Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.30
no.2
s.245
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pp.112-119
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2006
Due to their intrinsic anisotropy, composite materials show quite complicated damage mechanism with their fiber orientation and stacking sequence and especially, their fatigue damage process is sequential occurrence of matrix cracking, delamination and fiber breakage. In the study, to propose new model capable of describing damage mechanism under fatigue loading, fatigue analysis of composite laminates based on damage mechanics, are performed. The average stress is disassembled with stress components of matrix, fiber and interlaminar interface through stress analysis. Each stress components are used to assess static damage analysis based on continuum damage mechanics (C.D.M.). Fatigue damage curves are obtained from hysteresis loop and assessed by the fatigue damage analysis. Then, static and fatigue damage analysis are combined. Expected results such as stress-cycle relation are verified by the experimental results of fatigue tests.
The fatigue damage caused by wide band loadings has generally been predicted using fatigue damage models in the frequency domain rather than a rain-flow counting method in the time domain because of its computation cost. This study showed that these fatigue damage models can be simplified in the form of normalized fatigue damage as a function of the S-N curve slope and bandwidth parameters. Based on numerical simulations of various wide band spectra, it was found that fatigue damage models in the form of normalized fatigue damage with one S-N curve slope and two bandwidth parameters( α1 , α2 ) provided less reasonable fatigue damage. Therefore, an additional bandwidth parameter needs to be considered based on a sensitivity study using various neural networks, which proved that α1-5 would be the dominant factor of a fatigue damage model as an additional bandwidth parameter.
This paper aims to evaluate the effect of typhoons on fatigue damage accumulation in steel decks of long-span suspension bridges. The strain-time histories at critical locations of deck sections of long-span bridges during different typhoons passing the bridge area are investigated by using on-line strain data acquired from the structural health monitoring system installed on the bridge. The fatigue damage models based on Miner's Law and Continuum Damage Mechanics (CDM) are applied to calculate the increment of fatigue damage due to the action of a typhoon. Accumulated fatigue damage during the typhoon is also calculated and compared between Miner's Law and the CDM method. It is found that for the Tsing Ma Bridge case, the stress spectrum generated by a typhoon is significantly different than that generated by normal traffic and its histogram shapes can be described approximately as a Rayleigh distribution. The influence of typhoon loading on accumulative fatigue damage is more significant than that due to normal traffic loading. The increment of fatigue damage generated by hourly stress spectrum for the maximum typhoon loading may be much greater than those for normal traffic loading. It is, therefore, concluded that it is necessary to evaluate typhoon induced fatigue damage for the purpose of accurately evaluating accumulative fatigue damage for long-span bridges located within typhoon prone regions.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.24
no.11
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pp.2828-2835
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2000
This paper presents the fatigue behavior of composite materials with impact-induced damage. The impact damage parameter is proposed to evaluate the effect of impact damage on fatigue life. Subsequently, a new model is developed to predict the fatigue life of impacted composite materials. Also, a stochastic model is proposed to describe the variation of fatigue life due to the material nonhomogeneity. For these models, the fatigue tests were performed on the unimpacted and impacted composite materials, The effect of impact damage on fatigue life can be characterized by the impact damage parameter. Additionally, the results by the present fatigue life prediction model agree will with experimental results regardless of applied impact energy. Also, the variation of fatigue life can be described by the present stochastic model and is reduced with applied impact energy.
This paper presents the fatigue behavior of composite materials with impact-induced damage. The impact damage parameter is proposed to evaluate the effect of impact damage on fatigue life. Subsequently, a new model is developed to predict the fatigue life of impacted composite materials. Also, a stochastic model is proposed to describe the variation of fatigue life due to the material nonhomogeneity. For these models, the fatigue tests were performed on the unimpacted and impacted composite materials. The effect of impact damage on fatigue life can be characterized by the impact damage parameter. Additionally, the results by the present fatigue life prediction model agree well with experimental results regardless of applied impact energy. Also, the variation of fatigue life can be described by the present stochastic model and is reduced with applied impact energy.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.16
no.7
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pp.168-177
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1999
Fatigue damage is the phenomena which is accumulated gradually with loading cycle in material. It is represented by fatigue crack growth rate da/dN and fatigue life ratio $N/N_{f}$. Fracture mechanical parameters estimating large crack growth behavior can calculate quantitative amount of fatigue crack growth resistance in engineering material. But fatigue damage has influence on various load, material and environment. Therefore, In this study, we propose that artificial intelligent fatigue damage model can predicts fatigue crack growth rate da/dN and fatigue life ratio $N/N_{f}$ simultaneously using fracture mechanical and nondestructive parameters.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.19
no.8
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pp.1915-1926
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1995
The Fatigue characteristics of 8-harness satin woven CFRP composites with a circular hole are experimentally investigated under constant amplitude tension-tension loading. It is found in this study that the fatigue damage accumulation behavior is very random and history-independent, and the fatigue cumulative damage is linearly related with the mean number of cycles to a specified damage state. From these results, it is known that the fatigue characteristics of CFRP composites satisfy the basic assumptions of Markov chain theory and the parameter of Markov chain model can be determined only by mean and variance of fatigue lives. The predicted distribution of the fatigue cumulative damage using Markov chain model shows a good agreement with the test results. For the fatigue life distribution, Markov chain model makes similar accuracy to 2-parameter Weibull distribution function.
During fatigue loading of composite materials, damage accumulation can be monitored by measuring their material properties. In this study, fatigue modulus is used as the damage index. Fatigue life of composite materials may be predicted analytically using damage models which are based on fatigue modulus and resultant strain. Damage models are propesed as funtions of applied stress level, number of fatigue cycle and fatigue life. The predicted life was comparable to the experimental result obtained using E-glass fiber reinforced epoxy resin materials and pultruded glass fiber reinforce polyester composites under two-stress level fatigue loading.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.29
no.5
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pp.531-537
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2012
Fretting fatigue tests were conducted to investigate the effect of contact pressure on fretting fatigue behavior in aluminum alloy A7075-T6. Test results showed that when the contact pressure is so low that gross or partial slip occurs at the pad/specimen interface, fretting fatigue damage increases with the contact pressure. However, when the contact pressure is high enough to prevent slip at the interface, fretting fatigue damage decreases with the contact pressure. In order to understand how the contact pressure influence the fretting fatigue damage, finite element analyses were conducted and the analysis results were used to evaluate critical plane fretting fatigue damage parameters and their components. It is revealed that fretting fatigue damage estimated with the parameters exhibits the same variation as that in the tests. Moreover, the variation of fretting fatigue damage is closely related with that of the maximum normal stress on the critical plane rather than the strain amplitude on the critical plane.
Transactions of the Korean Society of Machine Tool Engineers
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v.13
no.6
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pp.64-73
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2004
A fatigue damage accumulation model based on the continuum damage mechanics theory was developed where modulus decay ratios in tension and shear were used as indicators for damage variables D. In the model, the damage variables are considered to be second-order tensors. Then, the maximum principal damage variable, $D^*$ is introduced. According to the similarity to the principal stress, $D^*$ is obtained as the maximum eigen value of damage tensor [D]. Under proportional tension and torsion loadings, fatigue lives were satisfactorily predicted at any combined stress ratios using the present model in which the Fatigue characteristics only under uniaxial tension and pure torsion loadings were needed. Fatigue life prediction under uniaxial tension and pure torsion loadings, was performed based on the damage mechanics using boundary element method.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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