A methodology is described for predicting the fatigue life of the resistance spot weldment including strain rate effect. Because it is difficult to perform a physical failure test with high strain rate, an analytical method is necessary to get the mechanical properties of various strain rate, To this end, quasi-static tensile-shear tests at several strain rate were performed on spot weldments of SPC. These test provided the empirical data with the strain rate. With these results, we formulated the function of fatigue life prediction using the lethargy coefficient which is the global material property from tensile test. And, we predicted the fatigue life of spot weldment at dynamic strain rate. To confirm this method for fatigue life prediction, analytical results were compared with the experimental fatigue data.
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.
Predicting fatigue life by numerical methods was almost impossible in the field of rubber materials. One of the reasons is that there is not obvious fracture criteria caused by nonstandardization of material and excessively various way of mixing process. But, tearing energy as fracture factor can be applied to a rubber-like material regardless of different types of fillers, relative to other fracture factors and the crack growth process of rubber could be considered as the whole fatigue failure process by the existence of potential defects in industrial rubber components. This characteristic of fatigue failure could make it possible to predict the fatigue life of rubber components in theoretical way. FESEM photographs of the surface of industrial rubber components were analyzed for verifying the existence and distribution of potential defects. For the prediction of fatigue life, theoretical way of evaluating tearing energy for the general shape of test-piece was proposed. Also, algebraic expression for the prediction of fatigue life was derived from the rough cut growth rate equation and verified by comparing with experimental fatigue lives of dumbbell fatigue specimen in various loading condition.
It has been almost impossible to predict the fatigue life in the field of rubber materials by numerical methods. One of the reasons is that there are no obvious fracture criteria and excessively various ways of mixing processes. Tearing energy is considered as a fracture criterion which can be applied to rubber compounds regardless of different types of fillers, relative to other fracture factors. Fatigue life of rubber materials can be approximately predicted based on the assumption that the latent defect caused by contaminants or voids in the matrix, imperfectly dispersed compounding ingredients, mold lubricants and surface flaws always exists. Numerical expression for the prediction of fatigue life was derived from the rate of rough cut growth region and the formulated tearing energy equation. Endurance test data for dumbbell specimens were compared with the predicted fatigue life for verification. Also, fatigue life of industrial rubber components was predicted.
Fatigue life prediction is based on fracture mechanics and database which is established from experimental method. Rubber material also uses the same way for fatigue life prediction. But the absence of standardization of rubber material, various way of composition by each rubber company and uncertainty of fracture criterion makes the design of fatigue life by experimental method almost impossible. Tearing energy which has its origin in energy release rate is evaluated as fracture criterion of rubber material and the applicability of fatigue life prediction method are considered. The system of measuring tearing energy using the principal of virtual crack extension method and fatigue life prediction by the minimum number of experiments are proposed.
The fatigue life of steel wire is affected not only by fatigue load, but also by corrosion environment in service period. Specially, the corrosion pit will lead to stress concentration on the surface of steel wire inducing the formation of fatigue cracks, and the fatigue cracks will accelerate the corrosion process. Therefore, the corrosion fatigue of steel wire is a coupling effect. In this study, the corrosion-fatigue coupling life curve is derived with considering corrosion-fatigue pitting stage, corrosion-fatigue short crack stage and corrosion-fatigue long crack stage. In addition, the stress concentration factors of different corrosion pits are calculated by COMSOL software. Furthermore, the effect of corrosion environment factors, that is, corrosion rate, corrosion pit morphology, frequency and action factor of fatigue load, on fatigue life of steel wire is analyzed. And then, the corrosion-fatigue coupling life curve is compared with the fatigue life curve and fatigue life curve with pre-corrosion. The result showed that the anti-fatigue performance of the steel wire with considering corrosion-fatigue coupling is 68.08% and 41.79% lower than fatigue life curve and fatigue life curve with pre-corrosion. Therefore, the corrosion-fatigue coupling effect should be considered in the design of steel wire.
Fatigue has been known as a major degradation mechanism of ASME class 1 components in nuclear power plants. Fatigue damage could be accelerated by combined interaction of several loads and environmental factors. However, the environmental effect is not explicitly addressed in the ASME S-N curve which is based on air at room temperature. Therefore many studies have been performed to understand the environmental effects on fatigue behavior of materials used in nuclear power plants. As a part of efforts, we performed low cycle fatigue tests under various environmental conditions and analyzed the environmental effects on the fatigue life of SA508 Gr. 1a low alloy steel by comparing with higuchi's model. Test results show that the fatigue life depends on water temperature, dissolved oxygen and strain rate. But strain rate over 0.4%/s has little effect on the fatigue life. To find the cause of different fatigue life with ANL's and higuchi's model, another test performed with different heat numbered and heat treated materials of SA508 Gr. 1a. On a metallurgical point of view, the material with bainite microstructure shows much longer fatigue life than that with ferrite/pearlite microstructure. And the characteristics of crack propagation as different microstructure seem to be the main cause of different fatigue life.
Corrosion fatigue fracture of dual phase steel(SS41) and raw material steel(SS41) were investigated in 3.5% NaCl aqueous solution at PH 4,6,9 and 11. The fatigue limit of dual phase steel is increased approximately 1.8 times larger than that of raw material in air. The corrosion fatigue life of dual phase steel is about 5-10 times larger than that of raw material in 3.5% NaCl aqueous solution. The reduction of fatigue life is larger for the acidsalt solution than for the alkali salt solution. The reduction of stress level on the reduction ratio of corrosion fatigue life is large as pH 6-11. The reduction ratio of corrosion fatigue life of dual phase steel and raw material is nearly coincided at pH 2. While at pH4-2 the reduction ratio of corrosion fatigue life only depends on the corrosion effect. It has been found that the corrosion resistance effect of dual phase steel is smaller than that of raw material in corrosion fatigue crack propagation rate. As pH below 6 is changed, it can be clearly observed from raw material that the brittle intergranular fracture is characterized, and from the above result, the influence of corrosion of dual phase steel is small.
In this study, the fatigue life assessments of steel railway bridge in Japan National Railway were carried out. This railway bridge has been under in service from 1957, and fatigue damages were occurred at bead toe of upper part of vertical stiffeners of stringers, bead toes of scallop in lower part of vertical stiffeners in stringers and crossings of cross beams and stringers. From this study, a series of field tests were carried out by stress history measurement about above mentioned points. And as a results of stress histogram analysis, cummulative fatigue damage rate and fatigue life of these members should be calculate quantitatively. And from this estimation technique, cummulative fatigue damage rate and fatigue life of this railway bridge were strongly affected in passing tonage every year and the histories of live load.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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