Für eine sichere und wirtschaftliche Bemessung im Stahlbau spielt die Lebensdauerprognose eine wichtige Rolle. Im Stahlbau äußert sich ein Ermüdungsversagen als Riss, der oftmals an Kerben beginnt, wo die Spannungsspitzen unproportional hoch sind. Ein durch zyklische Beanspruchung wachsender Riss führt zu einer Verringerung der Tragfähigkeit und kann schließlich zum vollständigen Versagen der Konstruktion führen.

Der Nachweis gegen Ermüdung wird heutzutage meist mit konventionellen Methoden wie dem Nennspannungskonzept oder der Hot-Spot-Methode geführt. Diese sehr allgemeinen Methoden sind im Eurocode verankert sind, vernachlässigen jedoch die Unterscheidung zwischen Rissinitiierung und Rissfortschritt sowie deren Auswirkungen. Weiterhin können die heute bestehenden Verbesserungen in Bezug auf Material- und Schweißnahtqualität im Vergleich zu der zugrunde liegenden Datenbank, die zur Bewertung der Kerbfall-Kategorien verwendet wurde, bei der Bemessung nicht berücksichtigt werden.

Um die Lebensdauer von Stahlkonstruktionen realistischer vorhersagen zu können, wird ein Zweiphasenmodell entwickelt, das der phänomenologischen Unterscheidung von Rissinitiierung und Rissfortschritt mit einer Kombination aus analytischen Methoden und numerischen Berechnungen folgt. Das Modell verwendet das Kerbdehnungskonzept, um die Initiierungsphase auf der Grundlage der zyklischen Materialparameter, der lokalen Geometrie und der Spannungskonzentration zu bewerten. Daran schließt sich eine X-FEM-basierte Anwendung des Rissfortschrittkonzeptes an, um die Rissfortschrittsphase zu bewerten. Die Verwendung computergestützter Bruchmechanik ermöglicht die Bestimmung der Spannungsintensität und des Risswachstums für beliebige Kerbgeometrien.

Mit diesen werkstoffbasierten lokalen Methoden kann eine Bauteil-Wöhler-Linie allein mit der Kenntnis von Werkstoffdaten und vorhandener Geometrie bestimmt werden. Das Projekt beginnt mit der Bewertung der Lebensdauer von Stumpfnähten. Anschließend wird das Modell wird auf geschweißte Strukturen mit komplexen Spannungs-Dehnungsfeldern an der entscheiden potenziellen Rissinitiierungsstelle erweitert.

Röscher, S., & Knobloch, M. (2019a). Towards a prognosis of fatigue life using a Two‐Stage‐Model: application to butt welds. Steel Construction, 12(3), 198–208. https://doi.org/10.1002/stco.201900018

Röscher, S., & Knobloch, M. (2019b). Two-stage-model for the prognosis of fatigue life application to butt welds. In J. Jönsson (Hrsg.), Nordic Steel Copenhagen 2019: 18th to 20th September ; The 14th Nordic Steel Construction Conference (S. 597–602). https://doi.org/10.1002/cepa.1106