• 제목/요약/키워드: fatigue crack initiation

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Initiation and propagation of a crack in the orthopedic cement of a THR using XFEM

  • Gasmi, Bachir;Abderrahmene, Sahli;Smail, Benbarek;Benaoumeur, Aour
    • Advances in Computational Design
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    • 제4권3호
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    • pp.295-305
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    • 2019
  • The sealing cement of total hip arthroplasty is the most widely used binder in orthopedic surgery for anchoring implants to their recipient bones. Nevertheless, this latter remains a fragile material with weak mechanical properties. Inside this material cracks initiate from cavities. These cracks propagate under the effect of fatigue and lead to the failure of this binder and consequently the loosening of the prosthesis. In this context, this work consists to predict the position of cracks initiation and their propagations path using the Extended Finite Element Method (XFEM). The results show that cracks can only be initiated from a sharp edges of an ellipsoidal cavity which the ratio of the minor axis over the major axis is equal to 0.1. A maximum crack length of 19 ?m found for a cavity situated in the proximal zone position under a static loading. All cracks propagate in same(almost) way regardless of the cavity(site of initiation) position and its inclination in the proximal zone.

접촉피로 파라미터의 개발 (Development of Fretting Fatigue Parameter)

  • 이혁재
    • 한국군사과학기술학회지
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    • 제14권1호
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    • pp.92-99
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    • 2011
  • In this study, new multi-axial, critical plane based, fretting fatigue crack initiation parameter is developed by the addition of a new term into the Modified Shear Stress Range(MSSR) parameter. The newly developed parameter (MSSR') is then used to evaluate fretting fatigue life of titanium alloy, Ti-6A1-4V with various contact conditions. Finite element analysis is also used in order to obtain stress distribution on the contact surface during fretting fatigue test, which is then used for the calculation of fretting fatigue parameter. The MSSR' parameter shows better performance in predicting fretting fatigue lives from the conventional fatigue data, and less scattering within fretting fatigue data with different contact geometries.

미 용입 십자형 필릿 용접부에서의 피로 수명 특성에 관한 연구 (A Study on Characteristics of Fatigue Life in LOP Cruciform Fillet Welding Zone)

  • 이용복
    • 한국가스학회지
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    • 제16권3호
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    • pp.29-34
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    • 2012
  • 모든 구조물의 붕괴 사고로부터 인명과 재산의 손실을 방지하기 위하여 안전 설계 및 안전사용 방법을 찾는 것은 필요하며 피로해석으로부터 피로균열의 초기수명 및 전파수명과 함께 전 피로수명을 평가하는 것은 매우 중요하다. 본 연구의 목적은 교량, 선박, 가스 저장 시설을 포함하여 완전 용입이 어렵고 최종 파괴될 때까지 피로 수명 비를 계산하기 어려운 미 용입 십자형 필릿 용접 구조물에서 잘 나타나는 피로균열이 루트 부로부터 발생할 때 초기수명과 전파수명을 파악하는 것이다. 그 결과 피로파괴에 대한 각 피로수명 비는 재료 두께에 따라 5% 범위의 차이가 있으나 전반적으로 초기수명 비는 34~39% 범위이고 전파수명 비는 61~66%범위로 나타났다.

균열 진전에 따라 발생되는 AE신호 특성 분석 (AE Signal Characteristic Analysis caused by Crack Growth)

  • 김원철;김재구;구동식;김효중;최병근
    • 동력기계공학회지
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    • 제14권6호
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    • pp.41-46
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    • 2010
  • Acoustic emission (AE) technique is a well-known non-destructive test technique. Fatigue crack growth test was performed using SM53C to check up the AE signal occurred by crack growth, so AE system was used to detect the crack signal. Features calculated by the AE signals were analyzed to evaluate the steps divided the crack growth into three. The steps, initiation, growth and breaking, were separated by velocity of the crack growth. Time waveform and power spectrum were created by the AE signal of each one of the steps and compared. In the feature domains, it was found that AE values changed rapidly as the velocity of the crack increasing.

Fatigue life prediction of multiple site damage based on probabilistic equivalent initial flaw model

  • Kim, JungHoon;Zi, Goangseup;Van, Son-Nguyen;Jeong, MinChul;Kong, JungSik;Kim, Minsung
    • Structural Engineering and Mechanics
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    • 제38권4호
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    • pp.443-457
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    • 2011
  • The loss of strength in a structure as a result of cyclic loads over a period of life time is an important phenomenon for the life-cycle analysis. Service loads are accentuated at the areas of stress concentration, mainly at the connection of components. Structural components unavoidably are affected by defects such as surface scratches, surface roughness and weld defects of random sizes, which usually occur during the manufacturing and handling process. These defects are shown to have an important effect on the fatigue life of the structural components by promoting crack initiation sites. The value of equivalent initial flaw size (EIFS) is calculated by using the back extrapolation technique and the Paris law of fatigue crack growth from results of fatigue tests. We try to analyze the effect of EIFS distribution in a multiple site damage (MSD) specimen by using the extended finite element method (XFEM). For the analysis, fatigue tests were conducted on the centrally-cracked specimens and MSD specimens.

FE simulation of S-N curves for a riveted connection using two-stage fatigue models

  • Correia, Jose A.F.O.;de Jesus, Abilio M.P.;Silva, Antonio L.L.;Pedrosa, Bruno;Rebelo, Carlos;Calcada, Rui A.B.
    • Advances in Computational Design
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    • 제2권4호
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    • pp.333-348
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    • 2017
  • Inspections of ancient metallic bridges have illustrated fatigue cracking in riveted connections. This paper presents a comparison between two alternative finite element (FE) models proposed to predict the fatigue strength of a single shear and single rivet connection. The first model is based on solid finite elements as well as on contact elements, to simulate contact between the components of the connection. The second model is built using shell finite elements in order to model the plates of the riveted connection. Fatigue life predictions are carried out for the shear splice, integrating both crack initiation and crack propagation lives, resulting from the two alternative FE models. Global fatigue results, taking into account several clamping stresses on rivet, are compared with available experimental results. Proposed comparisons between predictions and experimental data illustrated that the proposed two-stage model yields consistent results.

변동하중하의 피로수명예측 (Fatigue Life Predictions for Variable Load Histories)

  • 하재선;송지호;이시중
    • 대한기계학회논문집
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    • 제12권4호
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    • pp.760-780
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    • 1988
  • 본 연구에서는 변동하중하의 피로수명 예측법에 관하여 미국 자동차공학회 (SAE) 피로손상분과의 광범위한 연구결과를 이용하여, 거시적인 피로균열 발생까지의 수명을 대상으로 검토한 것이다. 특히 현장에서 많이 직면하는, 재료의 피로특성에 관한 데이터가 거의 없는 경우에 대해서도 검토하고 있다.

2024-T351 알루미늄 합금판 프레팅 피로수명 예측 (Prediction of Fretting Fatigue Life on 2024-T351 Al-alloy)

  • 권정호;황경정
    • 한국항공우주학회지
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    • 제35권7호
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    • pp.601-611
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    • 2007
  • 기계적 체결로 조립된 대부분의 항공기 구조는 볼트나 리벳구멍 가장자리의 부재간 접촉면 또는 체결구멍 부위에서 프레팅 손상을 받게 된다. 이러한 프레팅 부분슬립 경계부위에는 높은 접촉응력이 유발되고 이로 인해 프레팅 피로균열이 조기에 발생되어 피로수명을 현저히 감소시키게 된다. 본 연구는 2024-T351 알루미늄 합금판에 대하여 서로 다른 프레팅 조건하에서 일련의 프레팅 피로실험을 수행하여 역학적 파라미터와 프레팅 접촉조건 변수들과의 정량적 연계성을 검토하였다. 그리고 역학적 파라미터를 기초로 하는 기존의 수명예측 모델의 유효성을 분석하고 수정 적용하였다. 또한 파라미터 변화에 따른 접촉면에서의 응력 및 변형률 변화 거동을 고찰하기 위하여 탄소성 유한요소해석을 통하여 접촉응력을 해석하고 프레팅접촉 파라미터들과 피로균열 발생수명 사이의 관계에 대해 고찰하였다.

잠수함 압력선체의 피로강도에 대한 실험적 연구 (Experimental Investigations on the Fatigue Strength of the Submarine Pressure Hull)

  • 김을년;김국빈;전재황
    • 대한조선학회논문집
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    • 제47권1호
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    • pp.67-75
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    • 2010
  • Submarine and deep sea diving structures are generally designed based on their ultimate strength. Fatigue strength at welded joint must be also taken into account because working stress is increased due to the increasing of diving depth and using high yield steel. The pressure hulls of submarine are subjected to fluctuating compressive loading. But in addition to the calculated stresses, high residual tensile stresses at welded part have to be considered. The state of stress level of pressure hull is tensile at surface and compressive at deep diving depth. This paper presents the results of an experimental investigation on the crack initiation and growth at the weld toe of T welded joints of HY-100 steel plate under constant amplitude loading. It is also investigated the phenomenon of the fatigue failure and test methods. Fatigue tests have been using real scaled local structural models of full penetration T-welded joint, which is a part of the cylindrical shell structures reinforced by ring stiffeners. Several load ratios under constant amplitude loading are considered in the tests. Crack initiation and growth characteristics are examined based on the beach marks of the cracked section of the test specimens. A design stress-life curve including the design formula is suggested according to tested data.

리벳 구멍을 가진 알루미늄 박판구조의 피로손상 탐지를 위한 음향방출의 활용 (Detection of Fatigue Damage in Aluminum Thin Plates with Rivet Holes by Acoustic Emission)

  • 김정찬;김성진;권오양
    • 비파괴검사학회지
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    • 제23권3호
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    • pp.246-253
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    • 2003
  • 항공기 구조를 모사하여 일련의 리벳 구멍을 갖는 AA2024-T3 박판 구조를 대상으로 피로하중에 의한 단균열(short crack)의 발생시점과 성장거동을 음향방출(AE)을 위주로 한 측정으로 평가하였다. AE 위치표정에 의해 단균열의 좌표를 정확하게 결정하였으며, 이동식 현미경으로 균열의 크기를 측정하였다. 누적 AE 발생수 곡선은 단균열의 발생과 성장에 따라 일정한 간격을 두고 급격히 증가하는 양상을 보임으로써 여러 차례의 계단식 곡선을 형성하였다. AE 위치표정에서는 리벳 구멍을 중심으로 파괴역학에 근거한 관심영역(ROI)을 설정하였으며, 웨이블릿변환 잡음제거 방법을 사용하여 위치표정의 정확도를 향상할 수 있었다. 실제로 탐지된 신호의 대부분이 단 균열의 발생 및 성장과 관계없는 외부 잡음신호로 나타났으며, ROI 내에서 발생한 AE 발생원의 위치도 구조의 기하학적 특징이나 신호대잡음비의 영향에 의해 왜곡될 수 있음을 알 수 있었다.