Qualitative und quantitative Analysen der linearen und nichtlinearen Schadensakkumulationshypothesen unter Einbeziehung der statistischen Versuchsplanung

Die grundlegende Bemessung dynamisch belasteter Bauteile erfolgt überwiegend durch die mathematische Gegenüberstellung von Beanspruchung (Amplitudenkollektiv) und Beanspruchbarkeit (Wöhlerlinie) mittels Schadensakkumulationshypothesen. Die Lebensdauerberechnung zyklisch beanspruchter Bauteile erfolgt im Entwicklungsprozess überwiegend mit der linearen Schadensakkumulation nach MINER. Hierbei wird die Ermittlung der Ermüdungsfestigkeit durch lineare Akkumulation von Teilschädigungen vorgegeben und Bauteile häufig für eine theoretische Schadenssumme DTheo. = 1 ausgelegt. Der Kernbereich dieser Arbeit befasst sich mit der Analyse der Summationstheorien unter linearer und nichtlinearer Schadensakkumulation. Dabei konzentrieren sich die Analysen und die experimentellen Untersuchungen auf dynamische mehrstufige Kollektivbeanspruchungen. Die vorliegende Ausarbeitung dokumentiert die qualitativen und quantitativen Einflussgrößen des nichtlinearen Schädigungsverhaltens zur Lebensdauerbemessung und analysiert schwerpunktmäßig die nichtlinearen Reihenfolgeeffekte. Die aufgezeigte Treffsicherheitsanalyse wurde mit insgesamt 792 experimentellen Ermüdungsversuchen durchgeführt. Die berechneten Schadenssummen wurden in statistischen Analysen den experimentellen Versuchsergebnissen gegenübergestellt und grafisch als Häufigkeitsverteilung dokumentiert. Hier zeigen die nichtlinearen Schadensakkumulationshypothesen deutliche Vorteile gegenüber den linearen Hypothesen. Die Schwerpunktuntersuchungen der experimentellen Versuchsreihen wurden mittels der statistischen Versuchsplanung (DoE) durchgeführt. Durch die Synergien, die statistische Versuchsplanung im Einsatzgebiet der experimentellen mehrstufigen Schwingfestigkeitsuntersuchungen anzuwenden, wurden neben den qualitativen Wirkgrößen auch quantitative Effektgrößen bestimmt. Hierdurch konnte die Identifikation der dominanten Einflussgrößen des nichtlinearen Schädigungsvorgangs erfolgen und die nichtlinearen Reihenfolgeeffekte unter Kollektivbeanspruchung statistisch analysiert sowie qualitativ und quantitativ bewertet werden.