Microstructure based fatigue analysis of cast components under variable amplitude loading

Reliable numerical fatigue life analyses are becoming increasingly important given the need to reduce the time and costs for product development and the need to evaluate large and single components. Stress‐based approaches as well as the local strain approach and its fracture mechanics based extension (PJ model) are in use for that. Both the local strain approach and the PJ model require the supply of pure material data. This requirement for input data that are not component‐specific makes such approaches interesting for widespread application. The accuracy of numerical fatigue life analyses is an essential criterion for the acceptance and the spread in industrial application. In the local strain approach, accuracy is determined on one hand by the transferability of material data for the fatigue life analysis of components and on the other by the damage accumulation rule. In this paper, the local strain approach and the PJ model are used to analyse fatigue life under both constant and variable amplitude loading. These analyses are based on the experimental results obtained from tests of a commercial vehicle component made of nodular cast iron EN‐GJS‐400‐15. Aspects of transferability and damage accumulation are considered. Results obtained from using an elastic‐plastic fracture mechanics based approach to estimate a PSWT‐N curve, taken into account the inhomogeneities in the microstructure of the cast iron, are also presented. Zuverlässige rechnerische Lebensdaueranalysen werden in Anbetracht der Forderung nach einer Zeit‐ und Kostenreduktion in der Produktentwicklung sowie dem Bedarf der Nachweisführung für große Komponenten und/oder Einzelteile immer wichtiger. Spannungsbasierte Konzepte und das Örtliche Konzept (auch Kerbdehnungskonzept) sowie dessen bruchmechanisch basierte Erweiterung, das PJ‐Konzept, werden hierzu eingesetzt. Sowohl das Örtliche Konzept als auch das PJ‐Konzept benötigen die Bereitstellung von ausschließlich werkstoffbasierten Kennwerten. Dieser Bedarf an nicht bauteilspezifischen Eingangsdaten machen derartige Konzepte interessant für eine weit verbreitete Anwendung. Die Genauigkeit einer rechnerischen Lebensdaueranalyse ist ein wesentliches Kriterium für die Akzeptanz und Verbreitung in der industriellen Anwendung. Im Örtlichen Konzept ist die Genauigkeit einerseits durch die Übertragbarkeit der Werkstoffkennwerte auf das zu analysierende Bauteil und andererseits durch die Schadensakkumulationshypothese bestimmt. In diesem Beitrag w