This paper describes the effect of specimen size on fatigue crack growth rate for the offshore structural high-tensile-strength steel BS4360 and machine structural steel SM45C. The purpose of the present study is to investigate the effect of stress ratio aspect ratio specimen width and specimen thickness of the fatigue crack growth behavior. Compact tension specimens with a LT orientation for BS4360 and SM45C steels were used, All testing was done at constant stress intensity factor range controlled fatigue crack growth condition. The investigation demonstrates that the fatigue crack growth rate is increased with increasing stress ratio and specimen thickness and is decreased with increasing specimen width. The fatigue crack growth rate is unaffected by aspect ratio until a/W=0.50 but is increased by increasing spect ratio from a/W=0.55.
The characteristics of fatigue crack growth subject to out-of-plane bending fatigue are studied in terms of crack opening behavior by using pre-cracked smooth specimens. Crack opening stress is measured by an elastic compliance method which may precisely and continuously provide many date using strain gages during experiment. The results of the short crack and the long crack arranged by crack closure concept show that the effective stress gange ratio of short crack is grester than that of long crack, and ano- malous growth behavior of short crack may be elucidated by the variation of crack opening stress. When the variation of fatigue crack growth rate is arranged versus effective stress intensity factor range. Iinear relation is held also for the short crack. It shows that growth behavior of short crack can be quantitatively represent- ed by the fracture mechanics parameter using effective stress intensity factor range.
Pit형 표면결함으로부터 발생하는 작은 피로균열의 거동을 초음파의 표면파를 이용하여 이를 위하여 피로시험중인 Al 2024-T3를 시험재료, 피로시험도중 초음파를 이용하여 피로균열의 거동을 조사하였다. 즉, 피로시험에서 균열이나 Pit로부터 발생하는 작은 피로균열을 여러 응력조건하에서 나타나는 표면파의 반사특성에 관하여 연구하였다. 또한 이론적 결과와 실험적 결과를 상호 비교, 분석하였고, SEM을 사용하여 이들 작은 피로균열을 관찰하였다. 초음파를 이용한 피로균열의 균열 개구 거동에 관한 연구에서 피로균열의 유효균열 특성을 초음파법으로 평가 할 수 있었다.
The use of fracture mechanics has traditionally concentrated on crack growth under an opening mechanism. However, many service failure occur from cracks subjected to mixed mode loadings. Hence, it is necessary to evaluate the fatigue behavior under mixed mode loading. Under mixed mode loading conditions, not only the fatigue crack propagation rate is of importance, but also the crack propagation direction. The mode I and II stress intensity factors of CTS specimen were calculated using elastic finite element method. The propagation behavior of the fatigue crack of the STS304 steeds under mixed mode loading condition was evacuated by using stress intensity factors $K_I$ and $K_II. The MTS criterion and effective stress intensity factor were applied to predict the crack propagation direction and the fatigue crack propagation rate.
In this paper, the fatigue behaviour of typical axisymmetric forward extrusion die is investigated and extrusion process is analyzed by the rigid-plastic finite element method and elasto-plastic finite element method. To approach the crack problem involving crack initiation and propagation in extrusion die, LEFM(Linear Elastic Fracture Mechanics) is introduced and singular element which models stress.strain singularity in the crack tip vincity has been used to obtain an accurate stress intensityu factor values and other results. Form the displacement around the crack tip the stress intensity factor and the effective stress intensity factor at the beginning of the die inlet radius has been calculated. Applying proper fatigue crack propagation criterion such as Paris/Erdogan fatigue law to this data the angle and direction of fatigue crack growth has been simulated and these are compared with some experimental results. Using the computed crack growth rate, fatigue life of the extrusion die has been evaluated.
This study aimed to investigate the fatigue crack growth behavior of a kind of fiber metal laminates (FML) under four different stress levels. The FML specimen consists of three 2024-T3 aluminum alloy sheets and two layers of glass/epoxy composite lamina. Tensile-tensile cyclic fatigue tests were conducted on centrally notched specimen at four stress levels with various maximum values. A digital camera system was used to take photos of the propagating cracks on both sides of the specimens. Image processing software was adopted to accurately measure the length of the cracks on each photo. The test results show that: (1) a-N and da/dN-a curves of FML specimens can be divided into transient crack growth segment, steady state crack growth segment and accelerated crack growth segment; (2) compared to 2024-T3 aluminum alloy, the fatigue properties of FML are much better; (3) da/dN-${\Delta}K$ curves of FML specimens can be divided into fatigue crack growth rate decrease segment and fatigue crack growth rate increase segment; (3) the maximum stress level has a large influence on a-N, da/dN-a and da/dN-${\Delta}K$ curves of FML specimens; (4) the fatigue crack growth rate da/dN presents a nonlinear accelerated increasing trend to the maximum stress level; (5) the maximum stress level has an almost linear relationship with the stress intensity factor ${\Delta}K$.
International Journal of Precision Engineering and Manufacturing
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제5권4호
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pp.36-42
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2004
The shaft with the circular cross section has symmetric structural combination parts to keep the rotating balance. Hence the crack usually initiates from symmetric combination parts due to the stress concentration of these parts. In this study to estimate the fatigue behavior of symmetric cracks, the fatigue test was performed by using a rotary bending tester and the specimen with symmetric defects in circular cross section. The characteristics of crack initiation and propagation on the symmetric surface cracks in circular cross section were examined. We also observed the internal crack using the oxidation coloring method and investigated the fatigue behavior using the relationship between the surface crack and the internal crack. As a result, the fatigue life of symmetric cracks was reduced by 35% compared to that of a single crack. We examined the characteristics of fatigue behavior of elements with symmetric cracks using internal crack propagation rate and maximum stress intensity factor range that were obtained from an approximation method.
In this study. CT specimens were prepared from ASME SA5l6 which was used for pressure vessel plates for room and low temperature service. And we got the following characteristics from fatigue crack growth test carried out in the environment of room and low temperature at $25^{\circ}C$, -3$0^{\circ}C$, -6$0^{\circ}C$, -8$0^{\circ}C$, -10$0^{\circ}C$ and -12$0^{\circ}C$ in the range of stress ratio of 0.1 by means of opening mode displacement. At the constant stress ratio, the threshold stress intensity factor range ΔKsub/th/ in the early stage of fatigue crack growth ( Region I) and stress intensity factor range ΔK in the stable of fatigue crack growth ( Region II) was increased in proportion to descend temperature. It assumed that the fatigue resistance characteristics and fracture strength at low temperature is considerable higher than that of room temperature in the early stage and stable of fatigue crack growth region. The straight line slope relation of logarithm da.dN -ΔK in RegionII, that is, the fatigue crack growth exponent m increased with descending temperature at the constant stress ratio. It assumed that the fatigue crack growth rate da/dN is rapid in proportion to descend temperature in Region II and the cryogenic-brittleness greatly affect a material with decreasing temperature.
Corrosion fatigue cracking of the austenitic stainless steel(bese metal & heat affected zone by TIG weld) was studied experimentally under the environments of various specific resistance and air. The characteristics of corrosion fatigue crack growth rate and the environmental constants of paris' rule were investigated for SUS 304 weldments in the various specific resistance. The influences of stress intensity factor range and corrosion on the crack growth rate were compared. The characteristics of corrosion fatigue cracking for the weldments were inspected from mechanical, electrochemical and microstructural point of view. Main results obtained are as follows: 1) As the specific resistance decreases, the environmental constant C of paris'rule increases(hence the corrosion fatigue crack growth rate is rapid), but the environmental constant m decreases, so the effect of corrosion to the crack growth rate is more susceptible than thet of stress intensity factor range. 2) As the stress intensity factor range decreases, the corrosion fatigue crack growth rate of heat affected zone is more susceptible than that of the base metal. 3) The corrosion fatigue crack growth rate of the heat affected zone is more rapid than that of the base metal, because of the phenomenon of softening and the less noble potential coused by wedlding heat cycle. 4) The corrosion fatigue cracking of SUS 304 weldment appears transgranular fracture.
The distribution of fatigue crack growth rate is subjected to the measuring interval and calculated method of growth rate. In this paper, in order to establish the method of determining the distribution of fatigue crack growth rate, which ignores those influences, a series of fatigue crack growth experiments and measuring intervals of crack length calculated reasonable are presented. The main conclusions obtained are summarized as follows: 1) As a result of the ΔP constant test and ΔK constant test, it is thought that an approximate measuring interval of 0.3~0.7mm is reasonable, which allows for few errors and is little subjected to the calculated method of crack growth rate. 2) After generally comparing the error estimation by using the experimental data of CCT specimen with the error rating of the CT specimens, it is possible that the fatigue test has few errors within the measuring interval, ξ(Δa/W)=0.0067~0.017, regardless of the dimension of specimen geometry.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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