Vermoeiingsanalyse met Lokale Spanningen (deel 2)

In deel 1 van deze blogbijdrage is besproken dat de helling van de S-N curve afhangt van de spanningsconcentratie factor, ook ingeval van vermoeiingsanalyse aan de hand van lokale spanningen.
Maar ook de spanningsverhouding R=Smin/Smax van een spanningswissel heeft effect op de helling. Vaak zijn S-N curves gegeven voor R=-1. Om een S-N curve voor een andere waarde van R te bepalen worden enkele correcties toegepast. De bovenste asymptoot van de S-N curve wordt bepaald door de voorwaarde dat Smax≤Rm. Bij toenemende gemiddelde spanning zal deze asymptoot lager komen te liggen, evenredig met de gemiddelde spanning van de spanningswissel.
De onderste asymptoot, de vermoeiingsgrens, zal ook veranderen met veranderende R, maar in mindere mate. Voor R≠-1, de vermoeiingsgrens krijgt een correctie volgens Goodman, Gerber of andere methode. Deze correctie hangt af van R, maar ook van de taaiheid van het materiaal. Aangezien de correcties van beide asymptoten verschillend zijn, hebben de S-N curven de neiging vlakker te gaan lopen met toenemende R of gemiddelde spanning. Dit geldt voor S-N curven gebaseerd op nominale spanningen, maar ook voor S-N curven gebaseerd op lokale spanningen (het verschil tussen beiden is een factor Kt).

Veel rekencodes en FE tools werken met een vaste helling met k=5 in de vergelijking (Sa^k)*N=c. In werkelijkheid hangt de waarde van exponent k af van de spanningsconcentratie factor, de spanningsverhouding R en het materiaal. Simpelweg k=5 toepassen is te kort door de bocht, in de praktijk variëren waarden voor k tussen 3 en 15.
Gelaste verbindingen kunnen als uitzonderingen worden beschouwd. k=3 is een acceptabele waarde omdat vermoeiing in gelaste verbindingen onafhankelijk is van de gemiddelde spanningen en omdat de Kt voor een las zo groot is dat een verschil in lasdetail nauwelijks invloed meer heeft op de helling.