Effect of fisheye failure on material performance inducing error circle under high cycles

In the engineering application of high strength steel and surface strengthening steel, fisheye failure is often happened in high cycle fatigue. To explore the effect of fisheye failure on high cycle fatigue properties of materials, a high cycle fatigue life model was established based on the Murakami and Tanaka’s fatigue strength models. The model introduces the error circle to evaluate fisheye size, and discusses the influencing factors of fatigue strength. The results show that the size and depth of fisheye failure will affect performance of materials. The proposed model considering the size and depth of defect quantitatively shows the influence of fisheye details on material performance, and effectively predicts the high/ultra-high cycle fatigue life.

Untersuchungskonzept zum Einfluss hoher Dehnraten auf die Zahnfußtragfähigkeit

ZusammenfassungDer Einsatz von Getrieben in elektrifizierten Antriebssträngen und Flugzeugturbinen führt zu höheren Betriebsdrehzahlen und einer höheren Anzahl von Lastwechseln. Lastwechselzahlen von N > 107 im Ultra High Cycle Fatigue (UHCF) Bereich bewirken eine Abnahme der Dauerfestigkeit von Einsatzstählen. Außerdem steigt mit zunehmender Drehzahl die Dehnrate im Zahnfuß, was ebenfalls einen Einfluss auf die Dauerfestigkeit hat. Aufgrund der geringen Drehzahlen konventioneller Verspannungsprüfstände ist eine Untersuchung der Dehnrateneffekte heute nicht möglich. Darüber hinaus ist die Untersuchung des UHCF-Bereichs wegen der langen Prüfzeiten unwirtschaftlich.Ziel des Berichts ist ein Prüfstandskonzept zur Untersuchung des Einflusses höherer Dehnraten auf die Zahnfußtragfähigkeit von Zahnrädern bei hohen Drehzahlen. Zunächst werden die Leistungsanforderungen an das neue Prüfstandskonzept abgeleitet. Basierend auf diesen Anforderungen wird das Prüfgetriebe unter Verwendung der Norm ISO 6336 ausgelegt. Die Auslegung wird mit einer FE-basierten Zahnkontaktanalyse verifiziert und die erreichbaren Dehnraten im Betrieb analysiert. Abschließend wird das Prüfstandskonzept hinsichtlich der Lastaufbringung, des Lagerkonzepts, des Schmierungskonzepts und der möglichen Schadenserkennung vorgestellt. Der Prüfstand bietet die Möglichkeit, höhere Dehnraten zu untersuchen. Zusätzlich kann der UHCF-Bereich von Getrieben effizienter untersucht werden.

Theoretical Analysis and Experimental Verification of the Influence of Geometrical Parameters on the Fatigue Life of SMA490BW Welded Butt Joint

Finite element mode was carried out for ultra-high cycle fatigue specimens of SMA490BW steel butt joints used in bogies. Finite element software ABAQUS/ FE-Safe was used to calculate the influences of different arc transition radius r and weld toe angles θ on joint stress concentration factor Kt and joint fatigue life N. The results show that r and θ have significant influence on the Kt and fatigue life of the SMA490BW steel butt joint for bogie. For the same inclination angle θ, Kt decreases gradually with r increasing. With θ increases, the effect of r on Kt is increasing continuously, also the effect of change in Kt caused by r on fatigue life N is increasing continuously. While in the case of same weld edge r, Kt increases with θ increasing. With r increases, the effect of θ on Kt is decreasing constantly, the effect of change in Kt caused by θ on fatigue life N is decreasing constantly. The fatigue performance of SMA490BW steel butt joint was tested by ultrasonic fatigue test machine. The results between the fatigue test and calculation is less than 15%. The finite element calculation result has important significance for improving the fatigue life of welded butt joint for bogie.