Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.35
no.7
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pp.753-758
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2011
The Ni-base super-heat-resistant alloy, GTD-111, is employed in gas turbines because of its high temperature strength and oxidation resistance. It is important to predict the fatigue life of this superalloy in order to improve the efficiency of gas turbines. In this study, low-cycle fatigue tests are performed as variables of total strain range and temperature. The relationship between the strain energy density and number of cycles to failure is examined in order to predict the low-cycle fatigue life of the GTD-111 superalloy. The fatigue life predicted by using the strain-energy methods is found to coincide with that obtained from the experimental data and from the Coffin-Manson method.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.36
no.8
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pp.835-841
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2012
We measured the mechanical and thermal properties of four types of cast irons used for manufacturing the brake discs of railway vehicles. It was found that these properties could be controlled by varying the composition of Ni, Cr, and Mo. Thermal fatigue tests were carried out by using a thermal fatigue tester in which thermal cycles could be controlled. Thermal crack initiation and propagation were measured on cylindrical specimens. Finally, we simulated the thermal fatigue test procedure by finite element analysis and calculated the thermal fatigue lifetimes by Manson-Coffin's equation and the maximum principal strain. The estimated thermal fatigue lifetimes corresponded to the measured lifetimes when the total crack length was $40{\mu}m{\sim}1mm$.
This study presents a fatigue line with a plastic rotational angle to a great extent of plastic strain of Low-Cycle-Fatigue period, such as earthquake, etc. This fatigue line with a plastic rotational angle is measured and analysed more simply in practice rather than Woehler's fatigue line which is developed in stress variation of the structure. It shows that the slope of fatigue line with a plastic rotational angle is equal to that with plastic strain through the experiments by proving the correlation that the plastic strain ratio is directly proportional to the plastic rotational angle in plastic hinge. The theory is induced by Manson and Coffin strain fatigue line, and the experiments are tested by ECCS. The location of the plastic hinge is achieved and accurate plastic strain ratio is calculated through FEM.
Thermal fatigue strength of the solder joints is the most critical issue for TSOP(Thin Small Outline Package) because the leads of this package are extremely short and thermal deformation cannot be absorbed by the deflection of the lead. And the TSOP body can be subject to early fatigue failures in thermal cycle environments. This paper was discussed distribution of thermal stresses at near the joint between silicon chip and die pad and investigated their reliability of solder joints of TSOP with 42 alloy clad lead frame on printed circuit board through FEM and 3 different thermal cycling tests. It has been found that the stress concentration around the encapsulated edge structure for internal crack between the silicon chip and Cu alloy die pad. And using 42 alloy clad, The reliability of TSOP body was improved. In case of using 42 alloy clad die pad(t=0.03mm). $$\sigma$_{VMmax}$ is 69Mpa. It is showed that 15% improvement of the strength in the TSOP body in comparison with using Cu alloy die pad $($\sigma$_{VMmax}$=81MPa). In solder joint of TSOP, the maximum equivalent plastic strain and Von Mises stress concentrate on the heel of solder fillet and crack was initiated in it's region and propagated through the interface between lead and solder. Finally, the modified Manson-Coffin equation and relationship of the ratio of $N_{f}$ to nest(η) and cumulative fracture probability(f) with respect to the deviations of the 50% fracture probability life $(N_{f 50%})$ were achieved.
In this paper, the effect of underfill packages was investigated by numerical approach and experimental test. Reliability improvement was the main issue in the package technology. BGA, CSP and small-sized packages, have problems due to concentration of the stress in solder joints. One of the latest technologies to overcome is underfill encapsulant. Mainly, it is noticed the effect of the underfill in the packages. The predicted thermal fatigue lifes are performed by Coffin-Manson's equation with ANSYS (v.5.62). Also, thermal cycle test during from 218K to 423K was included. Finally we could find that underfill greatly reduce the concentration stress in solder joint, thus the fatigue life was improved than without underfill.
In this paper, two kinds of buckling restrained braces (BRBs) are designed to improve the mechanical properties and fatigue life, the reserved gap and viscoelastic filler with high energy dissipation capacity are employed as the sliding element, respectively. The fatigue life of BRBs considering the effect of sliding element is predicted based on Manson-Coffin model. The property tests under different displacement amplitudes are carried out to evaluate the mechanical properties and fatigue life of BRBs. At last, the finite element analysis is performed to study the effects of the gap and viscoelastic filler on mechanical properties BRBs. Experimental and simulation results indicate that BRB employed with viscoelastic filler has a higher fatigue life and more stable mechanical property compared to BRB employed with gap, and the smaller reserved gap can more effectively improve the energy dissipation capacity of BRB.
There have been many researches for small scale packages such as CSP, BGA, and Flipchip. Underfill encapsulant technology is one of the latest assembly technologies. The underfill encapsulant could enhance the reliability of the packages by flowing into the gap between die and substrate. In this paper, the effects of underfill packages by both aspects of thermal and mechanical reliabilities are studied. Especially, it is focused to value board-level reliability whether by the underfill is applied or not. First of all, The predicted thermal fatigue lifes of underfilled and no underfilled $\mu$ BGA solder joints are performed by Coffin-Manson's equation and FEA program, ANSYS(version 5.62). Also, the thermal fatigue lifes of $\mu$ BGA solder joints are experimented by thermal cycle test during the temperature, 218K to 423k. Consequently, both experimental and numerical study show that $\mu$ BGA with underfill has over ten times better fatigue lift than $\mu$ BGA without underfill.
Ni-base superalloy has excellent resistance to extreme environments such as high temperatures and high stresses and are used as materials for large gas turbines. In this paper, the specimens were taken from the blade that were used for a long time, and their life span was studied by microstructure analysis and avoidance of cursing. The microstructural analysis of the specimens was carried out using a OM and SEM to observe the coarsening, carbides on gamma prime. Low-cycle fatigue tests were performed on new material and airfoil of long time-used blade. The test was conducted under various deformation conditions and temperature conditions of $760^{\circ}C$ and $870^{\circ}C$. The low cycle fatigue test was carried out using the Coffin-Manson equation and the fatigue life was predicted. After the test, crack path and fracture surface were analyzed using SEM.
Railway wheelset is the most essential part which undergoes severe cyclic loadings. In recent years, there has been increasing need for insuring the safety of running as the speed of the railway vehicles is getting higher. So it is required on the assessment of fatigue characteristics of the wheelset to consider plastic deformation which might be probable in the severe loading condition. In this study, total-strain controlled low cycle fatigue(LCF) test were performed to observe the LCF behaviors of the railway wheels and axles using companion specimens method. From the experimental results, the cyclic mechanical properties have been evaluated and total strain amplitude versus life relationship have been derived using the empirical Coffin-Manson law.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.30
no.12
s.255
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pp.1573-1580
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2006
In this study, fatigue tests were carried out under push-pull loading condition using spheroidal graphite cast iron in order to clarify the internal fatigue fracture mechanism in an extremely low cycle fatigue regime. It is found that a successive observation of internal fatigue damage it is found that the fracture processes go through three stages, that is, the generation, growth and coalescence of microvoids originated from debonding of graphite-matrix interface. It is also found that the crack which is initiated from the void propagates by coalescence of neighboring cracks and the fatigue crack growth rate can be expressed in form of the Manson-Coffin rule type. In this paper, quantitative analyses of fatigue properties for realization of simulation about fatigue life evaluation are also presented.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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