Vorhersage des Ermüdungsrissausbreitungsverhaltens von Aluminiumlegierungen für Beanspruchungen mit variablen Mittelspannungen

Für realistische Lebensdauervorhersagen von rissbehafteten Bauteilen muss das Rissausbreitungsverhalten für wechselnde Beanspruchungsamplituden und variable Mittelspannungen bekannt sein. Dazu wurde ein Verfahren entwickelt, mit dem auf der Grundlage von nur zwei Rissausbreitungsexperimenten eine Vorhersage des Rissausbreitungsverhaltens für beliebige Mittelspannungen möglich ist. Neben einer Rissausbreitungskurve für ein konstantes Spannungsverhältnis R wird lediglich ein weiterer Versuch benötigt, bei dem der Schwellenwert durch eine Erhöhung der Unterspannung erreicht wird. Auf der Grundlage dieser beiden Versuche lassen sich die R‐Abhängigkeit des Schwellenwertes und die für entsprechende Rissfortschrittsrechnungen benötigten Konstanten vorhersagen. Das Verfahren liefert eine geschlossene Funktion zur Beschreibung der Rissfortschrittskurven für beliebige Spannungsverhältnisse. Die Modellrechnung wurde anhand experimenteller Daten für die Aluminiumlegierungen 6013 T62 und 2024 T351 verifiziert. Sie zeigt insgesamt sehr gute Übereinstimmungen mit dem Experiment. Die auf diese Weise ermittelbaren Ergebnisse stellen eine wichtige Grundlage für Betriebsfestigkeitsrechnungen an rissbehafteten Bauteilen, insbesondere bei Kollektiven mit variabler Mittelspannung, dar. Das vorgestellte Verfahren bietet somit eine schnelle und damit kostengünstige Möglichkeit zur vollständigen Ermittlung des Rissfortschrittsverhaltens unter variablen Mittelspannungen.