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Organisationseinheit der BAM
Any fracture mechanics based determination of the fatigue strength of weldments requires different input information such as the local weld geometry and material data of the areas the crack is passing through during its propagation. The latter is so far not a trivial task as the fatigue crack is usually initiated at the weld toe at the transition from the weld metal to the heat affected zone and it subsequently propagates through the different microstructures of the latter to eventually grow into the base material and to cause final fracture. This paper describes how the material input information has gained particularly for heat affected zone material by thermo-mechanically simulated material specimens for two steels of quite different static strength. The data comprise the cyclic stress-strain curve, the crack closure effect-corrected crack growth characteristics, long crack fatigue crack propagation thresholds, the dependency of the parameter on the crack length and monotonic fracture resistance. The substantial experimental effort was necessary for the validation exercises of the IBESS approach, however, within the scope of practical application more easily applicable estimating methods are required. For that purpose the paper provides a number of appropriate proposals in line with its check against the reference data from the elaborate analyses.
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.