TY - CONF A1 - Zerbst, Uwe A1 - Heckel, Thomas T1 - Anmerkungen zur Auslegung und zum sicheren Betrieb von Radsatzwellen aus der Sicht von Betriebsfestigkeit und Bruchmechanik T2 - 7. Fachtagung ZfP im Eisenbahnwesen CY - Wittenberge, Germany DA - 2012-03-20 PY - 2012 AN - OPUS4-25608 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Zerbst, Uwe T1 - Some Aspects of Safe-Life and Damage Tolerance of Railway Axles T2 - ESIS TC 24 Workshop of "Improving Lifetime and NDT" CY - Milan, Italy DA - 2012-03-30 PY - 2012 AN - OPUS4-25595 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Komann, Steffen A1 - Kiyak, Yusuf A1 - Wille, Frank A1 - Zerbst, Uwe A1 - Weber, Mike A1 - Klingbeil, Dietmar T1 - Assessment of ductile cast iron fracture mechanics analysis within licensing of German transport packages T2 - ASME 2012 Pressure vessels & piping division conference CY - Toronto, Ontario, Canada DA - 2012-07-15 PY - 2012 SP - PVP2012-78213, 1-7 PB - American Society of Mechanical Engineers CY - New York AN - OPUS4-26363 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Heckel, Thomas A1 - Zerbst, Uwe T1 - Einfluss von Save Life- und Schadenstoleranzkonzepten auf die ZfP von Eisenbahnradsatzwellen T2 - DGZfP-Jahrestagung 2013 CY - Dresden, Germany DA - 2013-05-06 PY - 2013 SN - 978-3-940283-49-8 IS - Mi.1.A.1 SP - 1 EP - 7 AN - OPUS4-28620 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Komann, Steffen A1 - Kiyak, Yusuf A1 - Wille, Frank A1 - Zerbst, Uwe A1 - Weber, Mike A1 - Klingbeil, Dietmar T1 - Assessment of ductile cast iron fracture mechanics analysis within licensing of German transport packages N2 - In the approval procedure of transport packages for radioactive materials, the mechanical and thermal safety assessment is carried out in Germany by competent authority BAM. In recent years BAM was involved in several licensing procedures of new spent fuel and HLW package designs, where the cask body was made of Ductile Cast Iron (DCI). According to IAEA regulations package designs have to fulfill requirements for specific conditions of transport. Type B(U) packages must withstand the defined accident conditions of transport. The temperature range from -40°C up to the operational temperature has to be considered. For the cask material DCI, it is necessary to determine the brittle fracture behavior. The German guideline BAM-GGR 007 defines requirements for the fracture mechanics of DCI. Due to complex structure of the cask body and the dynamic loading a fracture mechanical assessment in an analytical kind is not always possible. Experience of recent design approval procedures show that the application of numerical calculations are applicable to determine the fracture mechanical load in the cask body. At the first step a numerical analysis has to be done to identify the loading state at the whole cask body. Secondly an analysis of a detail of the cask body is made considering the displacement boundary conditions of the global model. An artificial flaw is considered in this detailed model to calculate the fracture mechanical loading state. The finite element mesh was strongly refined in the area of flaw. The size of the artificial flaw is characterized by the ultrasonic inspection used for the quality assurance of the package. The applicant developed additional analysis tools for calculation of stress intensity factor and/or J-Integral. The assessment approach by BAM led to the decision to develop own tools to the possibility for independent check of the results. The paper describes the authority assessment approach for the DCI fracture mechanics analysis. The validation procedure incl. the development of own tools is explained. BAM developed a post-processor called JINFEM to determine the fracture mechanical loads. The regulatory 1 m puncture bar drop test is used to give an example of the assessment procedure. T2 - 52nd INMM Annual meeting CY - Palm Desert, CA, USA DA - 17.07.2011 KW - Mechanische Bewertung KW - Radioaktives Material KW - Numerische Analyse KW - Bruchmechanik PY - 2011 SP - 1 EP - 10 AN - OPUS4-25022 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Zerbst, Uwe T1 - Fracture and Crack Propagation in Weldments. A Fracture Mechanics Perspective T2 - ESIS TC 1 Workshop on "Structural Integrity of Weldments" CY - Freiburg, Germany DA - 2012-12-06 PY - 2012 AN - OPUS4-27355 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Zerbst, Uwe A1 - Klinger, Christian T1 - Anmerkungen zur Auslegung und zum sicheren Betrieb von Radsatzwellen aus der Sicht von Betriebsfestigkeit und Bruchmechanik T2 - Schienenfahrzeugtagung 2012 (Rad-Schiene) CY - Dresden, Germany DA - 2012-09-12 PY - 2012 AN - OPUS4-27356 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Zerbst, Uwe A1 - Madia, Mauro T1 - IBESS - ein DFG/AiF-Clusterprojekt: Integrale Bruchmechanische Ermittlung der Schwingfestigkeit von Schweißverbindungen T2 - 45. Tagung des DVM-Arbeitskreises Bruchvorgänge CY - Berlin, Germany DA - 2013-02-19 PY - 2013 AN - OPUS4-27595 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Zerbst, Uwe A1 - Madia, Mauro T1 - Anwendung bruchmechanischer Werkstoffkennwerte in der Bauteilbewertung. Grundlagen, spezielle Aspekte, Regelwerke T2 - Fortbildungsseminar des DVM AK Bruchvorgänge CY - Berlin, Germany DA - 2013-02-18 PY - 2013 AN - OPUS4-27597 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Zerbst, Uwe A1 - Madia, Mauro A1 - Hellmann, C. T1 - An analytical fracture mechanics model for estimation of S-N curves of metallic alloys containing large second phase particles N2 - An analytical fracture mechanics model for predicting the finite life fatigue strength of components is presented which combines a number of well established and newly developed approaches such as Murakami's and McEvily's approach for describing the transient behaviour of crack closure of short cracks, the analytical (long) crack closure function of Newman which became part of the widely used NASGRO approach, the R6 procedure, a method for improving the ligament yielding correction f(Lr ) of R6 proposed by the authors of the present paper and other elements. Basic assumption is the preexistence of initial flaws such that the crack initiation or nucleation stage is small and can be neglected. The application of the model is demonstrated for small tension plates of aluminium Al 5380 H321 with artificial initial defects generated by FIB technology, the size of which was fixed on the basis of fractographic investigations on broken, smooth specimens. KW - S-N curve KW - Fatigue life prediction KW - R6 KW - Short fatigue-cracks KW - Crack closure PY - 2012 DO - https://doi.org/10.1016/j.engfracmech.2011.12.001 SN - 0013-7944 SN - 1873-7315 VL - 82 SP - 115 EP - 134 PB - Elsevier Science CY - Kidlington AN - OPUS4-25456 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Zerbst, Uwe A1 - Beretta, S. A1 - Köhler, G. A1 - Lawton, A. A1 - Vormwald, M. A1 - Beier, H.T. A1 - Klinger, Christian A1 - Cerný, I. A1 - Rudlin, J. A1 - Heckel, Thomas A1 - Klingbeil, Dietmar T1 - Safe life and damage tolerance aspects of railway axles - A review N2 - The paper gives an overview on safe life and damage tolerance methods applied to railway axles. It describes failure scenarios due to fatigue crack initiation and propagation. Besides common aspects of design, specific features such as corrosion and impact damage from flying ballast are discussed which may reduce the fatigue strength of axles during service. Potential effects of non-metallic inclusions from the steel manufacturing process are addressed in the context of the very high number of loading cycles railway axles are designed for. With respect to damage tolerance general lines of fracture mechanics residual lifetime analyses are introduced. More specific discussion is provided on aspects such as the threshold value of fatigue crack propagation and reliability aspects of non-destructive inspection. KW - Railway axle KW - Safe life design KW - Damage tolerance KW - Fatigue strength KW - Fatigue crack propagation KW - Inspection intervals PY - 2013 DO - https://doi.org/10.1016/j.engfracmech.2012.09.029 SN - 0013-7944 SN - 1873-7315 VL - 98 SP - 214 EP - 271 PB - Elsevier Science CY - Kidlington AN - OPUS4-27779 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Zerbst, Uwe A1 - Madia, Mauro ED - Yu, S. ED - Feng, X.-Q. T1 - Fracture mechanics model for predicting fracture strength of metallic alloys containing large second phase particles N2 - An analytical fracture mechanics model for predicting the finite life fatigue strength of components is presented which Combines a number of well established and newly developed approaches such as Murakami’s and McEvily's approach for describing the transient behaviour of crack closure of short cracks, the analytical (long) crack closure function of Newman, the R6 procedure modified by a method for improving the ligament yielding correction proposed by the authors and other elements. Basic assumption is the preexistence of initial flaws such that the crack initiation or nucleation stage is small and can be neglected. The application of the model is demonstrated for small tension plates of aluminium Al 5380 H321 with artificial initial defects generated by FIB technology, the size of which was fixed on the basis of fractographic investigations on broken, smooth specimens. T2 - ICF13 - 13th International conference on fracture CY - Beijing, China DA - 16.06.2013 KW - Fatigue strength KW - S-N curve KW - Fracture mechanics KW - Crack propagation KW - Short cracks PY - 2013 SN - 978-988-12265-2-5 SP - 1 EP - 12 AN - OPUS4-29537 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Zerbst, Uwe A1 - Hübner, P. T1 - Bruchmechanik an Schweißverbindungen T2 - Gemeinschaftssitzung DVS-AGQ12, DVM AG Bruchmechanik an Schweißverbindungen und IBESS, BAM CY - Berlin, Germany DA - 2013-11-26 PY - 2013 AN - OPUS4-29501 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Klingbeil, Dietmar A1 - Zerbst, Uwe A1 - Klinger, Christian ED - Yu, S. ED - Feng, X.-Q. T1 - Safe life and damage tolerance concepts of railway axles N2 - On July 9, 2008 a high speed train derailed in Cologne main Station, Germany at a low speed because an axle was broken. Fortunately, the derailment happened at a low speed so that nobody was injured. The reason for the broken axle was investigated and it turned out that most likely large inclusions located shortly undemeath the surface in a T-transition were the origin of the final crack. Basing on that result, a systematic investigation on existing safety assessments of railway axles was performed. This results in an analysis of the production process of axles and in a critical review of existing of existing assessments. Improvements and future developments are outlined. T2 - ICF13 - 13th International conference on fracture CY - Beijing, China DA - 16.06.2013 KW - Railway axles KW - Derailment KW - Service loading fatigue KW - Inclusions KW - Safety assessment PY - 2013 SN - 978-988-12265-2-5 SP - 1 EP - 10 AN - OPUS4-29651 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - GEN A1 - Zerbst, Uwe A1 - Ainsworth, R. A. A1 - Madia, Mauro ED - Klingbeil, D. ED - Vormwald, M. ED - Eulitz, K.-G. T1 - Reference load versus limit load in engineering flaw assessment: A proposal for a hybrid analysis option N2 - The net section limit load FY is a key input parameter for the accuracy of any elastic-plastic flaw assessment procedure of the R6 type. Unfortunately available limit load solutions are of variable quality since they have been obtained over decades by different methods. As a consequence the results of the fracture analyses such as the critical load or crack size are limited in their accuracy and are often significantly conservative. A further problem is that common limit load solutions based on ligament yielding are inadequate in a number of cases even for through crack configurations and should be replaced by some kind of local yielding solutions. In the present paper a simple and straightforward reference load definition is proposed instead of the limit load which strictly corresponds to a ligament yielding parameter Lr = 1 in the R6 Routine and similar approaches such as SINTAP and FITNET. This can be determined by finite element simulation for any geometry. In addition to a previous study on thin wall notched plates the method is applied to plates containing shallow semi-elliptical surface cracks. The results demonstrate that the approach provides a suitable extension and improvement of the existing methods. T2 - 18th European conference on fracture (ECF 18) - Fracture of materials and structures from micro to macro scale CY - Dresden, Germany DA - 2010-08-30 KW - Flaw assessment KW - Reference stress method KW - R6 procedure KW - EPRI method KW - SINTAP KW - FITNET KW - Limit load KW - Reference load PY - 2010 SN - 978-3-00-031802-3 IS - Paper 81 SP - 1 EP - 11 AN - OPUS4-22329 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Zerbst, Uwe A1 - Ainsworth, R. A. A1 - Madia, Mauro T1 - Reference load versus limit load in engineering flaw assessment. A proposal for a hybride analysis option T2 - 18th European Conference on Fracture CY - Dresden, Germany DA - 2010-08-30 PY - 2010 AN - OPUS4-22287 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Madia, Mauro A1 - Riesch-Oppermann, H. A1 - Zerbst, Uwe A1 - Beretta, S. T1 - Ein Konzept für die probabilistische bruchmechanische Bauteilbewertung T2 - 42. Tagung des DVM-Arbeitskreises Bruchvorgänge - Bruchmechanische Werkstoff- und Bauteilbewertung: Beanspruchungsanalyse, Prüfmethoden und Anwendungen CY - Paderborn, Deutschland DA - 2010-02-23 KW - Bruchmechanische Bauteilbewertung KW - SINTAP KW - FITNET KW - Zuverlässigkeit KW - FORM/SORM PY - 2010 SP - 51 EP - 60 AN - OPUS4-22837 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - GEN A1 - Madia, Mauro A1 - Riesch-Oppermann, H. A1 - Zerbst, Uwe A1 - Beretta, S. ED - Klingbeil, D. ED - Vormwald, M. ED - Eulitz, K.-G. T1 - A new full-probabilistic framework for the structural integrity assessment of structures containing cracks T2 - 18th European conference on fracture (ECF 18) - Fracture of materials and structures from micro to macro scale CY - Dresden, Germany DA - 2010-08-30 KW - Structural integrity KW - SINTAP KW - FITNET KW - Reliability KW - FORM PY - 2010 SN - 978-3-00-031802-3 IS - C.02.1-3 / #306 SP - 1 EP - 10 AN - OPUS4-22843 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Zerbst, Uwe A1 - Madia, Mauro A1 - Hellmann, D. T1 - Fracture mechanics model for predicting fatigue strength of metallic alloys containing large second phase particles T2 - ECF 19 - 19th European conference on fracture - Fracture mechanics for durability, reliability and safety CY - Kazan, Russia DA - 2012-08-26 KW - Fatigue strength KW - S-N curve KW - Fracture mechanics KW - Crack propagation KW - Short cracks KW - Bruchmechanik KW - Schwingfestigkeit KW - Bauteilbewertung PY - 2012 SN - 978-5-905576-18-8 IS - Proceeding-ID 116 SP - 1 EP - 14 AN - OPUS4-27278 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Zerbst, Uwe A1 - Ainsworth, R. A. A1 - Madia, Mauro T1 - Reference load versus limit load in engineering flaw assessment: A proposal for a hybrid analysis option N2 - The net section limit load FY necessary for assessment at static loading is a key input for the accuracy of any elastic–plastic flaw assessment procedure of the R6 type. Unfortunately available limit load solutions are of variable quality since they have been obtained over decades by different methods. As a consequence the results of the fracture analyses such as the critical load or crack size are limited in their accuracy and are often significantly conservative. Further, common limit load solutions based on ligament yielding are inadequate in a number of cases even for through crack configurations and should be replaced by some kind of local yielding solutions. In the present paper a simple and straightforward reference load definition is proposed instead of the limit load which strictly corresponds to a ligament yielding parameter Lr = 1 in the R6 Routine and similar approaches such as the European SINTAP and FITNET methods. This can be determined by finite element simulation for any geometry. In addition to a previous study on thin wall notched plates the method is applied to plates containing shallow semi-elliptical surface cracks. The results demonstrate that the approach provides a suitable extension and improvement of the existing methods. KW - Flaw assessment KW - Reference stress method KW - R6 procedure KW - SINTAP KW - FITNET KW - Limit load KW - Reference load PY - 2012 DO - https://doi.org/10.1016/j.engfracmech.2011.10.018 SN - 0013-7944 SN - 1873-7315 VL - 91 SP - 62 EP - 72 PB - Elsevier Science CY - Kidlington AN - OPUS4-27279 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Zerbst, Uwe A1 - Klinger, Christian A1 - Klingbeil, Dietmar T1 - Structural assessment of railway axles - A critical review N2 - The safety assessment of railway axles is based on a two-stage approach: fatigue strength design and regular inspections which, in terms of a general safety philosophy refer to safe-life and damage tolerance concepts. Starting with a recent failure case, a broken axle of a German high speed train, a discussion is presented on issues of both safety levels. These include ideas for finite life design, the treatment of in-service effects on the fatigue strength due to flying ballast damage and corrosion pits, the effect of corrosion on fatigue crack initiation and propagation, potential effects of non-metallic inclusions in steels, the way to detect them by quality control measures and reliability aspects of non-destructive testing with respect to the detection of fatigue cracks. Proposals are made how the safety level could be further improved. KW - Railway axles KW - Safe life design KW - Damage tolerance design KW - Non-destructive testing KW - Flying ballast impact KW - Corrosion KW - Non-metallic inclusions PY - 2013 UR - http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1350630712002531 SN - 1350-6307 SN - 1873-1961 VL - 35 IS - Special issue on ICEFA V- Part 1 SP - 54 EP - 65 PB - Elsevier Science Publ. CY - Oxford AN - OPUS4-29715 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Zerbst, Uwe A1 - Madia, Mauro A1 - Arafah, D. T1 - Referenzlastlösungen für die Ermittlung der elastisch-plastischen Rissspritzenbeanspruchung in Platten-Strukturen unter Zug-, Biege-, kombinierter Zug-Biege- und zweiaxialer Zugbelastung T2 - 46. Tagung des DVM-Arbeitskreises Bruchvorgänge CY - Kassel, Germany DA - 2014-02-11 PY - 2014 AN - OPUS4-29738 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Komann, Steffen A1 - Kiyak, Yusuf A1 - Wille, Frank A1 - Zerbst, Uwe A1 - Weber, Mike A1 - Klingbeil, Dietmar T1 - Assessment of ductile cast iron fracture mechanics analysis within licensing of German transport packages N2 - In the design approval of transport packages for radioactive materials, the mechanical and thermal safety assessment is carried out in Germany by competent authority BAM. In recent years BAM was involved in several licensing procedures of new spent fuel and HLW package designs, where the cask body is of Ductile Cast Iron (DCI). According to IAEA regulations package designs have to fulfill requirements for specific conditions of transport. Type B(U) packages must withstand the defined accident conditions of transport. The temperature range from -40°C up to the operational temperature has to be considered. For the cask material DCI, it is necessary to determine safety against brittle fracture. The German guideline BAM-GGR 007 defines requirements for fracture mechanics of packagings made of DCI. Due to complex cask body structure and the dynamic loading a fracture mechanical assessment by analytical approaches is not always possible. Experience of recent design approval procedures show that the application of numerical calculations are applicable to determine the stresses and stress intensity factors in the cask body. At the first step a numerical analysis has to be done to identify the loading state at the whole cask body. Secondly an analysis of a detail of the cask body is made considering the displacement boundary conditions of the global model. An artificial flaw is considered in this detailed model to calculate the fracture mechanical loading state. The finite element mesh was strongly refined in the area of the flaw. The size of the artificial flaw is based on the ultrasonic inspection acceptance criteria applied for cask body manufacture. The applicant (GNS) developed additional analysis tools for calculation of stress intensity factor and/or J-Integral. The assessment approach by BAM led to the decision to develop own tools to the possibility for independent proof of the results. The paper describes the authority assessment approach for DCI fracture mechanics analysis. The validation procedure incl. the development of own tools is explained. BAM developed a postprocessor to determine the fracture mechanical loads. A horizontal 1 m puncture bar drop test is used to give a detailed description of the assessment procedure. T2 - PATRAM 2013 - 17th International symposium on the packaging and transportation of radioactive materials CY - San Francisco, CA, USA DA - 18.08.2013 PY - 2013 SP - 1 EP - 10 PB - Omnipress AN - OPUS4-30175 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Zerbst, Uwe A1 - Klinger, Christian T1 - Anmerkungen zur Auslegung und zum sicheren Betrieb von Radsatzwellen aus der Sicht von Betriebsfestigkeit und Bruchmechanik N2 - Die Sicherheit von Radsatzwellen beruht gegenwärtig auf zwei Säulen: der Schwingfestigkeitsauslegung und periodischen Inspektionen. Ausgehend von einem Schadensfall, der gebrochenen ICE 3-Welle von Köln, 2008, sollen ausgewählte Aspekte beider Säulen diskutiert und Vorschläge zur weiteren Verbesserung gemacht werden. Diese betreffen u.a. Fragen einer Betriebszeitbegrenzung, Veränderungen der Schwingfestigkeit während des Betriebs infolge von Korrosion und Steinschlag, den Einfluss von Korrosion auf Schwingrissinitiierung und -fortschritt, den potentiellen Einfluss nichtmetallischer Einschlüsse auf die Schwingfestigkeit, die Möglichkeiten sie im Rahmen der Qualitätssicherung zu detektieren sowie Fragen der Bruchmechanik und der Zuverlässigkeit zerstörungsfreier Schwingriss-Prüfverfahren im Rahmen eines Konzepts regelmäßiger Inspektionen. T2 - 40. Tagung des DVM-Arbeitskreises Betriebsfestigkeit CY - Herzogenaurach, Germany DA - 09.10.2013 KW - Radsatzwellen KW - Schwingfestigkeit KW - Sichere Lebensdauer KW - Schadenstoleranz KW - Zerstörungsfreie Inspektion KW - Korrosion KW - Steinschlag KW - Nichtmetallische Einschlüsse KW - Railway axles KW - Fatigue strength KW - Safe life design KW - Damage tolerance design KW - Non-destructive inspection KW - Corrosion KW - Flying ballast impact KW - Non-metallic inclusions PY - 2013 N1 - Serientitel: DVM-Bericht – Series title: DVM-Bericht VL - 140 SP - 69 EP - 80 AN - OPUS4-29458 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Schork, B. A1 - Zerbst, Uwe A1 - Kiyak, Yusuf A1 - Kaffenberger, M. A1 - Madia, Mauro A1 - Oechsner, M. T1 - Effect of the parameters of weld toe geometry on the FAT class as obtained by means of fracture mechanics-based simulations N2 - The fracture mechanics-based IBESS approach is applied to the determination of FAT classes of butt welds with crack Initiation along the weld toe. The aim is an investigation of the effect of the geometrical parameters toe radius, flank angle, reinforcement and secondary notches such as roughness or undercuts. The influence of these parameters is discussed both individually and in combination; however, excluding statistical distributions of them and the material data. The results, when compared with conventional FAT classes for butt welds, are encouraging with respect to a potential contribution of IBESS to the discussion of more advanced quality criteria for welds. To that purpose, demands for further research are proposed. KW - Fracture mechanics KW - Weld toe geometry KW - Fatigue crack initiation KW - FAT class approach PY - 2020 DO - https://doi.org/10.1007/s40194-020-00874-7 IS - 64 SP - 925 EP - 936 PB - Springer AN - OPUS4-53079 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Bergant, M. A1 - Werner, Tiago A1 - Madia, Mauro A1 - Yawny, A. A1 - Zerbst, Uwe T1 - Short crack propagation analysis and fatigue strength assessment of additively manufactured materials: An application to AISI 316L N2 - This paper presents the application of short crack propagation models based on the cyclic R-curve for assessing the fatigue strength of additively manufactured (AM) materials containing fabrication defects. Chapetti’s and IBESS models were implemented in combination with Murakami’s √area parameter, considering recently published data on laser powder bed fusion processed AISI 316L stainless steels. Estimated S-N curves and Kitagawa-Takahashi diagrams predict fairly well the experimental data, especially the origin of the failure from internal or surface defects. These results provide an indication that the methods based on the cyclic R-curve constitute suitable tools for fatigue behavior assessment of AM materials. KW - AM 316L stainless steel KW - Cyclic R-curve KW - Chapetti’s and IBESS model KW - S-N curve KW - Kitagawa-Takahashi diagram PY - 2021 DO - https://doi.org/10.1016/j.ijfatigue.2021.106396 VL - 151 PB - Elsevier Ltd. AN - OPUS4-53082 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Madia, Mauro A1 - Vojtek, T. A1 - Duarte, Larissa A1 - Zerbst, Uwe A1 - Pokorný, P. A1 - Jambor, M. A1 - Hutař, P. T1 - Determination of fatigue crack propagation thresholds for steel in presence of environmental effects N2 - The experimental determination of the resistance to fatigue crack propagation in steel, particularly in the socalled near-threshold regime, is a crucial issue for safety-relevant components which are designed to operate for a large number of loading cycles before undergoing periodic inspections. This work summarizes the most relevant results of extensive experimental campaigns conducted at BAM and IPM over the last years, which have been devoted to the determination of fatigue crack propagation characteristics on medium and high strength steels. The influence of environment, oxide-induced crack closure and test methodologies in the near-threshold regime are discussed. KW - Steel KW - Fatigue crack propagation threshold KW - Oxide-induced crack closure KW - Environmental effect PY - 2021 DO - https://doi.org/10.1016/j.ijfatigue.2021.106449 SN - 0142-1123 VL - 153 SP - 1 PB - Elsevier Ltd. AN - OPUS4-53525 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Zerbst, Uwe A1 - Madia, Mauro T1 - Analytical flaw assessment N2 - The paper provides a review on analytical flaw assessment methods with the focus on fracture under monotonic loading and fatigue crack propagation. The first topic comprises linear elastic as well as elastic-plastic fracture mechanics approaches. It essentially follows their historical development. Topics which are separately discussed are reference/Limit loads, the treatment of secondary stresses, strength mismatch, constraint, unstable crack propagation (monotonic R-curve analyses) and statistical aspects. With respect to fatigue crack propagation the analytical treatment of crack closure and constraint and the Determination of the cyclic elastic-plastic crack driving force is discussed. Finally, cyclic Rcurve analyses are briefly addressed. KW - Monotonic and cyclic crack driving force KW - Secondary stresses KW - Strength mismatch KW - Constraint KW - Crack closure KW - R-curve analysis PY - 2018 DO - https://doi.org/10.1016/j.engfracmech.2017.12.002 SN - 0013-7944 SN - 1873-7315 VL - 187 SP - 316 EP - 367 PB - Elsevier AN - OPUS4-44234 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 - JOUR A1 - Zerbst, Uwe A1 - Hensel, Jonas T1 - Application of fracture mechanics to weld fatigue N2 - The application of fracture mechanics to the determination of the fatigue behavior of weldments is discussed with the focus on classic fatigue, i.e., the overall fatigue life and the fatigue strength in terms of an S-N curve and the endurance limit. The following issues are addressed: specific features of short fatigue crack propagation, an adequate initial crack size, multiple crack propagation and its statistical treatment as well as welding residual stresses. As an example, an approach of the authors is applied to the determination of FAT classes for a butt weld with varying weld toe geometry. KW - Weld fatigue KW - Weld toe geometry KW - Short crack propagation KW - FAT class concept PY - 2020 DO - https://doi.org/10.1016/j.ijfatigue.2020.105801 SN - 0142-1123 VL - 139 SP - 105801 PB - Elsevier Ltd. AN - OPUS4-50991 LA - eng 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 - CONF A1 - Zerbst, Uwe A1 - Beier, T. T1 - IBESS: Integrale Bruchmechanische Ermittlung der Schwingfestigkeit von Schweißverbindungen - eine Einführung T2 - DVS-Congress 2015 CY - Nürnberg DA - 2015-09-14 PY - 2015 AN - OPUS4-33500 LA - deu 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 - Klinger, Christian A1 - Clegg, R. T1 - Fracture mechanics as a tool in failure analysis - Prospects and limitations N2 - Although fatigue crack propagation and fracture cause a large part of failure events in industrial practice, fracture mechanics in failure analysis seems to be still a side issue. Starting from an introduction into important basic questions of failure analysis and fracture mechanics, the authors specify what kind of questions in failure analysis can be effectively solved by fracture mechanics (and which can't). They illustrate their discussion with a number of 13 case studies from the literature. Much more pronounced than in the design stage the benefit of fracture mechanics in failure analysis depends on its accuracy. This is limited by both, intrinsic factors of the method and the availability and quality of the input information. The authors discuss the various aspects and provide the reader with some background information which, as they believe, will be helpful for better understanding the prospects and limitations of fracture mechanics in failure analysis and the conditions of its application. KW - Failure analysis KW - Fracture mechanics KW - Fatigue KW - Root cause KW - Accompanying measures PY - 2015 DO - https://doi.org/10.1016/j.engfailanal.2015.07.001 SN - 1350-6307 SN - 1873-1961 VL - 55 SP - 376 EP - 410 PB - Elsevier Science Publ. CY - Oxford AN - OPUS4-33839 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Zerbst, Uwe A1 - Madia, Mauro A1 - Hübner, P. T1 - Fracture mechanics assessment of welded structures. Method for S-N curve determination T2 - Symposium on recent trends in fracture and damage mechanics CY - Freiberg DA - 2015-09-24 PY - 2015 AN - OPUS4-33848 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Zerbst, Uwe A1 - Kiyak, Yusuf A1 - Madia, Mauro A1 - Burgold, Andreas A1 - Riedel, Gernot T1 - Reference loads for plates with semi-elliptical surface cracks subjected to tension and bending for application within R6 type flaw assessment N2 - Two of the authors of the present paper proposed a definition of a reference load F0 which can be used as an alternative option to the common limit load for cases where the definition of the latter might be problematic in the frame of flaw assessment procedures such as R6, BS 7910, SINTAP or FITNET. The reference load is defined as that load at which the ligament yielding parameter Lr approaches one. F0, in general, varies along the crack front. It has to be obtained by finite element analyses but the results can be approximated by analytical expressions. In a previous study of the authors such a solution was presented for tension loaded plates with semi-elliptical surface cracks. In the present paper it is extended to pure bending and to combined bending and tension. KW - Flaw assessment KW - R6 procedure KW - BS 7910 KW - SINTAP KW - FITNET KW - Limit load KW - Reference load PY - 2013 DO - https://doi.org/10.1016/j.engfracmech.2012.11.017 SN - 0013-7944 SN - 1873-7315 VL - 99 SP - 132 EP - 140 PB - Elsevier Science CY - Kidlington AN - OPUS4-30416 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Madia, Mauro A1 - Zerbst, Uwe A1 - Beier, H.T. T1 - A model for the determination of the fatigue life in technical alloys containing large and small defects N2 - The determination of the fatigue life in technical alloys containing large and small defects must rely on a propagation model which accounts for short and long crack growth. Recently an analytical model which incorporates propagation in the short crack regime and plastic correction for the crack driving force has been presented by two of the authors. This work is intended to show further validation of the model, taking into account data sets for different materials with different testing conditions. Despite the assumptions about missing parameters, the value of which had to be taken from the literature, the predictions showed a fairly good approximation of the fatigue lives. A possible interpretation of the results in terms of multiple crack initiation and propagation at higher loads is proposed. T2 - EFC20 - 20th European conference on fracture CY - Trondheim, Norway DA - 30.06.2014 KW - Fatigue strength KW - Crack propagation KW - Short cracks PY - 2014 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-311961 DO - https://doi.org/10.1016/j.mspro.2014.06.082 SN - 2211-8128 VL - 3 SP - 493 EP - 498 PB - Curran CY - Red Hook, NY, USA AN - OPUS4-31196 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Zerbst, Uwe A1 - Klinger, Christian A1 - Clegg, R. T1 - Fracture mechanics as a tool in failure analysis T2 - ICEFA IV CY - Lisbon, Portugal DA - 2014-07-06 PY - 2014 AN - OPUS4-31122 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Zerbst, Uwe A1 - Arafah, D. T1 - Reference load solutions for plates with semi-elliptical surface cracks T2 - ECF 20 - European Conference on Fracture CY - Trondheim, Norway DA - 2014-06-30 PY - 2014 AN - OPUS4-31123 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - RPRT A1 - Zerbst, Uwe ED - Zerbst, Uwe T1 - Analytische bruchmechanische Ermittlung der Schwingfestigkeit von Schweißverbindungen (IBESS-A3) N2 - Ziel des DFG-AiF-Forschungsclusters IBESS war die Entwicklung einer Methodik zur bruchmechanischen Ermittlung von Wöhlerkurven in Schweißverbindungen. Dem vorliegenden Teilprojekt A3 kamen dabei zwei Aufgaben zu: die Entwicklung einer analytischen bruchmechanischen Methodik und die Koordinierung des insgesamt acht Partner umfassenden Clusters. Dieser Bericht fasst die Ergebnisse der erstgenannten Aufgabe zusammen. Die bruchmechanische Methode ist durch folgende Aspekte charakterisiert. (a) Sie beschreibt sowohl Kurz- als auch Langrisswachstum. Ersteres umfasst mechanisch und physikalisch kurze Risse. Mechanisch kurze Risse weisen Abmessungen in der Größenordnung der plastischen Zone auf, weshalb sie zwar bruchmechanisch, nicht jedoch auf der Basis des linear-elastischen K-Konzepts charakterisiert werden können. Im Projekt wurde entsprechend eine Methode zur Bestimmung eines „plastizitätskorrigierten“ zyklischen K-Faktors entwickelt, die auf dem zyklischen J-Integral beruht. Physikalisch kurz bedeutet, dass die Rissschließeffekte im Ausgangsstadium der Rissentwicklung zunächst noch nicht vorhanden sind, dann jedoch graduell aufgebaut werden, bis sie mit Erreichen des Langrissstadiums eine risstiefenunabhängig konstante Größe erreichen. Beschrieben wird dieser Effekt durch die Anwendung der sogenannten zyklischen R-Kurve, der Funktion des Schwellenwerts gegen Rissausbreitung von der Risstiefe. Mittels Rissarrestbetrachtungen des kurzen Risses werden (b) die Ausgangsrissgröße für die weitere Bruchmechanikanalyse und (c) die für N = 107 definierte Dauerfestigkeit der Bauteile bestimmt. Die Analyse erfolgt (d) statistisch, Schwankungen der lokalen Nahtgeometrie entlang des Nahtübergangs über ein Modell äquidistanter Abschnitte einbezogen werden. (e) Eigenspannungen werden sowohl im unbehandelten Schweißzustand als auch nach zyklischer Belastung berücksichtigt. Das Modell wird an insgesamt 33 Wöhlerkurven validiert, die an drei Schweißverbindungsformen (Stumpfstoß, Kreuzstoß, Längssteife) mit je zwei unterschiedlichen Ausführungen, zwei Werkstoffen (S355NL und S960QL), sowie im spannungsarmgeglühten und ungeglühten Zustand experimentell ermittelt wurden. KW - Bruchmechanik KW - Schweißverbindungen KW - Schwingfestigkeit PY - 2016 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-359891 SP - Römisch I EP - 182 PB - Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) CY - Berlin AN - OPUS4-35989 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Zerbst, Uwe A1 - Madia, Mauro A1 - Schork, Benjamin T1 - Fracture mechanics based determination of the fatigue strength of weldments N2 - A fracture mechanics model which shall be applied to the fatigue strength determination of weldments has to focus on various aspects such as: (a) the description of mechanical and physical short fatigue crack extension which is characterised by yielding conditions which do not permit the application of the common ΔK concept and by the gradual build-up of the crack closure effect, (b) a consistent methodology for determining the initial crack size, (c) based on this, the determination of a fatigue limit, (d) the treatment of multiple crack propagation at load levels above this limit, (e) the variation of the local geometry along the weld toe, and (f) statistical effects.The paper gives alimited overview of the work the authors did in this field during the last years within the German project cluster IBESS. A model is presented and briefly discussed which covers the questions above. T2 - XV Portugese Conference on Fracture CY - Lissabon, Portugal DA - 10.02.2016 KW - Weldments KW - fatigue strength KW - fracture mechanics KW - fatigue crack propagation PY - 2016 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-361571 UR - http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2452321616000044 DO - https://doi.org/doi:10.1016/j.prostr.2016.02.003 VL - 2016/1 SP - 10 EP - 17 PB - Elsevier B.V. CY - Amsterdam, Netherlands AN - OPUS4-36157 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Zerbst, Uwe A1 - Madia, Mauro A1 - Eufinger, J. A1 - Bruder, T. T1 - Bruchmechanisches Modell zur Ermittlung der Schwingfestigkeit von geschweißten und nichtgeschweißten Proben N2 - Ermüdungsrisse gehen in technischen Materialien in der Regel von Werkstoffdefekten auf oder nahe der Oberfläche aus. Bei Schweißverbindungen können Schweißnahtdefekte, z. B. oberflächennahe Schlackeneinschlüsse die Risseinleitungsphase erheblich verkürzen, so dass der Hauptteil der Lebensdauer auf die Phase der Kurzriss- und zu geringerem Anteil auf die Langrissausbreitung entfällt. Bei nichtgeschweißten Bauteilen aus technischen Werkstoffen starten Ermüdungsrisse häufig an Einschlüssen, oberflächennahen Poren oder anderen Ungänzen. Einerseits ermöglicht dies prinzipiell die Anwendung bruchmechanischer Methoden zur Ermittlung der Schwingfestigkeit, andererseits müssen die Methoden in der Lage sein, spezielle Aspekte des Kurzrisswachstums wie den graduellen Aufbau des Rissschließeffekts und die lokale Rissspitzenplastizität zu erfassen. Im Beitrag werden ein geeignetes analytisches Modell sowie erste Validierungen an Proben aus verschiedenen Aluminiumlegierungen vorgestellt. Der abschließende Teil des Beitrags geht auf Besonderheiten von Schweißverbindungen (Schweißnahtdefekte, Eigenspannungen etc.) im Kontext des vorgestellten Modells ein. Eine Erweiterung des Modells für Schweißverbindungen aus Stahl wird im Rahmen eines kürzlich gestarteten DFG-AiF-Clusterprojekts erfolgen. PY - 2013 UR - http://www.hanser-elibrary.com/doi/pdf/10.3139/120.110465 DO - https://doi.org/10.3139/120.110465 SN - 0025-5300 VL - 55 IS - 7-8 SP - 511 EP - 519 PB - Hanser CY - München AN - OPUS4-30323 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Zerbst, Uwe ED - Baumgartner, J. ED - Melz, T. T1 - Assessment of welded joints by fracture mechanics IBESS - the development of a procedure N2 - The idea to determine the fatigue strength of weldments by means fracture mechanics was originally based on the empirical observation that the major portion of the fatigue life in weldments is frequently spent in crack propagation. The present paper gives a brief overview on the basic principles of fracture mechanics-based determination of fatigue strength and on special features which have to be considered for weldments. Based on this information, the ongoing research project IBESS is introduced and briefly reviewed. T2 - SoSDiD - 4th Symposium on structural durability in Darmstadt CY - Darmstadt, Germany DA - 2014-05-14 KW - Fracture mechanics KW - Fatigue strength KW - (Residual) lifetime KW - Weldments PY - 2014 SP - 49 EP - 66 PB - Fraunhofer Verlag AN - OPUS4-31321 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Zerbst, Uwe A1 - Klinger, Christian T1 - Anmerkungen zur Auslegung und zum sicheren Betrieb von Radsatzwellen aus der Sicht von Betriebsfestigkeit und Bruchmechanik N2 - Die Sicherheit von Radsatzwellen beruht gegenwärtig auf zwei Säulen: der Schwingfestigkeitsauslegung und periodischen Inspektionen. Ausgehend von einem Schadensfall, der gebrochenen ICE 3-Welle von Köln, 2008, werden ausgewählte Aspekte dieser beiden Säulen diskutiert und Vorschläge zur weiteren Verbesserung gemacht. Diese betreffen u. a. Fragen einer Betriebszeitbegrenzung, Veränderungen der Schwingfestigkeit während des Betriebs infolge von Korrosion und Steinschlag, den Einfluss von Korrosion auf Schwingrissinitiierung und -fortschritt, den potenziellen Einfluss nichtmetallischer Einschlüsse auf die Schwingfestigkeit, die Möglichkeiten, sie im Rahmen der Qualitätssicherung zu detektieren, sowie Fragen der Bruchmechanik und der Zuverlässigkeit zerstörungsfreier Schwingriss-Prüfverfahren im Rahmen eines Konzepts regelmäßiger Inspektionen. KW - Radsatzwellen KW - Schwingfestigkeit KW - Sichere Lebensdauer KW - Schadenstoleranz KW - Zerstörungsfreie Inspektion KW - Korrosion KW - Steinschlag KW - Nichtmetallische Einschlüsse PY - 2014 DO - https://doi.org/10.3139/120.110593 SN - 0025-5300 VL - 56 IS - 7-8 SP - 528 EP - 534 PB - Hanser CY - München AN - OPUS4-31355 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Zerbst, Uwe A1 - Madia, Mauro A1 - Beier, H.T. T1 - A model for fracture mechanics based prediction of the fatigue strength: Further validation and limitations N2 - Recently two of the authors of the present paper proposed a model for a fracture mechanics based prediction of the S–N characteristics of metallic components with large microstructural defects and supported this by a validation exercise on tensile plates made of an aluminium alloy AL5380 H321. Here the authors extend the study using a number of further data sets from the literature for which data were available at different R ratios. These data include two aluminium alloys, Al 2024-T3 and Al 7075-T6, and a ductile cast iron, EN-GJS- 400-18-LT. Despite of necessary assumptions for the compensation of partially missing input information the results were fairly reasonable with the exception of one data set. The authors identify high applied stress levels in combination with potential multiple crack initiation as the probable root of the problem and propose a scheme how the model can be extended for taking into account crack initiation. KW - Fatigue strength KW - S–N curve KW - Fracture mechanics KW - Crack propagation KW - Short cracks PY - 2014 UR - http://ac.els-cdn.com/S0013794413003901/1-s2.0-S0013794413003901-main.pdf?_tid=1403b676-b8a0-11e3-9087-00000aab0f26&acdnat=1396248522_d8c91133aa860e68196d9325c22ce651 DO - https://doi.org/10.1016/j.engfracmech.2013.12.005 SN - 0013-7944 SN - 1873-7315 SP - 1 EP - 17 PB - Elsevier Science CY - Kidlington AN - OPUS4-30452 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Madia, Mauro A1 - Arafah, D. A1 - Zerbst, Uwe T1 - Reference load solutions for plates with semi-elliptical surface cracks subjected to biaxial tensile loading N2 - The yield or limit load is a key parameter with respect to the accuracy of flaw assessment based on R6 type procedures such as the R6 routine, the SINTAP and FITNET method, the standard BS 7910 and others. In a number of previous papers two of the present authors proposed the use of a reference load instead of the common limit load, which not only provided more exact fracture mechanics predictions, but showed also a wider and more general application range than the conventional parameter. Here the method has been extended to biaxial tensile loading and it has been successfully validated by a thorough comparison with finite element results and alternative solutions available in the literature. KW - Flaw assessment KW - R6 procedure KW - Limit load KW - Reference load KW - Biaxial tensile loading PY - 2014 DO - https://doi.org/10.1016/j.ijpvp.2014.02.004 SN - 0308-0161 VL - 119 SP - 19 EP - 28 PB - Applied Science Publ. Ltd. CY - Barking AN - OPUS4-31429 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Zerbst, Uwe T1 - The Fatigue Crack Propagation threshold as a design criterion - actual developments and open issues T2 - ESIS TC1/TC3 workshop on "The fatigue crack propagation threshold as a design criterion" CY - Poitiers, France DA - 2014-11-04 PY - 2014 AN - OPUS4-31686 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Zerbst, Uwe A1 - Schödel, M. A1 - Beier, H.T. T1 - Parameters affecting the damage tolerance behaviour of railway axles N2 - The paper provides a discussion on damage tolerance options applied to railway axles and factors influencing the residual lifetime as well as the required inspection interval. These comprise material properties such as the scatter of the da/dN–ΔK curve, the fatigue crack propagation threshold ΔKth and the toughness of the material. Parameters affecting axle loading such as the press fit, rotating bending, load history and mixed crack opening modes are discussed. Finally the influence of the initial crack geometry on residual lifetime is simulated. KW - Railway axles KW - Damage tolerance KW - Fatigue crack propagation PY - 2011 DO - https://doi.org/10.1016/j.engfracmech.2010.03.013 SN - 0013-7944 SN - 1873-7315 VL - 78 IS - 5 SP - 793 EP - 809 PB - Elsevier Science CY - Kidlington AN - OPUS4-22491 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Zerbst, Uwe A1 - Ainsworth, R. A. A1 - Madia, Mauro T1 - Grenzlast oder Referenzlast? - Vorschlag für eine hybride Vorgehensweise bei der elastisch-plastischen Bauteilbewertung T2 - 42. Tagung des DVM-Arbeitskreises Bruchvorgänge - Bruchmechanische Werkstoff- und Bauteilbewertung: Beanspruchungsanalyse, Prüfmethoden und Anwendungen CY - Paderborn, Deutschland DA - 2010-02-23 KW - Bruchmechanische Bauteilbewertung KW - EPRI-Methode KW - Referenzspannungsmethode KW - R6-Routine KW - SINTAP KW - FITNET KW - FKM-Richtlinie KW - Grenzlast KW - Referenzlast PY - 2010 SP - 183 EP - 194 AN - OPUS4-22493 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Madia, Mauro A1 - Beretta, S. A1 - Schödel, M. A1 - Zerbst, Uwe A1 - Luke, M. A1 - Varfolomeyev, I. T1 - Stress intensity factor solutions for cracks in railway axles N2 - The aim of this paper is a collection of stress intensity factor solutions for cracks in railway axle geometries which the authors of the present special issue developed and/or used for damage tolerance analyses. These solutions comprise closed form analytical as well as tabled geometry functions and they refer to solid as well as hollow axles and various crack sites such as the T- and V-notch and the axle body. KW - Railway axles KW - Stress intensity factor PY - 2011 DO - https://doi.org/10.1016/j.engfracmech.2010.03.019 SN - 0013-7944 SN - 1873-7315 VL - 78 IS - 5 SP - 764 EP - 792 PB - Elsevier Science CY - Kidlington AN - OPUS4-22495 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Zerbst, Uwe A1 - Beretta, S. T1 - Failure and damage tolerance aspects of railway components N2 - Railway structures such as rails and axles are safety relevant components since any failure includes the risk of catastrophic derailment. This paper gives a brief overview on the most important potential failure scenarios driven by fatigue crack initiation and propagation and discusses the effects of important influencing factors such as vehicle weight and speed, track quality and environmental conditions. The present paper summarizes earlier work of the authors in this field. KW - Railway rails KW - Railway axles KW - Fatigue crack propagation KW - Damage tolerance KW - Fracture mechanics PY - 2011 DO - https://doi.org/10.1016/j.engfailanal.2010.06.001 SN - 1350-6307 SN - 1873-1961 VL - 18 IS - 2 SP - 534 EP - 542 PB - Elsevier Science Publ. CY - Oxford AN - OPUS4-22639 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Madia, Mauro A1 - Kiyak, Yusuf A1 - Zerbst, Uwe T1 - Extended parametric equations for weld toe stress concentration factors and through-thickness stress distributions in butt-welded plates subject to tensile and bending loading N2 - Based on a large set of 2D finite element analyses, parametric equations for weld toe stress concentration factors and through-thickness stress profiles are provided for butt-welded plates. These cover Single-Vand Double-V joints subject to tensile and bending loading. Compared to the most widespread solutions in the literature, which have also been tested against the finite element data in this work, the application range is extended particularly with respect to the weld toe radius(0.1≤ρ≤4 mm)andangle(10 °≤α≤60 °). Furthermore, two values of excess weld metal are considered (h=0.75;2.5mm). The analyses are performed for a plate thickness of 10 mm. Besides the extended validity range, the proposed equations show also an improved accuracy compared to the existing solutions. KW - Butt welds KW - Weld toes KW - Stress analysis KW - Structures PY - 2016 DO - https://doi.org/10.1007/s40194-016-0377-x VL - 60 IS - 6 SP - 1247 EP - 1259 AN - OPUS4-37959 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Zerbst, Uwe A1 - S., Romano A1 - D., Manenti A1 - S., Beretta T1 - Semi-probabilistic method for residual lifetime of aluminothermic welded rails with foot cracks N2 - One of the most frequent and dangerous failure modes in continuous welded rails is fatigue crack Propagation terminated by brittle fracture. Due to the brittleness of the weld material and HAZ and the scatter in its mechanical properties, a statistical approach is necessary. The paper deals with surface cracks at the foot base of aluminothermic welded rails, developing a probabilistic methodology for determining the day by day prospective failure probability. The investigations presented here comprise weld material characterization, simulation of fatigue crack propagation and finally the determination of the failure probability using the Monte Carlo method. The effect of various parameters, such as axle weight, Initial crack size, residual stresses, fatigue crack propagation threshold and date of inspection were analyzed. The results show that, independent of the date of the last inspection, almost any failure event happens in wintertime. This is in accordance with practical experience. However, from the proposed analysis it is evident that the main parameter controlling rail fracture is not only the minimum local temperature, but the temperature range over the whole year. Finally, the results are compared to the standard rail classification method. KW - Railway rails KW - Foot crack KW - Fatigue crack KW - Failure probability KW - Residual lifetime PY - 2016 DO - https://doi.org/10.1016/j.tafmec.2016.05.002 SN - 0167-8442 VL - 85 IS - Part B SP - 398 EP - 411 PB - Elsevier AN - OPUS4-38156 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Zerbst, Uwe T1 - Fracture mechanics in failure analysis N2 - Starting from an introduction into important Basic questions of failure analysis and fracture mechanics, the author specifies what kind of questions in failure analysis can be effectively solved by fracture mechanics (and which can't). He illustrates his discussion with a number of case studies. Much more pronounced than in the design stage the benefit of fracture mechanics in failure analysis depends on ist accuracy. This is limited by both, intrinsic factors of the method and the availability and quality of the input information. The author discusses the various aspects and provides the participants with background information helpful for better understanding the prospects and limitations of fracture mechanics in failure analysis and the conditions of its application. T2 - ICEFA VII - International Conference of Engineering Failure Analysis CY - Leipzig, Germany DA - 03.07.2016 KW - Failure analysis PY - 2016 AN - OPUS4-38166 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Zerbst, Uwe T1 - Schadensentwicklung und Schadenstoleranz von SLM-gefertigten Werkstoffen N2 - Unterschiedliche Werkstoffeigenschaften reagieren auf jeweils spezifische Weise auf Gittertyp, Gefüge und Defekte. Für die schadenstolerante Betrachtung von Werkstoff und Bauteil ist das Verständnis dieser Zusammenhange essentiell. Der Beitrag gibt mit Hinblick auf additiv gefertigte metallische Bauteile (Selective Laser Melting) einen kurzen, keineswegs vollständigen Überblick über Faktoren, die die Steifigkeit, Festigkeit, Duktilität, Zähigkeit, Ermüdungsrissausbreitung und Schwingfestigkeit beeinflussen. Es wird aufgezeigt, wie die bruchmechanische Betrachtung zur Quantifizierung der zusammenhänge beitragen kann. T2 - 1. Tagung des Arbeitskreises Additiv gefertigte Bauteile und Strukturen CY - Berlin, Germany DA - 02.11.2016 KW - Selective Laser Melting (SLM) KW - Werkstoffeigenschaften KW - Schadenstoleranz KW - Bruchmechanik PY - 2016 SN - 2509-8772 VL - Bericht 401 SP - 187 EP - 212 AN - OPUS4-38420 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Zerbst, Uwe A1 - Heckel, Thomas A1 - Carboni, M. T1 - Non-destructive testing and fracture mechanics - A short discussion N2 - A discussion is provided on the relation between non-destructive testing (NDT) and fracture mechanics. The basic tasks behind this are to guarantee the safety of a component at a potential hazard loading event, to specify inspection intervals or, alternatively, of demands on NDT for a fixed inspection regime, to plan accompanying measures for cases of temporary continued operation of structures in which cracks have been detected, and, finally, fatigue strength considerations which take into account initial defects. T2 - 42nd Annual review of progress in quantitative nondestructive evaluation conference CY - Minneapolis, Minnesota, USA DA - 2015-07-26 KW - Zerstörungsfreie Prüfung KW - Schwingfestigkeit KW - Schadenstoleranz KW - Bruchmechanik KW - probability KW - damage tolerance KW - railway axles KW - inspection PY - 2016 SN - 978-0-7354-1353-5 DO - https://doi.org/10.1063/1.4940614 SN - 0094-243X VL - 1706 SP - 150002-1 EP - 150002-5 PB - AIP Publishing CY - Melville, New York, USA AN - OPUS4-33866 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Zerbst, Uwe A1 - Madia, Mauro T1 - Der Schwellenwert DKth als Auslegekriterium. Aktuelle Entwicklungen und Fragestellungen. T2 - 47. Tagung des DVM-Arbeitskreises Bruchvorgänge CY - Freiberg DA - 2015-02-10 PY - 2015 AN - OPUS4-32351 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Scolavino, L. A1 - Beretta, S. A1 - Madia, Mauro A1 - Zerbst, Uwe T1 - Critical speed of flawed rotors: global vs local approach N2 - The burst of a disc in rotating machinery can cause catastrophic damage of the equipment and, more importantly, it can represent a mortal threat to anyone in the sphere of influence of the event. In order to minimize the danger associated to a rotating component failure, burst testing is required by the authorities in order to set safety margins to the normal operating speeds. Moreover more accurate predicting tools are required for designing the components. This paper presents the results of a numerical and analytical study on the assessment of the crack driving force for discs containing surface flaws. The aim is to provide a simple, though reliable, tool in order to be able to calculate the possible dangerous in-service speed for a rotating component and, therefore, to set burst margins above the normal operating conditions of the equipment. An R6-like flaw assessment procedure is adopted considering different assumptions in the definition of the critical speed and the analytical predictions are compared with the results of elastic-plastic finite element analysis of disc. In particular, the validity and potentiality of the method is proved for surface flaws in different positions in the disc. T2 - ASME Turbo Expo 2014 - GT2014 CY - Düsseldorf, Germany DA - 16.06.2014 KW - Critical speed KW - Flawed rotors KW - Flaw assessment PY - 2014 SN - 978-0-7918-4576-9 DO - https://doi.org/10.1115/GT2014-26881 VL - 7A SP - 26881, 1 EP - 8 AN - OPUS4-32382 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Zerbst, Uwe T1 - Statistische Aspekte der Bauteilbewertung T2 - 47. Tagung des DVM-Arbeitskreises Bruchvorgänge; Weiterbildungsseminar CY - Freiberg, Germany DA - 2015-02-09 PY - 2015 AN - OPUS4-32845 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Madia, Mauro A1 - Zerbst, Uwe A1 - Beier, H.T. A1 - Schöne, Dieter T1 - Analytische Beschreibung von Rissarrest, Kurz- und Langrisswachstum in Schweißverbindungen N2 - Kernstück der angestrebten IBESS-Prozedur ist eine analytische Methode zur bruchmechanischen Beschreibung der Rissausbreitung unter Schwingbelastung. Da man es im Bereich der Schwingfestigkeit mit kurzen Rissen zu tun hat, auf die die etablierten Methoden der Langrissbruchmechanik nicht anwendbar sind, werden Lösungen entwickelt, die es erlauben, sowohl die rissnahen Plastizitätsverhältnisse als auch die mit wachsendem Riss graduell zunehmenden Rissschließeffekte quantitativ zu beschreiben. Unter Einbeziehung der sogenannten "zyklischen R-Kurve", deren experimentelle Methodik ebenfalls im Rahmen des Projekts weiterentwickelt wird, ist es zudem möglich, Ausgangsrissgrößen vorherzusagen, die auf Dauerfestigkeitsniveau gerade so noch arretieren würden. Dies erlaubt umgekehrt eine Abschätzung der Dauerfestigkeit an realen Bauteilen wie eben Schweißnähten sowie die statistisch basierte, analytische Vorhersage des Zeitfestigkeitsastes der Wöhlerkurve. Die im Modell berücksichtigten Parameter bzw. deren statistische Verteilung schließen Werkstoffdaten und die lokale Nahtgeometrie (Nachtübergangsradius, Nahtanstiegswinkel, Einbrandkerben oder Oberflächenrauhigkeit) ein. Im Vortrag wird das analytische Modell vorgestellt und vor dem Hintergrund der im IBESS-Cluster bereitgestellten experimentellen Information diskutiert. T2 - DVS Congress 2015 - Große Schweißtechnische Tagung CY - Nuremberg, Germany DA - 14.09.2015 KW - Schwingfestigkeit KW - Bruchmechanik KW - IBESS PY - 2015 SN - 978-3-945023-46-4 N1 - Serientitel: DVS-Berichte – Series title: DVS-Berichte IS - 315 SP - 300 EP - 306 PB - DVS Media GmbH CY - Düsseldorf AN - OPUS4-34799 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Schork, B. A1 - Zerbst, Uwe A1 - Kucharczyk, P. A1 - Bernhard, J. A1 - Kaffenberger, M. A1 - Baumgartner, J. A1 - Oechsner, M. T1 - Imperfektionen für die schwingbruchmechanische Bewertung von Schweißverbindungen N2 - Bruchmechanischen Bewertungsmethoden liegt stets eine tatsachlich vorhandene oder fiktive Anfangsrisslange zu Grunde. Schweißverbindungen sind mit strukturellen Imperfektionen wie beispielsweise lnhomogenitaten in der Mikrostruktur und den Werkstoffeigenschaften behaftet, welche auf der Werkstoffseite berücksichtigt werden können. Imperfektionen wie der Kantenversatz und der Nahtübergangsradius, die als außere geometrische Imperfektionen aufgefasst werden können, haben vor allem Auswirkungen auf den Spannungszustand und werden daher auf der Lastseite erfasst. Innere geometrische Imperfektionen wie Einschlüsse oder Poren, von welchen Risse initiieren und sich ausbreiten, können als Ausgangsrissgröße aufgefasst werden. Im Teilprojekt A1 des Forschungsclusters IBESS wurden außere geometrische Imperfektionen an Schweißverbindungen ermittelt und statistisch ausgewertet. Des Weiteren wurden Schweißverbindungen fraktografisch im Rasterelektronenmikroskop (REM) bezüglich innerer geometrischer Imperfektionen untersucht, jedoch konnten aufgrund der hohen Schweißgütekeine schadigungsrelevanten inneren Imperfektionen (Ausgangsdefekte) detektiert werden. Um dennoch eine Ausgangsrisskonfiguration zu bestimmen, wurden "Heat-Tinting" Versuche eingesetzt, mit denen auf der Bruchflache verschiedene Anrissstadien markiert werden können. Mit dem .Heat-Tinting" Verfahren können sehr kleine Anrisse detektiert und in Abhangigkeit von der Beanspruchung frühe Anrisskonfigurationen ermittelt werden. Des Weiteren haben Zerbst und Madia im Teilprojekt A3 ein Modell entwickelt, mit dem für den Grundwerkstoff mittels zyklischer R-Kurven eine Ausgangsrissgröße rechnerisch ermittelt werden kann. Unter Verwendung der Ergebnisse aus den Versuchen zur Ermittlung der Anrissstadien soll dieses Modell validiert werden, um auch für Schweißverbindungen Anwendung zu finden. T2 - DVS Congress 2015 - Große Schweißtechnische Tagung CY - Nuremberg, Germany DA - 14.09.2015 KW - Schwingfestigkeit KW - Bruchmechanik KW - IBESS PY - 2015 SN - 978-3-945023-46-4 N1 - Serientitel: DVS-Berichte – Series title: DVS-Berichte IS - 315 SP - 271 EP - 277 PB - DVS Media GmbH CY - Düsseldorf AN - OPUS4-34800 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Zerbst, Uwe A1 - Beier, H.T. A1 - Nitschke-Pagel, T. T1 - IBESS: Integrale Bruchmechanische Ermittlung der Schwingfestigkeit von Schweißverbindungen - Eine Einführung N2 - Die Projektbezeichnung IBESS steht für .Integrale Bruchmechanische Ermittlung der Schwingfestigkeit von Schweißverbindungen". Ziel des von acht Partnern vorangetriebenen AiF-DFG-Forschungsclusters IBESS ist die Entwicklung eines Ansatzes zur bruchmechanischen Ermittlung der Schwingfestigkeit von Schweißverbindungen. Die Arbeiten umfassen grundlegende Untersuchungen zum Wachstum und Arrest kurzer Risse, zur Ausbildung und Beeinflussung von Schweißeigenspannungen unter zyklischer Last, zum Einfluss der lokalen Nahtgeometrie auf die Rissausbreitung, zum Mehrfachriss-Phänomen oberhalb des Dauerfestigkeitsniveaus sowie zum Koaleszenzverhalten benachbarter Risse. Die gewonnenen Erkenntnisse fließen in ein analytisches Modell zur Ermittlung der Schwingfestigkeit ein, das physikalisch begründete und mithin sehr viel individuellere Vorhersagen des Ermüdungsverhaltens von Schweißnähten ermöglichen soll, als das auf konventioneller Basis bislang möglich ist. Ein nicht geringer Teil der Aktivitäten des Clusters ist mit der Bereitstellung von Daten zur Validierung befasst. Diese wird auf verschiedenen Ebenen vorgenommen, von der Beschreibung des Wachstuns von Einzelrissen über ihr Zusammenwachsen bis hin zur kompletten Wöhlerkurve. Ziel dieses Vortrags ist ein kurzer Überblick über das IBESS-Gesamtprojekt, das dem Zuhörer eine Einordnung der im IBESS-Vortragsblock vorgestellten Einzelaktivitäten ermöglichen soll. T2 - DVS Congress 2015 - Große Schweißtechnische Tagung CY - Nuremberg, Germany DA - 14.09.2015 KW - Schwingfestigkeit KW - Bruchmechanik KW - IBESS PY - 2015 SN - 978-3-945023-46-4 N1 - Serientitel: DVS-Berichte – Series title: DVS-Berichte IS - 315 SP - 265 EP - 271 PB - DVS Media GmbH CY - Düsseldorf AN - OPUS4-34801 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Hübner, P. A1 - Zerbst, Uwe ED - Hütter, G. ED - Zybell, L. T1 - Fracture mechanics assessment of welded components at static loading N2 - Special aspects of welded components such as geometrical imperfections, inhomogeneity, strength mismatch and welding residual stresses have to be taken into account in a fracture mechanics analysis since they affect the crack driving force in the component as weil as the fracture resistance of the material. The treatment of components subjected to static loading is based on methods such as the European SINT AP procedure, which has been validated in a nurober of case studies. In the present paper the influence of strength mismatch and residual stresses on the fracture resistance and the assessment of a component are discussed. T2 - International symposium 'Recent trends in fracture and damage mechanics' CY - Freiberg/Sachsen, Germany DA - 24.09.2015 KW - Fracture mechanics KW - Weldments PY - 2015 SN - 978-3-319-21466-5 SP - Part II, 61 EP - 86 PB - Springer AN - OPUS4-34758 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Zerbst, Uwe T1 - Bruchmechanik: Konzepte, Kennwertermittlung, Bauteilbewertung. Kurzeinführung Betriebsfestigkeit T2 - TU Flensburg CY - Flensburg DA - 2015-08-31 PY - 2015 AN - OPUS4-33849 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Zerbst, Uwe A1 - Madia, Mauro T1 - Der Schwellenwert DKth als Auslegekriterium. Aktuelle Entwicklungen und Fragestellungen N2 - Bei der Bestimmung der Restlebensdauer zyklisch beanspruchter Bauteile kommt dem Schwellenwert für Ermüdungsrissausbreitung, K111, oft entscheidende Bedeutung zu. Dabei ist seine Anwendung weniger gesichert als bislang angenommen. Der Vortrag diskutiert Fragen der experimentellen Ermittlung des Schwellenwertes sowie seiner Anwendung auf Bauteile. Auf beiden Gebieten haben sich in den letzten Jahren Probleme ergeben, die bestehendes Wissen teilweise wieder in Frage stellen oder modifizieren. Im Beitrag diskutiert werden der Einfluss unterschiedlicher Rissschließmechanismen auf K111, Konsequenzen, die sich daraus hinsichtlich der Ermittlung und Übertragung des Kennwertes ergeben, sowie die Effekte von Einflussgrößen wie Spannungsverhältnis und Rissgröße, aber auch des Werkstoffgefüges und der damit korrelierten mechanischen Eigenschaften. T2 - 47. Tagung des DVM-Arbeitskreises Bruchvorgänge und Bauteilsicherheit - Bruchmechanische Werkstoff- und Bauteilbewertung: Beanspruchungsanalyse, Prüfmethoden und Anwendungen CY - Freiberg, Sachsen, Germany DA - 10.02.2015 PY - 2015 SN - 1616-4687 SP - 305 EP - 321 AN - OPUS4-34621 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Zerbst, Uwe A1 - Ainsworth, R. A. A1 - Beier, H.T. A1 - Pisarski, H. A1 - Zhang, Z. L. A1 - Nikbin, K. A1 - Nitschke-Pagel, T. A1 - Münstermann, S. A1 - Kucharczyk, P. A1 - Klingbeil, Dietmar T1 - Review on fracture and crack propagation in weldments - A fracture mechanics perspective N2 - Welding is one of the most common methods in industrial practice for joining components. Its main advantages are high speed in manufacturing combined with low costs and, usually, a high degree of flexibility, integrity and reliability. Nevertheless, welding is a highly complex metallurgical process and, therefore, weldments are susceptible to material discontinuities, flaws and residual stresses which may lead to structural failure and life time reduction. As a consequence weldments are an important field of fracture mechanics methods although its application is more complex than for homogeneous or non-welded structures. The aim of the paper is to provide an overview on the current state of fracture mechanics application to weldments. It starts by discussing the specific features which any fracture mechanics analysis of weldments has to take into account. Then, the experimental determination of fracture toughness, fatigue crack propagation and tensile properties of weldments is addressed. Finally, the analytical determination of the crack driving force in components and structural integrity assessment approaches for weldments are presented. KW - Weldments KW - Fracture mechanics KW - Fracture toughness KW - Fatigue crack propagation KW - Residual stresses KW - Strength mismatch PY - 2014 DO - https://doi.org/10.1016/j.engfracmech.2014.05.012 SN - 0013-7944 SN - 1873-7315 VL - 132 SP - 200 EP - 276 PB - Elsevier Science CY - Kidlington AN - OPUS4-32819 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Arafah, D. A1 - Madia, Mauro A1 - Zerbst, Uwe A1 - Beretta, S. A1 - Cristea, M.E. T1 - Instability analysis of pressurized pipes with longitudinal surface cracks N2 - Recently three of the authors of this paper presented analytical solutions for reference loads of plate geometries with semi-elliptical surface cracks subjected to tension, bending, combined tension-bending and biaxial tension. These solutions were shown to provide more accurate crack driving force estimates than the conventional limit load solutions available in the literature, and the method behind them allowed for a wider application range. Within the present paper a methodology for the fracture analysis of thick-wall pressurized pipes using the R6 assessment method and considering both, biaxial and combined tension-bending loading is developed and validated. The analyses are carried out analytically, and the comparison between the predicted critical loads and experimental burst test failure loads shows satisfying agreement, this way demonstrating the potential of the proposed method. KW - Burst test KW - Pipes KW - R6 KW - Reference load KW - Biaxial loading KW - Tearing instability KW - Plastic collapse KW - Limit load PY - 2015 DO - https://doi.org/10.1016/j.ijpvp.2015.01.001 SN - 0308-0161 VL - 126-127 SP - 48 EP - 57 PB - Applied Science Publ. Ltd. CY - Barking AN - OPUS4-32820 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Zerbst, Uwe T1 - Werkstoffverhalten unter zyklischer Belastung T2 - DVM-Fortbildungsseminar "Bruchmechanische Prüfverfahren" CY - Freiburg, Germany DA - 2015-03-17 PY - 2015 AN - OPUS4-32836 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Zerbst, Uwe T1 - Anwendungsphilosophien der Bruchmechanik in der Bauteilbewertung T2 - 47. Tagung des DVM-Arbeitskreises Bruchvorgänge; Weiterbildungsseminar CY - Freiberg, Germany DA - 2015-02-09 PY - 2015 AN - OPUS4-32840 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Zerbst, Uwe T1 - Rissspitzenbeanspruchung bei linear elastischem und elastisch-plastischem Deformationsverhalten. Praktische Ermittlung T2 - 47. Tagung des DVM-Arbeitskreises Bruchvorgänge; Weiterbildungsseminar CY - Freiberg, Germany DA - 2015-02-09 PY - 2015 AN - OPUS4-32842 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Zerbst, Uwe T1 - Bauteilbewertung gegen Bruch. Demonstrationsbeispiele Druckbehälter T2 - 47. Tagung des DVM-Arbeitskreises Bruchvorgänge; Weiterbildungsseminar CY - Freiberg, Germany DA - 2015-02-09 PY - 2015 AN - OPUS4-32843 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Zerbst, Uwe T1 - Primär- und Sekundärspannungen in der Bruchmechanik-Analyse T2 - 47. Tagung des DVM-Arbeitskreises Bruchvorgänge; Weiterbildungsseminar CY - Freiberg, Germany DA - 2015-02-09 PY - 2015 AN - OPUS4-32844 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Zerbst, Uwe A1 - Madia, Mauro A1 - Beier, T. T1 - Model for fracture mechanics based prediction of the fatigue strength of engineering alloys containing microscopical initial defects T2 - 2nd International Conference on Fatigue Design and Materials Defects (FDMD II) CY - Paris (Frankreich) DA - 2014-06-11 PY - 2014 AN - OPUS4-33237 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Zerbst, Uwe T1 - Assessment of welded joints by fracture mechanics. IBESS - Delevopment of a procedure N2 - The idea to determine the fatigue strength of weldments by means fractuie mechanics was originally based on the empirical observation that the major portion of the fatigue life in weldments is frequently spent in crack propagation. The present paper gives a brief OverView on the basic principles of fracture mechanics-based determination of fatigue strength and on special features which have to be considered for weldments. Based on this Information, the ongoing research project IBESS is introduced and briefly reviewed. T2 - 4th Symposium on Structural Durability CY - Darmstadt DA - 14.05.2014 PY - 2014 AN - OPUS4-33239 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Schöne, Dieter A1 - Zerbst, Uwe A1 - Madia, Mauro T1 - Experimentelle Ermittlung des Schwellenwertes DeltaKth mittels unterschiedlicher Methoden und für verschiedene Spannungsverhältnisse N2 - ln den letzten Jahren hat sich gezeigt, dass die Ermittlung des Schwellenwertes DeltaKth nach den bestehenden Standardvorschriften für verschiedene Materialien zu nichtkonservativen Werten führt. Das ergibt sich im Vergleich mit Schwellenwerten, die man mit Anrissen erhält, die hinsichtlich der Ober- und der Unterlast komplett im Druckbereich erzeugt wurden. Dort, wo die Diskrepanz auftritt, verstärkt sie sich mit abnehmendem Spannungsverhältnis. ln der vorliegenden Studie wurden an einem mittel- und einem hochfesten Stahl bei unterschiedlichen Spannungsverhältnissen Schwellenwerte bestimmt. Anwendung fanden die konventionelle Lastabsenkungsmethode nach ASTM-Standard und ein Verfahren, bei dem der Langrissscbwellenwert als Endpunkt der sogenannten Zyklischen R-Kurve erhalten wird. Dieses folgt im Wesentlichen der von Pippan et al. entwickelten Methode, ergänzt diese jedoch durch eine eigene Verfahrensvariante. T2 - 47. Tagung des DVM-Arbeitskreises Bruchvorgänge und Bauteilsicherheit - Bruchmechanische Werkstoff- und Bauteilbewertung: Beanspruchungsanalyse, Prüfmethoden und Anwendungen CY - Freiberg, Germany DA - 10.02.2015 KW - Ermüdungsrissausbreitung KW - Schwellenwert KW - Lastabsenkung KW - Druckanschwingen KW - Zyklische R-Kurve KW - Fatigue crack propagation KW - Threshold KW - Load decreasing KW - Compression pre-cracking KW - Cyclic R curve PY - 2015 SN - 1616-4687 SP - 269 EP - 283 AN - OPUS4-32569 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 - Zerbst, Uwe T1 - Schadensentwicklung und Schadenstoleranz von SLM-gefertigten Werkstoffen und Bauteilen N2 - Unterschiedliche Werkstoffeigenschaften reagieren auf jeweils spezifische Weise auf Gittertyp, Gefüge und Defekte. Für die schadenstolerante Betrachtung von Werkstoff und Bauteil ist das Verständnis dieser Zusammenhänge essentiell. Der Beitrag gibt mit Hinblick auf additiv gefertigte metallische Bauteile(Selective Laser Melting) einen kurzen, keineswegs vollständigen Überblick über Faktoren, die die Steifigkeit, Festigkeit, Duktilität, Zähigkeit, Ermüdungsrissausbreitung und Schwingfestigkeit beeinflussen. Es wird aufgezeigt, wie die bruchmechanische Betrachtung zur Quantifizierung der Zusammenhänge beitragen kann T2 - DVM - AK "Additiv gefertigte Bauteile und Strukturen" CY - Berlin, Germany DA - 02.11.2016 KW - Selective Laser Melting (SLM) KW - Werkstoffeigenschaften KW - Schadenstoleranz KW - Bruchmechanik PY - 2016 AN - OPUS4-38873 LA - deu 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 - TY - CONF A1 - Zerbst, Uwe T1 - Lessons learned on FFS particulary of (short) fatigue crack propagation N2 - The presentation provides a brief overview on results obtained in the context of fracture mechanics based flaw assessment particularly in the context of short crack propagation. Background is the planned updating of international fitness-for-service procedures such as BS 7910. Specific topics addressed are the determination of the cyclic elastic-plastic crack driving force, the description of the gradual build-up of the crack closure phenomenon at the short crack stage, cyclic R curve analysis and residual stresses. T2 - 2nd "Mind the Gap" in FFS assessment procedures workshop CY - Bristol, United Kingdom DA - 19.10.2017 KW - Reference yield load KW - Cyclic J-integral KW - Crack closure phenomenon PY - 2017 AN - OPUS4-42559 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Zerbst, Uwe T1 - IBESS - Ergebnisse und Ausblick N2 - Der Vortrag bietet eine Übersicht über die im Rahmen des IBESS-Projektes entwickelte Methodik zur bruchmechanischen Ermittlung der Schwingfestigkeit von Schweißverbindungen. Schwerpunkte sind die Beschreibung des Wachstums kurzer Risse, die mit den klassischen linear-elastischen Bruchmechanik-Konzepten nicht möglich ist, die Ermittlung einer physikalisch sinnvollen Ausgangsrissgröße für das Bruchmechanik-Modell, die Ermittlung der Bauteildauerfestigkeit und des Zeitfestigkeitsastes diverser Schweißnahtgeometrien und eine Diskussion der Eigenspannungsproblematik. Die Ergebnisse werden mittels Validierungsbespielen illustriert. T2 - Sitzung des DVS FA 9 (Konstruktion und Festigkeit) CY - Braunschweig, Germany DA - 03.05.2017 KW - Bruchmechanik KW - IBESS KW - Schwingfestigkeit PY - 2017 AN - OPUS4-42563 LA - deu 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 - CHAP A1 - Zerbst, Uwe A1 - Hilgenberg, Kai ED - Richard, H. A. ED - Zipsner, T. ED - Schramm, B. T1 - Schadensentwicklung und Schadenstoleranz von SLM-gefertigten Strukturen N2 - Unterschiedliche Werkstoffeigenschaften reagieren auf jeweils spezifische Weise auf Gittertyp, Gefüge und Defekte. Für die schadenstolerante Betrachtung von Werkstoff und Bauteil ist das Verständnis dieser Zusammenhänge essentiell. Der Beitrag gibt mit Hinblick auf additiv gefertigte metallische Bauteile mittels Selective Laser Melting einen kurzen, keineswegs vollständigen Überblick über Faktoren, die die Steifigkeit, Festigkeit, Duktilität, Zähigkeit, Ermüdungsrissausbreitung und Schwingfestigkeit beeinflussen. Es wird aufgezeigt, wie die bruchmechanische Betrachtung zur Quantifizierung der Zusammenhänge beitragen kann. KW - Additive Fertigung KW - Selective Laser Melting (SLM) KW - Werkstoffeigenschaften KW - Schadenstoleranz KW - Bruchmechanik PY - 2017 SN - 978-3-658-17779-9 DO - https://doi.org/10.1007/978-3-658-17780-5 SP - 241 EP - 270 PB - Springer Vieweg CY - Wiesbaden AN - OPUS4-40162 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Zerbst, Uwe A1 - Hilgenberg, Kai T1 - Damage development and damage tolerance of structures manufactured by selective laser melting - a review N2 - The additive manufacturing technology of Selective Laser Melting (SLM) experiences a rapid development within an increasing marked of quite different application fields. The properties of SLM materials and structures are influenced by a number of tech-nological parameters such as the metal powder (particle size, homogeneity, cleanliness), the laser tool (power, beam diameter, pulse lengths), the scanning operation (speed, sequence and orientation of melting paths), parameters of the over-all equipment (design and preheating of the base plate, currents and turbulence in the protective gas atmosphere) and, last not least, the hatching strategy including the build-up direction of the structure with respect to the loading direction of the component. For the perspective use of SLM structures as load carrying, safety-relevant components the knowledge of their mechanical properties is necessary. It is essential to understand these in the context of the manufacturing-related features and at the back-ground of the basic characteristics of metallic materials: crystal lattice, microstructure and material defects. The paper provides an overview on factors which affect the mechanical parameters stiffness, strength, ductility, toughness, fatigue crack propagation and fatigue strength in the context of selective laser melting. T2 - FDMD 2017 CY - Lecco, Italy DA - 19.09.2017 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:b43-438511 DO - https://doi.org/10.1016/j.prostr.2017.11.071 SN - 2452-3216 VL - 7 SP - 141 EP - 148 PB - ScienceDirect CY - Lecco, Italy AN - OPUS4-43851 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Zerbst, Uwe A1 - Hilgenberg, Kai T1 - Damage development and damage tolerance of structures manufactured by selective laser melting N2 - The additive manufacturing technology of Selective Laser Melting (SLM) experiences a rapid development within an increasing marked of quite different application fields. The properties of SLM materials and structures are influenced by a number of tech-nological parameters such as the metal powder (particle size, homogeneity, cleanliness), the laser tool (power, beam diameter, pulse lengths), the scanning operation (speed, sequence and orientation of melting paths), parameters of the over-all equipment (design and preheating of the base plate, currents and turbulence in the protective gas atmosphere) and, last not least, the hatching strategy including the build-up direction of the structure with respect to the loading direction of the component. For the perspective use of SLM structures as load carrying, safety-relevant components the knowledge of their mechanical properties is necessary. It is essential to understand these in the context of the manufacturing-related features and at the back-ground of the basic characteristics of metallic materials: crystal lattice, microstructure and material defects. The paper provides an overview on factors which affect the mechanical parameters stiffness, strength, ductility, toughness, fatigue crack propagation and fatigue strength in the context of selective laser melting. T2 - 3rd International Symposium on Fatigue Design an Material Defects, FDMD 2017 CY - Lecco, Italy DA - 19.09.2017 KW - Fatigue strength KW - Fracture mechanics KW - Initial crack size KW - Short crack propagation KW - Multiple crack propagation PY - 2017 AN - OPUS4-43853 LA - eng 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 - 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 - 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 - Zerbst, Uwe A1 - Madia, Mauro A1 - Kiyak, Yusuf A1 - Breidung, Marc A1 - Baer, Wolfram A1 - Küppers, M. ED - Madia, Mauro T1 - Stiffness/constraint effects in analytical flaw assessment - A technical note N2 - Using the case study of a fail-safe design criterion for a steering knuckle of a commercial vehicle, the effect of stiffness/constraint on the crack driving force in the component is discussed. The problem arises when assessment procedures such as R6, BS 7910 or SINTAP/FITNET are applied in conjunction with substitute geometries for determining the model parameters K-factor and limit load (or a substitute for the latter), as it is common practice. In the example, the conservatism was so pronounced that this procedure was in fact unusable. A way out could be the finite element-based determination of the model parameters and their use in the analytical framework. This procedure is useful and effective if the finite element-based calculations are used in parameter sensitivity analyses. KW - Fail-safe design KW - Fracture resistance KW - Fracture assessment KW - Stiffness KW - Constraint PY - 2022 DO - https://doi.org/10.1016/j.engfracmech.2022.108728 SN - 0013-7944 IS - 273 SP - 1 EP - 15 PB - Elsevier Science CY - Kidlington AN - OPUS4-55544 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - 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 - Zhu, Jiangchao A1 - Madia, Mauro A1 - Schurig, M. A1 - Schlums, H. A1 - Zerbst, Uwe T1 - Fracture mechanics-based structural integrity assessment of aeroengine turbine disks under overspeed conditions N2 - Aero-engine turbine disks are safety-relevant components which are operated under high thermal and mechanical stress conditions. The actual part qualification and certification procedures make use of spin-tests conducted on productionsimilar disks. While these tests provide, on the one hand, a reliable definition of the critical conditions for real components, on the other hand they represent a relevant cost item for engine manufacturers. The aim of this work is to present part of a fracture mechanics-based procedure under development which aims at replacing the tests on production-similar disks with lab tests on fracture mechanics specimens. In particular, the rimpeeling failure mode is considered as case study. A semi-circular surface crack is modelled at the most stressed region at the diaphragm of a turbine disk, with the crack plane perpendicular to the radial direction. The crack is therefore subjected to a biaxial stress state and grows under increasing rotational speed until it triggers the rim-peeling failure. The finite element simulation of the cracked disk considers the real thermal and mechanical loading conditions. In order to design a lab representative specimen, beside the crack driving force, expressed in terms of � -integral, also the constraint to plastic deformation e.g., stress triaxiality, at the crack-tip must be similar for the same crack in the specimen and in the disk. This has been achieved and as expected, both the highest � -integral and constraint factor are calculated at the same location along the crack front for both disk and specimen. The results of the structural integrity assessment in the form of a Failure Assessment Diagram (FAD) show good agreement between designed specimen and disk both in terms of expected failure mode and value of the critical speed. Probabilistic aspects are also considered in the calculations. T2 - ASME Turbo Expo 2022: Turbomachinery Technical Conference and Exposition (GT2022) CY - Rotterdam, The Netherlands DA - 13.06.2022 KW - Fracture mechanics KW - Burst KW - Turbine disk PY - 2022 SP - 1 EP - 7 PB - ASME AN - OPUS4-55903 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Duarte, Larissa A1 - Zerbst, Uwe A1 - Madia, Mauro T1 - Der Schwellenwert der da/dN-∆K-Kurve als Auslegungskriterium für die Bauteilbewertung N2 - Für die Bestimmung der Restlebensdauer zyklisch beanspruchter Bauteile kommt dem Schwellenwert für Ermüdungsrissausbreitung ∆Kth und dem sich anschließenden Schwellenwertbereich der da/dN-∆K-Kurve große Bedeutung zu. Dem stehen Unsicherheiten bei der Bestimmung und Analyse gegenüber. Der Aufsatz befasst sich mit der Ermittlung des sogenannten intrinsischen Schwellenwerts, der als robuster Eingangsparameter für eine „rissschließfreie“ Analyse der Restlebensdauer von entscheidender Bedeutung ist. T2 - Tagung Werkstoffprüfung 2020 CY - Online meeting DA - 03.12.2020 KW - Schadenstolerante Bauteilauslegung, KW - Intrinsischer Schwellenwert gegen Ermüdungsrissausbreitung KW - Restlebensdauer PY - 2020 DO - https://doi.org/10.48447/WP-2020-025 SP - 1 EP - 8 AN - OPUS4-52788 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Duarte, Larissa A1 - Zerbst, Uwe A1 - Madia, Mauro T1 - Vergleichende Untersuchungen zum intrinsischen Schwellenwert der da/dN-ΔK-Kurve N2 - Für die Bestimmung der Restlebensdauer zyklisch beanspruchter Bauteile kommt dem Schwellenwert für Ermüdungsrissausbreitung, Δ𝐾𝑡ℎ, und dem sich anschließenden Schwellenwertbereich der 𝑑𝑎𝑑𝑁⁄−Δ𝐾-Kurve große Bedeutung zu. Dem stehen Unsicherheiten bei der Bestimmung und Analyse gegenüber. Der Aufsatz befasst sich mit der Ermittlung des sogenannten intrinsischen Schwellenwerts, der als robuster Eingangsparameter für eine „rissschließfreie“ Analyse der Restlebensdauer von entscheidender Bedeutung ist. T2 - 53. Tagung des DVM-Arbeitskreises Bruchmechanik und Bauteilsicherheit CY - Online meeting DA - 18.02.2021 KW - Schadenstolerante Bauteilauslegung, Restlebensdauer, intrinsischer Schwellenwert gegen Ermüdungsrissausbreitung PY - 2021 SN - 2366-4797 SP - 211 EP - 220 PB - Deutscher Verband für Materialforschung und -prüfung e.V. (DVM) CY - Berlin AN - OPUS4-52704 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 - JOUR A1 - Zerbst, Uwe A1 - Madia, Mauro A1 - Bruno, Giovanni A1 - Hilgenberg, Kai T1 - Towards a Methodology for Component Design of Metallic AM Parts Subjected to Cyclic Loading N2 - The safe fatigue design of metallic components fabricated by additive manufacturing (AM) is still a largely unsolved problem. This is primarily due to (a) a significant inhomogeneity of the material properties across the component; (b) defects such as porosity and lack of fusion as well as pronounced surface roughness of the asuilt components; and (c) residual stresses, which are very often present in the as‐built parts and need to be removed by post‐fabrication treatments. Such morphological and microstructural features are very different than in conventionally manufactured parts and play a much bigger role in determining the fatigue life. The above problems require specific solutions with respect to the identification of the critical (failure) sites in AM fabricated components. Moreover, the generation of representative test specimens characterized by similar temperature cycles needs to be guaranteed if one wants to reproducibly identify the critical sites and establish fatigue assessment methods taking into account the effect of defects on crack initiation and early propagation. The latter requires fracture mechanics‐based approaches which, unlike common methodologies, cover the specific characteristics of so‐called short fatigue cracks. This paper provides a discussion of all these aspects with special focus on components manufactured by laser powder bed fusion (L‐PBF). It shows how to adapt existing solutions, identifies fields where there are still gaps, and discusses proposals for potential improvement of the damage tolerance design of L‐PBF components KW - L‐PBF KW - Fatigue KW - Fracture KW - Defects PY - 2021 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-525822 DO - https://doi.org/10.3390/met11050709 VL - 11 IS - 5 SP - 709 PB - MDPI CY - Basel AN - OPUS4-52582 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER -