본 연구에서는 국산 PS 강봉의 직경, 반복최소응력 및 반복최대응력 등을 실험변수로 하여 직접 인장 피로실험을 수행하였다. 정적 인장실험 결과, 국산 PS 강봉의 응력 - 변형률 곡선과 극한강도 등을 얻었다. 또한, 피로실험에서의 특징적인 실험결과는 PS 강봉의 직경은 피로 수명에 중요한 인자가 아니며, 반복 최소응력의 크기는 국산 PS 강봉의 피로수명에 매우 큰 영향을 미치는 것으로 나타났다. 이러한 피로실험결과를 통계 분석하여 PS 강봉의 응력 범위 및 반복 최소응력 등을 변수로 하는 피로강도 예측식을 제안하였다. 피로실험 중, 시편중앙에 설치한 Extensometer를 이용하여, 변형률의 변화를 측정하였으며, 측정된 변형률 변화현상에서 탄성계수의 변화현상을 구하였다. 변형률 증가현상은 3단계의 형태 즉, 초기에 급격한 증가 후 서서히 증가하며 파괴 직전에 급격하게 증가하는 형태로 나타났다. 탄성계수의 변화현상은 변형률 변화현상과 유사하게 감소하는 것으로 나타났으며 응력수준은 탄성계수 변화에 큰 영향을 주지 않는 것으로 나타났다.
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 fatigue strength of a nickel-base superalloy was studied. Stress-controlled fatigue tests were carried out at $700^{\circ}C$ and 5 Hz using triangular wave forms. In this study, two kinds of testing procedures were adopted. One is the conventional tension-zero fatigue test(R = 0). The other was a procedure in which the maximum stress was held at 1000 MPa and the minimum stress was diverse from zero to 1000 MPa at 24 and $700^{\circ}C$. The results of the fatigue tests at $700^{\circ}C$ indicate that the fracture mechanism changed according to both the mean stress and the stress range. At a higher stress range, ${\gamma}^{\prime}$ precipitates are sheared by a/2<110> dislocation pairs coupled by APB. Therefore, in a large stress range, the deformation occurred by shearing of ${\gamma}^{\prime}$ by a/2<110> dislocations, which brought about crystallographic shear fracture. As the stress range was decreased, the fracture mode gradually changed from crystallographic shear fracture to gradual growth of fatigue cracks. At an intermediate stress range, as it became more difficult for a/2<110> dislocation pairs to shear ${\gamma}^{\prime}$ particles, cracks started to propagate in the matrix, avoiding the harder ${\gamma}^{\prime}$ particles. High mean stress induced creep deformation, that is, ${\gamma}^{\prime}$ particles were sheared by {111}<112> slip systems, which led to the formation of stacking faults in the precipitates. Thus, the change in fracture mechanism brought about the inversion of the S-N curves.
According to our fatigue tests carried out at 20 Hz, R=0.1 on transversely butt-welded joints, fatigue strengths of as-welded specimens, that is, specimens having residual stress are higher than those of annealed specimens in short life range, but vice verse in long life range. This behavior seems to be concerned mainly with residual stress relaxation by applied loading. After analyzing the welding process, we conducted finite element analysis to quantify the degree of residual stress relaxation. By taking into account residual stress relaxation, modified Goodman diagram, and nominal stress, we evaluated the fatigue life of the welded joint from the S-N curve for the parent material. The estimated results are in a good agreement with the experimental results.
According to our fatigue tests carried out at 20 Hz, R=0.1 on transversely butt~welded joints, fatigue strengths of as-welded specimens, that is, specimens having residual stress are higher than those of annealed specimens in short life range, but vice verse in long life range. This behavior seems to be concerned mainly with residual stress relaxation by applied loading. After analyzing the welding process, we conducted finite element analysis to quantify the degree of residual stress relaxation. By taking into account residual stress relaxation, modified Goodman diagram, and nominal stress, we evaluated the fatigue life of the welded joint from the S-N curve for the parent material. The estimated results are in a good agreement with the experimental results.
Governing parameters for determination of the location of crack initiation and direction of crack initiation were investigated by performing fretting fatigue tests and analysis on Al 2024-T351. Fatigue tests were carried out using biaxial fatigue machine. It was shown that the dominant fatigue crack tended to initiate at the outer edge of one of the four bridge pads, growing at an angle beneath a pad, before turning perpendicular to the orientation of the axial load. Distribution of stresses generated during fretting fatigue loading along the interface was calculated by elastic FE simulation. It can be known that the location of crack initiation can be predicted by using the maximum tangential stress range. Futhermore, the crack initiation direction can also be predicted by a maximum tangential stress range.
The stochastic properties of variation in fatigue crack growth are important in reliability and stability of structures. In this study,the stochastic model for the variation of fatigue crack growth rate was proposed in consideration of nonhomogeneity of materials. For this model, experiments were ocnducted on 7075-T6 aluminum alloy under the constant stress intensity factor range. The variation of fatigue crack growth rate was expressed by random variables Z and r based on the variation of material coefficients C and m in the paris-Erodogan's equation. The distribution of fatigue life with respect to the stress intensity factor range was evaluated by the stochastic Markov chain model based on the Paris-Erdogan's equation. The merit of proposed model is that only a small number of test are required to determine this this function, and fatigue crack growth life is easily predicted at the given stress intensity factor range.
We propose the crack growth rate equation which will model fatigue crack growth rate behavior such that constant stress amplitude fatigue crack growth behavior can be predicted. Constant stress amplitude fatigue tests are conducted for four materials under three stress ratios of R=0.2, R=0.4 and R=0.6. Materials which have different mechanical properties i.e. stainless steel, low carbon steel, medium carbon steel and aluminum alloy are used. Through constant stress amplitude fatigue test by using unloading elastic compliance method, it is confirmed that crack closure is a close relationship with fatigue crack propagation. We describe simply fatigue crack propagation behavior as a function of the effective stress intensity factor range ($\Delta$$K_{eff}$=U .$\Delta$K) for all three regions (threshold region, stable region). The fatigue crack growth rate equation is given by da / dN=A($\Delta$$K_{eff}$$\Delta$$K_{o}$ )$^{m}$ / ($\Delta$$K_{eff}$$\Delta$K) Where, A and m are material constants, and $\Delta$$K_{o}$ is stress intensity factor range at low $\Delta$K region. $K_{cf}$ is critical fatigue stress intensity factor.actor.
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.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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