SPP 1466:  Infinite Life for Cyclically Loaded High Performance Materials

• Subject Area: Materials Science and Engineering
• Term: from 2010 to 2019
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 130242324

The aim of the Priority Programme is to develop a true understanding of the damage processes in the Very High Cycle Fatigue (VHCF) regime and their mechanism-based modelling resulting in reliable and accurate concepts to predict the fatigue behaviour of components with quasi infinite life. In the given context infinite life is defined as a lifespan exceeding 10E8 number of load cycles. As such a high number of cycles cannot be experimentally covered by means of conventional fatigue testing systems while claiming economically justifiable test periods, up to now engineering praxis accounts for the VHCF range by applying high (un)safety factors in fatigue design thus acting in opposition to a growing demand for optimal and material specific dimensioning.
The Priority Programme focusses on three different material groups for which the VHCF loading situation is of high significance: metallic engineering materials, materials for micro-electro-mechanical systems and continuous fibre-reinforced polymeres (CFRP or CRP, GFRP or GRP). Structural as well as material-related discontinuities resulting from established production processes and the influence of size effects are of particular interest for all material groups. The coordinated and closely intertwined activities of the Priority Programme comprise the following scope of research: (1) complete account of the damage mechanisms observed in the VHCF regime under application relevant loading conditions, (2) description of the actual VHCF service loading under true operational conditions and its conversion into laboratory high frequency cyclic testing, (3) development, modelling and application of measuring methods and devices for the acquisition of the global as well as the local and heterogeneously distributed deformation during high frequency fatigue testing, (4) deployment of physically based and experimentally verified fatigue life prediction concepts, which account for the competing crack initiation and crack growth mechanisms observed in the VHCF regime, (5) expansion or redevelopment of fatigue life assessment concepts with highest reliability for structural parts operated in the VHCF range.
The achievement of the Priority Programme’s objectives will result in a significant contribution to preserve valuable resources and improve the reliability of safety-relevant components and systems. Moreover, it will serve as landmark decision maker for future material developments and a basis for the redesign of technical release procedures.

• DFG Programme: Priority Programmes
• International Connection: France

Projects

• Analyse des Ermüdungsprozesses im Volumen unter VHCF-Bedingungen (Applicant Tillmann, Wolfgang )
• Bruchmodellbezogene Berechnungsmodelle zur Lebensdauervorhersage für endlosfaserverstärkte Nanopartikel-modifizierte Polymere im VHCF-Bereich (Applicants Fiedler, Bodo ;  Gude, Maik )
• Charakterisierung und Simulation der VHCF-Schädigungsentwicklung auf Basis des Resonanzverhaltens am Beispiel eines metastabilen Austenitstahls (Applicants Christ, Hans Jürgen ;  Fritzen, Claus-Peter ;  Zimmermann, Martina )
• Einfluss der Beanspruchungsfrequenz auf die Lebensdauer von zyklisch beanspruchten Aluminium-Knetlegierungen im VHCF-Bereich (Applicants Hanselka, Holger ;  Müller, Clemens )
• Einfluss keramischer Partikel- und Faserverstärkungen in Metall-Matrix-Verbundwerkstoffen auf das VHCF-Verhalten (Applicants Ballani, Felix ;  Biermann, Horst ;  Weidner, Anja )
• Einfluss oberflächennaher Spannungszustände auf das VHCF-Verhalten von Stählen (Applicant Lang, Karl-Heinz )
• Entwicklung eines Lebensdauervorhersagekonzepts im VHCF-Bereich auf der Basis kovariater mikrostruktureller Merkmalsgrößen (Applicants Christ, Hans Jürgen ;  Kaufmann, Edgar ;  Zimmermann, Martina )
• Experimental and numerical investigation of very high cycle fatigue of high performance fibre-reinforced plastics (Applicants Horst, Peter ;  Rolfes, Raimund ;  Sinapius, Michael )
• Experimentelle und modellmäßige Bewertung der dreidimensionalen Auswirkung mikrostruktureller Barrieren während der Rissinitiierungphase VHCF-beanspruchter Werkstoffe (Applicants Christ, Hans Jürgen ;  Krupp, Ulrich ;  Ludwig, Wolfgang ;  Pietsch, Ullrich )
• Experimentelle und numerische Untersuchungen zur Rissinitiierung und zum Risswachstum in Stählen bei sehr hohen Lastwechselzahlen unter konstanter und variabler Amplitudenbelastung (Applicant Sander, Manuela )
• Hochfrequenzermüdung von C-Faser-Kunststoff-Verbunden (VHCFK): Entwicklung eines neuartigen Ultraschallsystems in Kombination mit zerstörungsfreien Online-Prüfmethoden (Applicants Balle, Frank ;  Boller, Christian )
• Koordinierungsaufgaben im Schwerpunktprogramm SPP 1466 Life - Unendliche Lebensdauer für zyklisch beanspruchte Hochleistungswerkstoffe (Applicant Christ, Hans Jürgen )
• Multiple-flaw-Versagen und -Modellierung von Wälzlager- und anderen höchstfesten Stählen moderner Metallurgie im VHCF-Bereich (Applicant Zoch, Hans-Werner )
• Rissinitiierung bei VHCF: Aufklärung relevanter Schädigungsmechanismen an 100Cr6 (Applicants Kerscher, Eberhard ;  Kopnarski, Michael )
• Schädigung und Lebensdauer martensitischer Stähle für Niederdruck-Dampfturbinenschaufeln bei Ermüdungsbeanspruchung im VHCF-Bereich (Applicant Beck, Tilmann )
• Schädigungsmechanismen und mikrostrukturelle Einflussgrößen auf die Ermüdungslebensdauer metallischer Werkstoffe im VHCF-Bereich (Applicant Höppel, Heinz-Werner )
• Untersuchung der Ermüdung von kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffen durch Mikroschädigung und deren Auswirkungen auf die Einzelschichtfestigkeiten bei sehr hohen Schwingspielzahlen (TP 1) (Applicant Hopmann, Christian )
• Untersuchung zur Dauerfestigkeitsgrenze in FVK durch zerstörungsfreie Bestimmung mikrostruktureller Versagensprozesse mittels Röntgenrefraktionstopographie unter schwingender Beanspruchung (Applicant Trappe, Volker )
• Very high cycle fatigue mechanisms in small scale Al and Cu and alloy material investigated by simulation and novel uniaxial and multiaxial micro fatigue experiments (Applicants Eberl, Christoph ;  Weygand, Daniel )

• Spokesperson: Professor Dr.-Ing. Hans Jürgen Christ