Inherent damage zone model is presented to explain the fatigue properties near the fatigue limit and the crack growth threshold consistently Inherent damage zone model assumes that the stress at a point which is located at a small distance, $r_0$, an inherent length of the material that represents the size of effective damage zone, from the crack initiation position governs the fatigue characteristics regardless of the geometric configuration of the specimen; smooth specimen, notched specimen or cracked specimens with short and long crack length. A special feature of the paper is using the exact stress distributions of notched and cracked specimens at the strength evaluations. Analytical elastic solutions by Neuber and Westergaard are employed for this purpose Relationship between fatigue limit of smooth specimen and threshold stress of cracked specimen, occurrence condition of non-propagating crack at the root of elliptic notch and circular hole and relationship between stress concentration factor and fatigue notch factor are discussed quantitatively based on the proposed model.
Rubio-Gonzalez, Carlos;Gomez-Rosas, G.;Ruiz, R.;Nait, M.;Amrouche, A.
Structural Engineering and Mechanics
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제53권5호
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pp.867-880
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2015
Mechanical fastening is still one of the main methods used for joining components. Different techniques have been applied to reduce the effect of stress concentration of notches like fastener holes. In this work we evaluate the feasibility of combining laser shock peening (LSP) and cold expansion to improve fatigue crack initiation and propagation of open hole specimens made of 6061-T6 aluminum alloy. LSP is a new and competitive technique for strengthening metals, and like cold expansion, induces a compressive residual stress field that improves fatigue, wear and corrosion resistance. For LSP treatment, a Q-switched Nd:YAG laser with infrared radiation was used. Residual stress distribution as a function of depth was determined by the contour method. Compact tension specimens with a hole at the notch tip were subjected to LSP process and cold expansion and then tested under cyclic loading with R=0.1 generating fatigue cracks on the hole surface. Fatigue crack initiation and growth is analyzed and associated with the residual stress distribution generated by both treatments. It is observed that both methods are complementary; cold expansion increases fatigue crack initiation life, while LSP reduces fatigue crack growth rate.
A study on predicting the joint strength of mechanically fastened woven glass/epoxy composite has been performed. An experimental and numerical study were carried out to determine the characteristic length and joint strength of composite joint. The characteristic lengths for tension and compression were determined from the tensile and compressive test with a hole respectively. The characteristic lengths were evaluated by applying the point stress failure criterion to a specimen containing a hole at the center subjected to tensile loading and a specimen containing a half circular notch at the center subjected to compressive load. The joint strength was evaluated by the Tsai-Wu and Yamada-Sun failure criterion on the characteristic curve. The predicted results of the joint strength were compared with experimental results.
Carbon Fiber Reinforced Plastic(CFRP) 복합재료는 높은 비강성 및 우수한 화학적 특성 등으로 인하여 여러분야에서 점점 사용이 증가하고 있다. 대부분의 CFRP 복합재료는 여러 부품들의 조립을 통해 제작된다. 이러한 독립된 부품들은 볼트, 핀 등과 같은 기계적인 방법을 통해 체결된다. 볼트나 핀에 의한 hole은 구조내에서 노치로 작용하여 부품의 강도저하의 원인이 된다. 본 논문에서는 홀의 크기와 시험편 폭이 노치재의 파괴강도에 끼치는 영향을 평가하여 hole을 포함하고 있는 평직 CFRP 복합재료의 정하중 파괴 강도를 실험적으로 평가하였다. 이를 위하여 본 논문에서는 홀 크기와 시험편 폭에 따른 점응력 조건의 특성길이를 평가하였으며, 특성길이와 노치재의 파괴강도의 관계를 확인하였다. 이를 이용하여 노치재의 정하중 파괴기준을 재정의하였다.
고주파를 이용하여 금속 표면의 원형 프레스 결함, 원형 관통 결함 및 선형 프레스 결함 등을 조사하였다. 본 실험에서는 3kHz 변조된 9.2GHz의 주파수를 사용했으며, 조사 방법으로는 반사법, 투과법, 주파수 고정법 등을 이용하였다. 고주파가 원형 프레스 결함과 원형 관통 결함에서 반사 신호의 크기가 큰 폭으로 변했다. 원형 프레스 결함에서는 반사신호에 의한 결함의 크기가 원래 크기의 2.5배로 확대되어 측정되었으며, 원형 관통 결함에서는 결함의 크기가 두 배로 확대되어 측정되었다. 또한, 선형 결함에서 고주파 반사신호의 크기는 결함폭의 증가와 함께 커졌으며, 결함 깊이가 2.4mm일 때 결함폭이 50mm에서, 결함 깊이가 1.2mm 및 0.45mm에서는 결함폭이 55mm일 때 각각 최대값을 나타냈다.
본 연구에서는 적층판 시편의 피로손상 균열진전 시험결과와 적층보강판 구조의 응력강도 해석결과를 기초로 충격손상을 모사한 원공과 노치손상을 내재한 보강재 본딩접합 적층보강판 구조의 피로손상 균열진전 수명예측에 대하여 고찰하였다. 그리고 적층보강판 구조시편에 대한 손상허용 시험결과와 손상진전 수명예측 해석결과를 비교분석한 결과 손상균열 길이 변화에 따라 최종파단에 대한 잔여강도를 예측하고 손상허용성 평가를 할 수 있었다.
복소퍼텐셜을 이용하여 타원공 또는 균열을 내재한 복합재 적층판구조 해석법을 고찰하였다. 복합재 적층판은 충격에 취약하며 이러한 충격손상은 타원공이나 균열형태의 노치로 모델화된 바 있다. 이와 같이 컷아웃부를 내재한 복잡한 형태의 복합재 적층판 해석에 유한요소해석법이 널리 사용되고 있으나 피로하중 하에서의 손상허용성 평가와 같이 손상진전에 따라 반복적으로 유한요소모델링을 수정하여 해석을 수행하여야 하는 경우 매우 번거로운 작업이 요구된다. 이러한 관점에서 복소퍼텐셜을 이용한 해석적 기법은 매우 간편하고 사용하기 손쉬운 기법이라고 할 수 있다. 이러한 해석법에 의한 계산결과를 유한요소해석 결과와 비교 분석함으로써 계산과정의 유효성과 용이성을 검증하였다.
Most of mechanical structures are composed of many substructures connected to one another by various types of mechanical joints with various shapes of cutouts. It is important to study these connected structures under dynamic forces for evaluation of stress concentration. In this paper, a FQI(fatigue quality index) analysis using the concept of SF(severity factor) is performed to various shape of elliptical hole. The SF is affected by the location of cutout in plate and radius ratio, static SF is analyzed with finite element analysis and the equation of FQI for predicting a dynamic SF is formed.
Surface crack growth characteristics and influence of the stress amplitude in rotary bending fatigue test were evaluated for annealed S35C steel, and than fractal dimensions of fatigue crack paths estimated using the box counting method. The following results that will be helpful to understand the fatigue crack growth mechanism were obtained. (1) Crack growth rate ds/dN and db/dN (s : half crack length at the surface crack, b : crack depth) depended on stress amplitude (${\Delta}{\sigma}/2$), stress intensity factor range (${\Delta}K_A, {\Delta}K_C$) and crack length. (2) At the effect area of 0.3 mm hole notch (s<0.5 mm) crack growth rate did not depend on these factors. (3) The fractal dimensions (D) increased with stress amplitude (${\Delta}{\sigma}/2$) but decreased with cyclic number.
Two-dimensional elastic analysis of doubly periodic circular holes in an infinite plane is given in this paper. Two cases of loading, remote tension and remote shear, are considered. A rectangular cell is cut from the infinite plane. In both cases, the boundary value problem can be reduced to a complex mixed one. It is found that the eigenfunction expansion variational method is efficient to solve the problem. Based on the deformation response under certain loading, the notched medium could be modeled by an orthotropic medium without holes. Elastic properties for the equivalent orthotropic medium are investigated, and the stress concentration along the hole contour is studied. Finally, numerical examples and results are given.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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