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Berücksichtigung von Durchläufen bei der Auswertung von Ermüdungsversuchen

Fachliche Zuordnung Konstruktiver Ingenieurbau, Bauinformatik und Baubetrieb
Förderung Förderung von 2015 bis 2022
Projektkennung Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 274667888
 
Erstellungsjahr 2022

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Im Rahmen des durchgeführten Forschungsprojekts wurde die Anwendung der auf dem Ansatz einer Weibull-Verteilung basierenden CFC-Methode zur Ermittlung des Ermüdungswiderstands bei der Auswertung von Schwingversuchen untersucht. Hierzu wurden die entsprechenden theoretischen Hintergründe aufbereitet. Die zu bestimmenden Parameter werden durch die Lösung eines nichtlinearen Optimierungsproblems definiert und die Weibull-Parameter können durch die Anwendung der Probability Weighted Moments (PWM) geschätzt werden. Die entsprechenden Algorithmen und Berechnungen wurden in Matlab implementiert und angewendet. Die Verwaltung der Daten wird mit einer MySQL Datenbank durchgeführt. Anschließend wurden Schwingversuche mit ungeschweißten und geschweißten Probekörpern aus S355 sowie auch an Versuchkörpen aus austenitischem Stahl 1.4301 mit einer geometrischen Kerbe (Bohrung) durchgeführt. Es wurden gezielt Durchläufer erzeugt, die nach dem Erreichen des Abbruchkriteriums bei höheren Schwingbreiten weiter bis zum Bruch beansprucht wurden. Die CFC-Methode erlaubt auch die Nutzung der Versuchsdaten von Durchläufern. Damit wird es möglich, bisher nicht nutzbare, aufwändig erzeugte Versuchsdaten mit in die statistische Auswertung einzubeziehen. Zudem werden bei Verwendung des neuen Auswerteverfahrens stetig differenzerbare Verläufe, d.h. „echte“ Wöhlerkurven erzeugt. Die in den verfügbaren Regelwerken angegebenen und zu hinterfragenden Abknickpunkte sind somit nicht mehr vorhanden. Die Ergebnisse zeigen, dass die Weibull-Methode eine geeignete Alternative ist, um die gewonnenen Ermüdungsdaten zu analysieren und den Zusammenhang zwischen Spannungsschwinbreite und ertragbarer Schwingspielzahl in Form von im doppeltlogarithmischem Massstab nichtlinearen Wöhlerkurven darzustellen. Die mit der neuen Auswertemethodik erhaltenen Quantilen der Spannungsschwingbreiten sind eindeutig höher und ihre entsprechenden Vertrauensintervalle sind schmaler im Vergleich zu den Quantilen und Vertrauensintervallen des Basquin-Modells, welches derzeit im Eurocode 3 und anderen Regelwerken Anwendung findet. In fachlicher Hinsicht zeigen die Resultate, dass die Anwendung der Methode von Castillo und Fernández- Canteli zu einer genaueren und zuverlässigeren statistischen Schätzung der Lebensdauer bzw. ertragbaren Schwingspielzahl im HCF-Bereich führt und eine allgemeinere Abbildung der Wöhlerkurven ermöglicht. Auf dieser Basis sollte die Überarbeitung der bestehenden Regelwerke zur Bemessung ermüdungsbeanspruchter Kerbdetails angedacht werden

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

 
 

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