scholarly journals Study on Fatigue Crack Growth Criterion : 1st Report, Paris' Law of a Surface Crack under Pure Mode I Loading

2010 ◽  
Vol 76 (764) ◽  
pp. 516-522 ◽  
Author(s):  
Masanori KIKUCHI ◽  
Maigefeireti MAITIREYMU ◽  
Hirotaka SANO
Author(s):  
João Ferreira ◽  
José A. F. O. Correia ◽  
Grzegorz Lesiuk ◽  
Sergio Blasón González ◽  
Maria Cristina R. Gonzalez ◽  
...  

Pressure vessels and piping are commonly subjected to plastic deformation during manufacturing or installation. This pre-deformation history, usually called pre-strain, may have a significant influence on the resistance against fatigue crack growth of the material. Several studies have been performed to investigate the pre-strain effects on the pure mode I fatigue crack propagation, but less on mixed-mode (I+II) fatigue crack propagation conditions. The present study aims at investigating the effect of tensile plastic pre-strain on fatigue crack growth behavior (da/dN vs. ΔK) of the P355NL1 pressure vessel steel. For that purpose, fatigue crack propagation tests were conducted on specimens with two distinct degrees of pre-strain: 0% and 6%, under mixed mode (I+II) conditions using CTS specimens. Moreover, for comparison purposes, CT specimens were tested under pure mode I conditions for pre-strains of 0% and 3%. Contrary to the majority of previous studies, that applied plastic deformation directly on the machined specimen, in this work the pre-straining operation was carried out prior to the machining of the specimens with the objective to minimize residual stress effects and distortions. Results revealed that, for the P355NL1 steel, the tensile pre-strain increased fatigue crack initiation angle and reduced fatigue crack growth rates in the Paris region for mixed mode conditions. The pre-straining procedure had a clear impact on the Paris law constants, increasing the coefficient and decreasing the exponent. In the low ΔK region, results indicate that pre-strain causes a decrease in ΔKth.


2006 ◽  
Vol 73 (15) ◽  
pp. 2139-2152 ◽  
Author(s):  
Ll. Llopart ◽  
B. Kurz ◽  
C. Wellhausen ◽  
M. Anglada ◽  
K. Drechsler ◽  
...  

2019 ◽  
Vol 814 ◽  
pp. 176-181
Author(s):  
Sang Hyun Hong ◽  
Sang Deok Kim ◽  
Jae Hoon Kim

The fatigue crack growth rate is the most important factor in predicting the life of a product when applying the damage tolerance design concept. Studies related to pure mode I for structures under fatigue loading have been actively conducted, while not many studies are conducted on the mixed mode. In this study, therefore, mixed mode fatigue crack growth experiments were designed using the Compact-Tension-Shear (CTS) specimens and the loading devices, proposed by Richard. Furthermore, the finite element analysis was used in determining the stress intensity factors of CTS specimen. As the results, the fatigue crack growth rate using the equivalent stress intensity factors proposed by previous researchers was lower than that of pure mode I at the initial stage of crack growth when the load angle increases.


2015 ◽  
Author(s):  
Ανδρέας Τζαμτζής

Στην αεροναυπηγική, οι συνδέσεις των δομικών μερών του αεροσκάφους πραγματοποιούνται κυρίως με χρήση ήλων. Τα τελευταία χρόνια η αυξημένη απαίτηση για μείωση του λειτουργικού κόστους και του κόστους παραγωγής, οδήγησε στην αναζήτηση νέων τεχνολογικών λύσεων με στόχο την αντικατάσταση των ηλωτών συνδέσεων και τη δημιουργία ενιαίων δομικών στοιχείων. Μία από τις εναλλακτικές λύσεις προς αυτή την κατεύθυνση είναι η εφαρμογή προηγμένων τεχνολογιών συγκόλλησης σε δομικά μέρη τουαεροσκάφους σε συνδυασμό με την χρήση κραμάτων αλουμινίου υψηλής αντοχής, με αυξημένη αντοχή στην εξέλιξη βλάβης. Στις συγκολλητές κατασκευές, η ύπαρξη ατελειών, ανομοιόμορφης μικροδομής και παραμενουσών τάσεων που προκύπτουν κατά την διαδικασία της συγκόλλησης, επηρεάζουν σημαντικά την εξέλιξη ρωγμής κόπωσης κατά την φόρτιση λειτουργίας του αεροσκάφους. Αυτό είναι ένα κρίσιμο πρόβλημα που πρέπει να ληφθεί υπόψη κατά το σχεδιασμό. Ταυτόχρονα, η ανάπτυξη αναλυτικών μοντέλων για την πρόβλεψη εξέλιξης ρωγμής σε συγκολλητές κατασκευές απαιτεί προσεκτική μελέτη των μηχανισμών πουεπηρεάζουν την εξέλιξη ρωγμής μέσα στην περιοχή συγκόλλησης. Η ανάλυση της συμπεριφοράς εξέλιξης ρωγμής κόπωσης σε στοιχεία με συγκόλληση είναι πολύπλοκη λόγω: i) της ανομοιογενούς μικροδομής στην περιοχή της συγκόλλησης και ii) των παραμενουσών τάσεων που δημιουργούνται στο υλικό κατά την διάρκεια της συγκόλλησης.Στην παρούσα διατριβή πραγματοποιήθηκε πειραματική και αναλυτική μελέτη της συμπεριφοράς εξέλιξης ρωγμής κόπωσης τύπου θραύσης 1 σε συγκόλληση τριβής με ανάδευση κράματος αλουμινίου. Η μεθοδολογία περιλαμβάνει την μελέτη της επίδρασης της ανομοιογενούς μικροδομής και των παραμενουσών τάσεων συγκόλλησης στην εξέλιξη ρωγμής κόπωσης. Οι παραπάνω παράμετροι μελετήθηκαν ανεξάρτητα ώστε να αποτιμηθεί η εκάστοτε επίδραση ξεχωριστά. Για την επίτευξη του σκοπού αυτού, η επίδραση της ανομοιογενούς μικροδομής συγκόλλησης στον ρυθμό εξέλιξης ρωγμής απομονώθηκε από τις παραμένουσες τάσεις της συγκόλλησης με χρήση ειδικής θερμικής κατεργασίας στο μέταλλο βάσης για την παραγωγή υλικού που να προσομοιάζει την μικροδομή της θερμικά επηρεασμένης ζώνης (ΘΕΖ) της συγκόλλησης. Η θερμική κατεργασία οδήγησε στην δημιουργία υλικού με μικροδομικά χαρακτηριστικά και μηχανικές ιδιότητες παρόμοιες με αυτές που παρατηρήθηκαν στη ΘΕΖ. Στη συνέχεια, πραγματοποιήθηκε αποτίμηση της επίδρασης της μικροδομής της ΘΕΖ στο ρυθμό εξέλιξης ρωγμής κόπωσης. Η ταυτόχρονη επίδραση μικροδομής και παραμενουσών τάσεων στον ρυθμό εξέλιξης ρωγμής πραγματοποιήθηκε με πειράματα εξέλιξης ρωγμής κόπωσης σε περιοχή συγκόλλησης τριβής με ανάδευση κράματος αλουμινίου 2024 Τ3. Στα πλαίσια της Διατριβής αναπτύχθηκε αναλυτικό μοντέλο για την εκτίμηση της εξέλιξης ρωγμής και της διάρκειας ζωής σε κόπωση κραμάτων αλουμινίου που περιέχουν συγκόλληση. Το μοντέλο λαμβάνει υπόψη για την πρόβλεψη της εξέλιξης ρωγμής κόπωσης: i) την επίδραση της τοπικά μεταβαλλόμενης μικροδομής του υλικού γύρω από την περιοχή της συγκόλλησης και ii) τις παραμένουσες τάσεις που δημιουργούνται στο υλικό λόγω της συγκόλλησης. Για την αξιολόγηση του μοντέλου, τα αναλυτικά αποτελέσματα συγκρίθηκαν με πειραματικά αποτελέσματα εξέλιξης ρωγμής σε κόπωση που πραγματοποιήθηκαν σε δοκίμια κράματος αλουμινίου που περιέχει συγκόλληση.


Author(s):  
Youichi Yamashita ◽  
Masaharu Shinozaki ◽  
Yuusuke Ueda ◽  
Kenji Sakano

Fatigue crack growth prediction methods using three dimensional finite element analyses were investigated to improve the predictability of part-through surface crack growth life. First, a direct analysis method of cyclic finite element analysis was adopted. Fatigue crack growth was predicted on a step by step basis from the Paris’ law using stress intensity factor range (ΔK) calculated by 3D-FEM. This method takes the procedure of cyclic operation of FE-analysis modeled with crack tip elements, crack growth increment calculation and remeshing of FE-model. Second, a method based on influence function method for ΔK calculation directly using 3D-FE-analysis result has been developed and applied. It was found that crack growth prediction based on step by step finite element method and the method based on the influence function method showed good correlation with the experimental results if Paris’ law coefficient C determined by CT specimen was appropriately used for semi-elliptical surface crack.


2013 ◽  
Vol 471 ◽  
pp. 293-298 ◽  
Author(s):  
M.R.M. Akramin ◽  
Ahmad Kamal Ariffin ◽  
Masanori Kikuchi ◽  
S. Abdullah ◽  
N. Nik Abdullah

The aim of this paper is to present the simulation technique and experimental work for surface crack in a structure. For the sake of test apparatuss feasibility, a semielliptical surface crack in a structure was converted into small specimen size. The specimens represented semielliptical surface crack problem in real application of engineering structure. The specimens with semielliptical surface crack were tested by experiment and simulation. The S-version Finite Element Model (S-FEM) was implemented in simulation, and verification was performed through experimental works. The S-FEM consists of virtual crack closure method and Paris law as a crack growth criterion for 3-dimensional problem with hexahedron elements was used. Auto-mesh generation technique with a fully automatic crack growth simulation system was employed in S-FEM simulation. Specimens with 0oof crack surface angle were prepared and analysed for the modeIloading. A four-point bending fatigue test was conducted and simulated in order to gain crack path, fatigue crack growth and stress intensity factors value. Results from simulation and experiment showed good agreement with a certain condition. The implications from the results were discussed through the analysis of fatigue crack growth.


Sign in / Sign up

Export Citation Format

Share Document