Nutzung statistischer Ansätze im Rahmen von Lebensdauerprognoseverfahren für gekerbte Proben am Beispiel von unlegierten Stählen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Peter Starke
• Fachliche Zuordnung: Mechanische Eigenschaften von metallischen Werkstoffen und ihre mikrostrukturellen Ursachen
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 542796320

Die Auslegung dynamisch beanspruchter metallischer Werkstoffe und Bauteile beruht üblicherweise auf dem in einer Wöhlerkurve gezeigten Zusammenhang zwischen der Beanspruchungsamplitude und der Bruchlastspielzahl. Statistische Aussagen bezüglich der Bruch- bzw. Versagenswahrscheinlichkeit führen zu einer deutlich verbesserten Lebensdauerprognose, steigern jedoch sowohl den Kosten-, als auch den experimentellen Aufwand. Ziel des beantragten Forschungsprojektes ist die Entwicklung eines Lebensdauerprognoseverfahrens (LPV), welches eine möglichst genaue Vorhersage hinsichtlich des Wechselverformungsverhaltens und der (Rest)Lebensdauer trotz eines verringerten Probenaufwandes ermöglicht. Hierbei wird durch die vorgangsorientierte Betrachtung des Ermüdungsprozesses mithilfe zerstörungsfreier Prüfverfahren (z.B. Thermographie, DIC, Widerstandsmessungen, magnetische Verfahren) ein möglichst hoher Informationsgehalt zugänglich gemacht. Ein wesentlicher Aspekt besteht in der Anwendung parametrischer und nichtparametrischer mathematischer Modelle, welche eine statistische Absicherung der gewonnenen Ergebnisse ermöglichen. Die statistische Auswertung beruht dabei auf den aufgenommenen Daten aus mehreren Laststeigerungs- und Einstufenversuchen, wodurch sich aus den jeweils abgeleiteten Eingangsgrößen individuelle Wöhlerkurven ergeben. Diese unterscheiden sich aufgrund der individuell vorliegenden Mikrostruktur in ihrer Lage und Steigung. Die daraus resultierende materialabhängige Streuung wird als Streubereich in die Berechnungen mit einfließen. Durch die Ergebnisse des beantragten Forschungsprojektes wird somit die Möglichkeit gegeben, die Potentiale aus der Kombination von Lebensdauerprognoseverfahren und der statistischen Bewertung von Ermüdungsdaten aufzuzeigen. Weiterhin wurden die bisher entwickelten LPV zumeist an ungekerbten Proben eingesetzt und validiert. Für einen ersten Schritt in Richtung der Bereitstellung von Bauteilwöhlerlinien mittels LPV besteht ein weiteres Ziel darin, die Messtechniken und -verfahren auch für gekerbte Proben zu ertüchtigen, um damit im Kerbgrund ablaufende Prozesse während des Ermüdungsprozess zu detektieren und darüber Eingangsgrößen für das neu zu entwickelnde LPV bereitzustellen. Wenn dies gelingt, kann das Anwendungsspektrum für LPV deutlich erweitert werden, wodurch ein deutlicher Mehrwert für den bisherigen Stand der Technik entsteht.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen