Variable amplitude fatigue of autofrettaged diesel injection parts

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