Materialermüdungstests

Ermüdung in einem Material ist definiert als der fortschreitende lokalisierte plastische Verformungsprozess, der in einem Material auftritt, das zyklischen Spannungen und Dehnungen bei hohen Spannungskonzentrationen ausgesetzt ist und nach einer ausreichenden Anzahl von Schwankungen zu Rissen oder vollständigem Bruch führt.

Die Ermüdungslebensdauer ist definiert als die Anzahl der Belastungszyklen (Spannung) einer gegebenen Eigenschaft, die eine Probe fortsetzt, bevor ein Versagen in einer bestimmten Struktur auftritt. Die Drehzahl hängt von der Motordrehzahl ab. Sie kann zu gleichwertigen Dauerlaufuhren umgebaut werden. Die Ermüdungslebensdauer wird durch zyklische Spannungen, Eigenspannungen, Materialeigenschaften, innere Defekte, Korngröße, Temperatur, Konstruktionsgeometrie, Oberflächenbeschaffenheit, Oxidation, Korrosion usw. beeinflusst. Die Ermüdungslebensdauer eines Bauteils kann unter verschiedenen Ermüdungsmechanismen aufgeführt werden.

Die gesamte Ermüdungslebensdauer ist gleich der Lebensdauer der Rissbildung und Rissausbreitung. Die Ermüdungslebensdauer hängt von der Zyklushistorie der Belastungsgröße ab, da die Rissinitiierung eine größere Spannung erfordert als die Rissausbreitung.

Die Ermüdungslebensdauer des Bauteils kann durch Dehnungs-, Spannungs- oder Energienäherung bestimmt werden. Ermüdung ist ein sehr komplexer Prozess, der von vielen Faktoren beeinflusst wird. Es ist häufig effektiver, eine Makromethode anstelle eines mikroskopischen Ansatzes zu verwenden, um die Auswirkungen von Ermüdungsmechanismen auf die Ermüdungslebensdauer zu modellieren.

In der Fertigung ist Ermüdung ein Versagensmechanismus, bei dem Materialien und Strukturkomponenten aufgrund von zyklischer (oder schwankender) Belastung reißen. Während die angelegten Spannungen Zug-, Druck- oder Torsionsspannungen sein können, sind Rissinitiierung und -ausbreitung auf die Zugkomponente zurückzuführen. Einer der interessanten Faktoren in Bezug auf die Ermüdungsentwicklung ist, dass Ermüdungsrisse bei Spannungen weit unterhalb der Streckgrenze des Baumaterials initiiert und fortgepflanzt werden können. Diese Spannungen beziehen sich im Allgemeinen auf elastische Verformung, nicht auf plastische Verformung.

Ermüdungsbruch besteht im Allgemeinen aus drei Phasen: Rissinitiierung, Rissausbreitung und Versagen. Ermüdungsrisse beginnen fast immer auf einer freien Oberfläche und in der Nähe eines Spannungsverstärkers. Sobald ein Riss begonnen hat, wiederholen fortgesetzte zyklische Spannungen den Prozess, wodurch der Mikroriss langsam wächst, was zu einer Bedrohung für die strukturelle Integrität wird. Das eventuelle Versagen kann je nach Material, Dicke, Temperatur und aufgebrachter Spannung duktil oder spröde sein.

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