TY - CONF A1 - Zerbst, Uwe T1 - Die zyklische R-Kurve als Kenngröße des Kurzrisswachstums N2 - Unter der zyklischen R-Kurve versteht man die Abhängigkeit des Schwellenwertes gegen Ermüdungsrissausbreitung von der Risstiefe im Kurzrissbereich. Bei Spannungsverhältnissen R = omin/omax < ca. 0,7 erhöht sich der Schwellenwert AKltl ausgehend von einer intrinsischen, werkstoffspezifischen Untergrenze mit zunehmender Risstiefe, bis er einen risslängenunabhängigen Wert erreicht. Ursache ist der graduelle Aufbau unterschiedlicher Rissschließeffekte. Die besondere Bedeutung des Kurzrisswachtums allgemein und der zyklischen R-Kurve speziell besteht darin, dass sie ein physikalisches Bindeglied zwischen der konventionellen Schwingfestigkeit (Wöhlerkurve) und der Bruchmechanik repräsentieren. Der Beitrag befasst sich sowohl mit der experimentellen Ermittlung der zyklischen R-Kurve als auch mit ihrer Anwendung auf Rissarrest im Zusammenhang mit Schwingfestigkeitsbetrachtungen. Die experimentelle Ermittlung der zyklischen R-Kurve erfordert einen experimentellen Aufwand, der deutlich über den der Langrissbruchmechanik hinausgeht. Insbesondere im Anfangsbereich ist eine sehr genaue Messung der Risstiefe erforderlich, was eine Verbesserung etwa der konventionellen Potentialmethode erforderlich macht. Von wesentlicher Bedeutung ist auch, dass der Ausgangsriss vor Beginn des eigentlichen Versuchs keine Rissschließeffekte gesehen haben darf. Realisiert wird das durch eine vorgeschaltete Phase von sog. „Compression Pre-cracking“, d.h. durch Anschwingen komplett im Druckbereich. T2 - DVM Tagung der Werkstoffprüfung 2018 CY - Bad Neuenahr, Germany DA - 06.12.2018 KW - Kurzrissbruchmechanik KW - Zyklische R-Kurve KW - Rissschließphenomen KW - Rissarrest PY - 2018 AN - OPUS4-46874 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Zerbst, Uwe A1 - Madia, Mauro T1 - Bruch, Schwingfestigkeit und Ermüdungsrissfortschritt von Schweißverbindungen N2 - Die Präsentation diskutiert Besonderheiten von Schweißnähten bei der Bestimmung der Zähigkeit bei monotoner Belastung, bei der Ermittlung des zyklischen Rissfortschritts und bei der Ermittlung der Gesamtlebensdauer/Schwingfestigkeit mittels moderner bruchmechanischer Methoden. Besonderes Augenmerk liegt auf der Inhomogenität des Werkstoffs in den einzelnen Nahtbereichen, die sich statistisch (stochastische Verteilung von Gefügeschwachstellen) und systematisch (Effekte von Festigkeits-Mismatch) auswirkt. Als weiterer Faktor kommen Schweißeigenspannungen hinzu, bei denen für die bruchmechanische Analyse eine Fallunterscheidung in primäre und sekundäre Eigenspannungen vorgenommen werden muss. Diskstiert werden die Konsequenzen für die Zähigkeitsermittlung und die Bauteilbewertung. T2 - Sitzung AK "Prüfungs- und Prüfstandkonzepte für die NUtzfahrzeugbranche CY - Alpen/Niederrhein, Germany DA - 25.10.2018 KW - Schwingfestigkeit KW - Ermüdungsrissfortschritt KW - Schweißverbindungen PY - 2018 AN - OPUS4-46877 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Zerbst, Uwe A1 - Klinger, Christian A1 - Bettge, Dirk T1 - Defects as a root cause for fatigue failure of metallic components N2 - The Topic of the presentationis a discussion on defects which can cause failure in cyclically loaded metallic components. Although also touching Features such as material defects such as pores or micro-shrinkages, etc. and geometric defects such as surface roughness and secondary notches (which are not considered in the design process) which origin in manufacturing, and others the presentation concentrates on non-metallic inclusions. It is prefaced by an introduction to the life cycle of a fatigue crack from initiation up to fracture. Special emphasis is put on the fact that only cracks which are not arrested during one of their distinct Propagation stages can grow to a critical size. T2 - VIII. International Conference on Engineering Failure Analysis CY - Budapest, Ungarn DA - 08.06.2018 KW - Metallic components KW - Material defects KW - Micro-shrinkages PY - 2018 AN - OPUS4-46875 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Zerbst, Uwe A1 - Madia, Mauro A1 - Beier, H. Th. T1 - Fatigue strength and life determination of weldments based on fracture mechanics N2 - The paper provides an overview on the results of a German cluster project on the use of fracture mechanics to the determination of the fatigue strength of weldments with fatigue cracks originating at the weld toes. The approach includes (a) a concept for short crack propagation for which the common ΔK concept is not applicable and the crack closure effects are still being gradually build-up, (b) a method for determining fatigue life relevant initial crack sizes as they are needed in any fracture mechanics analysis and (c) multiple cracking and crack coalescence at load levels higher than the endurance limit. The analyses are stochastically performed. Both, the endurance limit and the finite life branch of the S-N curve are determined. Besides a brief introduction into the approach, validation examples are presented. These comprise different weldment types (butt welds, cross joints and longitudinal stiffened plates), two steels (S355NL and S960QL) of quite different strengths, different weld geometries due to different welding techniques (WIG, MAG), as-welded and stress relieved welds and different stress ratios varying from R = -1 to R = 0.5. T2 - FDMD 2017 CY - Lecco, Italy DA - 19.09.2017 KW - Weldments KW - Fatigue strength KW - Fracture mechanics KW - Initial crack size KW - Short crack propagation KW - Multiple crack propagation PY - 2017 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-438500 DO - https://doi.org/10.1016/j.prostr.2017.11.106 SN - 2452-3216 VL - 7 SP - 407 EP - 414 PB - ScienceDirect CY - Lecco, Italy AN - OPUS4-43850 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Zerbst, Uwe T1 - IBESS - an integral method for fracture mechanics-based determination of the fatigue strength of weldments N2 - The paper provides an overview on the results of a German cluster project on the use of fracture mechanics to the determination of the fatigue strength of weldments with fatigue cracks originating at the weld toes. The approach includes (a) a concept for short crack propagation for which the common K concept is not applicable and the crack closure effects are still being gradually build-up, (b) a method for determining fatigue life relevant initial crack sizes as they are needed in any fracture mechanics analysis and (c) multiple cracking and crack coalescence at load levels higher than the endurance limit. The analyses are stochastically performed. Both, the endurance limit as defined for 107 loading cycles and the finite life branch of the S-N curve are determined. Besides a brief introduction into the approach, a wide range of validation examples is presented. These comprise different weldment types (butt welds, cross joints and longitudinal stiffened plates), two steels of quite different strengths, different weld geometries due to different welding techniques (TIG, MAG), as-welded and stress relieved welds and different stress ratios varying from R = -1 to R = 0.5. T2 - Vortrag beim TWI (Welding Institute) CY - Great Abington, Cambridge, UK DA - 06.06.2017 KW - Fracture mechanics KW - S-N curve KW - Weldments PY - 2017 AN - OPUS4-43771 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Zerbst, Uwe A1 - Madia, Mauro A1 - Vormwald, M. T1 - Schwingfestigkeit und Bruchmechanik N2 - Um bruchmechanisch Schwingfestigkeiten ermitteln zu können, sind einige Voraussetzungen erforderlich: (a) Das Wachstum sowohl langer als auch mechanisch und physikalisch kurzer Risse muss adäquat beschrieben werden. Das erfordert die Anwendung elastisch plastischer Konzepte zur Beschreibung der zyklischen Rissspitzenbeanspruchung sowie die Modellierung des graduellen Aufbaus der Rissschließeffekte im Kurzrissbereich. (b) Es müssen physikalisch sinnvolle Ausgangsrissgrößen für die bruchmechanische Analyse bestimmt werden. (c) Bei Spannungen oberhalb der Dauerfestigkeit respektive der Versagensspannung bei 107 Lastwechseln muss gegebenenfalls Mehrfachrisswachstum berücksichtigt werden. Der Vortrag diskutiert diese Punkte und zeigt Lösungswege auf. T2 - 49. Tagung des Arbeitskreises "Bruchmechanik und Bauteilsicherheit" CY - Mittweida, Germany DA - 14.02.2017 KW - Schwingfestigkeit KW - Bruchmechanik KW - Ausgangsriss KW - Mehrfachriss PY - 2017 VL - 249 SP - 77 EP - 92 PB - DVM (Deutscher Verband für Materialforschung und -prüfung) CY - Berlin AN - OPUS4-39227 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Zerbst, Uwe A1 - Madia, Mauro T1 - Schwingfestigkeit und Bruchmechanik N2 - Um bruchmechanisch Schwingfestigkeiten ermitteln zu können, sind einige Voraussetzungen erforderlich: (a) Das Wachstum sowohl langer als auch mechanisch und physikalisch kurzer Risse muss adäquat beschrieben werden. Das erfordert die Anwendung elastisch plastischer Konzepte zur Beschreibung der zyklischen Rissspitzenbeanspruchung sowie die Modellierung des graduellen Aufbaus der Rissschließeffekte im Kurzrissbereich. (b) Es müssen physikalisch sinnvolle Ausgangsrissgrößen für die bruchmechanische Analyse bestimmt werden. (c) Bei Spannungen oberhalb der Dauerfestigkeit respektive der Versagensspannung bei 107 Lastwechseln muss gegebenenfalls Mehrfachrisswachstum berücksichtigt werden. Der Vortrag diskutiert diese Punkte und zeigt Lösungswege auf. T2 - DVM-Jahrestagung Arbeitskreis "Bruchmechanik und Bauteilsicherheit" CY - Mittweida , Germany DA - 14.02.2017 KW - Schwingfestigkeit KW - Bruchmechanik KW - Ausgangsriss KW - Mehrfachriss PY - 2017 AN - OPUS4-39228 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Zerbst, Uwe A1 - Madia, Mauro A1 - Vormwald, M. T1 - Fatigue strength and fracture mechanics N2 - If fracture mechanics shall be applied to the total lifetime respectively the fatigue limit of components (within the meaning of the S-N curve approach) it has to address four challenges: (a) It has to adequately describe so-called short crack propagation, which cannot be based on the common long crack concepts for principle reasons. Since the crack size is in the order of the plastic zone size, the modelling of short crack propagation cannot be based on the common linear elastic Delta K concept. Instead, an elastic-plastic parameter such as the cyclic J integral has to be applied. A second point is that the crack closure concept has to be modified in that the crack opening stress is not a constant, crack size- independent parameter but shows a transient behaviour with increasing short crack size. (b) It has to provide a meaningful definition of the initial crack dimensions as the starting point for an S-N curve relevant (residual) lifetime analysis. This can be based either on the (statistical) size of material defects which can be treated as cracks or by the size of the crack which would arrest subsequent to early crack propagation, whatever is larger. (c) It has to cope with the problem of multiple cracks for load levels higher than the fatigue limit such as it occurs in many applications in the absence of very large initial defects. (d) This requires consequent statistical treatment taking into account variations in the local geometry of the area where crack initiation has to be expected as well as the scatter in the initial crack size and in the material data used for the analyses. T2 - 2nd International Conference on Structural Integrity CY - Funchal, Madeira, Portugal DA - 04.09.2017 KW - Fatigue strength KW - Fracture mechanics KW - Initial crack size KW - Short crack propagation KW - Multiple crack propagation PY - 2017 DO - https://doi.org/10.1016/j.prostr.2017.07.065 SN - 2452-3216 VL - 5 SP - 745 EP - 752 AN - OPUS4-42545 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Zerbst, Uwe A1 - Madia, Mauro A1 - Vormwald, M. T1 - Fatigue strength and fracture mechanics N2 - If fracture mechanics shall be applied to the total lifetime respectively the fatigue limit of components (within the meaning of the S-N curve approach) it has to address four challenges: (a) It has to adequately describe so-called short crack propagation, which cannot be based on the common long crack concepts for principle reasons. Since the crack size is in the order of the plastic zone size, the modelling of short crack propagation cannot be based on the common linear elastic Delta K concept. Instead, an elastic-plastic parameter such as the cyclic J integral has to be applied. A second point is that the crack closure concept has to be modified in that the crack opening stress is not a constant, crack size- independent parameter but shows a transient behaviour with increasing short crack size. (b) It has to provide a meaningful definition of the initial crack dimensions as the starting point for an S-N curve relevant (residual) lifetime analysis. This can be based either on the (statistical) size of material defects which can be treated as cracks or by the size of the crack which would arrest subsequent to early crack propagation, whatever is larger. (c) It has to cope with the problem of multiple cracks for load levels higher than the fatigue limit such as it occurs in many applications in the absence of very large initial defects. (d) This requires consequent statistical treatment taking into account variations in the local geometry of the area where crack initiation has to be expected as well as the scatter in the initial crack size and in the material data used for the analyses. T2 - 2nd International Conference on Structural Integrity CY - Funchal, Madeira, Portugal DA - 04.09.2017 KW - Fatigue strength KW - Fracture mechanics KW - Initial crack size KW - Short crack propagation KW - Multiple crack propagation PY - 2017 AN - OPUS4-42546 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Madia, Mauro A1 - Zerbst, Uwe A1 - Beier, T. A1 - Tchoffo Ngoula, D. T1 - Approximation of the crack driving force for cracks at notches under static and cyclic loading N2 - The work deals with the efficient calculation of the elastic-plastic crack driving force (J-integral for monotonic loading andΔJ-integral under cyclic loading) for short cracks at notches as essential parameter for the reliable static and fatigue assessment of notched structures. The J- or ΔJ-integral is calculated based on analytical solutions for stress intensity factors, estimated by means of well-known weight function solutions in the case of cracks under power-law stress distributions. A plasticity-correction function is applied to the stress intensity factors to obtain the final expression of the crack driving force. The comparison between analytical solutions and finite element calculations in case of cracks at the weld toe in welded joints shows good agreement. T2 - 2nd International Conference on Structural Integrity CY - Funchal, Madeira, Portugal DA - 04.09.2017 KW - Structural integrity KW - Fracture mechanics KW - Crack driving force KW - Notches PY - 2017 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-425577 DO - https://doi.org/10.1016/j.prostr.2017.07.111 SN - 2452-3216 VL - 5 SP - 875 EP - 882 PB - Elsevier B.V. AN - OPUS4-42557 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER -