The present paper will give some results of the fatigue behavior of typical axi-symmetric forward extrusion die. The extrusion process is analyzed by rigid-plastic FEM and the deformation analysis of extrusion die is conducted by elasto-plastic FEM. To approach the crack problem LEFM (Linear Elastic Fracture Mechanics) is introduced. Using special element in order to conside the sigularity of stress/ strain in the vicinity of the crack tip, stress intensity factor and the effective stress intensity factor is calculated. Applying proper fatigue crack propagation criterion such as Paris/Erdogan fatigue law and maximum principal criterion to these data, then, the angle and the direction of fatigue crack propagation is simulated. In result, it is proved that the simulated fatigue crack propagates in the zigzag path along the radial direction and fatigue life of the extrusion die is evaluated by using the computed crack growth rate.
장섬유 강화 마그네슘 복합제(FP/ZE41A)의 피로 균열 성장 거동에 대한 열처리 효과를 규명한 것으로 TEM관측에 의해 알루미나 섬유와 마그네슘 복합 매트릭스간의 상호 접변을 완화시키기 위하여 풀림을 실시하였다. 피로 균열 성장 방향에 수직한 섬유와 평행한 섬유들에 대한 피로 균열 성장 거동에 관한 실험을 실시 한 바, 피로 균열 성장 방향에 수직한 시험편의 경우 열처리를 실시한 시험편은 잔류 응력을 제거시키지 않은 시험편에 비해 피로 균열 성장에 대한 더 많은 저항성을 갖고 있음을 알수 있었다. 그러나, 이에 반해 피로 균열 성장 방향에 평행한 시험편의 경우는 잔류 응력을 제거시키지 않은 시험편 이 열처리를 실시한 시험편에 비해 더 많은 피로 균열 성장 저항성을 내포하고 있다는 피로 균열 성장 거동에 대한 차이점을 발견할 수 있었다. 피로 파괴 표면에 대한 연성 파열과 섬유 박리를 SEM관찰한 결과 열처리는 피로균열 성장 거동에서 지적된 바와 같이 섬유와 매트릭스 상호면의 강도를 약화시킨다는 것을 알 수 있었다.
Fatigue crack growth rates in commercial plate of high strength Al 7075-T651 were investigated for the T-L direction in air, water and sea water. In this paper the effect of cyclic load wave-form(trapezoid and triangle) on fatigue crack growth rates in air, water and sea water environments were investigated using standard LEFM testing procedures. It was founded that the fatigue crack growth behaviors were not affected by cyclic load wave-forms. In region II (stable crack growth region), the fatigue crack growth behaviors were insensitive to cyclic load wave-forms and were sensitive to environment i.e. fatigue crack growth behaviors were higher in sea water than in air for all cyclic load wave-form. The result of fractographical morphology in air, water and sea water by SEM showed obvious dimple rupture and typical striation in air, but transgranular fracture surface in water and sea water. The values m are not affected by corrosion environments but C are different values.
Steel plates used for common structures are manufactured by rolling processes in general. The rolling direction traces generated during the processes have significant influences on mechanical properties and fatigue behavior of the plates. The objective of present study is to investigate those directional characteristics for the enhancement of steel structure safety. SS400 steel plates of 3 mm thickness are tested in this study, When the angles between the tensile loading direction and the rolling direction of the plates are increased, their yield strengths are increased and elongations are rather decreased. It is also shown that fatigue crack growth rates in the plates can be increased according to the changes of those mechanical characteristics. For the safety of the structures, therefore, it is critical to decrease the angles between the rolling direction and the tensile loading direction.
The fracture toughness of a hot rolled 100 mm thick SS41 steel plate was investigated for various crack ratios and thichnesses using the method of J-integral. The experiments were performed on an MTS machine and the crack initiation point was detected by using an electricl impedance method. The J-integral computed at the initiation point of the slow stable crack growth was almost constant within the range of crack ratios tested. The fracture toughness thus obtained was $J_{1c}/=27.0kgf/mm$ for specimens having fracture plane parallel to the rolling direction and 35.5kgf/mm for those perpendicular to the rolling direction. The J- integral computed at maximum load point was found to be unsuitable for fracture toughness determination, becaese of large variation depending on the crack ratio and thickness. It was also found that the slow stable crack growth increases as the thickness and/or crack ration of the specimen decrease.
The objective of this work is to develop the capability to analyze accurately the mixed-mode propagation of a crack in composite structures with elastic orthotropic material stiffness properties and anisotropic material strength characteristics. We employ the normal stress ratio theory to predict the direction of crack extension. It is shown that the angle of crack extension can be altered by the use of second order term in the series expansion is important for the accurate determination of crack growth direction.
마그네슘 금속 복합재의 열처리 및 섬유 강화재 방향에 따른 효과를 파악하기 위하여 인장강도 및 피로해석이 연구되었다. TEM 관측에 따라 시편은 섬유 강화재와 마그네슘 복합기지 사이의 시효 열처리된 변형된 계면이다. 인장실험 결과로부터 시효 처리된 시편의 극한 인장강도는 주조상태의 시편보다 시효 처리시 화학반응에 의한 섬유 강화재-기지간의 접합강도 약화로 감소하였다. 피로균열 거동실험은 균열거동 방향이 섬유 강화재 방향과 수직인 시편과 균열거동 방향이 섬유 강화재 방향과 평행한 시편을 실험하였다. 피로균열 거동해석을 비교해보면 섬유 강화재와 하중방향이 수직인 시효처리된 시편의 경우가 주조상태의 시편보다 피로균열 거동에 더 크게 저항하였다. 반대로 섬유 강화재 방향에 평행한 주조상태의 시편은 섬유 강화재 방향에 평행한 시효처리된 시편보다 피로 균열거동에 더 크게 저항함을 알 수 있었다.
This study looked for Mode status of each for fatigue crack growth behavior about the repeat load of mode I and the static load of mode II. The experiment was performed in the state of the repetition frequency of the sine wave 10Hz, the stress ratio 0.1, maximum load 300kg.f, a static load 0, 100, 200, 300kg.f, As the experimental results, in mode of static load, while the load value increases, the crack growth rate is slower as the energy of a crack mixing grows. Mode I and the power mode II get an influence each other in the direction of crack propagation path, but as they eventually get closer to the breaking point of the crack growth, it is dominated by the mode I.
Fatigue crack initiation and propagation behavior under cyclic biaxial loading has been investigated using thin-walled tubular specimen with a hole. Two types of biaxial loading system, i.e. cyclic tensile loading with super-imposed static torsional load and cyclic torsional loading with superimposed static tensile load, with various values of the biaxial loading ratio, $\tau$ s/ $\sigma$ max (or $\tau$ max/ $\sigma$s) were employed. Fatigue tests show that fatigue crack near the hole initiates and propagates at 900 and 450 direction to the longitudinal direction of the specimen under cyclic tensile and torsion loading with static biaxial stress, respectively, and the static biaxial stress doesn't have any great influence on fatigue crack initiation and growth direction. Stress analysis near the hole of the specimen shows that the crack around the hole initiates along the plane of maximum tangential stress range. Fatigue crack growth rates were evaluated as functions of equivalent stress intensity factor range, strain energy density factor range and crack tip opening displacement vector, respectively. It is shown that the biaxial mode fatigue crack growth rates can be relatively consistently predicted with these cyclic parameters.
본 연구에서는 향후 사용빈도가 증가할 것으로 예상되는 SM570, POSTEN60 및 POSTEN80 강재를 대상으로 용접선 방향이 피로균열성장속도에 미치는 영향, 용접방법 및 강도등급에 따른 피로균열성장특성, 그리고 각 재질별(모재부, 열영향부, 용접금속부) 피로균열 성장특성을 정량적으로 평가하기 위해서 CT시험편을 제작해서 일련의 피로시험을 실시하였다. 피로시험결과 노치가 용접선과 평행한 시험체의 경우 노치선단에 존재하는 압축잔류응력의 영향으로 노치가 용접선과 직각인 시험체의 경우보다 피로균열성장속도의 지연현상이 현저해지는 것을 알 수 있었다. 그리고 용접 방법에 따른 피로균열성장특성은 강재의 강도등급에 관계없이 FCAW가 SAW에 비해서 피로균열성장속도의 분산이 적게 나타나고 있으며, 또한 높은 응력확대계수범위 영역에서 피로균열성장속도의 수렴현상이 나타나는 것을 알 수 있었다. 한편 본 피로시험결과와 기존의 연구결과를 비교하면 피로균열성장영역에서의 피로균열성장속도는 유사한 경향을 나타내고 있으므로 본 연구에서 대상으로 한 강재는 피로안전성을 충분히 확보하고 있음을 알 수 있었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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