Hochzyklusbereich

Hochzyklusbereich (englisch: high-cycle fatigue region) bezeichnet im Bereich der Ermüdung eines Bauteils den Zyklenbereich, in dem das Versagen nach sehr vielen Lastwechseln auftritt. Typisch liegen die Zyklenzahlen hier im Bereich von etwa 10^4 bis 10^7 oder mehr, während im Niedrigzyklusbereich (LCF) schon bei deutlich geringeren Zyklen Plastizität eine dominierende Rolle spielt. Im Hochzyklusbereich bleiben die Spannungen meist unter der Werkstoffgrenze und der Schaden entsteht überwiegend durch Initiierung eines Risses in der elastischen Struktur.

Die Lebensdauer in diesem Bereich wird häufig durch die S-N-Kurve beschrieben, die die Spannamplitude sigma_a gegen die Anzahl der Zyklen N darstellt. Die Basquin-Beziehung sigma_a = sigma_f' (2N)^b wird verwendet, um den Verlauf zu approximieren. In vielen Materialien existiert eine Ermüdungsgrenze (Endurance-Limit), ab der eine theoretisch unendliche Anzahl von Zyklen kein Versagen verursacht. Andere Werkstoffe zeigen kein festes Endurance-Limit; die Lebensdauer nimmt langsam ab, bleibt aber im hohen Zyklenbereich lang.

Experimentell wird der Hochzyklusbereich mit Servo-Hydraulikprüfmaschinen oder Ultraschallprüfmaschinen untersucht. Letztere ermöglichen sehr hohe Zyklenzahlen (etwa 10^6 bis 10^9 Zyklen) durch Frequenzen rund 20 kHz, während normale Prüfungen oft im Bereich von wenigen Hz bis kHz arbeiten. Umweltfaktoren wie Temperatur, Korrosion und Oberflächenbeschaffenheit beeinflussen die Ermüdung erheblich. Typische Anwendungen liegen in Zahnrädern, Wellen, Bruchlasten von Flugzeugstrukturen und anderen Bauteilen, bei denen lange Lebensdauer gefordert ist.