Structural durability proof of aluminium safety components substituting steel safety components - criteria regarding testing time by the example of commercial vehicle wheels

The experimental structural durability proof bases on a damage equivalent shortening of the design spectrum into a test spectrum with reduced length taking statistics founded safety factors into account. Historically, test spectra were first derived for steel parts using Woehler-lines for steel; the damage equivalence was calculated by applying the Palmgren-Miner rule with the modification according to Haibach. When aluminium parts were introduced later, the question arose, whether test spectra developed for steel parts could be applied without modifications for their durability proof. Caused by different slopes of aluminium before and after the knee-point, the test spectra derived for steel wheels result for aluminium components a lower cumulated damage in comparison to the design spectra. This fact requires a longer test duration for aluminium components when test spectra or proving grounds developed for steel components are used.
By the example of steel and aluminium wheels for commercial vehicles with comparable highly stressed areas, the material dependent features regarding the required test life for the structural durability proof of aluminium parts are demonstrated.

Der experimentelle Nachweis der Betriebsfestigkeit von Sicherheitsbauteilen stützt sich auf eine schädigungsäquivalente Reduzierung des Bemessungskollektives auf ein Versuchskollektiv mit verkürztem Umfang unter Berücksichtigung statistisch begründeter Sicherheitsfaktoren. Historisch bedingt, wurden entsprechende Versuchskollektive zunächst für Bauteile aus Stahl anhand von Wöhlerlinien für Stahl, durch Anwendung der Palmgren-Miner Regel mit der Modifikation nach Haibach, vorgenommen. Bei der späteren Einführung von Aluminiumbauteilen stellte sich allerdings die Frage, ob der für Stahlbauteile entwickelte Sicherheitsnachweis ohne Änderung übernommen werden kann. Bedingt durch die gegenüber Stahl unterschiedlichen Neigungen der Wöhlerlinien vor und nach dem Abknickpunkt, ergeben die für Stahlbauteile abgeleiteten Versuchskollektive bei Aluminiumbauteilen eine geringere Schädigung im Vergleich zum Bemessungskollektiv. Aus diesem Grund muss - bei Verwendung eines für Stahlbauteile entwickelten Versuchskollektives oder einer Erprobungsstrecke - der geringeren Schädigung bei Aluminiumbauteilen mit einer Erhöhung der Versuchslaufzeit begegnet werden. Am Beispiel von Nutzfahrzeugrädern aus Stahl und Aluminium mit vergleichbaren höchstbeanspruchten Stellen werden die werkstoffbedingten Sachverhalte im Hinblick auf die Versuchslaufzeit für Aluminiumbauteile dargestellt.