Constant-load-amplitude fatigue crack growth tests were carried out on 5083-0 aluminum alloy under elastic and elastic-plastic conditions. Crack length, crack closure and monotonic fatigue deformation were measured by Kikukawa's unloading elastic compliance monitoring technique and elastic-plastic fatigue crack growth rates were analysed in terms of J integral. Elastic-plastic fatigue crack growth rates can be well expressed by effective cyclic J integral until general yielding occurs. Beyond general yielding, monotonic fatigue deformation becomes significant and growth rates cannot be characterized by a single parameter of effective cyclic J integral alone. However, introducing one more parameter, maximum J integral J$_{max}$ to account for the effect of monotonic fatigue deformation, can explain fatigue crack growth behavior beyond general yielding.
The objective of this paper is to develop a computational model for predicting the fatigue propagation of collinear multiple surface cracks under constant amplitude and variable amplitude loadings. After examining fatigue crack growth behavior for CT specimens and single surface crack specimens, empirical equations of(11) and(12) are proposed for the prediction of fatigue life in a multiple surface crack geometry. The accuracy of the proposed model is verified using a life prediction computer program. Several case studies were performed to check the accuracy of the proposed model and to verify the usefulness of the developed program. Good agreement is observed between the numerical results based on the proposed model and the published experimental data.
본 연구에서는 기계적 성질이 상이한 4가지 박용재료에 대한 피로실험을 통하여, 일정 진폭하중 피로실험에서의 피로균열 전파거동과 단일 과부하하중 피로실험에서의 피로균열 전파거동을 비교함으로써, 재료의 변형경화지수(n)와 단일과부하하중에 의한 피로균열 지연효과와의 관계를 규명하고자 하였다. 본 실험의 결과를 요약하면 다음과 같다. (1) 단일 과부하하중을 작용시키면 피로 균열 전파속도는 지연되며, 이 지연효과의 정도는 재료의 기계적 성질 특히 변형경화지수와 밀접한 관계가 있다. (2) 단일 과부하하중에 의한 피로 균열 전파속도는 변형경화지수의 값이 작은 재료에서는 피로균열 지연효과가 작고, 변형경화지수의 값이 큰 재료일수록 지연효과가 커진다. (3) 단일 과부하하중에 의한 균열 closure의 현상은 변형경화지수의 값이 큰 재료에서 뚜렷이 나타나며, n이 0.2보다 큰 재료에서 단일 과부하하중에 의한 피로수명 연장이 효과적임을 알 수 있다.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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제25권5호
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pp.1108-1114
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2001
The fatigue crack propagation behavior of the SA516-Grade 70 steel which is used for pressure vessels was experimentally examined under the condition of at room temperature, $150^{\circ}C$, $250^{\circ}C$ and $370^{\circ}C$ with stress ration of R=0.1 and 0.3. The fatigue crack propagation rate , da/dN, related with the stress intensity factor range, $\vartriangle$N, was influenced by the stress ration within the stable growth of fatigue crack(Region II) with an increase in $\vartriangle$N. The resistance to the fatigue crack growth at high temperature is higher in comparison with that at room temperature, and the resistance attributed to the extent of plasticity-induced by compressive residual stress according to the cyclic loads. Fractographic examinations revels that the differences of the fatigue crack growth characteristics between room and high temperatures are mainly explained by the crack and oxide-induced by high temperature.
To verify the existing theory, non-propagating crack(NPC) does not exist in Ti which fulfills the good conditions for being of NPC, NPC detection in Ti was tried out. Also, the conception of fatigue limit in Ti and a main cause for NPC being were inquired. NPC was detected in both sharp notch root ( $\rho$=0.02mm) and micro pit (diameter = 0.25mm) which held fast to the end under stressing of fatigue limit. Therefore, the existing theory was identified as mistake. But, NPC can not be detected in smooth specimen. This fact would be due to the presumption that NPC is very small or crack does not initiate in smooth specimen. Anyway, the fatigue limit of Ti does not correspond to critical stress of crack initiation but correspond to critical stress of NPC growth. Measurement on the COD of NPC in Ti showed that the crack tip was closed even under the peak stress level at fatigue limit. But, after stress relieving annealing crack tip was opened. Consequently, compressive residual stress which is induced around the crack tip is considered to be the factor causing the NPC being.
The characteristics of elastic waves emanating from crack initiation and propagation in 6061 aluminum alloy subjected to fatigue loading with different stress ratio was investigated. The objective of this study is to determine the properties of the signals generated from each stage of fatigue crack growth. AS a crack propagates, substantial elastic wave occurred just prior to penetration. Then it decreased and the crack penetrated. The waveforms and their power spectra were found to be dependent on the different stress ratio associated with the signals. It is determined that high-frequency signal $0.5{\sim}0.75$ MHz is most likely emitted during crack propagation at peak load of fatigue cycle which release the highest energy. It is determined that 0.3 MHz is closely related to crack closure effect. The frequency peaks below 0.25 MHz may be attributed to fretting or hydraulic noise.
The fatigue crack growth behavior of the cold-rolled STS 304 steel developed for membrane material of LNG storage tank was examined experimentally at 293K, 153K and 111K. The fatigue crack growth rate(do/dN) tends to increase as the stress ratio (R) increases over the testing temperature when compared at the same stress intensity factor range($\Delta$K). The effect of R on do/dN is more explicit at low temperatures than at room temperature. The resistance of fatigue crack growth at low temperatures is higher compared with that at room temperature which is attributed to the extent of strain-induced martensitic transformation at the crack tip. The temperature dependence of fatigue crack growth resistance is gradually vanished with an increase in $\Delta$K which correlates with a decreasing fracture toughness with decreasing temperature. Fractographic examinations reveal that the differences of the fatigue crack growth characteristics between room and low temperature are mainly explained by the crack closure and the strengthening due to the martensitic transformation.
The fatigue crack growth behavior of the SA516/60 steel used for pressure vessels was examined experimentally at room temperatures $25^{\circ}C$,$-30^{\circ}C$, $-60^{\circ}C$, $-80^{\circ}C$, $-100^{\circ}C$ and $-120^{\circ}C$ with stress ratio of R=0.05, 0.1 and 0.3. fatigue crack propagation rate da/dN related with stress intensity factor range $\Delta$K was influenced by stress ratio in stable than fatigue crack growth (Region II) with an increase in $\Delta$K. The resistance of fatigue crack growth at low temperature is higher compared with that at room temperature, which is attributed to the extent of plasticity-induced by compressive residual stress according to the cyclic loads. Fractographic examinations reveal that the differences of the fatigue crack growth characteristics between room and low temperatures are explained mainly by the crack closure and the strengthening due to the plasticity near the crack tip and roughness of the crack faces induced.
SA508 Cl.3 원자로 압력용기강에서 하중변수와 온도가 공기 중에서 피로 균열성장률에 미치는 영향에 대하여 조사하였다. 피로 균열성장률 시험은 12.7mm 두께의 CT(compact tension) 시편을 이용하였으며, 균열길이 추정은 컴플라이언스 방법을 사용하였다. 시험은 0.1, 0.5 하중비와 1, 10Hz의 하중주파수로 상온에서 40$0^{\circ}C$ 까지 온도를 변화시키면서 수행하였다. 12$0^{\circ}C$ 이하의 비교적 낮은 온도에서는 피로균열전파속도는 하중주파수와 온도에 영향을 받지 않았지만, 12$0^{\circ}C$이상의 경우 피로 균열성장률은 온도가 높을수록, 하중주파수가 낮을수록 증가하였다. 이러한 피로균열진전속도의 빨라짐은 균열선단에서의 산화속도의 증가로 인한것으로 생각된다. 또한 하중비의 영향으로 균열닫힘과 산화의 상호작용으로 피로 균열성장률은 상온에서 두드러졌다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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