A general model for stress-life fatigue prediction

• Published in: Materialwissenschaft und Werkstofftechnik 2008-06, Vol.39 (6), p.400-406
• Main Author: Al-Rubaie, K. S.
• Format: Article
• Language: English
• Subjects: Aluminium alloy; Aluminiumlegierung; Ermüdungsmodell; Fatigue model; Formzahl; Mean stress; Mittelspannung; Statistical analysis; Statistische Auswertung; Stress concentration factor
• ISSN: 0933-5137; 1521-4052
• DOI: 10.1002/mawe.200800282

From several factors that influence the fatigue behaviour of a particular material, the stress ratio or mean stress and the stress concentration factor are of great importance for the structural calculation. Since most components and structural members contain notches that could be sites of fatigue crack initiation, fatigue data from specimens with different forms of notches have to be collected. The collection of such data at various stress ratios or mean stresses is not economic and time‐consuming. Based on the Walker equivalent stress model, a general fatigue life model is presented and tested with 2024‐T3 fatigue data, available in the literature. The Walker model considered only the effect of stress ratio or mean stress on the fatigue behaviour. On the other hand, in the proposed model, the combined effect of mean stress and stress concentration factor on fatigue behaviour is demonstrated. The statistical analysis indicates that the presented model is very efficient to interpolate the fatigue life successfully, thereby reducing both time and cost. Ein allgemeines Modell zur Abschätzung der Ermüdungslebensdauer Von mehreren Faktoren, die das Ermüdungsverhalten eines bestimmten Werkstoffs beeinflussen, sind das Spannungsverhältnis bzw. die Mittelspannung und die Formzahl für die Strukturberechnung von großer Bedeutung. Da die meisten Bauteile Kerben enthalten, die Stellen für die Ermüdungsrissentstehung sein können, müssen Ermüdungsdaten von Proben mit verschiedenen Kerbformen erfasst werden. Die Erfassung solcher Daten ist bei verschiedenen Spannungsverhältnissen bzw. Mittelspannungen nicht wirtschaftlich und zeitaufwendig. Auf der Basis des von Walker veröffentlichten Äquivalent‐Spannungsmodells wird ein allgemeines Ermüdungsmodell vorgestellt, und mit in der Literatur verfügbaren Ermüdungsdaten der Aluminiumlegierung 2024‐T3 geprüft. Das Walker‐Modell betrachtete nur den Effekt der Mittelspannung auf das Ermüdungsverhalten. Andererseits wird im vorgeschlagenen Modell der kombinierte Effekt von Mittelspannung und Formzahl auf das Ermüdungsverhalten dargestellt. Die statistische Auswertung weist darauf hin, dass das vorgestellte Modell sehr effizient ist, um die Ermüdungslebensdauer erfolgreich zu interpolieren und dabei sowohl Zeit als auch Kosten zu reduzieren.