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Der Einfluss von Reibkorrosion auf das Betriebsfestigkeitsverhalten im Rad-Nabe-Verbund von Nutzfahrzeugen*
Authors: Weingärtner Steffen , Breitenberger Marco , Stöcker Johan 
Published: December 2013

Kurzfassung
Das Phänomen der Reibkorrosion spielt bei Bauteilverbindungen, die zyklischen Belastungen unterliegen, eine wichtige Rolle, da sie einen erheblichen Einfluss auf das Schwingfestigkeitsverhalten oder die Minderung der Schwingfestigkeit der Bauteile hat. Im Folgenden sollen allgemeine Einflussfaktoren auf das Verhal- ten von Bauteilen unter Reibkorrosion erörtert werden. Es werden Ergebnisse aus Wöhler- und Betriebsfestigkeitsversuchen zweier Werkstoffgruppen vorgestellt sowie der Einfluss der Gestalt des Rad-Nabe-Verbunds in Versuchen im zweiaxialen Radprüfstand (ZWARP) beschrieben.
Effizienzsteigerung bei Achslebensdauerversuchen durch standardisierte Steifigkeitselemente und übersichtliche Soll-Ist-Signalvergleiche
Authors: Schmudde Norbert 
Published: December 2013

Kurzfassung
Bei der mehraxialen Betriebsfestigkeitsprüfung von Achsen gibt es bislang keine Standardschnittstelle zwischen dem Achsträger und dem Achshaltesystem, die die Steifigkeit der Karosserieanbindungspunkte abbildet. Die daraus resultierenden Steifigkeitssprünge verfälschen das Erprobungsergebnis des wichtigen Strukturbauteiles Achsträger. Um die Aussagequalität dieser Tests um dieses Bauteil zu erhöhen, hat ZF Lemförder in Zusammenarbeit mit einem Lieferanten eine konstruktive Lösung und Validierungsmethodik erarbeitet. Eine weitere Effizienzsteigerung wird durch die Einführung eines schnellen, übersichtlichen Bewertungstools für Iterations- und Simulationsergebnisse erzielt.
Mithilfe des Excel-basierten Berechnungsmakros „Target- Response-Analyzer“ lassen sich Iterationsergebnisse schnell und übersichtlich bewerten. Eine kanalbezogene Schädigungsübersicht des Anteils einzelner Teststreckenabschnitte an der Gesamtschädigung eines Kollektivs liefert dem Iterationspersonal vor Arbeitsbeginn einen Fahrplan, welche Arbeitsaufwände für welche Strecken sinnvoll sind. Weitere Auswerteregisterblätter liefern nach abgeschlossener Iteration einen zusammenhängenden Überblick über das schädigungsbasierte Iterationsergebnis von beliebig vielen Strecken und Belastungskanälen.
Hydrogen Influence on the Mechanical Behaviour of High Strength Steel
Authors: Hereñú Silvina , Armas Alberto , Brandaleze Elena , Mansilla Graciela 
Published: December 2013

Abstract
Though numerous studies have been devoted to hydrogen embrittlement in steels, up to date there is not a general agreement about the effect of hydrogen on the mechanical behaviour. The purpose of this paper is to analyze the influence of hydrogen on the mechanical response of high strength steels. Samples were cathodically charged with hydrogen, previous to low cyclic fatigue and tensile tests at room temperature. The presence of hydrogen produces softening effects on the cyclic behaviour and improvements in the fatigue life for low hydrogen contents. The stress-strain curves of tensile tests on pre-charged samples depend on the strain rate imposed. Both tensile and fatigue response could be explained by the hydrogen enhancement of dislocation mobility mechanism.
Procedures for Corrosion Testing and Corrosion Failure Analysis
Authors: Schultze Sabine , Schilling Kathleen , Göllner Joachim , Posch Gerhard 
Published: December 2013

Abstract
The corrosion resistance of components made of high alloyed steels is mainly determined by the in-service condition. But also the “manufacturing history” of the components influences the corrosion resistance. The whole chain of manufacturing, in terms of the influence of microstructure, internal stresses, and surface condition plays thereby an important role. For these reasons, welding with its local high heat input, the modification of the chemical composition of the weld and the cast-like structure of the weld has also a very strong influence on the corrosion behaviour.
To describe these influences on the corrosion resistance of the components standardized corrosion tests and also electrochemical test methods can be used. This article explains how such test methods can be used for evaluation of the corrosion resistance of welds and for failure analysis.
Untersuchung des Einflusses von GDL-Eigenschaften auf den Wasserhaushalt mittels Neutronenradiografie
Authors: Klages Merle , Krüger Philipp , Haußmann Jan , Markötter Henning , Arlt Tobias , Hartnig Christoph , Kardjilov Nikolay , Banhart John , Manke Ingo , Scholta Joachim 
Published: December 2013

Kurzfassung
Neutronenradiografie wird seit einiger Zeit für Aufnahmen von Niedertemperatur-Polymerelektrolytmembran-Brennstoffzellen (PEMFC) eingesetzt, um während des Betriebs (in situ) die Wasserverteilung sichtbar zu machen. Eine wichtige Anwendung ist die Untersuchung der Auswirkungen unterschiedlicher Eigenschaften der Gasdiffusionslagen (GDL), wie der Porosität, der Hydrophobizität oder der Alterung, auf den Wasserhaushalt. Eine weitere Form der Anwendung ist die Untersuchung von Alterungseffekten. Um die Effekte einer GDL-Alterung zu analysieren, wurde eine Methode zur gezielten Ex-situ-Alterung mit Wasserstoffperoxid entwickelt. Mittels Neutronenradiografie wurde untersucht, wie sich der Wasserhaushalt der Brennstoffzellen durch eine Modifikation der GDL-Eigenschaften verändert.
Rekonstruktion limitierter CT-Messdatensätze von Brennstoffzellen mit Directt
Authors: Kupsch Andreas , Lange Axel , Hentschel Manfred P. , Manke Ingo , Kardjilov Nikolay , Arlt Tobias , Grothausmann Roman 
Published: December 2013

Kurzfassung
Die Aufklärung spezifischer Fragestellungen zur Funktionalität von PEM(polymer electrolyte membrane)- und DMFC(Direct Metha- nol)-Brennstoffzellen bedarf der 3D-Abbildung der spezifischen Komponenten mit unterschiedlichen Strahlungsarten: des Wassergehalts in den Flow Fields mit Neutronen, der Katalysator-Alterung in der MEA (membrane electrode assembly) mit Synchrotronstrahlung und der freien (reaktiven) Katalysator-Oberfläche von Nano-Partikeln mit TEM-Elektronen-Tomografie. Diese Messungen im Bereich der mm- bis nm-Skala unterliegen dabei erheblichen Restriktionen: einer ortsabhängigen Verschmierung der Neutronenradiogramme, Manipulatorinstabilitäten der Synchrotronmessungen sowie einer Kombination von Limited-View-Datensätzen, wenigen Projektionswinkeln und teilweiser Nichtdurchstrahlbarkeit in der Elektronen-CT. Die Vorteile eines fortentwickelten Directt-Algorithmus für die Bewältigung dieser Randbedingungen gegenüber gefilterten Rückprojektionen werden aufgezeigt.
The Influence of Fatigue Loading on the Microstructure of an Austenitic Stainless Steel
Authors: Skibicki Dariusz , Dymski Stanislaw 
Published: December 2013

Abstract
The rotation of principal stress/strain axes, which takes place under conditions of non-proportional fatigue loading, may significantly worsen the fatigue life. An explanation of this phenomenon can be found through microstructure examination. In this paper, we present the results of a microstructure examination of a X5CrNi18-10 steel subjected to fatigue loading, both, proportional and non-proportional. The variability of the positions of the principal stress axes was controlled by a fatigue loading program that consisted of alternatively realised blocks of torsion and tension-compression. The microscopic investigations were carried out by X-ray structural analysis and the micro-hardness of the material was examined. The results revealed that the application of cyclic loading caused a plasticity-induced martensitic transformation. Comparative analysis showed that the transformation depended on intensity and the kind of applied loading.
Design Optimization of an Automobile Connecting Rod Using FEM
Authors: Hedia Hassan S. , Najjar Ismail M. R. , Aldousari Saad M. 
Published: December 2013

Abstract
In automotive engines, the connecting rod is subjected to high cyclic loads. These are represented by high compressive loads due to combustion, and high tensile loads due to the connecting rod mass of inertia. The main objective of this study is to optimize the shape of a connecting rod in an automobile engine. A model of the connecting rod has numerically been built and has been solved by the Finite Element Method (FEM) using the ANSYS package to determine the stresses distribution over the entire rod. In addition, the transition force analysis of the connecting rod and the verification of the analysis are shown. The aim of the optimization has been to minimize the respective Von Mises stresses which occur at connected rod in both cases, i. e. compressive loads coming from the gas pressure at maximum engine output and the bending loads resulting from the inertia force at the maximum engine power. The weight of the connecting rod should be maintained to prevent increasing of the inertia force. The results of this study indicate that the maximum compression stress occur at compressing loads at the small end section of the connecting rod. Optimizing the radius at the small end decreases such stresses. On the other hand, the inertia forces of the connecting rod mass cause a maximum bending stress at the large end section. By changing the shape and geometry of this section the maximum Von Mises stresses are reduced by 16.5 %, as compared to the original design. A buckling analysis has been carried out for the original and the optimized model and the results have been compared. The load factor (critical load / applied load) is increased by 7 % compared to the original design. Finally, a shape optimization for connecting rod reduces the stresses over the entire rod.
Linear Model for PM Brake Lining Material Wear Behaviour
Authors: Istif Ilyas , Isin Ovun , Uzunsoy Erdem , Uzunsoy Deniz 
Published: December 2013

Abstract
This paper presents a linear model for the dry sliding wear behaviour of a PM copper based brake lining material with the addition of MoS2. The model was based on experimental results related to standard pin-on-disk wear tests of the brake material with various MoS2 contents at constant applied load and sliding velocity. The wear load was considered as the input parameter, whereas the wear rate and friction of coefficient as the output parameters. The predicted results were compared with experimental results by simulating a linear process for each MoS2 content of the material, and it was found that the results obtained from such linear process modelling were satisfactory. The results showed that the linear process model represents an useful tool for the prediction of the brake lining material properties, and that it is more effective than timeconsuming experimental procedures.
Mechanische Charakterisierung ultraschallgeschweißter Aluminium/CFK-Verbunde bei automobilrelevanten Temperaturen und Prüfgeschwindigkeiten
Authors: Balle Frank , Schmeer Sebastian , Wagner Guntram 
Published: December 2013

Kurzfassung
Aktuelle Untersuchungen an der TU Kaiserslautern beschäftigen sich im Rahmen der DFG-Forschergruppe 524 mit dem Fügen hybrider Strukturen aus C-Faser-Kunststoff-Verbunden und Leichtmetallen. Am Lehrstuhl für Werkstoffkunde (WKK) wurde hierzu erstmals die Metall-Ultraschallschweißtechnik genutzt. An den erzeugten Verschweißungen wurden umfangreiche Untersuchungen zum mechanischen Verhalten der Leichtbauwerkstoffverbunde durchgeführt. Dabei wurden insbesondere die erreichbaren Festigkeiten bei unterschiedlichen Beanspruchungsarten (Quer-Druck und Schub) in Abhängigkeit von der Temperatur- und Prüfgeschwindigkeit untersucht. Am Institut für Verbundwerkstoffe GmbH (IVW) wurden quasistatische Versuche bei automobiltypischen Betriebstemperaturen sowie Hochgeschwindigkeitsversuche durchgeführt, um das Verformungsverhalten der geschweißten Leichtbaustrukturen detailliert zu beschreiben.
Investigations on Joining Surface Hardened Steels by Friction Welding
Authors: Mitelea Ion , Craciunescu Corneliu Marius 
Published: December 2013

Abstract
The particularities of joining surface hardened steels (carburized, nitrided and induction hardened) using friction welding are analyzed in order to assess the influence of the wear protection layers on the welding process. The joint influence of the friction speed, friction pressure and time, as well as the upsetting pressure is evaluated for joints made out of carburized, nitrided and carburized with nitrided steels, respectively. The investigation of microstructure and properties allows an optimization of the friction welding parameters. The friction stroke appears to be the main parameter for welding carburized and nitrided steels, respectively. For welding carburized with nitrided parts, remains of carbon and nitrogen enriched materials are still present in the joining plane, regardless of the axial pressure and the friction stroke. Only a limited diffusion of the two components in the axial direction can be detected.
The Indentation Size Effect on the Micro-Hardness of Sea Mollusc Shell Structures
Authors: Filetin Tomislav , Šolić Sanja , Žmak Irena 
Published: December 2013

Abstract
The Vickers micro-hardness of three different sea mollusc shell structures has been determined as a function of the indentation load. The following shells from the Adriatic Sea have been investigated: abalone (Haliotis tuberculata), smooth clam (Callista chione), and warty venus (Venus verrucosa). The results show that the measured micro-hardness depends on the load for all of the investigated seashell structures, which indicates the influence of the indentation size effect (ISE). The load dependence of micro-hardness has been analyzed by using the known Meyer's Law, the proportional specimen resistance model (PSR), and the modified proportional specimen resistance model. The best correlation between measured values and used models has been achieved by using the modified PSR model.
Review of 20 Years Research in Fatigue of High Pressure Loaded Components
Authors: Thumser Rayk , Scheibe Wolfgang 
Published: December 2013

Abstract
This paper gives an overview of the research in fatigue of high pressure loaded components. In the last 20 years the main research was carried out in Germany. This research was mainly driven by the fatigue requirements for high pressure loaded Diesel engine injection parts as common rails, injectors and pipes.
Ermüdungslebensdauer von Baustahl unter komplexen Beanspruchungsabläufen am Beispiel des Stahles S460
Authors: Vormwald Michael 
Published: December 2013

Kurzfassung
Der Baustahl S460 gewinnt im Stahlbau zunehmend an Bedeutung, birgt er doch ein Potenzial für ökonomische Einsparungen. Allerdings ist das Einsatzgebiet zu berücksichtigen. So kann der Werkstoff z.B. in schlanken druckbeanspruchten und damit stabilitätsgefährdeten Konstruktionen sowie bei Schwingbeanspruchung von Schweißverbindungen seine höhere Festigkeit gegenüber dem S355 nicht zum Tragen bringen.
Der Baustahl S460 besitzt im ungeschweißten Zustand ein gutes bis sehr gutes (entsprechend seiner statischen Festigkeit) Widerstandsvermögen gegenüber einer Schwingbeanspruchung. Er ist in den vergangenen zwei Jahrzehnten intensiv experimentell untersucht worden und diente dabei als Modellwerkstoff bei der Entwicklung von Simulationsverfahren. Der vorliegende Beitrag stellt sowohl das zyklische Verformungsverhalten als auch das Versagensverhalten bei Schwingbeanspruchung ausführlich dar. Den experimentellen Befunden wird konsequent das Berechnungsergebnis unter Verwendung der aktuellen Modelle gegenübergestellt. Dabei wird der Bogen gespannt von der einfachen einachsigen Beanspruchung bis zur komplexen, mehrachsig nichtproportionalen Beanspruchung.
Prüfkonzept zur experimentellen Bestimmung des Ermüdungsverhaltens von einsatzgehärteten Werkstoffzuständen
Authors: Kleemann Andreas , Thumser Rayk , Kleemann Susanne , Winge Jörg , Gerth Uwe 
Published: December 2013

Kurzfassung
Für ein werkstoffmechanisches Dauerfestigkeitskonzept für einsatzgehärtete Bauteile sind experimentell abgesicherte Dauerfestigkeitswerte für die unterschiedlich aufgekohlten Werkstoffbereiche erforderlich. Bei den hier vorgestellten Untersuchungen wurden Rohrproben entwickelt, bei denen durch Niederdruckaufkohlen im Prüfquerschnitt vorausberechnete, homogene Kohlenstoffgehalte erzeugt wurden. Diese Werkstoffproben gestatten es, den Einfluss des Kohlenstoffgehaltes bzw. der Härte auf Dauerfestigkeit, Streuung und Mittelspannungsempfindlichkeit explizit experimentell zu ermitteln. Für die Ermüdungsversuche wurde an einen Innendruckprüfstand ein zweiter Druckübersetzer zur Erzeugung von statischem Außendruck adaptiert. Mit diesem Prüfkonzept kann das Spannungsverhältnis im Prüfquerschnitt der Rohrprobe frei eingestellt werden. Als Versuchswerkstoff wurde der Stahl 20MnCrB5 eingesetzt und Proben mit durch Aufkohlen erzeugten homogenen Kohlenstoffgehalten von 0,18%, 0,40%, 0,55% und 0,70% untersucht. Die Hauptbeanspruchungsrichtung in der druckbelasteten Probe ist senkrecht zur Hauptumformrichtung des Ausgangsmaterials (Stabstahl). Die ermittelten Dauerfestigkeiten zeigen keine Abhängigkeit von der Härte und sind maßgeblich beeinflusst durch die Wirkung von großen Einschlüssen.
Beurteilung von mehrachsig schwingbeanspruchten Schweißverbindungen in den IIW-Empfehlungen
Authors: Morris Cetin , Wiebesiek Jens 
Published: December 2013

Kurzfassung
Da die Beurteilung von mehrachsigen Spannungszuständen eine große Komplexität birgt, werden in Regelwerken einfache, aber zuverlässige Berechnungsmethoden bevorzugt. In diesem Zusammenhang fand die Gough-Pollard-Beziehung mit einer duktilitätsbezogenen Modifikation des mehrachsigen Schädigungsparameters DMA Eingang in die IIW-Empfehlungen. Schweißverbindungen aus Stahl zeigen eine Minderung der Lebensdauer unter nicht proportionaler (phasenverschobener) mehraxialer Beanspruchung (DMA = 0,5) im Vergleich zur proportionalen (phasengleichen) Beanspruchung (DMA = 1,0). Aluminiumschweißverbindungen geringer Duktilität hingegen weisen zwischen proportionaler und nicht proportionaler Beanspruchung keinen Unterschied auf (DMA = 1,0). Duktile Aluminiumschweißverbindungen jedoch verhalten sich wie Schweißverbindungen aus Stahl. Demzufolge wird in den IIW-Empfehlungen für nicht proportionale mehrachsige Beanspruchung der auf der sicheren Seite liegende Schädigungsparameter DMA = 0,5 sowohl für Schweißverbindungen aus Stahl als auch aus Aluminium empfohlen, sofern nicht ein semi-duktiler Werkstoffzustand vorliegt (DMA = 1,0).
Design Optimization of Components Based on Material Mechanics Fatigue Concepts
Authors: Savaidis Georgios 
Published: December 2013

Abstract
The paper deals with the fatigue design concepts for engineering components based on material properties and mechanics, i.e. the Short Crack Model (SCM), the Local Strain Approach (LSA), and the Effective Notch Stress Concept (ENSC) for welds. The calculation procedures are presented and their accuracy and robustness are demonstrated on the example of a cab bearing console providing complex geometry (geometry notch, weld with pronounced start and ends) and subjected to operating loading with variable stress amplitudes and mean stresses. Parametrical studies considering two ductile steels were performed. Comparison of calculated curves by means of the SCM and the LSA supported by the PSW
T-parameter explores life factors of 3 to 6.7 emphasizing the crucial influence of load sequence effects on fatigue life and the usefulness of the SCM to consider them. The choice of the material influences the lifetime of the console significantly (life factors of ∼5 to ∼11 depending on the applied model). The weld design was assessed by the ENSC to be safe.
Festigkeitsbewertung für Strukturen mit Verzinkungsrissen
Authors: Versch Christian , Vormwald Michael 
Published: December 2013

Kurzfassung
Im Zeitraum zwischen 2001 und 2005 wurden schwere Schäden an feuerverzinkten Stahlbauten festgestellt. Diese Schäden, Risse infolge flüssigmetallinduzierter Spannungsrisskorrosion (liquid metal embrittlement — LME), traten bei der Feuerverzinkung auf. Die Beurteilung der Standsicherheit dieser Konstruktionen ist aus mehreren Gründen nicht trivial. Der Einfluss des Erscheinungsbildes von LME-Rissen auf die Bruchzähigkeit und auf die rissvorantreibende Kraft, im Vergleich zu Ermüdungsrissen, ist ungewiss. Daher wurden Bruchmechanikversuche an C(T)-Proben mit LME-Rissen durchgeführt. Ein weiterer Punkt von besonderem Interesse ist der Plastizierungsgrad des Ligamentes Lr. Die LME-Risse treten häufig in den Stegen von Trägern, ausgehend von Teilkopfplatten oder Freischnitten, auf und an den Rissspitzen herrscht eine Mixed-Mode-Beanspruchung. Für diese Konstruktionsdetails existieren keine Näherungslösungen zur Bestimmung der lokalen Fließlast und auch die Identifizierung des Ligamentes ist nicht trivial. Der Ligament- Plastizierungsparameter Lr wird daher nach der Referenzspannungs- methode bestimmt, um künftig bruchmechanische Bewertungen auf der Basis linear-elastischer Berechnungen durchzuführen.
Komplexe Materialprüfung und Schadensanalyse —
Authors: Teichert Gerd , Wilke Marcus , Spieß Lothar , Schaaf Peter 
Published: December 2013

Kurzfassung
Die Schadensanalyse an Bauteilen und Werkstoffen erfordert immer ein Zusammenspiel von verschiedenen und meist komplementären Werkstoffuntersuchungen, die in der Schadensanalyse als instrumentelle Analysen bezeichnet werden. An einigen ausgewählten Praxisbeispielen aus dem Ofenbau-, Beschichtungs- und Automobilbereich wird gezeigt, wie Metallographie, Elektronenmikroskopie, Röntgenbeugung und Glimmentladungsspektroskopie in Kombination sehr vorteilhaft für komplexe Schadensfälle eingesetzt werden können. Hierdurch lassen sich abgesicherte Hypothesen für die Schadensfälle aufstellen und unter günstigen Umständen auch weitere Informationen über den Hergang ermitteln.
Radsatzwellenbeschichtung in Theorie und Praxis
Authors: Bohne Christian 
Published: December 2013

Kurzfassung
In den Regelwerken DIN EN 13261 und BN 918301 ist die Beschichtung von Radsatzwellen definiert. Mit der Festlegung von Korrosionsschutzgruppen werden unterschiedliche betriebliche Einflüsse und die daraus auf die Beschichtung einwirkenden Belastungen berücksichtigt. Durch Änderungen betrieblicher Einsatzbedingungen der Radsatzwellen sowie konstruktiver Vorgaben von Oberflächenrauheiten und durch die Verschärfung von Umweltauflagen ist in den letzten Jahren der Druck auf die Lackindustrie, die Produzenten von Radsatzkomponenten sowie auf die Fahrzeugbetreiber zur Weiter- oder Neuentwicklung von Radsatzwellenbeschichtungskonzepten gestiegen.
Radsatzwellen — Anforderungen und Verwirklichung*
Authors: Murawa Franz 
Published: December 2013

Kurzfassung
Auslegung, Gestaltung, Herstellung, Qualitätsüberwachung und Instandhaltung von Radsatzwellen wird durch die europäische Normung in engen Grenzen geregelt. Prinzipiell kann bei Führung eines Nachweises gleicher Sicherheit nach dem Stand der Technik von Normen abgewichen werden, die gegenwärtigen Tendenzen zeigen aber in die andere Richtung, d.h. zu stringenter Einhaltung der Normen. Die Möglichkeiten zu Innovationen, z.B. durch alternative Herstellverfahren sollten aber nicht gänzlich negiert werden. Gerade im Bestreben die Sicherheiten weiter zu steigern, werden derartige Konzepte im Hinblick auf einen umweltfreundlichen und wirtschaftlichen Schienenverkehr wieder an Bedeutung gewinnen.
Assessment of Uncertainty in Modelled Ultrasonic Thickness Measurements
Authors: Markučič Damir , Runje Biserka , Stepanić Josip 
Published: December 2013

Abstract
Recently, through several documents ranging from guidelines to standards, it has been suggested to strengthen the quantitative character of non-destructive testing results and its implementation has been proposed. For the study behind this article, the formulated scheme on the ultrasonic thickness measurement has been applied, which is a typical procedure within ultrasonic testing. The regular situation is described, formalized through formulating the accompanied model, and its measurement uncertainty is estimated by using a Monte-Carlo based simulation. The obtained results provide a significant contribution to the approach to evaluate the testing system capability, to its step-by-step improvement as well as to direct tracing of consequences of any change in its characteristics.