본 연구에서는 CT시험편을 이용하여 소규모 항복조건하에서 하한계(near threshold)영역과 안전균열성장(제II)영역의 균열진전거동을 파악하고 피로균열 진전속도와 음향방출거동, 파단면 특성을 각각 비교, 고찰하여 각 파라미터간의 상관 관계 및 유용성을 검토하고자 한다.
In fatigue crack growth test, it is important not only to analyze characteristics of fatigue crack growth but also to determine the threshold stress intensity factor, ${\Delta}K_{th}$. which is the threshold value of fatigue crack growth. Linear regression analysis using fatigue test data near the threshold is suggested to determine the ${\Delta}K_{th}$ in the standard test method but the ${\Delta}K_{th}$ can be affected by a fitting method. And there are some limitations on the linear regression analysis in the case of small number of test data near the threshold. The objective of this study is to investigate differences of the ${\Delta}K_{th}$ due to regression analysis method and to evaluate the relative error range of the ${\Delta}K_{th}$ in same fatigue crack growth test data.
In this study, the influence of compressive residual stress and corrosive condition for corrosion fatigue crack was investigated, after immersing in 3.5%NaCl, $10%HNO_3+3%HF,\;6%FeCl_3$. The immersion period was performed for 90days. The fatigue characterization of a spring steel with processed shot peening were performed by considering the several corrosion environments in the range of stress ratio of 0.05 by means of opening mode displacement. By using the methods mentioned above, the following conclusions have been drawn: The fatigue life shows more improvement in the shot peened material than that in the un peened material. And the fatigue life shows improvement in ambient than in corrosion conditions. Threshold stress intensity factor range of the shot peened materials has higher than of the un peened materials. And the threshold stress intensity factor range was decreased in corrosion environments over ambient.
Rencentely, the request for the light weight is more incresed in the area of industrial environment and machinery and consistent effort is needed to accomplish high strength of material for the direction of light weight. we got the following characteristic from crack growth test carried out in the range of stress ration of 0.1, 0.3 and 0.6 by means of opening mode displacement. At the content stress ratio, the threshold stress intensity factor crack range ${\Delta}K_{th}$in the early stage of fatigue crack growth (Region I) and dtress intensity factor range ${\Delta}K$ in the stable of fatigue crack growth (Region II) with an increase in ${\Delta}K$. Fatigue life shows more improvement in the Shot-peened material than in the Un-peening material. And compressive residual stress of surface on the Shot peening processed operate resistance force of fatigue. So we can obtain fallowings. (1) The fatigue crack growth rate on stage II is conspicuous with the size of compressive residual stress and is depend on Paris equation. (2) Although the maxium compressive residual stress is deeply and widely formed from surface, fatigue life does not improve than when maxium compressive residual stress is formed in surface. (3) The threshold stress intensity factor range is increased with increasing compressive residual stress.
The effects of short fiber and particle hybrid reinforcement on fatigue crack propagation behaviors in aluminum matrix composites have been investigated. Single and hybrid reinforced 6061 aluminum containing same 20 $Al_2O_3\;volume\%$ with four different constituent ratios of short fibers and particles were prepared by squeeze casting method and tested to check the near-threshold and stable crack growth behavior. The fatigue threshold of the composites increased with portion of particle contents and showed the improved crack resistance especially in low stress intensity range. Addition of particle instead of short fiber also increased fracture toughness due to increase of inter-reinforcement distance. These increase in both fatigue threshold and fracture toughness eventually affected the fatigue crack growth behavior such that the crack growth curve shift low to high stress intensity factor value. Overall experimental results were shown that particle reinforcement was enhanced the fatigue crack resistance over the whole stress intensity factor range.
In order to investigate the behavior of fatigue crack growth of SiC-particulate- reinforced Al-Si alloy composites, fatigue tests using single edge notched tension(SENT) specimens were performed. Composite materials were manufactured by using both permanent die casting and extrusion processes with different volume fractions of $10\%\;and\;20\%$. $SiC_p-reinfurced$ Al-Si composites showed the increased levels of threshold stress intensity factor range, ${\Delta}K_{th}$, for the increased volume fractions of SiC particles, which implies the increased fatigue crack growth resistance at the threshold or low ${\Delta}K$ levels, compared to the unreinforced Al-Si alloy. In the Paris region, however, the composites showed the increased rate of crack growth resulting in the unfavorable effects on the fatigue crack growth resistance. Critical stress intensity factor range at unstable crack growth leading to final fracture decreased as the volume fraction of SiC particle increased, because of the reduced fracture toughness of the composites. Extruded materials showed higher threshold and critical values than the cast materials.
This paper is concerned with a particular fracture mechanics parameter ${\Delta}K_{th}$, known as the 'threshold stress intensity range', or 'fatigue threshold'. This threshold ${\Delta}K_{th}$ constitutes, as it were, a hinge between the notion of crack initiation and the notion of crack growth. It has often been thought that, like the endurance limit, it could be an intrinsic criterion of the material. The study was conducted on a SA-508 pressure vessel steel used in the nuclear power industry. This material exhibits a typical threshold effect in the range of the crack growth rates which were determined; that is, below approximately $da/dN=10^{-6}mm/cycle$, the slope of the da./dN versus ${\Delta}K$ curve is almost vertical. The value of ${\Delta}K_{th}$ was determined at a growth rate of $10^{-7}$ mm/cycle according to the ASTM Standard for threshold testing. The fatigue threshold values are in the range 21 $kg/mm^{3/2}$ to 12 $kg/mm^{3/2}$ depending on the stress ratio effect.
Effect of nitriding on fatigue crack initiation and growth rate has been studied in Ni-Cr-Mo steel. Specimens were nitrided at $860^{\circ}C$ for 15 hr. The fatigue limit of nitrided specimens were superior to those ofannea1ed($860^{\circ}C$, 15 hr) specimens. Based on detailed observations of slip band and micro crack initiation, it is concluded that the excellent fatigue limit of nitrided specimens is attributed to improved slip initiation resistance by nitriding. The characteristic of fatigue crack growth rate of nitrided specimens was investigated by comparing with those of annealed specimens. It was found that the crack growth rate was markedly decreased and the threshold stress intensity factor range was improved by nitriding. It is concluded that the excellent fatigue limit of nitrided specimens is also attributed to improved fatigue crack growth rate and threshold stress intensity factor range by nitriding.
Effect of nitriding on fatigue crack initiation and growth rate has been studied on SNCM. Specimens were nitrided for 15 hr at $860^{\circ}C$. The fatigue limit of nitrided specimens was superior to that of annealed($860^{\circ}C$, 15 hr) specimens. Based on detailed observations of slip band and micro crack initiation, it is concluded that the excellent fatigue limit of nitrided specimens is attributed to improved slip initiation resistance by nitriding. The characteristic of fatigue crack growth rate of nitrided specimens was investigated and compared with those of annealed specimens. It was found that by nitriding the crack growth rate was markedly decreased and the threshold stress intensity factor range was improved. It is concluded that the excellent fatigue limit of nitrided specimens is also attributed to improved fatigue crack growth rate and threshold stress intensity factor range by nitriding.
Delayed hydride cracking (DHC) is an important failure mechanism for Zircaloy tubes in the demanding environment of nuclear reactors. The threshold stress intensity factor, $K_{IH}$, and critical hydride length, $l_C$, are important parameters to evaluate DHC. Theoretical models of them are developed for Zircaloy tubes undergoing non-homogenous temperature loading, with new stress distributions ahead of the crack tip and thermal stresses involved. A new stress distribution in the plastic zone ahead of the crack tip is proposed according to the fracture mechanics theory of second-order estimate of plastic zone size. The developed models with fewer fitting parameters are validated with the experimental results for $K_{IH}$ and $l_C$. The research results for radial cracking cases indicate that a better agreement for $K_{IH}$ can be achieved; the negative axial thermal stresses can lessen $K_{IH}$ and enlarge the critical hydride length, so its effect should be considered in the safety evaluation and constraint design for fuel rods; the critical hydride length $l_C$ changes slightly in a certain range of stress intensity factors, which interprets the phenomenon that the DHC velocity varies slowly in the steady crack growth stage. Besides, the sensitivity analysis of model parameters demonstrates that an increase in yield strength of zircaloy will result in a decrease in the critical hydride length $l_C$, and $K_{IH}$ will firstly decrease and then have a trend to increase with the yield strength of Zircaloy; higher fracture strength of hydrided zircaloy will lead to very high values of threshold stress intensity factor and critical hydride length at higher temperatures, which might be the main mechanism of crack arrest for some Zircaloy materials.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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