Crack initiation and propagation analysis at welds

The fatigue strength of complex welded structures may differ highly from that of a simple test specimen. The reason for this observation is in most cases the high amount of crack propagation on the total fatigue life. The aim of this work is to describe the complex failure mechanism with a two-phase model. In this model, the crack initiation and crack propagation phase are assessed separately. The fatigue life until initiation of a crack is derived by notch stresses, calculated using stress averaging or the critical distance approach. The macro crack propagation is determined by fracture mechanics. The methods, which are available to determine the fatigue life until crack initiation, lead to reliable results. The determination of stress intensity factors proved to be demanding. Variations were observed depending on the calculation approach used. For application in industry, the applied approaches should be improved further.

Das Schwingfestigkeitsverhalten von komplexen Bauteilen unterscheidet sich in vielen Fällen stark von dem einfacher Proben. Diese meist im Abgleich zwischen Berechnung und experimenteller Prüfung gemachte Beobachtung kann häufig über den hohen Anteil des Rissfortschritts an der Gesamtlebensdauer erklärt werden. Ziel dieses Beitrags ist es, das komplexe Schwingfestigkeitsverhalten über ein zwei-Phasen Modell zu beschreiben, in dem die Anriss- und die Rissfortschrittsphase separat betrachtet werden. Die Anrissschwingspielzahl wird hierbei über den Spannungsmittelungs- und Spannungsabstandsansatz berechnet, die anschließende Rissfortschrittsphase über bruchmechanische Methoden. In einer Gegenüberstellung von experimentell ermittelter und berechneter Lebensdauer zeigte sich eine gute Übereinstimmung für das Versagenskriterium technischer Anriss. Bei der bruchmechanischen Bewertung erwies sich die Berechnung der Spannungsintensitätsfaktoren als nicht trivial. Für die industrielle Anwendbarkeit empfiehlt sich daher eine Erweiterung und Optimierung der zur Verfügung stehenden numerischen Werkzeuge.