Assessment of multiaxially loaded safety components with uniaxial stress state in fatigue critical sites caused by design

The focus of this study, using results obtained with hollow specimens of the alloy Al 2024 T3 (AlCuMg2 T3) with a one‐sided bore, was to determine if, under multiaxial loading, the fatigue strength in a notch with a uniaxial stress state can simply be assessed without the application of any multiaxial strength hypothesis. In the fatigue critical location, the bore edge, only a superimposition of normal stress components, resulting from axial loading or/and torsion, occurs. In the case of out‐of‐phase loading, the resulting local uniaxial stress is even lower than the stress under in‐phase loading and leads to an increase of fatigue life to crack initiation under the non‐proportional loading, which is not observed in the case of multiaxial stressing/straining of the material itself. As the local stress state in the crack initiation site is uniaxial, the application of a multiaxial strength hypothesis, for the failure criterion of crack initiation (l=0.2 mm), is not necessary. Furthermore, the benefit of non‐homogenous stress distributions, which allow locally higher stresses than the levels given by the Woehler‐line for unnotched specimens, was underlined by considering highly‐stressed, material‐volume‐related support factors. Diese Studie konzentriert sich auf die Klärung, ob Ergebnisse, die mit einseitig gelochten Hohlproben aus Al 2024 T3 (AlCuMg2 T3) unter mehrachsiger Belastung ermittelt wurden, ohne die Anwendung einer Multiaxialitätshypothese bewertet werden können. Der schwingbruchkritische Ort in der Kerbe ist der Bohrungsrand, in dem lediglich Spannungen, verursacht durch Axialbelastung und/oder Torsion, sich überlagern. Die resultierende Spannung ist sogar bei Phasenverschiebung geringer als bei Phasengleichheit und führt zu einer Lebensdauerverlängerung, die bei mehrachsig phasenverschoben beanspruchtem Material nicht beobachtet wird. Da der örtliche Spanungszustand uniaxial ist, ist für das Versagenskriterium Anriss (l=0.2 mm) eine Festigkeitshypothese nicht erforderlich. Dabei wird die örtliche Stützwirkung, hervorgerufen durch die Spannungsgradienten, durch ein Volumenkonzept berücksichtigt.