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Fatigue assessment of laserbeam welded PM steel components by the notch stress approach

Schwingfestigkeitsbewertung von laserstrahlgeschweißten gesinterten Bauteilen nach dem Kerbspannungskonzept
 
: Waterkotte, R.; Baumgartner, J.; Sonsino, Cetin Morris

:

Materialwissenschaft und Werkstofftechnik 42 (2011), Nr.10, S.881-887
ISSN: 0933-5137
Englisch
Zeitschriftenaufsatz
Fraunhofer LBF ()
fatigue assessment; laserbeam welded PM steel; notch stress; camshaft; notch stress; sintered steel; Schwingfestigkeitsversuch

Abstract
In dieser Arbeit wurde eine Bemessungsmethode für eine komplex gefertigte Motorelementkomponente, die Teil eines Nockenwellenverstellersystems ist, erarbeitet. Diese Komponente, die während des Betriebs unter pulsierendem Innendruck steht, besteht aus einem kaltumgeformten Stahldeckel, der mit einem Stahlsinterbauteil überlappend laserstrahlverschweißt wird. Zur Bewertung der Einflussgrößen Werkstoff, Gestaltung und Fertigung auf die Lebensdauer wurde das komplexe Bauteil systematisch durch bauteilähnliche vereinfachte Detailproben experimentell im Einstufenversuch untersucht. An den bauteilähnlichen Versuchskörpern wurde mittels FEM die Kerbspannung für einen Referenzradius rref = 0,05 mm berechnet und eine Kerbspannungswöhlerlinie abgeleitet. Diese Referenzwöhlerlinie wurde anschließend zur Auslegung des komplexen Bauteils verwendet. Zur Verifizierung der Berechnung wurde die Schwingfestigkeit des Bauteils experimentell ermittelt. Hierbei zeigten sich konservative Ergebnisse. Durch Berücksichtigung des höchst-beanspruchten Werkstoffvolumens konnte die Abschätzung verbessert werden.

 

The local fatigue strength of a laserbeam weld of a complex engine component, which joins a PM with a formed sheet component, was assessed by the notch stress concept with the fictitious reference radius of rref = 0.05 mm. First, simplified specimens, following the main geometric dimensions of the parts, were manufactured. On these specimens the fatigue strength was identified by tests and the notch stresses calculated by finite element analysis. Based on these results a design SN-curve was derived to assess the fatigue strength of the engine component. The numerical assessment of the welded joint was verified by proof tests with the component. The assessment could be improved by considering statistical and stress gradient dependent size effects according to the concept of the highly stressed volume.

: http://publica.fraunhofer.de/dokumente/N-189110.html