In this study, a series of fatigue tests are carried out in order to estimate quantitatively the characteristics of fatigue crack growth rate for high strength steels of SM570, POSTEN60, and POSTEN80 steel, that is, the influence on fatigue crack growth rate according to the welding line, the characteristics of fatigue crack growth according to the welding method and the kinds of steel, and the characteristics of fatigue crack growth for base metal, heat affected zone and weld metal. From the test results, in case that the notch if parallel to welding line, it knows that the retardations of fatigue crack growth rate in crack tip at early stage increase remarkably than in case that the notch is perpendicular to welding line due to compressive residual stress. And the characteristics of fatigue crack growth rate according to welding method are that the dispersion of fatigue crack growth rate in case of FCAW method is smaller than that of SAW method. Also, it knows that the fatigue crack growth rate converges in high stress intensity factor range.
In this study, to investigate the effects of omitting low-amplitude cycles from a flight-simulation loading, crack growth tests are conducted on 2124-T851 aluminum alloy specimens. Three test spectra are generated by omitting small load ranges as counted by the rain-flow count method. The crack growth test results are compared with the data obtained from the flight-simulation loading. The experimental results show that omission of the load ranges below 5% of the maximum load does not significantly affect crack growth behavior, because these are below the initial stress intensity factor range. However, in the case of omitting the load ranges below 15% of the maximum load, crack growth rates decrease, and therefore crack growth curve deviates from the crack growth data under the flight-simulation loading. To optimize the load range that can be omitted, crack growth curves are simulated by the stochastic crack growth model. The prediction shows that the omission level can be extended to 8% of the maximum load and test time can be reduced by 59%.
In order to consider the concept of the fitness for purpose'in fatigue design of offshore structure, fracture mechanics is applied to evaluate initial or weld defects. Generally, linear elastic fracture mechanics has been applied to tstimate initial fatigue crack propagation rate as well as long fatigue crack propagation rate. But, initial fatigue crack propagation rate in elasto-plastic notch field may not be characterized by application of stress intensity factor range .DELTA. K, because plastic effect due to stress concentration of notch may contribute to initial crack propagation. Therefore, to introduce the plastic effect into fatigue crack driving force, in this studty, the evaluating method of J-integral range .DELTA. J, was developed by willson was modified for application to notch field. In calculation of .DELTA. J obtained from the modified J-integral, stress gradient and crack closure behavior in the notch field were considered. The initial crack propagation rates in the notch fields of mild steels and high tensile strength steels were correlated to .DELTA. J. As the result, it was cleared that the present .DELTA. J is applicable to charachterize the fatigue crack propagation rates in both the elastic and elasto-plastic notch fields.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Technology Engineers
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v.6
no.4
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pp.80-88
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1997
An experimental investigation of the fatigue through crack growth behavior under simple stepped variable loading condition has been performed using Al7075-T651. Experiments were carried out by using cantilever bending type specimens, with chevron notches on a small electro-magnetic test machine. Tensile overloads have a retarding effect on the fatigue crack growth rates, therefore tensile overloads were used for the beneficial effect on the fatigue life. While in most cases compressive overloads have only a vanishing effect on crack growth rates, some experiments with single edge crack tension specimens reveal a marked growth retardation. The stress ratios used in this investigations varies from R=0.32 to 0.81, from R=0.04 to 0.76, from R=-0.15 to 0.73, and from R=-0.33 to 0.68 and the peak load for each case was not varied. The crack growth and crack closure were measured by Kikukawa's compliance method with a strain gauge mounted on the backside of each specimens. The results obtained are as follows. When the stepped variable load was applied, the smaller the stress ration was, the larger the delayed retardation of the crack growth rate was. The fatigue crack growh rate data obtained for through cracks were plotted well against the effective stress intensity factor range from 4.0 to 20.0MP{a^{SQRT}m}. It was found that the effective stress intensity factor range ratio was related well to the opening stress intensity factor, the maximum stress intensity factor, and crack length.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.19
no.10
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pp.84-91
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2002
The shaft with the circular cross section have symmetric structural combination parts to keep the rotating balance. Hence the crack usually emanate from symmetric combination parts due to the stress concentration of these parts. In this study to estimate the fatigue behavior of symmetric cracks, the fatigue test was performed by using rotary bending tester and the specimen with symmetric defects in circular cross section. From the facts the characteristics of crack initiation and propagation on the symmetric surface cracks in circular cross section was examined. Also we observed the internal crack using oxidation coloring and investigated the fatigue behavior using the relationship between surface crack and internal crack. As a result of fatigue lift of symmetric cracks was reduced to 35% compared to single crack’s. We examined the characteristics of fatigue behavior in element with symmetric cracks using internal crack propagation rate and maximum stress intensity factor range obtained from approximation method.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.24
no.6
s.177
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pp.1446-1455
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2000
Fatigue crack initiation and propagation behavior under cyclic biaxial loading has been investigated using thin-walled tubular specimen with a hole. Two types of biaxial loading system, i.e. cyclic tensile loading with super-imposed static torsional load and cyclic torsional loading with superimposed static tensile load, with various values of the biaxial loading ratio, $\tau$ s/ $\sigma$ max (or $\tau$ max/ $\sigma$s) were employed. Fatigue tests show that fatigue crack near the hole initiates and propagates at 900 and 450 direction to the longitudinal direction of the specimen under cyclic tensile and torsion loading with static biaxial stress, respectively, and the static biaxial stress doesn't have any great influence on fatigue crack initiation and growth direction. Stress analysis near the hole of the specimen shows that the crack around the hole initiates along the plane of maximum tangential stress range. Fatigue crack growth rates were evaluated as functions of equivalent stress intensity factor range, strain energy density factor range and crack tip opening displacement vector, respectively. It is shown that the biaxial mode fatigue crack growth rates can be relatively consistently predicted with these cyclic parameters.
Proceedings of the Korea Committee for Ocean Resources and Engineering Conference
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2001.10a
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pp.282-286
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2001
In this study, CT specimens were prepared from spring steel(SUP9) processed shot peening which was room temperature, low temperature and high temperature experiment. And we got the following characteristics from fatigue crack growth test carried out in the environment of room, low temperature and high temperature at $25^{\circ}C$,$-30^{\circ}C$,$-50^{\circ}C$,$-70^{\circ}C$ and $-100^{\circ}C$ in the range of stress ratio of 0.05 by means of opening mode displacement. The threshold stress intensity factor range $\Delta K_{th}$ in the early stage of fatigue crack growth (Region I ) and stress intensity factor range $\Delta K$ in the stable of fatigue crack growth (Region II) was decreased in proportion to descend temperature. It assumed that the fatigue resistance characteristics and fracture strength at low temperature and high temperature is considerable higher than that of room temperature in the early stage and stable of fatigue crack growth region.
In this paper, the fatigue strength and the fatigue crack propagation behaviors of the round bar specimens which were spirally built up by welding and subsequently hardened by quenching were investigated. The material used was SF60 which was whdely employed in mechanical components, especially shafts. Fatigue tests were conducted at the fully reversed condition(R=-1) and axial and load control in the room temperature ahd air environment. The experimental results were expressed by both the range of stress intensity factor ($\Delta{K}$) and the effective range of stress intensity factor ($\Delta{K}_{eff}$). It was clarified that applying of quenching after the building up welding process improved the fatigue strength and the gatigue crack propagation property in the low range of $\Delta{K}$ of the built up round bar specimen.
Proceedings of the Korean Society of Marine Engineers Conference
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2001.11a
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pp.65-70
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2001
In this study, CT specimens were prepared from spring steel(SUP9) processed shot peening which was room temperature, low temperature and high temperature experiment. And we got the following characteristics from fatigue crack growth test carried out in the environment of room, low temperature and high temperature at $25^{\circ}C$, -3$0^{\circ}C$, -5$0^{\circ}C$, -7$0^{\circ}C$, -10$0^{\circ}C$ and 5$0^{\circ}C$, 10$0^{\circ}C$ , 15$0^{\circ}C$, 18$0^{\circ}C$ and in the range of stress ratio of 0.05 by means of opening mode displacement. The threshold stress intensity factor range $\DeltaK_{th}$ in the early stage of fatigue crack growth (Region I ) and stress intensity factor range ΔK in the stable of fatigue crack growth (Region II) was decreased in proportion to descend temperature. It assumed that the fatigue resistance characteristics and fracture strength at low temperature and high temperature is considerable higher than that of room temperature in the early stage and stable of fatigue crack growth region.
In this work, fatigue tests by axial loading were carried out to investigate the effect of stress ratio on the growth behaviors of surface fatigue crack for SM45C steel and Al 2024-T4 alloy. The growth behaviors of surface crack have been monitored during fatigue process by measuring system attached CCTV and monitor. When the growth rates of surface crack were investigate by the concept of LEFM based on Newman-Raju's .DELTA.K, the dependence of stress ratio appears both SM45C steel and Al 2024-T4 alloy. Therefore, modified stress intensity factor range, .DELTA.K' [=(1+R)/sup n/.DELTA.K] are intorduced to eliminate the dependence of stress ratio. Using .DELTA.K', it is found that the dependence of stress ratio disappears both SM45C steel and Al 2024-T4 alloy.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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