The cylinder cover stud for assembling the combustion chamber components of low-speed marine diesel engine is one of the main structural components in engine. To understand the structural behavior of the stud is quite important for safe and economic design of it. In this paper, the structural behavior and design adequacy of the stud have been evaluated through strain measurement and structural analysis for the world's two largest engine types. Moreover, a feasibility study for design modification was carried out based on fatigue test and calculation. The results showed that 1) the stud experiences very high stress ratio under normal operating conditions, 2) the fatigue strength of the stud is sufficient, and 3) results from strain measurement and structural analysis were quite close each other.
A FQI(fatigue quality index) analysis using the concept of SF(severity factor) is performed to various shape of elliptical hole. FQI is fatigue quality index to estimate the dynamic SF from static SF by finite element analysis. Since the SF is affected by the location of cutout in plate and radius ratio, static SF is analyzed with finite element method and forms the equation of FQI for predicting a dynamic SF. To examine the validity, dynamic SF is measured by photoelastics and thermalelastics for an epoxy resin plate with various elliptical holes under dynamic load.
To investigate the effect of fatigue crack growth due to the surface residual stress, it is measured the residual stress distribution by x-ray diffraction at the crack tip each constant crack growth in the notch specimens, and quantitively assessed the effect of crack closure caused to the distribution of compressive stress at the crack tip from evaluating crack openning stress using the finite element analysis. It is concluded that the degree of the residual stress distribution at the crack tip is decreased with increasing the crack length. From the fact that it is similar to the crack openning stress ratio, it is found that the compressive residual stress distribution and size is related to the crack closure effect and surface residual stress field with propagating crack in the notch specimens depends on the stress intensity factor range at the crack tip.
The static tensile tests of GFRP, ID300, CFRID300 and CFRPEEK were made on the plain and notched specimens at room temperature. The results were discussed based on linear notch mechanics which was proposed by H.Nistani. The fracture of notched GFRP, ID300, CFRID300 and CFRPEEK specimens is controlled by the elastic maximum stress, $({\sigma}_max)$, and the notch root racius,$\rho$, alone, independently of the other geometrical conditions. The relation between fracture nominal stress,$({\sigma}_max)$, and stress concentration factor, $K_t$ and a part where $({\sigma}_c)$ is nearly constant independent of $K_t$. A similar phenomenon can be seen in the fatigue tests of notched specimes under rotating bending or push-pull. The almost constant $({\sigma}_c)$ values correspond to the nearly constant apparent stress intensity factor, $K_{1pc}$ values, obtained by assuming ,$\rho$=0. This can be attributed to the existence of the stable crack. Linear notch mechanics is very useful for analyzing the static tensile fracture behavior of notched GFRP, ID300, CFRPEEK specimens.
The fatigue test of the fillet weldments was executed with different beveling angles and porosities. The beveling angles of $0^{\circ}$, $45^{\circ}$ and $55^{\circ}$ were compared with fatigue lives. After the fillet weldment failure, the porosities which found at the fractured surface were observed to account the effect on fatigue life. Finite element analysis was performed to correlate the fatigue strength and the sizes and the locations of porosities. The stress-strain field was severely affected by the length of notch and the sizes and locations of porosities. Based on the quantitative analysis of porosity effect, the total volume of porosities was a key factor for fatigue strength of the fillet weldment.
The fatigue test of the fillet weldments were executed with different groove angles and porosity. The groove angles of $90^{\circ}$, $45^{\circ}$ and $55^{\circ}$ were compared with fatigue lives. After the fillet weldment failure, the porosity which found at the fractured surface were observed to account the effect on fatigue life. Finite element analysis were performed to correlate the fatigue strength and the size & the location of porosity. The stress-strain field were severely affected by the length of notch and the size & location of porosity. Based on the quantitative analysis of porosity effect, the total volume of porosity was key factor for fatigue strength of the fillet weldment.
The fatigue life of welded joints is associated with crack initiation and propagation life. Theses cannot be easily separated, since the definition of crack initiation is vague due to the initiation of multiple cracks that are distributed randomly along the weld toes. In this paper a method involving a notch strain and fracture mechanical approach, which considers the characteristics of welded joints, e.g. welding residual stress and statistical characteristics of multiple cracks, is proposed, in an attempt to reasonably estimate these fatigue lives. The fatigue crack initiation life was evaluated statistically, e.g. the probability of failure occurrence in 2.3, 50 and $97.7\%$, in which the cyclic response of the local stress/strain hi the vicinity of the weld toes and notch factors derived by the irregular shape of the weld bead are taken into account. The fatigue crack propagation life was simulated by using Monte-Carlo method in consideration of the Ad-factor and the mechanical behavior of mutual interaction/coalescence between two adjacent cracks. The estimated total fatigue life, $(N_T)_{P50\%}$, as a sum of crack initiation and propagation life under the probability of failure occurrence in $50\%$ showed a good agreement with the experimental results. The developed technique for fatigue lift estimation enables to provide a quantitative proportion of crack initiation and propagation life in the total fatigue life due to the nominal stress range, ${\Delta}S$.
차량 경량화가 진행되고 있는 요즈음 상용차의 프레임이나 데크를 일반강에서 고장력강으로 대체하고 있는 상황이다. 일반강의 용접부 내구 특성에 대한 연구는 지금까지 많이 이루어졌으나 고장력강 용접부에 대한 연구는 거의 진행되지 않았다. 본 연구에선 첫째, 상용차량에 적합한 용접부 내구를 예측 기법을 찾기 위해 다수의 접근법을 검토해 보았으며 노치계수 접근법인 Radaj 방법을 선택하였다. 둘째, 오버랩 조인트와 T 조인트 용접시편을 이용한 내구시험을 통해서 F-N 선도를 얻었으며, 이 값을 활용하여 HARDOX, ATOS60 재질에 대한 S-N 선도를 추출할 수 있었다. 셋째, 노치계수 접근법을 사용하여 시편 시험으로 얻어진 F-N 선도를 활용하여 고장력강 용접부의 일반적인 S-N 선도를 구할 수 있었다. 넷째, 연구를 통해 얻어진 고장력강 용접부의 내구특성을 상용내구해석 프로그램에 적용하였다. 마지막으로 해석사례를 통해 시험과 해석결과를 비교하였으며, 신뢰할만한 결과를 얻을 수 있었다.
Kikukawa's compliance method using the conventional crack mouth clip-on gauge was proposed as a desired measurement technique to monitor the notched specimen fatigue behavior. The measurement technique makes it possible to continuously monitor the initiation and growth of incipient small part-through crack originated at the notch root and the phenomenon of crack closure. The variarion of natural flaw geometry with fatigue cycling was investigated. The test results on 7075-T6 aluminium alloy suggest the dependence of effective stress intensity factor range ratio .upsilon. on the maximum stress intensity factor .KAPPA.max.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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