Skip to Main Content
Skip Nav Destination
ASTM Selected Technical Papers
Fatigue and Fracture Test Planning, Test Data Acquisitions and Analysis
By
Zhigang Wei
Zhigang Wei
Editor
1
Tenneco Inc.
?
Grass Lake, MI,
US
Search for other works by this author on:
Kamran Nikbin
Kamran Nikbin
Editor
2
Imperial College London
?
London,
GB
Search for other works by this author on:
Peter C. McKeighan
Peter C. McKeighan
Editor
3
Symmetry Engineering and Forensic Consulting LLC
?
Shingle Springs, CA,
US
Search for other works by this author on:
D. Gary Harlow
D. Gary Harlow
Editor
4
Lehigh University
?
Bethlehem, PA,
US
Search for other works by this author on:
ISBN:
978-0-8031-7639-3
No. of Pages:
409
Publisher:
ASTM International
Publication date:
2017

This paper presents an overview of different methods of performing a regression on the results of strain controlled tests to obtain the cyclic properties that are used to describe the strain life and stress-strain curves. For the strain-life curve, the approach of Coffin and Manson is used, whereas the cyclic stress strain curve is described using the approach of Ramberg and Osgood. Three different regression approaches are explained: a simple linear regression and a Deming regression, which are applied separately to the elastic part of the strain amplitude and the number of cycles and to the plastic part of the strain amplitude and the number of cycles, as well as a spatial regression applied to the stress amplitude, plastic strain amplitude, and number of cycles. Because the populations of the parameters that are to be approximated by the regression are usually unknown, Monte Carlo simulations are performed to simulate artificial strain-controlled tests as a basis for judging the accuracy of the approximation of the mean curves and the scatter around these curves. It is shown that all three regressions are almost equally accurate. By using the simulation results, factors for shifting the estimated properties to a confidence level of 10 % or 90 % are derived.

1.
ASTM E606 04,
Standard Practice for Strain Controlled Fatigue Testing
,
ASTM International
,
West Conshohocken, PA
,
2010
, www.astm.org
2.
ASTM E739 80,
Standard Practice for Statistical Analysis of Linear or Linearized Stress Life (S N) and Strain Life (ε N) Fatigue Data
,
ASTM International
,
West Conshohocken, PA
,
2010
, www.astm.org
3.
BS 7270:2006,
Metallic Materials. Constant Amplitude Strain Controlled Axial Fatigue. Method of Test
,
British Standards Institution
,
London
,
2006
.
4.
ISO 12106:2003,
Metallic Materials—Fatigue Testing—Axial Strain Controlled Method
,
International Organization for Standardization
,
Geneva, Switzerland
,
2003
.
5.
ASD-STAN prEN 3988-1998,
Aerospace Series Test Methods for Metallic Materials Constant Amplitude Strain Controlled Low Cycle Fatigue Testing
,
CEN
,
Brussels, Belgium
,
1998
.
6.
SEP 1240,
Testing and Documentation Guideline for the Experimental Determination of Mechanical Properties of Steel Sheets for CAE Calculations
,
VDEh
,
Düsseldorf, Germany
,
2006
.
7.
Bäumel
,
A.
and
Seeger
,
T.
,
Materials Data for Cyclic Loading
,
Supplement 1
,
Elsevier Science
,
Amsterdam
,
1990
.
8.
Nieslony
,
A.
,
el Dsoki
,
C.
,
Kaufmann
,
H.
, and
Krug
,
P.
, “
New Method for Evaluation of the Manson–Coffin–Basquin and Ramberg–Osgood Equations with Respect to Compatibility
,”
Int. J. Fatigue
, Vol.
30
, No.
10
,
2008
, pp. 1967–1977,
9.
Coffin
,
L. F.
, Jr.
, Ed., “
A Study of the Effects of Cyclic Thermal Stresses on a Ductile Metal
,”
Trans. ASME
, Vol.
76
,
1954
, pp. 931–950.
10.
Manson
,
S. S.
, “
Fatigue: A Complex Subject—Some Simple Approximations
,”
Exp. Mech.
, Vol.
5
, No.
7
,
1965
, pp. 193–226.
11.
Campbell
,
F. C.
, Ed.,
Elements of Metallurgy and Engineering Alloys
,
ASTM International
,
West Conshohocken, PA
,
2008
, www.astm.org
12.
Ramberg
,
W.
and
Osgood
,
W. R.
,
Description of Stress Strain Curves by Three Parameters
, Technical Note No. 902,
National Advisory Committee for Aeronautics
,
Washington, DC
,
1943
.
13.
Fatemi
,
A.
,
Plaseied
,
A.
,
Khosrovaneh
,
A. K.
, and
Tanner
,
D.
, “
Application of Bi linear Log–Log S–N Model to Strain Controlled Fatigue Data of Aluminum Alloys and Its Effect on Life Predictions
,”
Int. J. Fatigue
, Vol.
27
, No.
9
,
2005
, pp. 1040–1050.
14.
Masendorf
,
R.
, Einfluss der Umformung auf die zyklischen Werkstoffkennwerte von Feinblech, PhD dissertation,
Clausthal University of Technology
, Clausthal Zellerfeld, Germany,
2000
.
15.
Kandil
,
F. A.
, “
Potential Ambiguity in the Determination of the Plastic Strain Range Component in LCF Testing
,”
Int. J. Fatigue
, Vol.
21
, No.
10
,
1999
, pp. 1013–1018.
16.
Deming
,
W. E.
,
Statistical Adjustment of Data
,
Wiley
,
New York
,
1943
(
Dover Publications Edition
,
Mineola, NY
,
1985
).
17.
Glaister
,
P.
, “
Least Squares Revisited
,”
Math. Gaz.
, Vol
85
, No.
502
,
2001
, pp. 104–107.
18.
Jacquelin
,
J.
, “
3 D Linear Regression
,” https://de.scribd.com/doc/31477970/Regressions-et-trajectoires-3D (accessed February 17, 2016).
19.
Martin
,
A.
,
Hinkelmann
,
K.
, and
Esderts
,
A.
, “
Zur Auswertung von Schwingfestigkeitsversuchen im Zeitfestigkeitsbereich—Teil 2: Wie Zuverlässig Kann die Standardabweichung aus Experimentellen Daten Geschätzt Werden?”
Mater. Test.
, Vol.
53
, No.
9
,
2011
, pp. 502–512,
20.
Hück
,
M.
, “
Ein Verbessertes Verfahren für die Auswertung von Treppenstufenversuchen
,”
Materialwissenschaft und Werkstofftechnik
, Vol.
14
, No.
12
,
1983
, pp. 406–417,
21.
Pollak
,
R.
,
Palazotto
,
A.
, and
Nicholas
,
T.
, “
A Simulation Based Investigation of the Staircase Method for Fatigue Strength Testing
,”
Mech. Mater.
, Vol.
38
, No.
12
,
2006
, pp. 1170–1181,
22.
Martin
,
A.
,
Hinkelmann
,
K.
, and
Esderts
,
A.
, “
Zur Auswertung von Schwingfestigkeitsversuchen im Zeitfestigkeitsbereich—Teil 1: Wie Zuverlässig Können 50 % Wöhlerlinien aus Experimentellen Daten Geschätzt Werden?”
Mater. Test.
, Vol.
53
, No.
9
,
2011
, pp. 502–512,
23.
Müller
,
C.
,
Hinkelmann
,
K.
,
Wächter
,
M.
,
Masendorf
,
R.
, and
Esderts
,
A.
, “
Zur Wiederverwendung von Durchläufern im Treppenstufenversuch
,”
Mater. Test.
, Vol.
54
, Nos.
11–12
,
2012
, pp. 786–792,
24.
Müller
,
C.
,
Hinkelmann
,
K.
,
Masendorf
,
R.
, and
Esderts
,
A.
, Zur Treffsicherheit der experimentellen Dauerfestigkeitsschätzung, Technical Report Series Fac3 14 02,
Clausthal University of Technology
, Clausthal Zellerfeld, Germany,
2014
.
25.
Ellmer
,
F.
and
Eulitz
,
K. G.
, “
Vergleich verschiedener Verfahren zur Bestimmung von Werkstoff und Bauteildauerfestigkeiten hinsichtlich der zu erwartenden statistischen Sicherheit der ermittelten Parameter
,”
42, Tagung des DVM Arbeitskreises Betriebsfestigkeit. Betriebsfestigkeit—Bauteile und Systeme unter komplexer Belastung
,
Dresden
,
Germany
, October 7–8,
2015
.
26.
Störzel
,
K.
, “
Zuverlässigkeit bei der statistischen Auswertung von Schwingfestigkeitsversuchen
,”
DVM Workshop Zuverlässigkeit und Probabilistik
,
Munich
,
Germany
, November 26–27,
2015
.
27.
Müller
,
C.
, Zur statistischen Auswertung experimenteller Wöhlerlinien, PhD dissertation,
Clausthal University of Technology
, Clausthal Zellerfeld, Germany,
2015
.
28.
Ahmadi Dahaj
,
A.
, Lebensdauerabschätzung schwingend beanspruchter metallischer Werkstoffe mittels Simulation des Mikrorisswachstums, PhD dissertation,
Clausthal University of Technology
, Clausthal Zellerfeld, Germany,
2003
.
29.
Boller
,
C.
and
Seeger
,
T.
,
Materials Data for Cyclic Loading. Part A: Unalloyed Steels
,
Elsevier
,
Amsterdam
,
1987
.
30.
Boller
,
C.
and
Seeger
,
T.
,
Materials Data for Cyclic Loading. Part B: Low Alloy Steels
,
Elsevier
,
Amsterdam
,
1987
.
31.
Boller
,
C.
and
Seeger
,
T.
,
Materials Data for Cyclic Loading. Part C: High Alloy Steels
,
Elsevier
,
Amsterdam
,
1987
.
32.
Boller
,
C.
and
Seeger
,
T.
,
Materials Data for Cyclic Loading. Part E: Cast and Welded Metals
,
Elsevier
,
Amsterdam
,
1987
.
33.
Bork
,
C.
,
Huenecke
,
J.
, and
Golmann
,
M.
, Neue Stähle mit hoher statischer, dynamischer und Dauerfestigkeit für den Automobilbau, Report on Research Project 03 M 3021,
German Ministry of Education and Research
, Bremerhaven,
1995
.
34.
Traupe
,
M.
,
Meinen
,
H.
, and
Zenner
,
H.
, Sichere und Wirtschaftliche Auslegung von Eisenbahnfahrwerken, Report on Research Project 19 P 0061 A to F,
German Ministry of Education and Research
, Clausthal-Zellerfeld,
2004
.
35.
Lütkepohl
,
K.
,
Esderts
,
A.
,
Luke
,
M.
, and
Varfolomeev
,
I.
, Sicherer und Wirtschaftlicher Betrieb von Eisenbahnfahrwerken, Report on Research Project 19 P 4021 A to F,
German Ministry of Economy
, Clausthal-Zellerfeld,
2009
,
36.
Zenner
,
H.
and
Thorms
,
V.
,
Betriebsfestigkeit von umgeformten Karosseriestählen
, FAT Schriftenreihe No. 166,
FAT
,
Frankfurt
,
2001
.
37.
Wagener
,
R.
and
Schatz
,
M.
,
Leichtbau mit Hilfe von zyklischen Werkstoffkennwerten für Strukturen aus umgeformtem höherfesten Feinblech
. FAT Schriftenreihe No. 191,
FAT
,
Frankfurt
,
2005
.
38.
Medhurst
,
T.
and
Süße
,
D.
,
Nutzung des Leichtbaupotentials von höherfesten Stahlfeinblechen durch die Berücksichtigung von Fertigungseinflüssen auf die Festigkeitseigenschaften
, FAT Schriftenreihe No. 242,
FAT
,
Frankfurt
,
2012
.
39.
Harste
,
D.
, Untersuchung zur Auswirkung von Überlasten auf die Dauerfestigkeit, PhD dissertation,
Clausthal University of Technology
, Clausthal Zellerfeld, Germany,
1996
.
40.
Hollmann
,
C.
, Übertragbarkeit von Schwingfestigkeits Eigenschaften im Örtlichen Konzept, PhD dissertation,
Universität Dresden
, Dresden, Germany,
2004
.
41.
Medhurst
,
T.
, Zyklisches Verhalten Metastabiler Austenitischer Feinbleche in Abhängigkeit des Umformgrades, PhD dissertation,
Clausthal University of Technology
, Clausthal Zellerfeld, Germany,
2014
.
42.
Society of Automotive Engineers (SAE): Fatigue Design and Evaluation Committee
,
Experimental HTML Fatigue Database
, http://fde.uwaterloo.ca/Fde/Materials/dindex.html (accessed September 4, 2013).
43.
Engl
,
B.
,
Steinbeck
,
G.
, and
Nicklas
,
D.
, Erarbeitung werkstoff und verarbeitungsgerechter Kennwerte für Feinblech aus normal und höherfesten sowie nichtrostenden Stählen, Report,
VDEh
, Düsseldorf,
2001
.
44.
Bäumer
,
A.
,
May
,
U.
,
Steinbeck
,
G.
, and
Bork
,
C.-P.
, Ermittlung des Werkstoffverhaltens und des Beschichtungseinflusses durch rechnerische Methoden zur Verkürzung der Entwicklungszeiten im Fahrzeugbau mit Stahl, Report,
VDEh
, Düsseldorf,
2006
.
45.
Bork
,
C.-P.
,
Reichert
,
B.
,
Wagener
,
R.
,
Dahmen
,
K.
,
Masendorf
,
R.
,
Geffert
,
A.
,
Gerlach
,
J.
,
Menne
,
M.
, and
Till
,
E.
, Validierung und Erweiterung von Berechnungsmethoden für die Blechumformung, Betriebsfestigkeits und Crashauslegung im Fahrzeugbau mit Stahl, Report Project No. P 744,
VDEh
, Düsseldorf,
2013
.
46.
Wächter
,
M.
,
Esderts
,
A.
, and
Masendorf
,
R.
, “
Methoden zur Abschätzung zyklischer Werkstoffkennwerte
,”
Tagungsband, 1. Niedersächsisches Symposium Materialtechnik
,
Clausthal Zellerfeld
, February 12–13,
2015
.
47.
Matsumoto
,
M.
and
Nishimura
,
T.
, “
Mersenne Twister: A 623 Dimensionally Equidistributed Uniform Pseudo Random Number Generator
,”
ACM Trans. Model. Comput. Simul.
, Vol.
8
No.
1
,
1998
, pp. 3–30.
This content is only available via PDF.
You do not currently have access to this chapter.
Close Modal

or Create an Account

Close Modal
Close Modal