{"id":21250,"date":"2022-07-23T16:07:37","date_gmt":"2022-07-23T08:07:37","guid":{"rendered":"https:\/\/www.meetyoucarbide.com\/?p=21250"},"modified":"2022-07-27T11:24:16","modified_gmt":"2022-07-27T03:24:16","slug":"august-wohlers-experiment-statics-showing-you-how-the-4-elements-impact-on-fatigue-crack","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.meetyoucarbide.com\/de\/august-wohlers-experiment-statik-zeigt-ihnen-wie-die-4-elemente-auf-ermudungsrisse-einwirken\/","title":{"rendered":"Statik des Experiments von August W\u00f6hler, die Ihnen zeigt, wie sich die 4 Elemente auf Erm\u00fcdungsrisse auswirken"},"content":{"rendered":"

Fatigue cracks are generally the result of periodic plastic deformation in local areas. Fatigue is defined as “failure under repeated load or other types of load conditions, and this load level is not sufficient to cause failure when applied only once.” This plastic deformation occurs not because of the theoretical stress on the ideal component, but because the component surface can not be actually detected.<\/a><\/a><\/a><\/a><\/a><\/a><\/p>

August W\u00f6hler ist der Pionier der Erm\u00fcdungsforschung und stellt eine empirische Methode vor. Zwischen 1852 und 1870 untersuchte W \u00f6hler den fortschreitenden Ausfall von Eisenbahnachsen. Er baute den in Bild 1 gezeigten Pr\u00fcfstand. Dieser Pr\u00fcfstand erm\u00f6glicht es, zwei Eisenbahnachsen gleichzeitig zu drehen und zu biegen. W\u00f6hler zeichnete den Zusammenhang zwischen der Nennspannung und der zum Versagen f\u00fchrenden Lastspielzahl auf, das sp\u00e4ter W\u00f6hlerdiagramm genannt wird. Jede Kurve wird immer noch als aw \u00f6 hler Linie bezeichnet. Das Sn-Verfahren ist auch heute noch das am weitesten verbreitete Verfahren. Ein typisches Beispiel dieser Kurve ist in Abbildung 1 dargestellt.<\/p>

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Bild 1 Rotations-Biege-Erm\u00fcdungsversuch von W \u00f6 hler<\/figcaption><\/figure>

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Several effects can be observed through the w \u00f6 hler line. First, we note that the SN curve below the transition point (about 1000 cycles) is invalid because the nominal stress here is elastoplastic. We will show later that fatigue is caused by the release of plastic shear strain energy. Therefore, there is no linear relationship between stress and strain before fracture, and it cannot be used. Between the transition point and the fatigue limit (about 107 cycles), the Sn based analysis is valid. Above the fatigue limit, the slope of the curve decreases sharply, so this region is often referred to as the “infinite life” region. But this is not the case. For example, aluminum alloy will not have infinite life, and even steel will not have infinite life under variable amplitude load.<\/a><\/p>

Mit dem Aufkommen der modernen Verst\u00e4rkungstechnologie k\u00f6nnen Menschen Erm\u00fcdungsrisse genauer untersuchen. Wir wissen heute, dass die Entstehung und Ausbreitung von Erm\u00fcdungsrissen in zwei Phasen eingeteilt werden kann. In der Anfangsphase breitet sich der Riss in einem Winkel von etwa 45 Grad relativ zur aufgebrachten Last aus (entlang der Linie der maximalen Schubspannung). Nach dem \u00dcberqueren von zwei oder drei Korngrenzen \u00e4ndert sich seine Richtung und erstreckt sich entlang der Richtung von etwa 90 Grad relativ zur aufgebrachten Last. Diese beiden Stadien werden als Riss Stufe I und Riss Stufe II bezeichnet, wie in Abbildung 2 dargestellt.<\/a><\/a><\/a><\/a><\/p>

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Abbildung 2 Schematische Darstellung des Risswachstums in Stufe I und Stufe II<\/figcaption><\/figure>

If we observe a stage I crack at high magnification, we can see that the alternating stress will lead to the formation of a continuous slip band along the maximum shear plane. These slip bands slide back and forth, much like a deck of cards, resulting in uneven surfaces. The concave surface finally forms a “budding” crack, as shown in Figure 3. In phase I, the crack will expand in this mode until it meets the grain boundary and will stop temporarily. When enough energy is applied to the adjacent crystals, then the process will continue.<\/p>

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Abbildung 3 Schematische Darstellung eines kontinuierlichen Gleitbandes<\/figcaption><\/figure>

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Nach dem \u00dcberqueren von zwei oder drei Korngrenzen tritt die Richtung der Rissausbreitung nun in den Phase-II-Modus ein. In diesem Stadium haben sich die physikalischen Eigenschaften der Rissausbreitung ge\u00e4ndert. Der Riss selbst stellt ein Makrohindernis f\u00fcr den Spannungsfluss dar und verursacht eine hohe plastische Spannungskonzentration an der Rissspitze. Wie in Abbildung 4 gezeigt. Es ist zu beachten, dass sich nicht alle Risse im Stadium I bis zum Stadium II entwickeln.<\/a><\/p>

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Abb4<\/figcaption><\/figure>

In order to understand the propagation mechanism of stage II, we need to consider the situation of crack tip cross-section during the stress cycle. As shown in Figure 5. The fatigue cycle begins when the nominal stress is at point “a”. As the stress intensity increases and passes through point “B”, we notice that the crack tip opens, resulting in local plastic shear deformation, and the crack extends to point “C” in the original metal. When the tensile stress decreases through the “d” point, we observe that the crack tip closes, but the permanent plastic deformation leaves a unique serration, the so-called “cut line”. When the whole cycle ends at the “e” point, we observe that the crack has now increased the “Da” length and formed additional section lines. It is now understood that the range of crack growth is proportional to the range of applied elastic-plastic crack tip strain. A larger cycle range can form a larger Da.<\/a><\/p>

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Abb. 5 Schematische Darstellung der Rissausbreitung im Stadium II<\/figcaption><\/figure>

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Faktoren, die die Wachstumsrate von Erm\u00fcdungsrissen beeinflussen<\/h2>

Der Einfluss folgender Parameter auf die Erm\u00fcdungsrisswachstumsrate wird untersucht und konzeptionell erkl\u00e4rt:<\/p>

1Scherspannung<\/h3>

From the diagram, we can see that a certain “amount” of shear stress is released during the periodic change of the strength of the nominal stress. And the larger the range of stress changes, the greater the energy released. Through the SN curve shown in Figure 1, we can see that the fatigue life decreases exponentially with the increase of the stress cycle range.<\/a><\/p>

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Abb. 6 Elastoplastische Spannung und Dehnung entlang der Gleitfl\u00e4che und an der Risswurzel<\/figcaption><\/figure>

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2 durchschnittliche Belastung<\/h3>

Die durchschnittliche Spannung (Eigenspannung) ist auch ein Faktor, der die Erm\u00fcdungsbruchrate beeinflusst. Wenn die Ausdehnungsspannung auf den Riss der Phase II ausge\u00fcbt wird, wird der Riss konzeptionell gezwungen, sich zu \u00f6ffnen, sodass jeder Spannungszyklus eine signifikantere Wirkung hat. Wenn im Gegensatz dazu die durchschnittliche Druckspannung angelegt wird, wird der Riss gezwungen, sich zu schlie\u00dfen, und jeder Spannungszyklus muss die Vordruckspannung \u00fcberwinden, bevor sich der Riss weiter ausdehnen kann. \u00c4hnliche Konzepte gelten auch f\u00fcr Risse im Stadium I.<\/p>

3 Oberfl\u00e4chenbeschaffenheit<\/h3>

Da Erm\u00fcdungsrisse normalerweise zuerst an der Oberfl\u00e4che von Bauteilen mit Defekten auftreten, beeinflusst die Qualit\u00e4t der Oberfl\u00e4che die Wahrscheinlichkeit des Auftretens von Rissen erheblich. Obwohl die meisten Materialtestmuster hochglanzpoliert sind, erreichen sie auch die beste Erm\u00fcdungslebensdauer. Tats\u00e4chlich k\u00f6nnen die meisten Komponenten nicht mit den Proben verglichen werden, also m\u00fcssen wir die Erm\u00fcdungseigenschaften modifizieren. Die Oberfl\u00e4chenbeschaffenheit hat einen gr\u00f6\u00dferen Einfluss auf die Erm\u00fcdung von Komponenten, die Belastungszyklen mit geringer Amplitude ausgesetzt sind.<\/p>

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Bild 7 Schematische Darstellung des Einflusses der Zyklusfolge Der Einfluss der Oberfl\u00e4cheng\u00fcte l\u00e4sst sich durch Modellierung ausdr\u00fccken, dh durch Multiplikation der W\u00f6hlerlinie mit dem Oberfl\u00e4chenkorrekturparameter an der Erm\u00fcdungsgrenze.<\/figcaption><\/figure>

4 Oberfl\u00e4chenbehandlung<\/h3>

Oberfl\u00e4chenbehandlung kann verwendet werden, um die Erm\u00fcdungsbest\u00e4ndigkeit von Komponenten zu verbessern. Der Zweck der Oberfl\u00e4chenbehandlung besteht darin, Druckeigenspannungen auf der Oberfl\u00e4che zu bilden. W\u00e4hrend der Periode mit niedriger Amplitude ist die Spannung auf der Oberfl\u00e4che offensichtlich gering und beh\u00e4lt sogar den Kompressionszustand bei. Daher kann die Erm\u00fcdungslebensdauer signifikant verl\u00e4ngert werden. Wie bereits erw\u00e4hnt, gilt diese Situation jedoch nur f\u00fcr Komponenten, die Belastungszyklen mit geringer Amplitude ausgesetzt sind. Wenn eine Periode mit hoher Amplitude angewendet wird, wird die Vorkomprimierung durch die Periode mit hoher Amplitude \u00fcberwunden, und ihre Vorteile gehen verloren. Wie bei der Oberfl\u00e4chenqualit\u00e4t kann der Einfluss der Oberfl\u00e4chenbehandlung durch Modellierung gezeigt werden.<\/p><\/div>","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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