In this study, in order to analyze the crack retardation behaviors, effective plastic zone concept was proposed. By use of the proposed concept, crack retardation period, compressive residual stress and variation of effective plastic zone shapes were obtained. The results were compared with those of Willenborg model. Retardation period, compressive residual stress and effective plastic zone size obtained by using effective plastic zone concept were larger then the results obtained by using Willenborg analysis. Effective stress intensity factors obtained by using effective plastic zone concept were smaller then the results obtained by using Willenborg analysis.
Single overload tests performed to examine the crack retardation behavior for the specimen thickness and overload ratios. Delayed crack length was tend to increase in small thickness and big overload ratio but was difference between delayed crack length and plastic zone size that expected in specimen thickness. So retardation behavior that estimated in plastic zone size, was not sufficient. Crack tip branching and striation distribution, secondary mechanisms that effected in retardation behavior, was examined by experiment and finite element analysis. Crack tip branching was affected by micro structure, and appeared the more complicatedly according to increasing damage by overload and decreasing crack driving force in base line stress level. And crack tip branching the branching angle decreased crack driving force in the crack tip. And a characteristic of the fractography on retardation zone was that striation distribution did not appear due to decreased crack driving force.
International Journal of Precision Engineering and Manufacturing
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제3권4호
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pp.72-77
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2002
The load interaction effect can be best illustrated by the phenomenon of overload retardation. Some prediction methods for retardation are reviewed and the problems discussed in the present paper. The so-called under-load effect much of the retardation disappears if a very low level minimum stress follows the overload, is also of importance for a prediction model to work properly under random load spectrum. The concept of Interactive Zone (IZ) fully considering reversed plasticity during unloading was discussed. This IZ concept can be combined with existing models to derive some improved models that can naturally take account of the under-load effect. Some simulations by IZ improved models for test under complex load sequences including multiple overloads and both over/under loads are compared with test results. It is seen that the improvement by IZ concept greatly enhanced the ability of existing models to accommodate complex load interaction effects.
Single overload fatigue tests with overload sizes ranging from 50% and 100% have been performed to investing ate the fatigue crack growth retardation behavior. A modified and experimental method of Willenborg's model for prediction of crack growth retardation behavior has been developed, based on evaluations of equivalent plastic zone size (EPZS) changing its size along the overload plastic zone boundary. The minimum crack growth rates of each overload size are linearly decreased with overload size increasing, but fatigue lives extended by single overload are increasing much more unlike the crack growth rates. Comparisons of crack growth behavior predicted by EPZS model and Willenborg model have shown that the EPZS model accounts for overload effects better than Willenborg model. These effects include delayed retardation, large retardation region, minimum crack growth rate, and the increase rate of crack growth rate in the region crack growth rate recovered.
It is difficult to explain the effects of complex variable loading experienced by the machine and the structure only with the studies of the single-overload itself. Hence, it is thought that the variation of overload-holding time are required to explain the effects more clearly. The effects of the overload were analyzed by means of the crack retardation, and the fractography on retardation zone. A characteristic of the fractography on retardation zone was that striation distribution did not appear due to decreased crack driving force. Rotary bending fatigue tests were performed with the circular shaft which has two hole defects.
Aircraft structures and engineering structures are always subject to variable amplitude loads. Variable amplitude loads include some kind of loading history; for example, constant amplitude load, single peak overload and block overload etc. Crack growth under variable amplitude loading exhibits retardation effect. In this study, the 4 point bending fatigue test was performed by hydrolic servo fatigue testing machine on 7075-T6 Al-alloy. The retardation effect of overload ratio and numbers of overload cycle was quantitatively studied. 1) Change of retardation effect against increment of overload ratio is more evident when the multiple overload is applied than single overload is done. 2) The number of overload cycle is very important factor about the crack growth retardation effect when the overload ratio is more than 1.75; that is not when the overload ratio is less than 1.75. 3) Overload affected zone size increased gradually by increment of crack growth retardation effect. 4) Crack driving force is more greatly reduced when the crack tip branched off two direction than it sloped to one direction.
본 연구에서는 이와 같은 과대인장하중의 제하과정중에 발생하는 과대압축소 성역이 과대하중에 의한 피로균열의 진전지연에 미치는 영향을 중심으로 하여, 각 소 성역 치수를 매개변수로 하는 해석적 방법을 통하여 가속지연모델을 제안하고, 이를 2024-T3 Al 합금을 이용한 단일과대하중에 의한 지연시험결과 및 Wheeler 나 Willenb- org 등의 기존의 지연모델과 비교 고찰하고자 한다.
Ships and ocean structures are subjected to random loads caused by irregular waves. The irregularity of amplitude from random loading affects on fatigue crack growth and fatigue life. However the effects of irregularity of loading on fatigue including random loading have not been explained exactly. Therefore in this paper crack growth tests on DENT specimens under constant-amplitude loading including a single tensile overload are conducted to investigate the effect of overload on crack growth rate. The size of plastic zone and crack growth rate before and after a single tensile overloading are measured using ESPI system. Crack growth retardation model that is characterized by crack growth length and the size of plastic zone was proposed and compared with test result. From the research, the validity of proposed model is examined on crack growth retardation, and consequently fatigue life.
In this study, the growth rate of surface cracks (da/dN) during the retardation period was analyzed in terms of effective stress intensity factor range(${\Delta}K_{eff}^*$) obtained by using the proposed effective plastic zone concept. Effective stress intensity factors obtained by using the effective plastic zone concept were smaller than those obtained by using Willenborg analysis. On the growth rate of surface cracks analyzed by ${\Delta}K$, the dependence of overload stress levels appears. On the growth rate by ${\Delta}K_{eff}$ obtained by Willenborg analysis, there is a linear relationship with two different slops between da/dN and ${\Delta}K_{eff}$. However, on the growth rate by ${\Delta}K_{eff}^*$ obtained by the proposed effective plastic zone concept, there is a linear relationship between da/dN and ${\Delta}K_{eff}^*$ that coincides with the results of constant amplitude loading.
본 연구는 지표면 부근의 함수율이 아주 작은 불포화대중 휘발성 유기화합물가스의 이동에서 토양흡착으로 인해 발생하는 지연현상을 수학적으로 정식화하였으며, 이의 적합성을 검토하기 위하여 모델토양으로 glass bead 또는 규사를 채운 칼럼실험을 수행하여 지연계수를 적용한 이론계산과 기존의 지연식을 적용하여 구한 계산결과와 비교하였다. 그 결과 불포화 다공대중에서의 TCE가스의 이동현상은 가스로 부터 토양으로의 흡착을 고려한 지연계수를 적용한 계산결과가 기존의 지연계수를 적용한 계산 결과보다 실험결과를 잘 재현함을 알 수 있었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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