A Quantitative Analysis of ΔK Conversion Method for the Retardation Behavior of Fatigue Crack Growth in Varying Thickness of Al 2024-T3 Sheet Alloy

Sheet aluminum alloys used in manufacturing of machine structures for transportation show the difference of crack growth speed depending on thickness under the constant fatigue stress condition. The referred thickness effect is a major fatigue failure property of sheet aluminum alloys. In this work, we identified the thickness effect in fatigue test of thick plate and thin plate of Al 2024-T3 alloy under the constant fatigue stress condition, and presented the thickness effect to a correlative equation, $U_{i}^{equ}=f(R_t)$ which is determined by the shape factor, thickness ratio, $R_t$ and the loading factor, equivalent effective stress intensity ratio depending on thickness, $U_{i}^{equ}$. And we analyzed quantitatively the crack growth retardation behavior in thin plate compared to thick plate by the thickness effect using ${\Delta}K$ conversion method. We obtained such values as decrement of thickness(DoT), decrement of stress intensity factor range, ${\Delta}K$ (DoS) and identified the relation between them to present the nature of thickness effect in this work.

판재 Al 2024-T3 합금재료에서 나타나는 두께별 피로균열진전지연거동에 관한 ΔK환산법의 정량적분

운송기계구조물의 제작에 사용되는 판재 알루미늄 합금재료는 일정한 피로응력조건하에서 두께에 따라 균열진전속도의 차이를 보인다. 이러한 두께효과는 판재 알루미늄합금의 주요한 피로파괴특성 중 하나이다. 본 연구에서는 일정한 피로응력조건하에서 실시한 후판 및 박판 Al 2024-T3 합금재료의 피로 시험을 통하여 두께효과를 파악하고, 이를 형상인자인 두께비, $R_t$ 및 하중인자인 두께별 등가유효응력확대비, $U_{i}^{equ}$에 의한 상호관계식, $U_{i}^{equ}=f(R_t)$로 나타내었다. 그리고 두께효과에 의한 후판 대비 박판시험편의 균열진전 지연거동을 ${\Delta}K$ 환산법을 사용하여 정량적으로 분석하였다. 두께효과의 경향을 정량으로 나타내기 위해 두께감소율(DoT)과 응력확대계수범위, ${\Delta}K$의 감소율(DoS) 등의 값을 구하여 이들 상호관계를 규명하였다.