Zyklische Spannung und Dehnung
Ein Material, das einer sich wiederholenden konstanten Amplitudendehnung ausgesetzt ist, erstellt eine sich wiederholende Hystereseschleife mit stabiler Spannung/Dehnung. Sie können mehrere dieser Hystereseschleifen, die an verschiedenen Dehnungsamplituden erzeugt wurden, auf denselben Achsen plotten. Wenn eine Kurve durch die Spitzen aller Hystereseschleifen geplottet wird, wird eine zyklische Spannungs-Dehnungs-Kurve erstellt. Das Ziel dieser künstlichen Kurve ist die Darstellung des stabilen Materialverhaltens (nach der ersten zyklischen Entfestigung oder Verfestigung).
Die zyklische Spannungs-Dehnungs-Kurve ist definiert als:
Dabei gilt:
K' = Verfestigungskoeffizient der zyklischen Dehnung
n' = Verfestigungsexponent der zyklischen Dehnung
Auf lokaler Dehnung basierende Ermüdungsberechnung
Sie können periodische Wiederholungen für ein glattes Prüfstück zwischen festen Dehngrenzen durchführen, bis ein Riss entsteht. Wenn Sie periodische Wiederholungen für mehrere solcher Prüfstücke zwischen verschiedenen elastischen Dehngrenzen durchführen, können Sie die Anzahl der Zyklen bis zum Riss gegenüber der elastischen Dehnungsamplitude plotten. Wenn Sie sie auf Log-Log-Achsen plotten, nähern sich die Punkte einer geraden Linie an. Basquin schlug diese Beziehung zum ersten Mal vor.
Manson und Coffin erklärten später, dass eine ähnliche Beziehung zwischen der plastischen Dehnungsamplitude und der Anzahl der Zyklen bis zum Bruch besteht.
Die gesamte Dehnungsermüdung kann daher wie folgt definiert werden:
Dabei gilt:
Zwei Methoden zum Definieren dieser dehnungsbasierten Materialkonstanten sind im Assistenten für die Ermüdungsberechnung verfügbar.
Erweitert
Die Parameter werden direkt in den Assistenten für die Ermüdungsberechnung eingegeben, um die Beziehung der dehnungsbasierten Ermüdung zu definieren.
Näherung
Der Assistent für die Ermüdungsberechnung nähert die Parameter basierend auf Ihrer Eingabe für die Zugfestigkeit des Materials und den Materialtyp (Stahl oder sonstiges) an. Die Methode nach Seeger wird zur Berechnung der entsprechenden Materialkonstanten verwendet. Details sind in Standardtexten verfügbar. Bei dieser Methode handelt es sich um eine Näherung. Verwenden Sie diese nur, wenn keine Testdaten vorliegen.
Bei der Seeger-Methode wird die Dehnungsermüdungskurve (dehnungsbasierte Koeffizienten) mit den folgenden Formeln angenähert:
Stahl:
- K' = 1.65 * UTS
- n' = 0.15
- Sf = 1.5 * UTS
- b= -0.087
- c= -0.58
- Ef = 0.59 (if UTS/E<0.003)
- Ef = 0.59*(1.375-125*UTS/E)
Andere:
- K' = 1.61 * UTS
- n' = 0.11
- Sf = 1.67 * UTS
- b= -0.095
- c= -0.69
- Ef = 0.535
Mittlere Spannungskorrektur
Verschiedene Methoden werden zur Berücksichtigung der Auswirkungen der mittleren Spannung im Zyklus für die lokale dehnungsbasierte Ermüdung vorgeschlagen. Der Assistent für die Ermüdungsberechnung verwendet zwei Methoden: die Korrektur nach Morrow und die Korrektur nach Smith-Watson-Topper.
Morrow-Korrektur
Das elastische Bauteil der Dehnungsermüdung wird durch Subtrahieren der mittleren Spannung des Zyklus korrigiert. Diese Korrektur basiert auf der Beobachtung, dass die Auswirkung der mittleren Spannung bei langen Lebensdauern größer ist.
Smith-Watson-Topper-Korrektur
Smith Watson und Topper schlagen vor, dass die Ermüdung eine Funktion des Produkts der Dehnungsamplitude und maximalen Spannung im Zyklus ist. Dieser Faktor führt zu einer Dehnungsermüdung der folgenden Form:
