Variable amplitude fatigue of autofrettaged diesel injection parts
2008
Experimental and analytical investigations of constant and variable
amplitude fatigue life of not autofrettaged and autofrettaged
components have been performed. In variable amplitude loading
the new standardised COmmon-RAil-Load sequence CORAL
has been used as well as two-level-tests with small cycles at
high mean stresses interrupted by large cycles for the evaluation
of load sequence effects. The results of the two level tests show
that small cycles with amplitudes far below the fatigue limit cause
fatigue damage. Life calculations have been performed according
to
the nominal stress approach with S-N-curves and improved
Miner’s Rule,
linear-elastic fracture mechanics with 3D-weight functions,
elastic-plastic fracture mechanics applying an extended strip
yield-model, and
explicit 3D-FE-simulation of fatigue crack growth with predefined
crack fronts.
All approaches are appropriate for predicting realistic variable
amplitude lives. From a practical point of view the explicit 3DFE-
simulation of fatigue crack growth is too time-consuming.
However, such simulations show that the approaches based on linear-
elastic fracture mechanics and elastic-plastic fracture mechanics
with extended strip yield-model capture the essential physics
of fatigue crack growth in a realistic way.
Key words: Autofrettage, variable amplitude, residual stress, fatigue
crack growth
Die Lebensdauer nicht autofrettierter und autofrettierter Bauteile
unter einstufiger und betriebsa¨hnlicher Innendruckbelastung wurde
experimentell und analytisch untersucht. Als betriebsa¨hnliche Belastung
wurde die COmmon-RAil-Load sequence CORAL entwickelt.
Zur weiteren Kla¨rung von Lastfolgeeinflu¨ssen wurden Zweistufenversuche
durchgefu¨hrt mit dem Ergebnis, dass kleine
Schwingspiele noch bei mitteldruckbewerteten Amplituden weit
unterhalb der halben Dauerfestigkeit scha¨digen.
Die folgenden Lebensdauervorhersagemethoden wurden u¨berpru
¨ft:
Nennspannungskonzept mit Varianten der Miner-Regel
linear-elastische Bruchmechanik mit 3D-Gewichtsfunktionen
elasto-plastische Bruchmechanik mit erweitertem Fliesstreifen-
Modell
explizite 3D-FE-Simulation des Rissfortschritts mit vorgegebener
Rissfront
Alle Methoden eignen sich a¨hnlich gut. Fu¨r die praktische Anwendung
erscheint die explizite 3D-FE-Simulation zu aufwa¨ndig,
sie zeigen jedoch deutlich, dass die linear-elastische Bruchmechanik
mit 3D-Gewichtsfunktionen und die elasto-plastische Bruchmechanik
mit erweitertem Fliesstreifen-Modell die wesentlichen physikalischen
Pha¨nomene des Rissfortschritts realistisch abbilden.
Schlu¨sselworte: Autofrettage, Betriebsfestigkeit, Eigenspannungen,
Rissfortschritt
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