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 - 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 - Klinger, Christian T1 - Material defects as cause for the fatigue failure of metallic components N2 - The paper provides an overview on material defects which may serve as fatigue crack initiation sites and can cause final fatigue failure of a component. These comprise nonmetallic inclusions in Steel and aluminum alloys, cavities such as pores, micro-shrinkages and un-welded regions in cast, sinter and additively manufactured alloys, graphite nodules, shrinkages and other items in modular cast iron, regions of defective microstructure, microcracks and secondary notches such as undercuts and surface roughness. Besides their origin, the effect and mechanisms on fatigue crack initiation and propagation are discussed. The considerations are proceeded and accompanied by a Brief discussion of some Basic aspects such as the stages of crack propagation along their length scale, the overcoming of crack arrest and the question when a secondary notch can be treated as a crack. KW - Material defects KW - Fatigue strength and life KW - Non-metallic inclusions KW - Pores KW - Shrinkages KW - Graphite modules KW - Surface roughness PY - 2019 DO - https://doi.org/10.1016/j.ijfatigue.2019.06.024 SN - 0142-1123 SN - 1879-3452 VL - 127 SP - 312 EP - 323 PB - Elsevier AN - OPUS4-49127 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Zerbst, Uwe T1 - Schwingfestigkeit und Bruchmechanik N2 - Der Vortrag behandelt in grundsätzlicher weise die Anwendung bruchmechanischer Methoden auf die rechnerische Ermittlung der Wöhlerkurve. Dabei werden die Besonderheiten des Kurzrisswachstums (Notwendigkeit der elastisch-plastischen Beschreibung der zyklischen Rissspitzenbelastung, gradueller Aufbau des Rissschlißphänomens) ebenso diskutiert wie das Problem des Mehrfachrissewachstums und Rissarrest. Die Ausführungen werden an einem Beispiel illustriert. T2 - Sitzung des FKM - Fachkreises "Bauteilfestigkeitä2 CY - Frankfurt/M., Germany DA - 05.09.2019 KW - Schwingfestigkeit KW - Bruchmechanik KW - Rissarrest KW - Kurzrisswachstum PY - 2019 AN - OPUS4-49085 LA - deu 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 - JOUR A1 - Zerbst, Uwe T1 - Application of fracture mechanics to welds with crack origin at the weld toe—a review. Part 2: welding residual stresses. Residual and total life assessment N2 - The two-part paper series provides an overview on the state-of-the-art in the application of engineering fracture mechanics to weldments limited to butt and fillet welds with crack initiation at weld toes. In the present second part, one focus is on welding residual stresses, their characteristics and stability under cyclic loading and their effect on structural integrity. Subsequently, features will be addressed which are essential for applying fracture mechanics to overall fatigue life and fatigue strength considerations of weldments. These comprise fatigue life relevant initial crack sizes and multiple crack initiation and Propagation due to various stress peaks along the weld toe. A concept is briefly introduced which covers all these aspects. KW - Fracture mechanics KW - Welding residual stresses KW - Multiple crack propagation KW - Fatigue strength PY - 2020 DO - https://doi.org/10.1007/s40194-019-00816-y VL - 64 IS - 1 SP - 151 EP - 169 PB - Springer AN - OPUS4-50263 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Zerbst, Uwe T1 - Application of Fracture Mechanics to welds with crack origin at the weld toe - a Review - Part 1: Consequences of inhomogeneous microstructure for materials testing and failure assessment N2 - The two-part paper provides an overview on the state-of-the-art in the application of engineering fracture mechanics to weldments. This, of course, cannot be exhaustive but is limited to butt and fillet welds with crack initiation at weld toes. In the present first pari, the authors briefly focus on the susceptibility of welds to cracks and other defects. Following this, they discuss in more detail the consequences of material inhomogeneity across the weld for fracture mechanics. Inhomogeneity causes scatter in fracture toughness and strength mis-match effects which both have to be considered in fracture toughness testing, crack driving force determination and fracture assessment of welded components. Part 2 of the paper series will add a discussion of welding residual stresses and questions of applying fracture mechanics to residual as well as total lifetime estimation of welds under cyclic loading. KW - Fracture toughness KW - Crack driving force KW - Material inhomogeneity KW - Strength mis-match PY - 2019 DO - https://doi.org/10.1007/s40194-019-00801-5 SN - 0043-2288 VL - 63 IS - 6 SP - 1715 EP - 1732 PB - Springer AN - OPUS4-48755 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Zerbst, Uwe A1 - Madia, Mauro A1 - Hildenberg, Kai A1 - Hrabe, N. T1 - Thoughts on damage tolerance and safe life design in metallic AM structures N2 - Der Vortrag bietet eine Diskussion zur Abschätzung des Schadenstoleranzverhaltens metallischer AM - Komponenten. Im Fokus stehen Probleme bei der Ermittlung repräsentativer Materialdaten, der Einfluss von Materialdefekten und Eigenspannungen. Ausgehend von derzeitigem Stand auf dem Gebiet werden Möglichkeiten der Schadenstoleranten Bauteileauslegung von AM diskutiert. N2 - The presentation provides a discussion and damage tolerant assessment of metallic AM components. In the focus are problems of the determination of representative material data, the effect of material defects and residual stresses. Starting with the actual state-of-the-art in the field, options and possibilities of a damage tolerant design for AM are discussed. T2 - BAM/NIST-Workshop on Fatigue of Additive Manufactured Metallic Components CY - Berlin, Germany DA - 16.05.2019 KW - Schadenstolerante Bauteilauslegung KW - Repräsentative Werkstoffeigenschaften KW - Defekte Eigenspannung KW - Damage tolerant component design KW - Representative material properties KW - Residual stresses PY - 2019 AN - OPUS4-48810 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Zerbst, Uwe T1 - Foreword N2 - The subject of this Special Issue is the fracture mechanics-based determination of the fatigue strength of weldments. Except for one, all papers were written in closer or wider relation to a methodology developed within the framework of the German Project cluster IBESS. Some of them provide background or supplementary information needed in that context but which is also relevant in a wider frame of research activities. The acronym IBESS stands for the topic of this Special Issue (in German: „Integrale Methode zu Bruchmechanischen Ermittlung der Schwingfestigkeit von Schweißverbindungen). Eight partners were involved. The cluster was cooperatively founded by the German Research Foundation (Deutsche Forschungsgemeinschaft) and by the German AiF Network (Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen) for industrial research. KW - Fracture mechanics PY - 2018 DO - https://doi.org/10.1016/j.engfracmech.2018.05.046 SN - 0013-7944 VL - 198 IS - SI SP - 1 EP - 1 PB - Elsevier Ltd. AN - OPUS4-48696 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Zerbst, Uwe A1 - Madia, Mauro A1 - Vormwald, M. T1 - Applying fracture mechanics to fatigue strength determination - some basic considerations N2 - A discussion is provided on demands that must be met in order to apply fracture mechanics to the determination of overall fatigue lifetime and strength, i.e., S-N curves and fatigue limits. These comprise the determination of the cyclic crack driving force for all stages of fatigue crack propagation, in particular for the short crack stage where the crack driving force has to be determined for elastic-plastic deformation and the gradual build-up of the crack closure phenomenon. Special emphasis is put on a fatigue damage relevant specification of the initial crack size. Different approaches in the literature are discussed. Another important aspect is the adequate treatment of multiple crack propagation. Finally, the discussion is illustrated by an example of a butt weld made of a medium strength steel. KW - Multiple cracks KW - Fatigue strength KW - Fracture mechanics KW - Fatigue crack propagation KW - Initial crack size PY - 2019 DO - https://doi.org/10.1016/j.ijfatigue.2019.05.009 SN - 0142-1123 VL - 126 SP - 188 EP - 201 PB - Elsevier Ltd. AN - OPUS4-48091 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Zerbst, Uwe A1 - Madia, Mauro A1 - Hensel, J. A1 - Nitschke-Pagel, T. T1 - Schweißeigenspannungen und Bauteilintegrität aus bruchmechanischer Sicht N2 - Der Vortrag thematisiert die Behandlung von Schweißeigenspannungen bei der Auslegung geschweißter Bauteile. Ausgehend von Fragen der Klassifizierung unterschiedlicher Typen von Eigenspannungen wird auf Fragen der Behandlung von Primär- und Sekundärspannungen, der Ermittlung und Aussagefähigkeit von Eigenspannungs-Tiefen-Profilen und der Stabilität der Eigenspannungen bei zyklischer Beanspruchung eingegangen. Neben der Auslegung auf Bruch wird die Beschreibung der Ermüdungsrissausbreitung bei Vorhandensein von Eigenspannungen diskutiert, wobei neben der klassischen Langrissbruchmechanik auch Besonderheiten der Kurzrissbruchmechanik angesprochen werden. T2 - DVM - Workshop "Eigenspannungen in der industriellen Praxis" CY - Berlin, Germany DA - 05.11.2019 KW - Schweißeigenspannungen KW - Primär- und Sekundärspannungen KW - Schweißeigenspannungs-Tiefen-Profile KW - Stabilität von Eigenspannungen KW - Kurz- und Langriss-Ermüdungsbruchmechanik PY - 2019 AN - OPUS4-49498 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 - 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 DO - 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 -