This study investigates the fatigue lives of SM490A material(base metal) specimens and fillet weld specimens, which are made same material and weld method for the railway vehicle. These fatigue lives have a difference, the fatigue lives of weld specimen are shorter than those of base metal. We measured the strains on the weld positions of the specimens during the fatigue test for investigation of crack initiation and crack growth. In these result, we could find the information of the crack initiation position on weld bead and the history of crack growth. Also we knew that the fatigue crack initiation cycles and the changes of the strain which were affected the fractured surface roughness and morphology.
Proceedings of the Korea Committee for Ocean Resources and Engineering Conference
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2003.05a
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pp.313-318
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2003
The development of new materials with light weight and high strength has become vital to the machinery, aircraft and auto industries. However, there are a lot of problems with developing such materials that require expensive tools, and a great deal of time and effort. Therefore, the improvement of fatigue strength and fatigue life are mainly focused on by adopting residual stress(in this thesis). The compressive residual stress was imposed on the surface according to each shot velocity(57, 70, 83, 96 m/sec) based on Shot-peening, which is the method of improving fatigue lift: and strength. By using the methods mentioned above, I arrived at the following conclusions 1. The fatigue crack growth rate(da/dN) of the Shot-peened material was lower than that of the Un-peened material. And in stage I, ${\Delta}K_{th}$, the threshold stress intensity factor, of the shot-peen processed material is high in critical parts unlike the Un-peened material. Also m, fatigue crack growth exponent and number of cycle of the Shot-peened material was higher than that of the Un-peened material. That is concluded from effect of da/dN. 2. Fatigue life shows more improvement in the Shot-peened material than in the Un-peened material. And compressive residual stress of surface on the Shot-peen processed operate resistance force of fatigue crack propagation.
Fatigue life prediction of a multi-row countersunk riveted lap joint was performed numerically. The stress and strain conditions in a highly stressed substructure of the joint were analysed using a global/local finite element (FE) model coupling approach. After validation of the FE models using experimental strain measurements, the stress/strain condition in the local three-dimensional (3D) FE model was simulated under a fatigue loading condition. This local model involved multiple load cases with nonlinearity in material properties, geometric deformation, and contact boundary conditions. The resulting stresses and strains were used in the Smith-Watson-Topper (SWT) strain life equation to assess the fatigue "initiation life", defined as the life to a 0.5 mm deep crack. Effects of the rivet-hole clearance and rivet head deformation on the predicted fatigue life were identified, and good agreement in the fatigue life was obtained between the experimental and the numerical results. Further crack growth from a 0.5 mm crack to the first linkup of two adjacent cracks was evaluated using the NRC in-house tool, CanGROW. Good correlation in the fatigue life was also obtained between the experimental result and the crack growth analysis. The study shows that the selected methodology is promising for assessing the fatigue life for the lap joint, which is expected to improve research efficiency by reducing test quantity and cost.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.24
no.3
s.174
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pp.634-644
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2000
Fatigue crack growth and life is estimated by various fracture mechanical parameters but affected by load, material and environment. Fatigue character of component without surface notch cannot be e valuated by above-mentioned parameters due to microstructure of in-service material. Single fracture mechanical parameter or nondestructive parameter cannot predict fatigue damage in arbitrary boundary condition but multiple fracture mechanical parameters or nondestructive parameters can Fatigue crack growth modelling with three point representation scheme uses this merit but has limit on real-time monitoring. Therefore, this study shows fatigue damage model using backpropagatior. neural networks on the basis of X-ray half breadth ratio B/$B_o$ fractal dimension $D_f$ and fracture mechanical parameters can predict fatigue crack growth rate da/dN and cycle ratioN/$N_f$ at the same time within engineering estimated mean error(5%).
The development of new materials with light weight and high strength has become vital to the machinery, aircraft and auto industries. However, there are a lot of problems with developing such materials that require such expensive tools, as well as a great deal of time and effort. Therefore, the improvement of fatigue life through, the adoption of residual stress, is the main focus. The compressive residual stress was imposed on the surface according to each shot velocity(1800, 2200, 2600, 3000rpm) based on Shot-peening, which is the method of improving fatigue life and strength. By using the methose mentioned above, we arrived at the following conclusions; 1. The fatigue crack growth rate(da/dN) of the Shot-peened material was lower than that of the Un-peened material. In stage I, $\Delta$K$_{th}$, the threshold stress intensity factor, of the shot-peen processed material is high in critical parts, unlike the Un-peened material. Also m, fatigue crack growth exponent and number of cycle of the Shot-peened material was higher than of the Un-peened material. That is concluded from effect of da/dN. 2. Fatigue life shows more improvement in the Shot-peened material than in the Un-peened material. Compressive residual stress of the surface on the Shot-peen processed operate resistance force of fatigue crack propagation.
The study is to investigate the influence on the fatigue crack growth behaviors for the welded configuration in pressure vessel stiffener. In order to perform this goal, the automatic welded specimens were prepared. The material is ASTM A516 grade 60 steel used in pressure vessel mainly. In skip welding of pad-on-plate, continuous fillet welding and PWHT specimen, fatigue crack is generally initiated at the starting and end old toe zone, and ruptured at the starting old toe zone. The fatigue life of pad-on-plate of the continuous fillet welding specimen is larger than that of pad-on-plate skip fillet welding specimen about 85% under low load, about 20% under high load and less than that of two-pad continuous fillet welding specimen about 85%. In da/dN-$\Delta$K curve under low load, skip fillet welding specimen of pad-on-plate showed retardation on the initial crack, and the fatigue crack growth rate at the low region of $\Delta$K greater specimen E($3.8 {\times} 10^{-6}mm/cycle$). And the fatigue life of welding specimen was smaller than that of PWHT specimen.
In this paper, rotating bending fatigue tests have been carried out to investigate the growth behabiors of surface fatigue crack initiated from a small artificial surface defect, that might exist in real structures, on 2024-T3 and 6:4 brass. The test results are analysed in the viewpoints of both strength of materials and fracture mechanics, it can be concluded as follows. The effect of a small artificial surface defect upon the fatigue strength is very large. The sensitivity of 2024-T3 on the defect is higher than that of 6:4 brass. The growth behavior of the surface fatigue crack of 2024-T3 is different from that of 6:4 brass. The growth rate of the surface fatigue crack of 2024-T3 is considerably rapid in the early stage of the fatigue life and apt to decrease in the later stage. It was impossible to establish a unifying approach in the analysis of crack growth begabior of 2024-T3 and 6:4 brass using the maximum stress intensity factor because of their dependence on stress level. But if the elastic strain and cyclic total strain intensity factor range were applied to obtain the growth rate of surface fatigue cracks of the materials, the data were found to be nearly coincided.
This paper addresses the numerical simulation of fatigue crack growth in arbitrary 2D geometries under constant amplitude loading by the using a new finite element software. The purpose of this software is on the determination of 2D crack paths and surfaces as well as on the evaluation of components Lifetimes as a part of the damage tolerant assessment. Throughout the simulation of fatigue crack propagation an automatic adaptive mesh is carried out in the vicinity of the crack front nodes and in the elements which represent the higher stresses distribution. The fatigue crack direction and the corresponding stress-intensity factors are estimated at each small crack increment by employing the displacement extrapolation technique under facilitation of singular crack tip elements. The propagation is modeled by successive linear extensions, which are determined by the stress intensity factors under linear elastic fracture mechanics (LEFM) assumption. The stress intensity factors range history must be recorded along the small crack increments. Upon completion of the stress intensity factors range history recording, fatigue crack propagation life of the examined specimen is predicted. A consistent transfer algorithm and a crack relaxation method are proposed and implemented for this purpose. Verification of the predicted fatigue life is validated with relevant experimental data and numerical results obtained by other researchers. The comparisons show that the program is capable of demonstrating the fatigue life prediction results as well as the fatigue crack path satisfactorily.
Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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1997.04a
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pp.521-527
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1997
Irregular shapes and growth behavior of surface micro-crack showed very complex and nonlinear propeties and many investigators have performed theoretical analysesand experiments on them to characterize fatigue strength. They had difficulties in estimating fatigue life due to random distribution, growth and coalescence of surface micro-cracks. The straightness of crack growth along intergranular and transgranular was prevented from irregular microstructure and precipitates. Euclid geometry can't quantify shape of surface micro-crack but ftractal geometry can. Therefore, it is suggested that average fractal dimension of surface micro-cracks is able to estimate fatigue life but fractal dimension of maximum surface micro-crack is not in Al 2024-T3 alloy.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.14
no.1
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pp.87-95
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1990
Rotating bending fatigue tests of an authentic steel 304 were performed at various temperatures such as room temperature, $538^{\circ}$ and $593^{\circ}C$. The plastic replica method was also applied in order to estimate the fatigue life on the basis of serial observation of small fatigue crack initiation and growth on the pit specimen surface. The fatigue crack growth behavior of 304 stainless steel was investigated within the frame work of elastic-plastic fracture mechanics within a narrow scatterband in spite of different stress levels at elevated temperature as at room temperature. The growth law of small surface crack is determined uniquely by the term. $\DELTA\sigma^{n}a$ where $\DELTA\sigma$ is the stress amplitude, a is the crack length, and n is a constant. It is found that the small crack growth behavior is basically equivalent to the S-$N_{f}$ relationship, where S and $N_{f}$ are stress and number of cycles to failure, and the fatigue life prediction is in good agreement with the experimental results.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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