Sheet aluminum alloys have been used in manufacturing of machine structures. In fatigue crack propagation behavior of thin sheet aluminum alloys, it is important that fatigue crack growth rate is affected by crack closure phenomenon. In this work, we analyzed the characteristics of fatigue crack propagation behavior in experiment of constant stress condition for thin sheet Al 2024-T3 alloys, and identified the retardation behavior of crack growth by comparing experimental results of thin and thick plate specimen. We attempt to operate the fatigue life estimating process using the fatigue related material constants from referred fatigue crack propagation analysis. And we analyzed the experimental and prediction results of fatigue life of thin sheet aluminum alloy in order to identify the relation between retardation behavior of fatigue crack growth and crack closure phenomenon.
In order to clarify the effect of overload on crack growth behaviors, fatigue tests for overload were carried out for round plain specimens of SM45C steel. In the experiment, typical semi-elliptical crack shape was found and further crack growth behaviors were tested. Using three types of single overload fatigue tests, Crack growth retardation phenomenon were examined. The growth rate of surface crack(da/dN) during retardation period was analyzed in terms of ${\Delta}K$ and ${\Delta}K_{eff}$. On the growth rate of surface crack analyzed by ${\Delta}K$, the dependence of overload stress levels appears. However, on the growth rate by ${\Delta}K_{eff}$ obtained by Willenborg analysis, there is a non-liner relationship between da/dN and ${\Delta}K_{eff}$ with narrow scatter band.
In order to clarify the effect of overload on crack growth behaviors, fatigue tests for overload were carried out for round plain specimens of SM45C steel. In the experiment, typical semi-elliptical crack shape was found and further crack growth behaviors were tested. Using three types of single overload fatigue tests, Crack growth retardation phenomenon were examined. The growth rate of surface crack(da/dN) during retardation period was analyzed in terms of ${\Delta}K$ and ${\Delta}K_{eff}$. On the growth rate of surface crack analyzed by ${\Delta}K$, the dependence of overload stress levels appears. However, on the growth rate by ${\Delta}K_{eff}$ obtained by Willenborg analysis, there is a liner relationship between da/dN and ${\Delta}K_{eff}$ with narrow scatter band.
본 연구에서는 이와 같은 과대인장하중의 제하과정중에 발생하는 과대압축소 성역이 과대하중에 의한 피로균열의 진전지연에 미치는 영향을 중심으로 하여, 각 소 성역 치수를 매개변수로 하는 해석적 방법을 통하여 가속지연모델을 제안하고, 이를 2024-T3 Al 합금을 이용한 단일과대하중에 의한 지연시험결과 및 Wheeler 나 Willenb- org 등의 기존의 지연모델과 비교 고찰하고자 한다.
Effects of strain hardening exponents on the retardation behavior of fatigue crack propagation are experimentally investigated. The retardation of fatigue crack propagation seems to be induced by the crack closure at crack tip. The phenomenon of crack closure becomes remarkable with the increment of strain hardening exponent and magnitude of percent peak load. The ratio of crack growth increment(a$\_$d//w$\_$d/) is influenced by a single overloading (a$\_$d/) and estimated plastic zone size (W$\_$d/=2r$\_$y/) is increased according with the increasing of strain ha.dening exponents. The number of retarded crack growth cycles were (N$\_$d/) decreased as the baseline stress intensity factor .ange( K$\_$b/) was increased. Within the limitation of these experimental results obtained under the single overload, an empirical relation between crack retardation ratio (Nd/N*), strain hardening exponent (n) and percent peak load (%PL) has been proposed as; Nd/N*= exp [PL $.$ PL$.$A(n)+B(n) ] where, A(n)=${\alpha}$n+${\beta}$, B(n)=${\gamma}$n+$\delta$, PL=%PL/100 and ${\alpha}$=0.78, ${\beta}$=0.54, ${\gamma}$=0.58 and $\delta$=-0.01, It is interesting to note that all these constants are identical for materials such as aluminum(A3203), steel(S4SC), steel(SS41) and stainless steel(SUS316) used in this experimental study.
The effects of PWHT (poste weld heat treatment) and stress simulating the residual stress during PWHT in weld HAZ of low and high strength steels on corrosion fatigue crack growth were evaluated. The obtained results are summarized as follows. 1. Fatigue crack growth rate of HAZ in air and 3.5% NaCl solution was slower than that of parent due to the signgularity in weld HAZ. 2. In the case of HT-80, 3.5% NaCl solutio nacts to accelerate the crack growth for all specimens, and the sensitivity of as-weld to corrosion environment was the greatest among other PWHT specimens. 3. Corrosion fatigue crack growth of parent, as-weld and PWHT speciments ofr SS41 as well as SM53B was retarded in comparison with the fatigue crack growth in air. 4. There was a tendency that crack growth of PWHT specimens subjected $10kg/mm^2$ was faster than that of PWHT specimens without stress during PWHT. 5. The retardation phenomenon of crack growth in corrosion environment is attributed to the crack branching decreased .DELTA.K due to the corrosion products and multi-cracks.
International Journal of Precision Engineering and Manufacturing
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제3권4호
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pp.72-77
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2002
The load interaction effect can be best illustrated by the phenomenon of overload retardation. Some prediction methods for retardation are reviewed and the problems discussed in the present paper. The so-called under-load effect much of the retardation disappears if a very low level minimum stress follows the overload, is also of importance for a prediction model to work properly under random load spectrum. The concept of Interactive Zone (IZ) fully considering reversed plasticity during unloading was discussed. This IZ concept can be combined with existing models to derive some improved models that can naturally take account of the under-load effect. Some simulations by IZ improved models for test under complex load sequences including multiple overloads and both over/under loads are compared with test results. It is seen that the improvement by IZ concept greatly enhanced the ability of existing models to accommodate complex load interaction effects.
In this study, the growth rate of surface cracks (da/dN) during the retardation period was analyzed in terms of effective stress intensity factor range(${\Delta}K_{eff}^*$) obtained by using the proposed effective plastic zone concept. Effective stress intensity factors obtained by using the effective plastic zone concept were smaller than those obtained by using Willenborg analysis. On the growth rate of surface cracks analyzed by ${\Delta}K$, the dependence of overload stress levels appears. On the growth rate by ${\Delta}K_{eff}$ obtained by Willenborg analysis, there is a linear relationship with two different slops between da/dN and ${\Delta}K_{eff}$. However, on the growth rate by ${\Delta}K_{eff}^*$ obtained by the proposed effective plastic zone concept, there is a linear relationship between da/dN and ${\Delta}K_{eff}^*$ that coincides with the results of constant amplitude loading.
Effects of tensile and compression residual stresses in the welded SS41 and A17075-76 on fatigue crack propagation behavior are investigated when a crack propagates from residual stresses region. We propose the fatigue crack growth equation on tensile and compression residual stresses in welded metal. The results obtained in this experimental study are summarized as follows . 1 ) A fatigue crack growth equation which applied fatigue fracture behavior of the welded metal is proposed. (equation omitted) where, $\alpha$, $\beta$, ${\gamma}$ and $\delta$ are constants, and R$_{eff}$ is effective stress ratio [R$_{eff}$=(Kmin+Kres)/(Kmax+Kres)], Kcf is critical fatigue stress intensity factor. The constants are obtained from nonlinear least square method. The relation between crack length and number of cycles obtained by integrating the fatigue crack growth rate equation is in agreement with the experimental data. 2) The experimental results confirmed that the cause of crack extension and retardation by residual stresses has relation to the phenomenon of crack closure. 3) The relaxing trend of residual stresses by the crack propagation was greater In case of compressive residual stress than that of tensile residual stress in the welded metal.tal.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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