An analysis of sustained mixed mode fatigue crack growth: Fid-Bau Portal

An analysis of sustained mixed mode fatigue crack growth

Magill, M.A. / Zwerneman, F.J.

Im Rahmen einer Untersuchung der Ermüdungsrißausbreitung in Röhrenverbindungen, bei denen auch bei einfachen Lasten Mischmodenverhalten auftritt, wurden Bruchversuche und Modellsimulationen mit Finite-Element-Programmen durchgeführt. Ermüdungsrißversuche wurden mit Platten aus A572-Stahl durchgeführt. Die Platten hatten symmmetrische seitliche Nuten, die in einem Winkel zwischen 0 und 40 Grad zur Zugrichtung verliefen (Mode I/Mode II-Bruch). Eine weitere Probe mit einer speziellen Nut für Mode I/Mode III-Bruch wurde außerdem getestet. Die Modellsimulation der Proben wurden mit dem Programm ANSYS Version 5.0 durchgeführt, wobei für die Erzeugung eines gebogenen Risses zusätzliche Unterprogramme geschrieben werden mußten. Die Spannungsverteilung nahe der Rißspitze und die Spannungsintensitätsfaktoren (SIF) entlang der Rißfront wurden berechnet. Es ergab sich, daß bei den Mode I/Mode II-Proben, die Rißfront nicht gerade und flach blieb, sondern sich bog bis sie sich in einem primär Mode I-Wachstum stabilisierte. Die Rechnungen ergaben Mode II- und Mode III-SIF-Werte die unterhalb von 6 % des Mode I-SIF lagen. Für die Mode I/Mode II-Proben verlief die maximale Hauptspannung senkrecht zu den Rißflächen an der Rißspitze. Die Mode I-SIF waren annähernd gleich für die tatsächliche gebogene Rißfront und die angenommene gerade Rißfront. Bei der Mode I/Mode III-Probe blieb die Rißfront nicht gerade und flach, sondern stabilisierte sich in einer gebogenen Form. Die Computerberechnungen ergaben einen Mode III-SIF, der etwa halb so groß war wie der Mode I-SIF.