Very-High-Cycle Fatigue of structured surfaces

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Im Teilprojekt wird das Versagens- und Lebensdauerverhalten zweier aushärtbarer Al- Blechlegierungen für die Außenhaut von durch Oszillationen widerstandminimierten Oberflächen bei Ermüdungsbeanspruchung mit extrem hohen Lastspielzahlen (Very-High- Cycle-Fatigue – VHCF) untersucht. Der Einfluss des Legierungssystems (Al-Cu und Al-Mg- Zn), der Wärmebehandlung, der Geometrie der Oberflächenstrukturen sowie des durch den umformenden Strukturierungsprozess eingebrachten Verfestigungs- und Eigenspannungszustandes auf die Ermüdungslebensdauer wird analysiert. Die Ermüdungsrissbildung an kritischen Oberflächenstrukturen, internen und in der Oberfläche liegenden Fehlstellen wird der Lebensdauer zugeordnet. Die Kerbwirkung der Oberflächenstrukturen wird über elastische FEM-Rechnungen abgeschätzt. An ausgewählten Proben wird der Einfluss der lokalen Kornorientierungsverteilung auf die Ermüdungsrissbildung und –ausbreitung untersucht und die Stabilität der im Strukturierungsprozess eingebrachten oberflächennahen Eigenspannungen und lokalen Werkstoffverfestigung während der Ermüdungsbelastung analysiert. Neben grundlegenden Erkenntnissen zum Schädigungs- und Lebensdauerverhalten hochfester, oberflächenstrukturierter Al-Legierungen bei Ultrahochzyklusermüdung wird so eine wesentliche Grundlage für die Optimierung der Wärmebehandlung und des Strukturierungsprozesses sowie für die Anwendung dieser Materialien auf widerstandsminimierte Oberflächen erarbeitet. Aufbauend auf diese Resultate wird der Einfluss der Anbindung der Aktuatoren zur Anregung der Oberflächenoszillationen auf die Ermüdungsfestigkeit untersucht und eine Geometrieoptimierung dieser wichtigen Konstruktionselemente vorgenommen.