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 U6 - 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 - Baer, Wolfram A1 - Breidung, Marc A1 - Kiyak, Yusuf A1 - Zerbst, Uwe A1 - Madia, Mauro A1 - Küppers, M. T1 - Aspekte der analytischen bruchmechanischen Bauteilbewertung N2 - Am Beispiel eines abgesetzten zylindrischen Bauteils (Achsschenkel) werden Probleme der analytischen bruchmechanischen Bauteilbewertung diskutiert. Als Basis-philosophie wird ein Fail Safe-Kriterium (kontrolliertes Versagen) angesetzt. Die Forderung ist, dass sich der Achsschenkel, bevor er bricht, in einem Ausmaß plastisch verformen kann, bei dem der Fahrer bemerkt, dass mit seinem Fahrzeug etwas nicht in Ordnung ist. Um das zu gewährleisten, muss der Werkstoff einen bestimmten Riss-widerstand aufweisen. Dazu werden im hier vorgestellten ersten Teil des Projektes mittels FEM Rissspitzenbeanspruchungen in Abhängigkeit von der Auslenkung des Zylinders und angenommener Rissgrößen ermittelt. Diese finden als Zielgrößen in der weiteren Analyse Anwendung. Da eine einfach umzusetzende Lösung angestrebt wird, werden zusätzlich analytische Rechnungen an Ersatzgeometrien (halbunendliche Platte und Vollzylinder), aber mit den realen Spannungen am Bauteil durchgeführt. Es zeigt sich, dass die Ergebnisse wegen des Steifigkeitsunterschieds zwischen Bauteil und Ersatzgeometrie unvertretbar konservativ sind. Alternativ wird ein hybrides Konzept vorgestellt, für das die Modellparameter mittels FEM bestimmt werden. Es liefert sehr genaue Ergebnisse. Im Rahmen der analytischen Rechenvorschrift können die Lösungen auf andere Werkstoffe übertragen werden, ohne dass zusätzliche FEM-Analysen notwendig sind. T2 - 54. Tagung des DVM-Arbeitskreises Bruchmechanik und Bauteilsicherheit CY - Online meeting DA - 22.02.2022 KW - FEM KW - Bauteilbewertung KW - Fail-safe KW - Analytisches Modell PY - 2022 U6 - https://doi.org/10.48447/Br-2022-BB VL - 254 SP - 1 EP - 11 PB - DVM CY - Berlin AN - OPUS4-54406 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - 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 - 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 U6 - 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 - CONF A1 - Blasón Gonzalez, Sergio A1 - Chaudry, M. A1 - Elorriaga, A. A1 - Madia, Mauro A1 - Zerbst, Uwe A1 - Llavori, I. A1 - Hilgenberg, Kai T1 - Design methodology of vessel produced by L PBF stainless steel using representative specimens N2 - This work presents the preliminary results of an ongoing project with a double objective: on the one hand, the characterisation of the mechanical properties against fatigue damage of an additively manufactured 316 stainless steel produced by laser powder bed-based (L-PBF) technology; on the other hand, the implementation of numerical simulation techniques able to predict the mechanical behaviour of the material in order to optimise and reduce the design costs of vessels used in the chemical sector. The current state of the work developed in this research framework allows showing the first batch of experimental results of crack propagation rate (FCGR) and high cycle fatigue (HCF) tests. The geometry of the vessels studied presents three clearly differentiated regions, either in terms of thickness (11-15 mm) or concerning the inclination of the walls to the direction of manufacturing (0º - 45º). The experimental campaign carried out so far allows identifying the differences in behaviour when comparing different extraction locations around the vessel. This is due to the variations in thermal cycles that the deposited material undergoes during the manufacturing process. Therefore, this causes variations in the microstructure which lead to changes in the response of the material. In this work, these differences are analysed qualitatively and quantitatively from the results of FCGR and HCF, thus allowing to locate the regions with the highest risk in terms of structural integrity against fatigue. This preliminary phase together with the numerical simulation of the additive manufacturing process are key to achieving a reliable description and modelling of the material. The latter will make it possible to address the priority aim of this project, involving the manufacture of independent samples whose properties are representative of the original material extracted from the reference vessels. It is, therefore, a comprehensive methodology for the design of additively manufactured components based on the localised fatigue mechanical properties of representative specimens. T2 - ECF23, European Conference on Fracture 2022 CY - Funchal, Portugal DA - 27.06.2022 KW - Additive manufacturing KW - Steel 316L KW - Fracture Mechanics PY - 2022 AN - OPUS4-55240 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Duarte, Larissa A1 - Madia, Mauro A1 - Zerbst, Uwe T1 - The effect of the environmental conditions on the threshold against fatigue crack propagation N2 - The threshold against fatigue crack propagation (ΔKth) is a crucial parameter for the damage tolerance assessment of engineering components subjected to cyclic loading and it is composed by two distinct components, one intrinsic, dependent on the elastic material properties and the lattice type, and one extrinsic, related to the occurrence of crack closure effects. An important issue is that several factors can influence ΔKth and, in general, the fatigue crack propagation behavior. In this work, the influence of the experimental procedure, air humidity, stress ratio and test frequency on da/dN-ΔK data has been investigated. Results are discussed with their potential causes and consequences on the calculations of the residual lifetime. KW - Fatigue crack propagation threshold KW - Crack closure effect KW - Experimental procedure KW - Environmental conditions PY - 2022 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:b43-544905 VL - 38 SP - 292 EP - 299 PB - Elsevier B.V. AN - OPUS4-54490 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Duarte, Larissa A1 - Madia, Mauro A1 - Zerbst, Uwe T1 - The use of effective fatigue crack propagation data obtained at closure-free conditions for component assessment N2 - The knowledge of fatigue crack propagation data in terms of their effective values is important for a conservative and safe life assessment of components subjected to cyclic loading. To overcome issues related to the precise consideration of the crack-closure effects on experimental data obtained at small R ratios, closure-free data have been obtained at R ≈ 0.8 by different experimental procedures. The statistical analysis of the intrinsic fatigue crack propagation threshold obtained experimentally has shown a small data scatter and good agreement between procedures. When compared with effective values obtained from analytical corrections of closure-affected data, the data obtained at R ≈ 0.8 should lead to a conservative life estimation. T2 - 43rd International Conference on Materials Mechanics CY - Sani, Greece DA - 05.06.2022 KW - Component assessment KW - Effective crack propagation data KW - Experimental procedure KW - Crack-closure PY - 2022 SP - 104 EP - 108 AN - OPUS4-56851 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - 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 - JOUR A1 - Duarte, Larissa A1 - Madia, Mauro A1 - Zerbst, Uwe A1 - Schönherr, J. A. A1 - Geilen, M. B. A1 - Klein, M. A1 - Oechsner, M. T1 - Recent developments in the determination of fatigue crack propagation thresholds N2 - The impact of crack closure and environmental effects on the experimental determination of the fatigue crack propagation threshold is a major problem for the assessment of cyclically loaded components, especially at low stress ratios 𝑅. In this work, the influence of the experimental procedure and air humidity on d𝑎∕d𝑁 − 𝛥𝐾 data at different 𝑅 is discussed. Unlike the results at 𝑅 = −1, the threshold values obtained at 𝑅 ≈ 0.8, i.e. under negligible crack closure levels, show a very small scatter band regardless of the variation of the test parameters and environmental conditions. KW - Fatigue crack propagation threshold KW - Component assessment KW - Crack closure KW - Environmental effects KW - Testing parameters PY - 2022 U6 - https://doi.org/10.1016/j.ijfatigue.2022.107131 SN - 0142-1123 VL - 164 SP - 1 EP - 15 PB - Elsevier Ltd. AN - OPUS4-55403 LA - eng 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 - 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 U6 - 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 - JOUR A1 - Hadley, I. A1 - Zerbst, Uwe A1 - Coules, H. A1 - James, P. A1 - Sharples, J. A1 - Bath, S. A1 - Larrosa, N. T1 - Knowledge gaps in fitness-for-service assessment procedures; summary of the 2nd ‘mind the gap’ workshop N2 - In 2015, the University of Manchester hosted a workshop (‘Mind the Gap’) aimed at identifying gaps in a number of structural integrity fitness-for-service procedures, including R5, R6, BS 7910 and API/ASME. The findings were subsequently summarised in a journal paper and shared with the relevant stakeholders. A second workshop, this time hosted by the University of Bristol in 2017, was intended to build on the findings of the earlier event, identifying which gaps had been filled, which remain and whether new ones have been identified in the meantime. ‘Mind the Gap 2’ was wide-ranging, including consideration of failure by fracture, fatigue crack growth, hightemperature creep and environmentally assisted crack growth, along with the use of innovative techniques to follow the progress of crack growth from the atomic to the macroscopic scale. A summary of the whole event is thus outside the scope of a single paper, so here we concentrate mainly on advances in fracture assessment, on the interface between inspection and ECA, and on how developments are being incorporated into structural integrity procedures. There is a particular emphasis on the energy transition in the UK, where the planned energy mix will include both nuclear power and offshore wind. KW - Flaw assessment procedures KW - Non-sharp defects KW - Flaw interaction KW - Codes and standards KW - Nuclear reactor systems PY - 2023 U6 - https://doi.org/10.1016/j.ijpvp.2022.104883 SN - 0308-0161 VL - 202 SP - 1 EP - 14 PB - Elsevier Science CY - Amsterdam [u.a.] AN - OPUS4-56846 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 - JOUR A1 - Hilgenberg, Kai A1 - Daum, Werner A1 - Maierhofer, Christiane A1 - Altenburg, Simon A1 - Bruno, Giovanni A1 - Heckel, Thomas A1 - Skrotzki, Birgit A1 - Zerbst, Uwe A1 - Kranzmann, Axel A1 - Bettge, Dirk A1 - Sommer, Konstantin A1 - Seeger, Stefan A1 - Nitsche, Michael A1 - Günster, Jens A1 - Evans, Alexander T1 - Additive manufacturing at the BAM: We focus on Safety N2 - In Germany, the Federal Institute for Materials Research and Testing (BAM) is addressing challenges in the implementation of additive manufacturing on the industrial landscape for safety-critical applications. KW - Process development KW - Additive Manufacturing KW - In-situ Process Monitoring KW - Non-destructive Materials KW - Characterisation KW - Safety KW - Fatigue KW - Environment KW - Standardisation PY - 2019 UR - https://static.asminternational.org/amp/201910/22/ SN - 0882-7958 VL - 177 IS - 7 SP - 22 EP - 26 PB - ASM International CY - Materials Park, OH, USA AN - OPUS4-49780 LA - eng 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 - 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 - 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 - 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 - 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 - 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 U6 - 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 - 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 U6 - 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 - 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 U6 - 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 - 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 - 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 U6 - 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 - 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 U6 - 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 - 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 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:b43-311961 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 - 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 - JOUR A1 - Madia, Mauro A1 - Zerbst, Uwe A1 - Beier, T. A1 - Schork, B. T1 - The IBESS model – Elements, realisation and validation N2 - The work presents the procedure developed within the German research project IBESS, which allows for the fracture mechanics-based prediction of the fatigue strength of welded joints under constant amplitude loading. Based on the experimental observations of the crucial failure mechanisms, the approach focuses on the short crack propagation, where elastic-plastic fracture mechanics and the build-up of closure effects must be considered as well as the variability of the local geometry at the weld toe and the modelling of multiple crack interaction. Analytical solutions are provided for the approximation of the through-thickness stress profiles at the weld toe and for the determination of the crack driving force in the form of a plasticity-corrected stress intensity factor range ∆K_p. Proposals for the determination of the initial crack size and the crack closure factor are also included. The approach is validated against a large number of experimental data, which comprises fatigue tests on individual cracks monitored by heat tinting and beach-marking techniques, as well as stress life curves. Three kinds of welded joints, two steels of significant different strengths and three stress ratios are considered. The results show that the procedure provides good estimations of the statistical distribution of the fatigue strength of welded joints both for the finite and infinite life regime. Furthermore, the predictions are compared with available benchmark data for structural steels. KW - Welded joints KW - Life prediction KW - Fatigue crack growth KW - Short cracks KW - Crack closure PY - 2018 U6 - https://doi.org/10.1016/j.engfracmech.2017.08.033 SN - 0013-7944 SN - 1873-7315 VL - 198 SP - 171 EP - 208 PB - Elsevier AN - OPUS4-46852 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 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:b43-425577 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 - JOUR A1 - Madia, Mauro A1 - Zerbst, Uwe A1 - Werner, Tiago T1 - Estimation of the Kitagawa-Takahashi diagram by cyclic R curve analysis N2 - The Kitagawa-Takahashi (KT) diagram is a proven concept for describing the fatigue limit in presence of a defect or crack. It can be determined empirically with great experimental effort. It can also be estimated by means of the El Haddad relationship if the endurance limit and the long fatigue crack propagation threshold are available in reasonable accuracy. A third option is the determination using the cyclic R-curve, which describes the dependency of the fatigue crack propagation threshold on the crack growth at the short crack propagation stage. This can be experimentally determined using a closure-free initial pre-crack. It can then be applied to the determination of crack arrest for a given applied load and a given defect or crack size. Compared to the other two methods mentioned above, this option has considerable advantages: It can be applied to any component and any stress ratio. It allows the treatment of multiple cracks and provides estimations of the S-N curve in the finite life regime as well as at the endurance limit. Compared to the empirical determination of the KT diagram, the experimental effort is significantly lower and compared to the El Haddad approach it avoids problems such as the use of non-conservative long fatigue crack propagation thresholds (when the conventional load reduction method is applied to materials prone to corrosion) and the mathematical predetermination of the curve shape. The work introduces the method and provides a critical discussion as well as quantitative comparison between the different methods. T2 - FATIGUE DESIGN 2021 CY - Online meeting DA - 17.11.2021 KW - Fatigue life KW - Endurance limit KW - Kitagawa-Takahashi diagram KW - Cyclic R-curve PY - 2022 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:b43-544931 SN - 2452-3216 VL - 38 SP - 309 EP - 316 PB - Elsevier B.V. AN - OPUS4-54493 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Scacco, F. A1 - Zerbst, Uwe A1 - Meneghetti, G. A1 - Madia, Mauro T1 - Comparison between PSM and IBESS approaches for the fatigue life estimation of weldments N2 - In the framework of the fatigue assessment of welded components, several methods are available in design standards such as the nominal stress, hot-spot stress, notch stress and linear elastic fracture mechanics approaches. The present paper aims at comparing two advanced local approaches for the fatigue strength assessment of different welded joints made of steel. The first one is IBESS which is based on short crack fracture mechanics. The second one is the PSM which instead involves the strain energy density approach. Both methods will be briefly presented, and the fatigue life prediction results discussed. The results obtained for the joint geometries considered in this work show advantages and drawbacks of the approaches, which are thoroughly analysed as well. KW - Fatigue KW - Welded joints KW - FAT class KW - IBESS KW - Peak stress method (PSM) KW - Finite element (FE) PY - 2022 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:b43-545139 SP - 1 EP - 23 PB - Springer AN - OPUS4-54513 LA - eng 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 U6 - 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 - 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 - 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 - Schönherr, J. A. A1 - Duarte, Larissa A1 - Madia, Mauro A1 - Zerbst, Uwe A1 - Geilen, M. B. A1 - Klein, M. A1 - Oechsner, M. T1 - Robust determination of fatigue crack propagation thresholds from crack growth data N2 - The robust determination of the threshold against fatigue crack propagation DKth is of paramount importance in fracture mechanics based fatigue assessment procedures. The standards ASTM E647 and ISO 12108 introduce operational definitions of DKth based on the crack propagation rate da/dN and suggest linear fits of logarithmic DK– da/dN test data to calculate DKth. Since these fits typically suffer from a poor representation of the actual curvature of the crack propagation curve, a method for evaluating DKth using a nonlinear function is proposed. It is shown that the proposed method reduces the artificial conservativeness induced by the evaluation method as well as the susceptibility to scatter in test data and the influence of test data density. KW - Fatigue crack propagation threshold KW - ISO 12108 KW - ASTM E647 KW - Data evaluation methods KW - Experimental determination PY - 2022 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:b43-552153 SN - 1996-1944 VL - 15 IS - 14 SP - 1 EP - 21 PB - MDPI CY - Basel AN - OPUS4-55215 LA - eng 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 U6 - 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 - JOUR A1 - Werner, Tiago A1 - Madia, Mauro A1 - Zerbst, Uwe T1 - Comparison of the fatigue behavior of wrought and additively manufactured AISI 316L N2 - Additive manufacturing (AM) is becoming increasingly important in engineering applications due to the possibility of producing components with a high geometrical complexity allowing for optimized forms with respect to the in-service functionality. Despite the promising potential, AM components are still far from being used in safety-relevant applications, mainly due to a lack of understanding of the feedstock-process-properties-performance relationship. This work aims at providing a full characterization of the fatigue behavior of the additively manufactured AISI 316L austenitic stainless steel and a direct comparison with the fatigue performance of the wrought steel. To this purpose, a set of specimens has been produced by laser powder bed fusion (L-PBF) and subsequently heat treated at 900 °C for 1 hour for complete stress relief, whereas a second set of specimens has been machined out of hot-rolled plates. Low cycle fatigue (LCF) and high cycle fatigue (HCF) tests have been conducted for characterizing the fatigue behavior. The L-PBF material had a higher fatigue limit and better finite life performance compared to wrought material. Both, LCF and HCF-testing revealed an extensive cyclic softening. T2 - FATIGUE DESIGN 2021 CY - Online meeting DA - 17.11.2021 KW - Additive manufacturing KW - L-PBF KW - 316L KW - Fatigue KW - LCF KW - HCF PY - 2022 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:b43-544952 SN - 2452-3216 VL - 38 SP - 554 EP - 563 PB - Elsevier B.V. AN - OPUS4-54495 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - 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 - 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 - 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 - 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 - 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 - 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 - 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 -