Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Rissarrest und Schwingfestigkeit: Zuverlässige und praxisnahe Methode zur Ermittlung von Kitagawa-Takahashi-Diagrammen (ehemals VP 1616)

Kitagawa-Takahashi (KT) -Diagramme sind ein praxisrelevantes Werkzeug zur Ermittlung der Tragfähigkeit defektbehafteter Bauteile unter zyklischer Last. Bei Stahl sind die wichtigsten Werkstoffdefekte nichtmetallische Einschlüsse von 10 ÷ 25 Mikrometer Größe. Untersuchungen der Antragsteller weisen darauf hin, dass die konventionelle Ermittlung (empirisch sowie mittels des sog. El Haddad-Ansatzes) im technisch wichtigen Bereich von Defektgrößen größer als 10 ÷ 25 Mikrometer bis zu 25% nichtkonservative Aussagen liefert. Ziel des Projekts ist eine systematische experimentelle und theoretische Untersuchung zur Aufklärung dieses Effekts. Dazu werden an zwei Stahlzuständen mit geringer und höherer Festigkeit, zwei Kerbkonfigurationen (elektroerosiv und Laser) und für verschiedene Spannungsverhältnisse experimentell KT-Diagramme aufgenommen und berechneten Diagrammen gegenübergestellt. Die Rechnungen erfolgen mittels El Haddad-Ansatz und unter Nutzung eines von den Antragstellern entwickelten theoretischen Ansatzes als Rissarrestanalysen. Dazu sind verschiedene Eingangsdaten wie zyklische Spannungs-Dehnungs-Kurven, Risswachstums-Diagramme einschließlich der Schwellenwerte gegen Ermüdungsrissausbreitung und zyklische R-Kurven (Abhängigkeit des Schwellenwerts von der Risstiefe im Kurzrissbereich) bereitzustellen. Im Ergebnis erarbeiten die Antragsteller Empfehlungen für die Ermittlung realistischer KT-Diagramme. Zudem wird ein Verfahren entwickelt, dass eine weniger aufwändige Ermittlung der Diagramme unter Einbeziehung des Elektropotentialverfahrens in Verbindung mit Rissarrest ermöglicht. Die theoretische Rissarrestanalyse erlaubt schließlich die Übertragung der Ergebnisse von einfachen Probengeometrien auf Bauteile. Die Reduzierung des Aufwandes bei der Ermittlung der KT-Diagramme kommt nicht zuletzt KMU zugute, reduziert sie doch die Kosten für zu vergebende Aufträge bzw. versetzt die Firmen selbst in der Lage, die Information zu ermitteln.