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Effective stress determination for flat bars with sharp notches by combining the theory of critical distances with artificial neural networks

ter Veer, Kane Falco und Harder, Mathis und Koyunseven, Kagan und Isay, Sascha M. und Braun, Moritz (2026) Effective stress determination for flat bars with sharp notches by combining the theory of critical distances with artificial neural networks. International Journal of Fatigue. Elsevier. doi: 10.1016/j.ijfatigue.2026.109692. ISSN 0142-1123.

[img] PDF - Nur DLR-intern zugänglich - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
16MB

Kurzfassung

This work systematically quantifies the deviations of gradient methods from the Theory of Critical Distances (TCD) and introduces neural-network-based metamodels for the rapid prediction of effective stresses in notched flat bars. Stress-based fatigue and fracture assessment methods often rely on the local stress field around a notch and are commonly referred to as effective stress or stress-gradient methods. In this study, notched flat bars are examined as a representative structural detail. The influence of geometrical variation, critical distance, loading, and plane state on the resulting effective stresses is investigated using the point, line, and area methods of TCD. Deviations of up to 40% are identified across certain geometry–loading combinations, highlighting the sensitivity of TCD based assessment to parameter variations. To eliminate the need for a dedicated numerical simulation for every new notch geometry, a series of feedforward artificial neural network (ANN) metamodels is developed and trained on thousands of finite element simulations. Particular attention is given to the effect of optimization algorithms on training performance and predictive robustness. The resulting metamodels provide fast and accurate estimates of effective stresses across a wide range of geometries and loading conditions, offering a computationally efficient alternative to repeated finite element analysis for the assessment of notched components.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/224195/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Effective stress determination for flat bars with sharp notches by combining the theory of critical distances with artificial neural networks
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
ter Veer, Kane Falcokane.terveer (at) dlr.dehttps://orcid.org/0009-0000-6873-5853214245629
Harder, Mathismathis.harder (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Koyunseven, KaganTechnische Universität HamburgNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Isay, Sascha M.Technische Universität HamburgNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Braun, Moritzmoritz.braun (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0001-9266-1698214245630
Datum:17 April 2026
Erschienen in:International Journal of Fatigue
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Nein
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
DOI:10.1016/j.ijfatigue.2026.109692
Verlag:Elsevier
ISSN:0142-1123
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Notch fatigue, Fracture mechanics, Stress gradient, Metamodeling, Artificial neural network, Surrogate modelling
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: Geesthacht
Institute & Einrichtungen:Institut für Maritime Technologien und Antriebssysteme > Schiffszuverlässigkeit
Hinterlegt von: ter Veer, Kane Falco
Hinterlegt am:11 Mai 2026 06:56
Letzte Änderung:11 Mai 2026 06:56

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