Einflussfaktoren auf das Ermüdungsverhalten im Bereich sehr hoher Lastwechselzahlen (VHCF)

Zahlreiche Bauteile sind aufgrund ihrer Belastungsfrequenzen oder ihrer Betriebszeiten sehr hohen Lastwechselzahlen ausgesetzt. Eine ermüdungsfeste Auslegung dieser Bauteile und Strukturen ist von essenzieller Bedeutung, sollen deren Ausfälle durch Ermüdungsbrüche sowie die finanziellen, wirtschaftlichen und sozialen Folgen verhindert werden. Dabei können auch schon Spannungsamplituden weit unterhalb der als sicher angenommenen Langzeitfestigkeit für Grenzlastspielzahlen bis 10^7 Zyklen zur Schädigung der Materialien beitragen. Viele Erscheinungen und Einflüsse im Very High Cycle Fatigue (VHCF) Bereich sind jedoch zum aktuellen Stand der Forschung nicht vollumfänglich geklärt. Um die Phänomene und Einflussgrößen der Rissausbreitung und -initiierung im VHCF-Bereich zu untersuchen, wurden innerhalb dieser Arbeit systematische Experimente und numerische Simulationen durchgeführt. Zur Untersuchung des Einflusses unter Seewasser wurden Ermüdungsversuche im VCHF-Bereich mit unterschiedlichen Stählen bis 2·10^9 Zyklen durchgeführt. Zur Realisierung der Versuche wurde der vorhandene Ultraschallprüfstand um eine Testkammer für Unterwasserversuche erweitert und die Steuerungssoftware angepasst. Ein weiterer Schwerpunkt war die Bewertung des Spannungsverhältnisses sowie der aufgebrachten Betriebsbelastung anhand der Lastspektren WISPER und FELIX. Die Bruchflächen einzelner Versuche wurden auf die Ausbildung einer Fine Granular Area (FGA) untersucht. Mithilfe der additiven Fertigung konnten künstliche Fehlstellen innerhalb von Ermüdungsproben aus Ti6Al4V positioniert werden, um sowohl die Rissinitiierung als auch die Bildung einer FGA um den eingebrachten Defekt zu provozieren. Mithilfe eines rotationssymmetrischen Rissfortschrittsmodells wurde der Einfluss des Rissschließens bei unterschiedlichen Spannungsverhältnissen untersucht. Weiterhin konnten die lokalen Kontaktspannungen auf den Rissflanken bei konstanter und variabler Amplitudenbelastung ausgewertet werden.