Fatigue life assessment of welded joints made of the stainless steel X6CrNiNb18-10 for thermomechanical and variable amplitude loading

The aim of the presented work is to develop improved concepts for the prediction of fatigue lifetime under variable amplitude loading including plastic deformation and thermomechanical fatigue of welded joints made of the austenitic stainless steel 1.4550. Local strain amplitudes are located in the regime of low cycle fatigue, which is dominated by short crack growth. This can best be described by nonlinear fracture mechanics. To develop a fracture mechanics based lifetime model, different experiment types are carried out to estimate the influence of loading history, thermal cycling, and mean stresses. For the evaluation, different estimation concepts based on Palmgren-Miners classic linear damage accumulation rule are used: pure strain ranges, damage parameter established by Smith, Wats on and Topper, and a damage parameter based on the cyclic effective J-Integral. The differences in the concepts are highlighted and used for further considerations on how to improve the lifetime prediction models.

Ziel der vorliegenden Arbeit ist die Entwicklung verbesserter Konzepte zur Ermüdungslebensdauervorhersage für Belastungen unter variablen Amplituden mit plastischer Verformung und thermomechanischer Ermüdung von Schweißverbindungen des austenitischen Edelstahls 1.4550. Die lokalen Dehnungsamplituden liegen im von Kurzrisswachstum dominierten Bereich der Kurzzeitfestigkeit. Dieses kann am besten durch nichtlinearelastische Bruchmechanik beschrieben werden. Zur Entwicklung des bruchmechanikbasierten Lebensdauermodells werden unterschiedliche Ermüdungsversuche zur Abschätzung des Einflusses von Belastungsgeschichte, thermischer Ermüdung und Mittelspannung durchgeführt. Zur Auswertung werden unterschiedliche Konzepte basierend auf Grundlage der klassischen linearen Schadensakkumulation nach Palmgren‐Miner genutzt: Dehnungsschwingweiten, der Schädigungsparameter nach Smith, Watson und Topper und ein auf dem zyklisch effektiven J‐Integral basierender Schadensparameter. Die Unterschiede der Konzepte werden herausgestellt und für weitere Verbesserungen der Vorhersagemodelle genutzt.