Die Auslegung dynamisch beanspruchter metallischer Werkstoffe und Bauteile beruht üblicherweise auf dem in einer Wöhlerkurve gezeigten Zusammenhang zwischen der Beanspruchungsamplitude und der Bruchlastspielzahl. Hieraus resultiert eine entscheidende Bedeutung hinsichtlich der Ermittlung von Wöhlerkurven, für die nach DIN 50100:2022-12 eine Mindestanzahl von 20 Versuchen empfohlen wird. Statistische Aussagen bezüglich der Bruch- beziehungsweise Versagenswahrscheinlichkeit führen zu einer deutlich verbesserten Lebensdauerprognose, wohingegen die erhöhte Versuchsanzahl und der damit verbundene experimentelle Aufwand zu gesteigerten Kosten führen. Zum Überwinden der Lücke zwischen statistisch abgesicherten Lebensdauerprognose (LPV) und dem daraus resultierenden erhöhten Zeit- und Kostenaufwand wird ein neues Lebensdauerprognoseverfahren entwickelt. Als Grundlage der Verfahrensentwicklung dient das Lebensdauerprognoseverfahren StressLife, welches sich durch Wöhlerkurven im High Cycle Fatigue (HCF) Bereich auf der Datenbasis einer geringen Anzahl von Ermüdungsversuchen auszeichnet. Die Werkstoffreaktionen, aus einem Laststeigerungsversuch und zwei Einstufenversuchen, werden über verschiedene ZfP-basierte Messverfahren (bspw. optische Dehnungsmessung und elektrische Widerstandsmessung) ermittelt und als Eingangsgröße für das LPV genutzt. Das zu entwickelnde Verfahren beinhaltet hinsichtlich zweier Aspekte grundlegende Erweiterungen und Alleinstellungsmerkmale gegenüber bereits existierenden Methoden. Der erste Aspekt besteht in der systematischen Untersuchung und Integration von statistischen Ansätzen, wodurch eine Abschätzung unterschiedlicher Bruch- beziehungsweise Versagenswahrscheinlichkeiten ermöglicht wird. Der zweite Aspekt beinhaltet die Berücksichtigung von Daten aus gekerbten Ermüdungsversuchen, welche mit reduziertem Versuchsaufwand Kerbwöhlerkurven bereitstellen können und somit einen ersten Ansatz hinsichtlich einer Bauteilwöhlerkurve liefern.

Die Methodenentwicklung erfolgt an dem Modellwerkstoff C45E, welcher in zwei unterschiedlichen Wärmebehandlungszuständen (normalisiert und vergütet) vorliegt. Hierbei werden zwei verschiedene Kerbgeometrien verwendet, welche sich bezüglich ihrer Kerbformzahlen unterscheiden. Für die statistische Auswertung liegt der primäre Fokus auf der Erfassung der Streuung aufgrund des kleinen Stichprobenumfangs im LPV. Dafür werden sowohl parametrische als auch nichtparametrische Methoden zur Dichteschätzung verwendet.

Ziel ist die Entwicklung eines Lebensdauerprognoseverfahrens, welches eine möglichst genaue Vorhersage hinsichtlich des Wechselverformungsverhaltens und der (Rest-)Lebensdauer trotz eines verringerten Probenaufwandes ermöglicht. Da im Falle von Kerbproben unter Beanspruchung multiaxiale Spannungszustände auftreten, kann dieser Ansatz perspektivisch auch auf Demonstrator- beziehungsweise Bauteilversuche übertragen werden, wodurch ein breites Anwendungsfeld für den zukünftigen Einsatz entsteht.

Bei der Prüfung von gekerbten Ermüdungsproben ist es erforderlich, die während des Versuchs eingesetzten zerstörungsfreien Prüfverfahren an die Geometrie der Probe anzupassen. Die maximale Spannung tritt im Kerbgrund auf und hängt direkt von der Größe des Kerbfaktors ab.