Ermüdungstests

Ermüdungstests sind experimentelle Verfahren zur Bewertung des Verhaltens von Materialien oder Bauteilen unter zyklischer Belastung sowie zur Bestimmung ihrer Ermüdungslebensdauer und Dauerhaftigkeit. Sie zielen darauf ab, zu charakterisieren, wie sich im Verlauf wiederholter Belastung Schäden ansammeln, und die Bedingungen zu identifizieren, unter denen ein Versagen eintritt.

Sie dienen der Schätzung der Lastzyklen bis zum Versagen, dem Vergleich von Materialien oder Herstellungsprozessen, der Validierung von Ermüdungsentwürfen und der Unterstützung von Zuverlässigkeitsbewertungen. Unterscheidungen werden gemacht zwischen Hochzyklus- und Niedrigzyklusermüdung; erstere umfasst typischerweise Tausende bis Millionen Zyklen bei niedriger Spannung, letztere weniger Zyklen bei hoher Spannung mit plastischer Verformung.

Prüfungen erfolgen an servo- oder elektromechanischen Prüfmaschinen. Gängige Konfigurationen umfassen Zug-/Drehbelastung, Biegung, rotierende Biegeprüfungen und Kerbenproben. Tests können mit konstanter oder variabler Amplitude durchgeführt werden, mit festgelegten Spannungs- oder Dehnungsbereichen sowie Mittelwerten; das Lastverhältnis R = σ_min/σ_max wird angegeben. Daten werden gesammelt, um S-N-Kurven oder Dehnungslebensdauerkurven zu erstellen.

Die Auswertung nutzt oft Wöhler-Kurven (S-N), Miner-Regel zur kumulativen Damage-Analyse unter variierendem Lastspektrum und, bei lokalem Risswachstum, das Paris-Gesetz. Nach dem Versagen können mikroskopische Untersuchungen Aufschluss über Auslöser und Ausbreitung geben.

Wichtige Einflussfaktoren sind Probengeometrie, Oberflächenrauheit, Restspannungen, Temperatur, Schmierung, Umweltbedingungen (Korrosion) und die Zuverlässigkeit der Lastapplikation. Voruntersuchungen können Vorbehandlungen einschließen.

Anwendungen finden sich in Automobil-, Luft- und Raumfahrt-, Bau-, Maschinenbau- und Energietechnik. Ergebnisse orientieren sich an Normen von ISO, ASTM, DIN und anderen Normungsorganisationen, die Versuchsverfahren, Probenformen, Lastprogramme und Berichterstattung festlegen.