Experimentelle und numerische Untersuchung der 3D kurze Ermüdungsrisse zur Quantifizierung der Lebensdauerverbesserung durch Oberflächenverfestigung

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Die Oberflächenverfestigung erzeugt hohe Eigenspannungen, plastische Verformungen und Oberflächenschädigungen in den Werkstoff. Es liegen keine systematischen Ergebnisse vor, wie die Effekte der Oberflächenverfestigung in Ermüdungslebensdauerberechnung quantifiziert zu berücksichtigen sind. In diesem Vorhaben wird die Risswachstumslebensdauer in 3D festgewalzten Proben aus einer Nickellegierung experimentell und numerisch untersucht. Unter Berücksichtigung von Kaltverfestigung und Eigenspannung durch Festwalzen werden ein Plastizitätsmodell für Risswachstumssimulation eingefügt und verifiziert. Das elastisch-plastische Risswachstum im verfestigten Werkstoff wird mittels eines Kohäsivzonenmodells nachgebildet. Die Hauptziele dieses Vorhabens sind die Entwicklung und Verifizierung der 3D Kohäsivzonenmodelle für Ermüdungsrisswachstum und darüber hinaus die Quantifizierung der Effekte vom Festwalzen für die Risswachstumslebensdauer. Die Korrelation zwischen Lebensdauerverbesserung und Festwalzen wird durch Experimente und numerische Simulationen ermittelt. Abschließend wird eine quantitative Korrektur des Paris-Gesetzes für Bauteile mit Oberflächenverfestigungen vorgeschlagen.