Short crack approach for multiaxial fatigue assessment – Kurzrisskonzept zur Lebensdauerbewertung bei

A significant part of the fatigue life is spent during short crack growth. Therefore, modelling of short fatigue crack growth offers an opportunity to improve the accuracy of numerical life assessment. Besides stating some general remarks on the short crack approach itself and on multiaxial fatigue criteria, a short crack growth based fatigue life prediction approach for multiaxial non-proportional loading is presented. This approach accounts for the geometrical size effect by considering the geometry correction functions for semi-elliptical surface cracks in inhomogeneous gradient stress fields. The geometrical size effect is becoming significant for notch radii smaller than four times the defined technical crack size. Additionally, life influencing factors due to the statistical size effect have been taken into account. The comparison of calculated and experimentally observed fatigue lives of shouldered shafts made of S460N with notch radii of 0.2 to 4.0mm under non-proportional tension and torsion loading yields a satisfying accuracy. Key words: Multiaxial loading, fatigue crack growth, short cracks Ein wesentlicher Teil der Ermu¨dungslebensdauer wird im Stadium des Kurzrisswachstums verbracht. Deshalb verspricht die Modellierung des Kurzrisswachstums eine Mo¨glichkeit zur Verbesserung der Treffsicherheit von Lebensdauerabscha¨tzungen. Nach einigen allgemeinen Anmerkungen zum Kurzrisskonzept und zu Mehrachsigkeitshypothesen wird ein Lebensdauerberechnungskonzept vorgestellt, das die Bewertung mehrachsig nichtproportionaler Beanspruchung mit umfasst. Das Konzept beru¨cksichtigt den geometrischen Gro¨ßeneinfluss in den bruchmechanischen Korrekturfunktionen fu¨r halbelliptische Oberfla¨chenrisse in inhomogenen Kerbspannungsfeldern. Dabei stellt sich heraus, dass der geometrische Gro¨ßeneffekt dann signifikant wird, wenn der Kerbradius kleiner als die vierfache technische Anrissla¨nge ist. Daru¨ber hinaus wird auch der statistische Gro¨ßeneinfluss erfasst. Der Vergleich von berechneten und experimentell ermittelten Lebensdauern fu¨ r eine abgesetzte Welle aus S460N mit Kerbradien im Bereich zwischen 0.2mm bis 4.0mm unter nichtproportionaler Zug-Druck- und Torsionsbelastung liefert eine zufrieden stellende Genauigkeit. Schlu¨sselworte: Mehrachsige Beanspruchung, Ermu¨dungsrisswachstum, kurze Riss