Wat is het verschil tussen Low & High Cycle Fatigue?

Het verschil tussen low cycle fatigue (LCF) en high cycle fatigue (HCF) heeft te maken met vervormingen. LCF wordt bepaald door plastische vervormingen (d.w.z. in iedere belastingswissel), terwijl HCF wordt bepaald door elastische vervormingen. Het aantal wissels tot breuk is klein voor LCF en groot voor HCF.

De overgang tussen LCF and HCF hangt af van het spanningsniveau, oftewel de overgang tussen overheersend plastische en elastische vervormingen. Dat betekent dat er geen vaste overgangslevensduur is, b.v. 103, maar dat het overgangslevensduur afhangt van de taaiheid van het materiaal.

S-N Curve - Low Cycle Fatigue and High Cycle Fatigue

Grote aantallen van kleine wissels

Kleine wissels (d.w.z. wissels met een kleine amplitude) geven een langere levensduur dan grote wissels  (d.w.z. wissels met een grote amplitude). Dit zou tot de foutiveve conclusie kunnen leiden dat kleine wissels verwaarloosd kunnen worden in een levensduur analyse. Echter, het aantal kleine wissels is vaak veel groter dan het aantal grote wissels. In dat geval leveren de kleine wissels een belangrijke bijdrage aan de schade accumulatie.

Soms wordt zelfs gedacht dat door het verwaarlozen van kleine wissels er sprake is van LCF omdat het aantal grote wissels dat overblijft laag is. Dit is niet correct, LCF heeft te maken met plastische vervormingen, niet met kleine aantallen grote (elastische) wissels.

Spanningen boven de vloeigrens

In HCF spanningscollectieven kan het voorkomen dat een enkele piekspanningen boven de vloeigrens komt. Is er dan opeens sprake van LCF? Zolang de wissels in het collectief nog steeds gedomineerd worden door elastische vervorming blijft het een HCF proces. Een incidentele wissel

In some stress spectra a peak stress may incidentally exceed the yield limit. Does that make the fatigue process LCF? As long as the cycles are dominated by elastic strains, the fatigue mechanism will be typical for the HCF process. An incidental cycle with increased contribution of plastic strain does not change this.

Als spanningen bij een kerf de vloeispanning overschrijden zullen er kleine plastische vervormingen optreden aan de rand van de kerf. Na elastisch ontlasten ontstaat een inhomogene spanningsverdeling. Aan de rand van de kerf leidt dat tot drukspanningen die gunstig zijn voor vermoeiing.

Schade Mechanisme

Het HCF schade mechanisme wordt bepaald door elastische vervormingen. Belangrijke parameters zijn de spanningsconcentratie factor (aanwezigheid van een spanningsgradiënt), oppervlakte ruwheid en condities en de gemiddelde spanning van de wissel. Het LCF mechanisme wordt bepaald  door plastische vervormingen. De parameters die belangrijk zijn voor HCF hebben geen invloed op LCF.

Aangezien de schade mechanismes zo verschillend zijn, moeten er verschillende methodes voor levensduur analyses worden toegepast voor HCF (S-N data) and LCF (e-N data). Echter worden, ondanks de verschillen, vaak LCF methodes toegepast HCF analyse met lokale spanningen. In eerdere blog bijdrages (Vermoeiingsanalysis met lokale spanningen) en in het gratis eBook Common Mistakes in Fatigue Analysis wordt uiteengezet waarom een dergelijke benadering niet juist is.