A probabilistic model for fatigue life of a structural component is derived when the component is in a variable-amplitude loading environment. The physical mechanism which governs fatigue failure is used to model the fatigue life. Especially, the judgement of rotational symmetry in the-stress-intensity-factors results in the probability distribution for fatigue life. The probability distribution is related to the familiar truncated Gaussian distribution, which has a single parameter with a direct physical meaning.
A fictitious crack model was used to analyze fatigue crack growth under the influence of residual stress. In the fictitious crack model, crack is represented in terms of the separation of two adjacent interfaces and the constitutive equation between the separation and traction is assumed. The effect of fatigue loading was included in the constitutive equation by considering damage accumulation in the cohesive zone. To investigate the effect of the residual stress on the fatigue crack growth, we calculated the residual stress distribution due to transient heat flux to the specimen by finite element method. Fatigue crack growth was simulated by the fictitious crack model with repeated loading. The mode-I crack growth rates were compared for the cases with and without the compressive residual stress around the crack tip. It was observed that the mode-I crack growth can be suppressed by compressive residual stress.
Experimental and numerical approaches on the thermal fatigue for the solder joint of flip chip package are discussed. However, it is one of the most difficult problems to choose the proper fatigue model. It was found that viscoplstic FE model with Darveaux method was very desirable and useful to predict the thermal fatigue life of solder joint for flip chip package under $208{\~}423K$ thermal cycling condition such as steep slope of temperature(JEDEC standard condition C). Thermal fatigue life was 1075 cycles as a result of viscoplatic model. It was a good agreement compared to the experimental. And also, it was found from the experimental that probability of the thermal fatigue life was $60{\%}$ at 1500 cycles.
Predicting the failure life of automated manufacturing systems can reduce overall downtime, maintenance costs, and total plant operation costs. Therefore, there is a growing interest in fatigue failure mechanisms as the safety or service life assessment of manufacturing systems becomes an important issue. In particular, fretting fatigue is caused by repeated tangential stresses that are generated by friction during small amplitude oscillatory movements or sliding between two surfaces pressed together in intimate contact. Previous studies in fretting fatigue have observed size effects related to contact width such that a critical contact width exists where there is drastic change in the fretting fatigue life. However, most of them are the two-dimensional finite element analyses based on the plane strain assumption. The purpose of this study is to investigate the contact size effects on the three-dimensional finite element model of a finite width of a flat specimen and a cylindrical pad exposed to fretting fatigue. The contact size effects were analyzed by means of the stress and strain averages at the element integration points of three-dimensional finite element model. This study shows that the fretting fatigue life of manufacturing systems can be predicted by three-dimensional finite element analysis based on SWT critical plane model.
공용중인 공항 콘크리트 포장의 잔존수명을 추정하는 방법은 크게 과거의 누적 교통량을 고려하는 방법, 이론적 해석을 통한 역학적 방법 등 두 가지로 구분할 수 있다. 단순히 과거의 누적교통량을 이용하는 방법은 노후포장의 잔존수명을 추정하기에는 현실과 많은 차이가 있기 때문에 최근들어 많은 연구자들은 역학적 해석에 의한 방법을 많이 채택하고 있다. 역학적 방법에서 피로식은 잔존수명산출의 핵심을 이루는 것으로서 그 역할은 매우 중요하다고 할 수 있다. 본 연구는 국내 공항 콘크리트 포장의 피로식을 개발하기 위한 연구이다. 이를 위하여 재령이 10년된 공항을 선정하여 30개의 코어시료를 채취하여 피로시험을 실시하였다. 피로실험은 쪼갬인장 모드를 이용하여 수행하였으며 응력비 산정을 위한 기준 강도도 코어시료의 쪼갬인장 강도를 통해 얻었다. 본 연구에서 얻은 피로식의 상관계수값은 0.5였으며, 이 모델을 검증하기 위해 다른 공항에서 채취한 시료를 이용하여 실험을 수행하였으며 실험결과는 본 연구에서 제시된 피로식에 크게 벗어나지 않는 것을 확인하였다. 본 피로식을 기존의 외국 연구와 비교한 결과 응력비가 80%이상인 구간에서는 피로수명이 약간 큰 것으로 나타났다.
피로균열성장모델을 유도하고 지연모델을 제안하였다. 피로균열성장모델은 피로균열선단의 소성변형으로 인하여 균열표면에 발생하는 잔류소성스트레치를 고려하고 있다. 균열 성장률은 균열선단 재료요소의 소성변형에너지와 누적피로손상으로부터 계산된다. 유도한 균열성장모델로부터 계산한 균열성장률은 AL6061-T651과 17-4PH 주강의 시험결과와 잘 일치하고 있다. 피로균열성장지연모델은 인장과대하중으로부터 생성된 잔류소성스트레치를 근거로 하고 있으며, 인장과대하중은 다음 하중 사이클의 소성변형률을 감소시킨다. Strip-yield모델을 이용하여 균열선단의 소성역을 계산하였다. 새로 제안된 지연모델은 인장과대하중하의 피로균열선장특성 및 지체지연 현상을 잘 기술하고 있다.
Wind-induced failure around screwed connections has been documented in roof and wall cladding systems made with steel sheet cold-formed panels during high wind events. Previous research has found that low cycle fatigue caused by stress concentration and fluctuating wind loads is responsible for most such failures. A dynamic load protocol was employed in this work to represent fatigue under wind effects. A finite element model and fatigue criteria were implemented and compared with laboratory experiments in order to predict the fatigue failure associated with fluctuating wind loads. Results are used to develop an analytical model which can be employed for the fatigue analysis of steel cold-formed cladding systems. Existing three dimensional fatigue criteria are implemented and correlated with fatigue damage observed on steel claddings. Parametric studies are used to formulate suitable yet simple fatigue criteria. Fatigue failure is predicted in different configurations of loads, types of connections, and thicknesses of steel folded plate cladding. The analytical model, which correlated with experimental results reported in a companion paper, was validated for the fatigue life prediction and failure mechanism of different connection types and thicknesses of cold-formed steel cladding.
The composite blades of offshore wind turbines accumulate structural damage such as fatigue cracking due to harsh operation environments during their service time, leading to premature structural failures. This paper investigates various fatigue crack models for reproducing crack development in composite blades and proposes a stochastic approach to predict fatigue crack evolution and to analyse failure probability for the composite blades. Three typical fatigue models for the propagation of fatigue cracks, i.e., Miner model, Paris model and Reifsnider model, are discussed to reproduce the fatigue crack evolution in composite blades subjected to cyclical loadings. The lifetime probability of fatigue failure of the composite blades is estimated by stochastic deterioration modelling such as gamma process. Based on time-dependent reliability analysis and lifecycle cost analysis, an optimised maintenance policy is determined to make the optimal decision for the composite blades during the service time. A numerical example is employed to investigate the effectiveness of predicting fatigue crack growth, estimating the probability of fatigue failure and evaluating an optimal maintenance policy. The results from the numerical study show that the stochastic gamma process together with the proper fatigue models can provide a useful tool for remaining useful life predictions and optimum maintenance strategies of the composite blades of offshore wind turbines.
Stress and deformation on forklift happened at loading, unloading or moving freight are studied by structural and fatigue analysis in this study. As model 1 as closing type between forks has lower stress and stain than model 2 at opening type, model 1 has more durability than model 2. Among the cases of nonuniform fatigue loads, 'SAE bracket history' with the severest change of load becomes most unstable but 'Sample history' becomes most stable. In case of 'SAE bracket history' with the severest change of load at model 1 and 2, maximum life is shown with Cycle. Minimum damage with 854 at model 2 becomes much higher than model 1. As the gap between forks becomes open, the damage probability becomes higher. The structural result of this study can be effectively utilized with the safe and stable design of forklift by investigating prevention and durability against its damage.
This paper presents a fatigue reliability model for the reliability-based evaluation of remaining fatigue life of existing rail-road bridges. It is demonstrated that the simple fatigue reliability model based on the Weibull distribution of fatigue life can be extended by incorporating various effects due to the rate of the train-traffic increase and in-service Inspections. The paper also suggests the system fatigue reliability analysis using an approximate formulation and 2nd-order bound solutions. The application of the proposed model to existing rail-road brdiges based on field load tests shows that it may be practically used for the assessment of fatigue reliability, remaining life, and in-service inspection scheduling of existing rail-road bridges.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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