetas de acero N2 - Se presenta una guía completa del procedimiento experimental para la determinación del valor umbral ΔKth intrínseco y caracterización de curvas FCGR sobre el acero de alta resistencia S960QL empleando probetas de pequeña escala. El análisis se realiza comparando probetas SENB de diferentes geometrías, distinguiendo entre “convencionales” y “miniatura”. Las primeras con espesor (B) de 6 mm y anchura (W) de 19, y las segundas con B = 3 y dos valores distintos de W, 4 y 6 mm. A fin de identificar el valor umbral ΔKth intrínseco, la relación de cargas (R) aplicada en todos los ensayos fue 0,8. La técnica de caída de potencial (DCPD) se utilizó para la monitorización del tamaño de grieta a lo largo de los ensayos. La evaluación de los resultados experimentales confirma la equiparación de resultados entre las distintas geometrías y configuraciones de ensayo practicadas, así como la viabilidad de emplear probetas de pequeña escala en la determinación del valor umbral ΔKth intrínseco. Esto abre nuevas perspectivas en lo relativo al empleo de probetas de reducidas dimensiones en la caracterización de materiales a fatiga. A su vez, permite ofrecer una serie de recomendaciones para reproducir con éxito ensayos semejantes utilizando probetas de pequeñas dimensiones de acero y otros materiales metálicos. T2 - XXXVII Congreso del Grupo Español de Fractura CY - Online meeting DA - 07.06.2021 KW - Probetas miniatura KW - Determinación Kth intrínseco KW - Curvas FCGR KW - Acero alta resistencia KW - Recomendaciones procedimiento de ensayo PY - 2021 AN - OPUS4-55244 LA - spa AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Madia, Mauro T1 - Thermografie-gestützte Untersuchung des Potentials des Kaltgasspritzens für die Reparatur zyklisch belasteter Bauteile N2 - Die Reparatur mittels Kaltgasspritzen ist eine vielversprechende Alternative zum teuren Austausch fehlerbehafteter Bauteile in der Luft- und Raumfahrt. Durch die Beschleunigung von Metallpartikeln auf Überschallgeschwindigkeiten und die resultierende plastische Verformung der Partikel beim Aufschlag auf das Substrat ohne Aufschmelzen ermöglicht Kaltgasspritzen den schichtweisen Materialauftrag. Die Gewährleistung der Strukturintegrität reparierter Bauteile, insbesondere an der Schnittstelle zwischen dem Substrat und dem aufgetragenen Material, bleibt jedoch eine große Herausforderung. Um dieses Problem zu lösen, wurden verschiedene Prozesse und Behandlungen untersucht, um die Festigkeit und Tragfähigkeit der Reparatur unter zyklischer Belastung zu optimieren. Röntgen-Computertomographie (XCT) ermöglicht die Analyse der Defekte in dem aufgetragenen Material und in der Grenzfläche. Die XCT kann jedoch nur mit hohem Aufwand in-situ während der mechanischen Prüfung eingesetzt werden. Im Gegensatz dazu kann die digitale Bildkorrelation (DIC) in-situ verwendet werden, da es sich um eine berührungslose Vollfeldtechnik handelt, die jedoch in erster Linie die durch das Prüfverfahren bedingten Verschiebungen an der Oberfläche erfasst. Um die Entwicklung der Schädigung an der Grenzfläche zu überwachen, wurde die Infrarot-Thermografie (IRT) parallel zur DIC bei der Zug- und Ermüdungsprüfung von reparierten Al6061 Proben eingesetzt. Es wurde eine gekühlte IRT-Kamera mit hoher Bildrate verwendet, die Nachverarbeitung erfolgte mittels Lock-in IRT. Mit Hilfe von IRT war es möglich, die frühe Schadensentstehung an der Grenzfläche des Substrats zu erkennen und das Risswachstum zu verfolgen. Die Bruchflächen bestätigten, dass die identifizierten Merkmale an der Grenzfläche lagen. Es werden Ergebnisse eines Vergleichs von DIC und IRT aus Ermüdungs- und Zugversuchen vorgestellt. T2 - Werkstoffprüfung 2025 CY - Dresden, Germany DA - 27.11.2025 KW - Additive Fertigung KW - Kaltgasspritzen KW - Thermografie KW - Digitale Bildkorrelation KW - Ermüdungsfestigkeit PY - 2025 AN - OPUS4-64998 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Zhu, Jiangchao A1 - Madia, Mauro A1 - Schurig, Michael A1 - Fedelich, Bernard A1 - Schlums, H. A1 - Zerbst, Uwe T1 - Burst Behaviours Of Aero Engine Turbine Disk At 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 production-similar disks. 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. 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 𝐽-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 𝐽 -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. In addition, probabilistic aspects are also considered in the calculations. T2 - 43rd Int. Conference on Materials Mechanics, June 5-10, 2022, Greece CY - Sani, Chalkidiki, Greece DA - 05.06.2022 KW - Structural integrity KW - Turbine disk KW - Fracture mechanics KW - Overspeed PY - 2022 SP - 1 EP - 13 AN - OPUS4-57279 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - BOOK A1 - Zerbst, Uwe A1 - Madia, Mauro A1 - Schork, B. A1 - Hensel, J. A1 - Kucharczyk, P. A1 - Tchoffo Ngoula, D. A1 - Tchuindjang, D. A1 - Bernhard, J. A1 - Beckmann, C. T1 - Fatigue and fracture of weldments - The IBESS approach for the determination of the fatigue life and strength of weldments by fracture mechanics analysis N2 - The acronym IBESS stands for "Integrale Bruchmechanische Ermittlung der Schwingfestigkeit von Schweißverbindungen" which, translated from German, means "integral fracture mechanics determination of the fatigue strength of welds". the method introduced in this study is the outcome of a German Research cluster in which eight partners were involved. A list of them is found at the end this study. The IBESS method is characterized by a number of partially novel aspects and elements of fracture mechanics applied to the evaluation of fatigue stength of welds. The most important ones are: (a) Determination of fatigue crack propagation for mechanically/physically short and long cracks. (b) Determination of an elastic-plastic crack driving force for the treatment of mechanically short cracks. To that purpose an analytical expression for the cyclic J-integral was developed and validated against finite element results. (c) The gradual build-up of the crack closure phenomenon is determined by using cyclic R-curves which describe the crack size dependency of the fatigue crack propagation threshold in the physically short crack growth regime. (d) A physically meaningful initial crack size is defined for total life consideration. It is based on a two-criteria approach. Based on a cyclic R-curve analysis, the crack size at crack arrest is determined as a lower bound. If, however, a pre-existing crack-like defect is larger than this, its dimensions define the initial crack size. (e) Multiple crack propagation at the weld toe is considered. (f) In conjunction with this, the variation of the weld toe geometry is considered in a stochastic model. (g) As a result, both the fatigue limit (defined for 107 loading cycles) and the finite life (high cycle) fatigue S-N curve are obtained statistically. (h) At various analysis steps, parametric equations have been developed which allow for analytical calculations instead of complete stochastic analyses based on finite elements which are unrealistic even at present. (i) The method has been validated with a large number of S-N curves including two materials, three weldment types with two geometries, each referring to differnt manufacturing technologies and the as-welded and stressrelieved state. (j) Althrough not finally solved, an extended discussion is provided on the issue of welding residual stresses including their redistribution under cyclic loading. (k) A number of simplifications is proposed at lower analyses levels which, however, partly lack complete validation by now. KW - Crack initation KW - Short crack KW - Fracture of weldments KW - IBESS PY - 2019 UR - https://www.kriso.ee/db/9783030040727.html SN - 978-3-03004-072-7 SP - 1 EP - 189 PB - Springer-Verlag CY - Berlin AN - OPUS4-46885 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Bär, J. A1 - Kanna, N.K. A1 - Duarte, Larissa A1 - Madia, Mauro T1 - Determination of the Kitagawa-Takahashi Diagram using DC Potential Drop Measurements N2 - The Kitagawa-Takahashi Diagram is an important tool for describing the fatigue limit of components containing defects. The models used for its description differ, particularly in the transition region corresponding to the short crack regime. Therefore, for a reliable statement about the fatigue limit in this area, an experimental validation of the models is necessary. However, the standardized staircase method requires a large number of samples and has a long test duration. In this work, a method is presented that allows a simpler and faster validation of the Kitagawa-Takahashi Diagram in the region of short cracks. Rectangular notches with a defined width and depth were manufactured in flat samples of a low-alloyed steel with two different heat treatments using an engraving laser. This method allows a rapid production of very sharp notches without plastic deformation and with only a slight thermal influence on the surrounding material. The samples prepared in this way were fatigued with block wise increasing loads until failure. Cracks are detected by means of a Direct Current Potential Drop method. The length of the loading block (number of cycles) is determined by the measured potential drop. This procedure enables a reliable and precise determination of the limit stress for the respective notch size with low experimental effort and time consumption. The tests have shown that in case of the normalized steel none of the models describes the determined values for the fatigue limit. For the hardened steel, the plot of the fatigue limit as a function of the Murakami parameter √area in combination with the El Haddad model allows a satisfactory description of the measured values. T2 - 5th International Symposium on Fatigue Design and Material Defects CY - Trento, Italy DA - 14.05.2025 KW - Kitagawa-Takahashi diagram KW - Damage tolerance KW - Fatigue KW - Potential drop KW - Fracture mechanics PY - 2026 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-655519 DO - https://doi.org/10.1016/j.prostr.2025.12.283 VL - 76 SP - 27 EP - 34 PB - Elsevier B.V. AN - OPUS4-65551 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Madia, Mauro T1 - Effect of residual stresses on crack propagation in Laser Beam Melted (LBM) additively manufactured 316L N2 - Residual stresses count among the most limiting factors in the application of additively manufactured materials in safety relevant components subject to cyclic loading. The source of such stresses is inherent in the manufacturing Laser Beam Melted (LBM) process due to rapid cooling and solidification and their distribution in the specimen or component is not homogeneous, but it is usually characterized by high gradients. Moreover, the magnitude of the residual stress field depends very much on the orientation, being higher in the build direction. Many works in the literature advise to carry out a post-LBM treatment to relieve residual stresses, even though particular attention should be paid in choosing the parameters for the thermal treatment in order to avoid microstructural/phase transformations, which would affect greatly the mechanical properties of the material. Particularly in the case of the austenitic stainless steel 316L, it has been shown that annealing at high temperatures (above 900°C), besides relieving the residual stresses, may cause recrystallization, grain growth and even phase transformation. In contrast, if a too low annealing temperature is chosen in order to preserve the microstructure, the residual stresses cannot be completely relieved. This work aims to address the effect of residual stresses on short and long crack propagation for SEN(B) specimens made of 316L fabricated by LBM, in which notches have been machined by electro-discharge machining (EDM) on the mid-plane, perpendicular to the build direction. The specimens underwent different annealing treatments in inert atmosphere, in which the maximum temperature has been varied up to 900°C. The amount of residual stresses and their distribution has been measured by X-ray and neutron diffraction and the specimens have been subject to cyclic loading in a resonant testing machine. The tests show a massive influence of the residual stresses in the build direction on the resistance to fatigue crack propagation of additively manufactured 316L. Finally, a comparison with conventionally manufactured 316L is presented. T2 - Fourth Symposium on Structural Integrity of Additive Manufactured Materials and Parts CY - Gaylord National Resort And Convention Center; National Harbor, MD, USA DA - 07.10.2019 KW - Fatigue Crack Propagation KW - Additive Manufacturing KW - Residual Stresses PY - 2019 AN - OPUS4-49415 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - BOOK A1 - Zerbst, Uwe A1 - Madia, Mauro A1 - Schork, B. A1 - Hensel, J. A1 - Kucharczyk, P. A1 - Ngoula, D. A1 - Tchuindjang, D. A1 - Bernhard, J. A1 - Beckmann, C. T1 - The IBESS approach for the determination of the fatigue life and strength of weldments by fracture mechanics analysis N2 - This book provides a comprehensive and thorough guide to those readers who are lost in the often-confusing context of weld fatigue. It presents straightforward information on the fracture mechanics and material background of weld fatigue, starting with fatigue crack initiation and short cracks, before moving on to long cracks, crack closure, crack growth and threshold, residual stress, stress concentration, the stress intensity factor, J-integral, multiple cracks, weld geometries and defects, microstructural parameters including HAZ, and cyclic stress-strain behavior. The book treats all of these essential and mutually interacting parameters using a unique form of analysis. KW - Fatigue crack propagation KW - Cyclic J-integral KW - Cyclic R-curve analysis KW - Fatigue S-N curve KW - HAZ PY - 2019 SN - 978-3-030-04072-7 SN - 978-3-030-04073-4 DO - https://doi.org/10.1007/978-3-030-04073-4 SP - 1 EP - 130 PB - Springer CY - Cham AN - OPUS4-47576 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Madia, Mauro T1 - Residual stresses in Laser Beam Melting (LBM) – Critical Review and outlook of activities at BAM N2 - Additive manufacturing (AM) technologies have experienced an exceedingly rapid growth, which is coupled with the knowledge about the resulting material properties and performance. In particular, residual stress (RS) was soon recognized as an important issue in AM parts, such that parts are usually subjected to a post build-heat-treated. Significant effort has been spent on simulations of RS in AM, especially using finite element methods. As a consequence, the experimental determination of RS has thereby become increasingly important as a validation tool for simulations, as well as a method for assessing the influence of process parameters. In particular, diffraction methods, which are fundamentally non-destructive, offer enormous possibilities to gain knowledge on the residual stress state in real components, since synchrotron radiation and neutrons can penetrate even heavy metals up to several millimeters or centimeters, respectively. Indeed, significant progress has been achieved, in the understanding of the origins of the RS fields as a function of process parameters, as well as their stability under thermal and/or mechanical exposure. In this paper, a few success stories will be outlined. It will be shown how the determination of RS in metallic parts (with the focus on those produced by laser powder bed fusion) has even revealed that process parameters that were previously considered unimportant (e.g. the position and orientation on the base plate) play a major role in the onset of residual stress accumulation. However, while RS characterization is starting to be considered in the component design, deposition strategy (e.g. build plate temperature), and even in the definition of the relevant metric to assess the quality of a part, much is still to be investigates about the hypotheses underlying its experimental determination. Therefore, some aspects to be aware of, or even those which to date are unclear, will also be discussed. These include the determination of the stress-free reference and of the principal axes of stress. All of these aspects will lead towards a comprehensive understanding of the process-structure-performance relationships in AM materials and parts. T2 - Fourth ASTM Symposium on Structural Integrity of Additive Manufactured Materials and Parts CY - Gaylord National Resort And Convention Center; National Harbor, MD, USA DA - 07.10.2019 KW - Residual stress KW - Additive Manufacturing KW - Diffraction PY - 2019 AN - OPUS4-49822 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Bruno, Giovanni A1 - Mishurova, Tatiana A1 - Serrano-Munoz, Itziar A1 - Ulbricht, Alexander A1 - Fritsch, Tobias A1 - Sprengel, Maximilian A1 - Evans, Alexander A1 - Kromm, Arne A1 - Madia, Mauro ED - Bruno, Giovanni T1 - A Critical Discussion on the Diffraction-Based Experimental Determination of Residual Stress in AM Parts N2 - As opposed to reviewing results on experimental determination of residual stress by diffraction, this paper discusses the open issues when dealing with residual stress determination in additive manufactured parts, in particular those manufactured with laser powder bed fusion techniques. Three points are addressed in detail: (a) the proper determination of the strain-free reference d0, (b) the problem of the determination of the principal axes, and (c) the use of the correct diffraction elastic constants. It is shown that all methods to determine the strain-free reference d0 suffer from caveats, and care must be taken in evaluating the most suitable for the problem being tackled. In addition, it is shown that, in some systems, the principal axes do correspond to the geometrical axes of the specimen, but this needs to be systematically checked, especially in the case of uni- or bidirectional hatching strategies. Finally, the need to experimentally determine the proper diffraction elastic constants is underlined, especially in the case of strongly textured specimens, which again depends on the deposition strategy. T2 - ASTM ICAM 2020 – ASTM International Conference on Additive Manufacturing CY - Online meeting DA - 16.11.2020 KW - Additive Manufacturing KW - Diffraction KW - Residual Stress PY - 2020 DO - https://doi.org/10.1520/STP163120190148 VL - STP1631 SP - 122 EP - 138 PB - ASTM International CY - USA AN - OPUS4-51347 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - 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 - 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 - 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 -