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Analytical and machine learning-based fatigue life prediction of welded joints under multiaxial loading

Beiler, Marten und Bauer, Niklas Michael und Baumgartner, Jörg und Braun, Moritz (2025) Analytical and machine learning-based fatigue life prediction of welded joints under multiaxial loading. International Journal of Fatigue, 206 (109459). Elsevier. doi: 10.1016/j.ijfatigue.2025.109459. ISSN 0142-1123.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
9MB

Offizielle URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0142112325006565?via%3Dihub

Kurzfassung

Evaluating the fatigue life of welded joints under multiaxial loading is a key challenge in structural engineering. This study explores machine learning (ML) methods for predicting fatigue life and compares their performance against the novel super ellipse criterion, which is an analytical approach that aims to improve current design standard methods (e.g., Eurocode 3, IIW). Using a dataset of uniaxial and multiaxial fatigue tests with varying phase angles, ML models—including artificial neural networks and extreme gradient boosting (XGBoost)—are trained on features like stress amplitudes, phase differences, and material properties. Artificial neural networks provide high accuracy, while tree-based models like XGBoost offer better interpretability via model agnostic interpretation using Explainable Artificial Intelligence. Results show ML models can outperform traditional criteria, especially under non-proportional loading, but face limitations near the edges of the training data. This work highlights the potential and challenges of ML in fatigue prediction and highlights their value for enhancing the safety and reliability of welded structures.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/222819/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Analytical and machine learning-based fatigue life prediction of welded joints under multiaxial loading
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Beiler, Martenmarten.beiler (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Bauer, Niklas MichaelFraunhofer Institute for Structural Durability and System Reliability LBFNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Baumgartner, JörgFraunhofer Institute for Structural Durability and System Reliability LBFNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Braun, Moritzmoritz.braun (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0001-9266-1698NICHT SPEZIFIZIERT
Datum:24 Dezember 2025
Erschienen in:International Journal of Fatigue
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:206
DOI:10.1016/j.ijfatigue.2025.109459
Herausgeber:
HerausgeberInstitution und/oder E-Mail-Adresse der HerausgeberHerausgeber-ORCID-iDORCID Put Code
Kang, GuozhengSouthwest Jiaotong University, Chengdu, ChinaNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
D. Sangid, MichaelPurdue University, West Lafayette, Indiana, United StatesNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Vormwald, MichaelTechnical University of Darmstadt, Darmstadt, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Verlag:Elsevier
Name der Reihe:ICMFF14
ISSN:0142-1123
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Fatigue strength assessment, Multiaxial fatigue, Artificial neural network, Extreme gradient boosting, Explainable AI, SHAP analysis
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Verkehr
HGF - Programmthema:keine Zuordnung
DLR - Schwerpunkt:Verkehr
DLR - Forschungsgebiet:V - keine Zuordnung
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):V - keine Zuordnung
Standort: andere
Institute & Einrichtungen:Institut für Maritime Technologien und Antriebssysteme > Schiffszuverlässigkeit
Hinterlegt von: Beiler, Marten
Hinterlegt am:12 Feb 2026 15:13
Letzte Änderung:13 Feb 2026 13:45

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