Ein Ermüdungsversagensmodus, bei dem die Materialantwort durch zyklische plastische Verformung dominiert wird: relativ große Dehnungsamplituden führen zu erheblichen inelastischen Verformungen und zum Versagen nach einer vergleichsweise geringen Zahl von Zyklen. Die Lebensdauervorhersage erfolgt dehnungsbasiert (z. B. Coffin‑Manson), nicht spannungsbasiert.

Prinzip

Tritt zyklische Plastizität am kritischen Ort auf, steuert die akkumulierte plastische Dehnung die Schädigungsentwicklung und die Lebensdauer: Die Gesamtdehnungsamplitude zerlegt sich in elastische und plastische Anteile; der plastische Anteil korreliert über eine inverse Potenzgesetzbeziehung mit den Zyklen bis zum Bruch.

Demonstration

Illustratives Szenario → Eine Turbinenlagerung erfährt bei jedem Start‑/Stoppzyklus große Umkehrdehnungen. Erkennung → Lokale Dehnungsmessstreifen zeigen signifikante plastische Amplituden. Handlung → Anwendung von Strain‑Life‑Methoden unter Berücksichtigung von Mitteldehnung, Ratcheting und Temperatur zur Berechnung der Zyklen bis zum Versagen. Folge → Instandhaltungsintervalle werden nach Strain‑Life‑Schätzungen festgelegt; konstruktive Maßnahmen reduzieren lokale Plastizität.

Fehlanwendung

Anwendung von HCF/S‑N‑Methoden, die elastisches Verhalten voraussetzen. Warum plausibel → Beide befassen sich mit Ermüdung. Semantischer Fehler → S‑N‑Methoden verknüpfen Spannungsamplitude und Zyklen unter überwiegend elastischer Beanspruchung und überschätzen daher im LCF‑Regime typischerweise die Lebensdauer.

Konsequenz

Korrekte dehnungsbasierte Analyse liefert realistische Lebensdauerschätzungen und zeigt Maßnahmen zur Reduktion lokaler Plastizität. Fehlerhafte Anwendung kann zu unerwarteten LCF‑Versagen an Kerben oder Hot‑Spots führen und Test‑/Wartungsaufwand fehlleiten.

Umkehrung

Werden Dehnungen unter das Niveau für anhaltende Plastizität reduziert (z. B. durch Versteifung oder Lastsenkung), wechselt das Verhalten zu überwiegend elastisch und HCF‑Methoden sind anwendbar; bei sehr hohen Temperaturen sind Kriech‑Fatigue‑Wechselwirkungen zu berücksichtigen.

Abgrenzung

Eindeutig innerhalb → Geschweißte Verbindung mit großen zyklischen inelastischen Dehnungen bei Start/Stop‑Zyklen. Randfall → Bauteil mit Kerbe, bei dem lokale Kleinplastizität über den Übergang zwischen LCF und HCF entscheidet. Eindeutig außerhalb → Rein elastische Hochzyklus‑Schwingungsmüdigkeit oder monotone Versagensarten.

Semantische Spannung

Duktilitätsorientiertes Design (kontrollierte Plastizität zulassen zur Energieaufnahme) ↔ Lebensdauerorientiertes Design (Plastizität vermeiden zur Maximierung der Zyklen). Zulassen von Plastizität verbessert Überlasttoleranz, verringert jedoch Zyklenlebensdauer und erschwert Vorhersagen.

Synthese

Niedrigzyklische Ermüdung ist das dehnungskontrollierte Regime: Die Lebensdauer wird durch akkumulierte plastische Dehnung bestimmt, weshalb Vorhersage, Prüfung und Reduktionsstrategien auf lokale Dehnung, Mittelbeanspruchung, Temperatur und Ratcheting ausgerichtet sein müssen, nicht auf klassische S‑N‑Ansätze.