Fatigue evaluations for the rotor blades of commercial or military rotorcraft have been carried out using the safe life concept since 1950s. Particularly, in the case of a rotor blade made of a composite material, a highly reliable fatigue life could be predicted by evaluation the cumulative damage using combination of fatigue life curve and load spectrum. However, there is a limit in adequately evaluating the strength reducing phenomena caused by damages or defects generated during the manufacturing process or impact damage induced by operational usages, using only the safe life concept. In this study, the fatigue evaluation process based on the damage tolerance concept is described and illustrated by means of successful application to substantiate the retirement time of composite rotor blades.
This paper reviews and summarizes overall fatigue substantiation method of aircraft. The fatigue substantiation method has been studied using the related regulation and examples of industry application. And the comparisons of fatigue substantiation procedure between safe-life and damage tolerance design have been performed. Fatigue substantiation methods have wide variability depend on design methodology and type of aircraft such as fixed wing and rotorcraft. In this study, fatigue substantiation methodologies have been reviewed using analysis and test methods.
Fatigue, the birth and growth of cracks in metal parts subjected to repeated loading, has been a problem plaguing engineers since the Industrial Revolution and the advent of rotating or reciprocating machinery. Designing against metal fatigue was studied briefly in several aspects. Examples of fatigue failures were shown. Fatigue was classified by loading: uniaxial Fatigue, multiaxial fatigue, cumulative fatigue da¬mage. Fatigue design criteria were discussed: Infinite-Life Design, Safe-Life Design, Fail-Safe Design, and Damage Tolerant Design. Mitigation of notch effects by design, improvement of fatigue strength of metal parts by residual stress and surface finishing were discussed. Relative fatigue beha¬vior was studied under various environmantal conditions. Especially the effects of corrosion, temperature, fretting, and irradiation were covered.
For gas turbine engines, the safe life methodology has historically been used fur fatigue life management of failure critical engine components. The safe retirement limit is necessarily determined by a conservative life evaluation procedure, thereby many components which have a long residual life are discarded. The objective of this study is to introduce the damage tolerant design concept into the life management for aircraft engine component instead of conservative fatigue life methodology which has been used for both design and maintenance. Crack growth data were collected on a nickel base superalloy which have been subjected to combined static and cyclic loading at elevated temperatures. Stress analysis fur turbine disk was carried out. The program for computing creep-fatigue crack growth was developed. The residual lifes of turbine disk component under various temperatures and conditions using creep-fatigue crack growth data were estimated. As the result of analysis, it was confirmed that retirement fur cause concept was applicable to the evaluation of residual life of retired turbine disk which had been designed based on the conventional fatigue life methodology.
복합재 헬리콥터 로터 블레이드는 두께방향으로의 강도가 부족한 구조적인 특성으로 인해 외부 물체의 충돌에 의해 내부 구조물에 손상이 발생하기 쉬운 단점을 지니고 있다. 따라서 복합재 블레이드의 피로 평가 시 외부 물체의 충돌에 의해 발생하는 결함과 강도저하 현상을 함께 고려해야 한다. 이를 위해 내결함 안전 수명(flaw tolerant safe-life) 및 파손안전(fail-safe) 개념을 이용한 피로평가 방안이 1980년대부터 적용되었으며, 최근에는 회전익 항공기의 감항기준에 위의 두 개념이 손상허용(damage tolerance) 평가 방안으로 대체되었다. 본 논문에서는 회전익 항공기에 사용되는 섬유강화 복합재 로터 블레이드를 중심으로 피로수명을 평가하기 위한 관련규정을 분석하고, 국내 헬기 개발사업 등을 통해 적용된 사례들을 검토함으로써 충격손상을 고려한 섬유강화 복합재 로터 블레이드의 피로 평가 방안을 제시하였다.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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제21권5호
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pp.542-548
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1997
In this study an evaluation method of fatigue strength of membrane type LNG tank is presented with FEM analysis and experimental approach of seam and raised edge welds. The study contains the following : l)FEM analysis of test specimens 2)Fatigue tests of seam and raised edge welds 3)Estimation of cumulative damage factor of the welds on the basis of safe life design concept complying with the rules of classification society 4)Review of the effect of mean stress on the fatigue strength 5)Modelling of fatigue life of the welds which is changeable by weld heights With the results obtained in this study, a model ${\Delta}{\delta}/h^2=0.13553\;{N_{f}}^{-0.3151}$ for seam and raised edge welds having a given weld height is proposed to be useful for designers and inspectors.
The spider of a drum washing machine receives the repeated fatigue loadings during laundering. Although the spider is designed statically safely, it often happens fatigue failure. Therefore it requires the safe design for fatigue and needs the prediction of quantitative fatigue life. The S-N diagram for a spider material is developed by fatigue test and statistical analysis. The stresses are measured directly from strain gages on the spider. To predict the fatigue life of spider, the rainflow counting method and Miner's rule are used. The data for fatigue life are analyzed statistically. From these data, reliability estimation for fatigue life can be done and also, equivalent fatigue life can be obtained. It will be applied to make and improve to a short period for design and prototype test.
7,000lb 급 헬리콥터를 위한 무베어링 로터 허브 시스템을 설계한 후, 무베어링 로터 허브 시스템의 주요 구성품 중 하나인 유연보에 대해 요구수명 8,000시간을 만족하는지 확인하기 위한 피로해석을 수행하였다. 2차원 탄성 보 모델에 대한 단면 구조해석 방법을 적용하였으며, 정적구조해석을 통해 피로손상에 취약할 것으로 예상되는 두 단면에 대한 피로해석을 수행하였다. 구조해석을 위해 VABS를 사용하여 유연보 단면 형상에 대한 인장, 굽힘 및 뒤틀림 강성을 계산하였고, wohler equation을 적용하여 유연보를 구성하는 두 가지 복합재 소재에 대한 S-N 곡선을 생성하였다. CAMRAD II를 통해 무베어링 로터 시스템의 하중해석을 수행하였으며, 하중해석 결과를 HELIX/FELIX 표준하중 스펙트럼에 적용하여 무베어링 로터 시스템의 하중 스펙트럼을 생성한 후, 이를 통해 피로해석을 수행하였다.
At the design of Mark III membrane type LNG tank, an analytical and experimental approach on the fatigue strengths of membrane and its welds are very important in order to assist designers and surveyors. In this study, fatigue tests of lap weld of Mark III membrane type LNG tank were carried out and cumulative damage factor was calculated in order to estimate the fatigue life by probability density function and rule methods. It contained the following tests and reviews : 1) The fatigue tests of lap weld of stainless steel according to statistical testing method recommended by JSME, 2)Preparation of S-N curve for lap welds considering the statistical properties of the results of fatigue tests. 3) Procedure for estimating the initiation life of fatigue crack of lap welds under variable loads by the rule lf classification society and probability density function, 4) Guideline for inspection of lap welds fo membrane type LNG tank.
This study was done by ultrasonic testing. The proves used in this study were 5Z10$\times$10A70. The useful fatigue life of structural components is determined by the sum of the elapsed load cycles required to initiate a fatigue crack and to propagate the crack from subcritical size to critical dimensions. Thus, to predict the service life of many steel structures and to establish safe inspection intervals, an understanding of the Fatigue Crack Initiation and Fatigue Crack Propagation behavior in the steel is required. In the present study, the Fatigue Crack Initiation Life in SPS 5A steel was investigated by testing specimens having widely varying notch acuities. The variation in the notch acuity covered the range from notch root raidus 0.5mm to 2.5mm, and Fatigue Crack Initiation Life data were obtained in that range.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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