The replacement criterion of rail by accumulated passing tonnage was estimated by the bending fatigue life of rail. In order to estimate the bending fatigue life, it is basically needed to analyze bending fatigue behavior on the rail. In this study, the bending fatigue test were performed for 50kg/m and 60kg/m rails, and test specimens were distinguished by new and used rails and by the types of welded rail such as base material, thermite weld, and gas pressure weld. Also, this study analyzed the fractured surface, the position of initial crack and the bending fatigue behavior (S-N curve). Therefore, it evaluated S-N curve for welded rails according to the fracture probability. The result from this study might be used essential data in order to estimate the bending fatigue life of rail by the accumulated passing tonnage.
It is suggested that the service life of the continuous welded rail(CWR) is estimated by the relationship between the rail surface irregularity according to the accumulated passing tonnage and bending fatigue of welded part in CWR. In this study, based on the results of bending fatigue tests of rail and results of measuring tests in situ of rail bending stress, this study estimated the bending fatigue life of welded rail in concrete track, adopting a Haibach's rule. The bending fatigue life of CWR considered the rail surface irregularity, train speed and the S-N curve by types of rail welding. In addition, this study estimated it for the fracture probability 1%, 0.1%, 0.01%. Therefore, this study proposed bending fatigue life of CWR in concrete track.
Due to the high specific strength and stiffness of the composite materials, the composite materials have been extensively used in various industries. In particular, carbon fiber reinforced composites are widely used in many mechanical structures. In addition, since carbon fiber reinforced composites have anisotropic properties, to understand the fatigue behavior of composites with different fiber orientation is very important for the efficient structural design. Therefore, in this paper, the effect fiber orientation on the fatigue life of composite materials was experimentally evaluated. For this purpose, tensile and fatigue tests were performed on the off-axis specimens (0°, 10°, 30°, 45°, 60°, 90°) of the composite materials. As a result of the fatigue tests, the fatigue strength of the composites decreased significantly as the fatigue strength slightly deviated from 0 degrees. On the other hand, the more deviated, the less decreased. This is because the role of supporting the load of fibers decreased as the stacking angle increased. In addition, the fatigue behavior was analyzed by introducing a fatigue strength ratio (Ψ) that eliminates the fiber orientation dependence of the off-axis fatigue behaviors on the unidirectional composites. The off-axis fatigue S-N lines can be reduced to a single line regardless of the fiber orientation by using the fatigue strength ratio (Ψ). Using the fatigue Ψ-N line, it is possible to extract back to any off-axis fatigue S-N lines of the composites with different fiber orientations.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.38
no.10
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pp.1163-1169
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2014
In this study, a fatigue assessment method for vehicle suspension systems having welded geometries was established under a bending loading condition. For the fatigue life estimation of the actual product's welded joints made of different steels, bending fatigue tests were performed on welded specimens with a simplified shape for obtaining the moment-fatigue-life plot. Further, geometry modeling of the simplified welded specimens was conducted. Results of finite element analysis were used to obtain the stress-fatigue-life plot. The analysis results were also used to calculate the stress concentration factors for notch-factor-based fatigue life estimation. The test results were compared with results of the general notch-factor-based fatigue life estimation for improving fatigue assessment. As a result, it was concluded that both the welded fatigue tests and the notch-factor-based fatigue life estimation are necessary for accurate fatigue assessment.
We proposed a technique for predicting Stress-Life (S-N) curve or fatigue life using geometric features of a ply-overlap joint structure in which plies of two composite materials are partially or wholly laminated and bonded. Geometric features that could affect fatigue properties of a structure were selected as variables. By analyzing relationships between geometric variables and material constants of the Epaarachchi-Clausen model, a fatigue model for composites, relational expressions of these two factors were proposed. To verify the prediction accuracy of the proposed method, fatigue life of a CFRP/GFRP ply-overlap joint was predicted. Predicted life and life obtained by test data-based model were compared to actual life. High prediction accuracy was confirmed by calculating the coefficient of determination of the predicted S-N curve.
In this paper fatigue strength reduction of butt weld with penetration defect, which can be seen frequently in the steel bridge, was assessed quantitatively. S-N curves were derived and investigated through the constant amplitude fatigue test of fully or partially penetrated welded specimen made of SWS490 steel. The fracture mechanical method was applied in order to calculate the remaining fatigue life of the partially penetrated butt welds. The fatigue limit of the fully penetrated butt welds was higher than that of category A in AASHTO's fatigue design curves, and the slope of S-N curves with 5.57 was stiffer than that of other result for welded part generally accepted as 3. The fatigue strength of the partially Penetrated butt weld was strongly influenced by the size of lack of penetration, D. It decreased drastically with increasing D from 3.9 to 14.7mm. Fracture behaviour of the partially penetrated butt weld is able to be explained obviously from the beach mark test that a semi-elliptical surface crack with small a/c ratio initiates at a internal weld root and propagates through the weld metal. To estimate the fatigue life of the partially penetrated butt weld with fracture mechanics, stress intensity factors K of 3-dimensional semi-elliptical crack were calculated by appling finite elements method and fracture mechanics parameters such as C and m were derived through the fatigue test of CT-specimen. As a result, the fatigue lives obtained by using the fracture mechanical method agreed well with the experimental results. The results were applied to Sung-Su bridge collapsed due to penetration defects in butt weld of vertical member.
Kim, Jong-Yun;Kang, Sung-Su;Kim, Gug-Yong;Park, Soon-Cheol;Kim, Chung-Kwan
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.36
no.1
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pp.85-93
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2012
In this study, the geometry of the weld is used to develop the process of fatigue life prediction. For the development of fatigue life prediction process, bending fatigue test of muffler is conducted to obtain M(Moment)-N(Fatigue life) diagram. Modeling the geometry of the weld which is failed is performed to conduct static load analysis and analysis results are used to calculate the stress concentration factor. The stress concentration factor is used to get the fatigue notch factor and this was based on the fatigue life prediction. As a result of the comparison of test values and predicted values, predicted values are verified.
The Journal of the Convergence on Culture Technology
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v.7
no.2
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pp.405-410
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2021
In this study, a finite element analysis was performed applying a nonlinear material model and fatigue load conditions to evaluate the service life and spring stiffness of the resilient pad for rail fastening system. As a result of the fatigue analysis, the rate of change in spring stiffness compared to the initial condition was about 16%, indicating that fatigue hardening occurred. As for the stress generated in the longitudinal direction of the resilient pad, the difference between the stress generated at the center and the edge was about 10 times or more. In addition, it was analyzed that the equivalent stress of the outer boundary was more than twice as large as that of the central part. Therefore, it was analyzed that the damage and deformation of the resilient pad are the corners of the resilient pad under actual service conditions. The fatigue life diagram of the resilient pad (S-N curve) was derived using the equivalent stress of the resilient pad according to the fatigue cycles. Using the fatigue life diagram of the resilient pad derived in this study, it is considered that it can be used to predict the fatigue life under the relevant conditions by calculating the equivalent stress of the resilient pad under various load conditions.
For the life evaluating of notched members, it is the best way that performing the real fatigue test of structure containing notch. But this method required generally much times and costs to evaluate fatigue life. So, generally we use the modified S-N curve or several methods to predict fatigue life. In this study, crack initiation life was evaluated by fatigue testing the SAE keyhole specimen and smooth specimen made of Al 7075-T6 alloys using the constant load then obtained S-N curve of smooth specimen and P-N curve of SAE keyhole specimen. And, fatigue lives of keyhole specimen are predicted using some life prediction methods (Nominal range I method, Nominal range II method, FEM analysis) for investigating experimented results, and that were compared with experimental data. Predicted fatigue lives by FEM analysis were corresponded with experimental data between 1/3times and 3times on the whole, and predicted fatigue lives using modified S-N curve (Nominal range I method, Nominal range II method) were nonconservative compared with that of FEM analysis.
Prediction of composite fatigue life is not a straightforward matter, depending on various failure modes and their interactions. In this paper, a methodology is presented to predict fatigue life and residual strength of composite materials based on Phenomenological Model(non-linear fatigue damage model). It is assumed that the residual strength is a monotonically decreasing function of the number of loading cycles and applied fatigue stress ratio and the model parameters(strength degradation parameter and fatigue shape parameter) are assumed as function of fatigue life. Then S-N curve is used to extract model parameters that are required to characterize the stress levels comprising a randomly-ordered load spectrum. Different stress ratios (${\sigma}_{min}/{\;}{\sigma}_{max}$) are handled with Goodman correction approach(fatigue envelope) and the residual strength after an arbitrary load cycles is represented by two parameter weibull functions.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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