Prediction of Fatigue Lifetime under Multilevel Cyclic Loading Based on a Short Crack Growth Model in a Low Carbon Steel SAE 1017

• Published in: Steel research international 2003-08, Vol.74 (8), p.498-503
• Main Authors: Laue, Sascha, Bomas, Hubert, Mayr, Peter
• Format: Article
• Language: English
• Subjects: Amplitudes; Applied sciences; Condensed matter: structure, mechanical and thermal properties; Crack initiation; Crack propagation; Deviation; Exact sciences and technology; Fatigue; Fatigue failure; Fatigue, brittleness, fracture, and cracks; Low carbon steels; Mathematical models; Mechanical and acoustical properties of condensed matter; Mechanical properties and methods of testing. Rheology. Fracture mechanics. Tribology; Mechanical properties of solids; Metals. Metallurgy; Multilevel; Physics; Service life
• ISSN: 1611-3683; 1869-344X
• DOI: 10.1002/srin.200300223

This contribution deals with the initiation and growth of short fatigue cracks in cyclic loaded notched specimens made of the 0.15 wt% carbon steel SAE1017. On the basis of experimentally determined data, a damage model based on cyclic crack growth has been developed, which accounts for the anomalous behaviour of short fatigue cracks. In this model the initiation and propagation of a critical crack is regarded as damage. This approach allows to calculate fatigue life for constant amplitude tests as well as for multilevel tests and irregular loading. Deviations from Miner's rule, which have been often observed for two‐level tests, are attributed to the varying fraction of crack initiation and propagation phase for different loads. The inaccuracy of Miner's rule deduced from two‐level tests is of secondary importance for service life calculation when compared with the negligence of amplitudes below the fatigue limit. The proposed model yields shorter service life than the elemental version of Miner's rule. In diesem Beitrag wird das Kurzrissverhalten in zyklisch beanspruchten gekerbten Proben des Stahls Cm15 behandelt. Anhand experimenteller Daten wird ein auf der zyklischen Rissausbreitung basierendes Schädigungsmodell entwickelt, welches das anomale Ausbreitungsverhalten kurzer Risse berücksichtigt. Die Bildung und Ausbreitung eines kritischen Risses wird in diesem Modell als Schädigung aufgefasst. Der gewählte Ansatz erlaubt es, sowohl die Einstufenlebensdauer als auch die Anrisslebensdauer bei zweistufiger und regelloser Beanspruchung zu beschreiben. Abweichungen von der Minerregel, wie sie für Zweistufenversuche häufig beobachtet werden, konnten auf beanspruchungsabhängige Anteile der Rissinitiierungsphase an der Gesamtlebensdauer zurückgeführt werden. Die in Zweistufenversuchen ermittelte Ungenauigkeit der Minerregel wirkt sich jedoch in Lebensdauerberechnungen weit geringer aus als die Vernachlässigung von Beanspruchungen unterhalb der Dauerfestigkeit. Das vorgestellte Modell liefert im Vergleich zu der elementaren Variante der Minerregel kürzere Lebensdauern.