In fatigue crack growth test, it is important not only to analyze characteristics of fatigue crack growth but also to determine the threshold stress intensity factor, ${\Delta}K_{th}$. which is the threshold value of fatigue crack growth. Linear regression analysis using fatigue test data near the threshold is suggested to determine the ${\Delta}K_{th}$ in the standard test method but the ${\Delta}K_{th}$ can be affected by a fitting method. And there are some limitations on the linear regression analysis in the case of small number of test data near the threshold. The objective of this study is to investigate differences of the ${\Delta}K_{th}$ due to regression analysis method and to evaluate the relative error range of the ${\Delta}K_{th}$ in same fatigue crack growth test data.
The effect of different anisotropy and stress ratio on fatigue crack propagation behavior was investigated under various stress ratio(R=-0.4, -0.2, 0.2, 0.2, 0.4) using pure titanium sheet used in aerospace, chemical and food industry. The rack closure behavior under constant load amplitude fatigue crack propagation test was examined. Fatigue crack propagation rate da/dN was estimated in terms of effective stress intensity factor range, $\Delta$K$_{eff}$, regardless of various stress ratio but was influenced by anisotropy. Also, it was found that the effect of anisotropy was considerably decreased but still not negligible when he da/dN was evaluated by a conventional parameter, $\Delta$$K_{eff}$/E and when the modified da/dN.$\sqrt{\varepsilon}_f$ was evaluated by $\Delta$$K_{eff}$/E. On the other hand, da/dN could be evaluated uniquely by effective new parameter, $\Delta$K$_{eff}$/$sigma_{ys}$, regardless of anisotropy, as int he following equation da/dN=C''[\frac{{\Delta}K_{eff}}{{\sigma}_{ys}}]^{n''}. And effective stress intensity factor range ratio, U was estimated by the following equation with respect to the ratio of reversed plastic zone size, $\Delta r_{p}$ to monotonic plastic zone size, $r_p$ regardless of stress ratio and anisotropy. U=-4.45$(\Delta r_{p}/r_{p})^{2}$+4.1$(\Delta r_{p}/r_{p})$+0.245_{p})$+0.245
Surface crack growth characteristics and influence of the stress amplitude in rotary bending fatigue test were evaluated for annealed S35C steel, and than fractal dimensions of fatigue crack paths estimated using the box counting method. The following results that will be helpful to understand the fatigue crack growth mechanism were obtained. (1) Crack growth rate ds/dN and db/dN (s : half crack length at the surface crack, b : crack depth) depended on stress amplitude (${\Delta}{\sigma}/2$), stress intensity factor range (${\Delta}K_A, {\Delta}K_C$) and crack length. (2) At the effect area of 0.3 mm hole notch (s<0.5 mm) crack growth rate did not depend on these factors. (3) The fractal dimensions (D) increased with stress amplitude (${\Delta}{\sigma}/2$) but decreased with cyclic number.
The objective of this paper is to investigate the effect of residual stresses on the $\Delta$K$\sub$th/ and fatigue crack growth behavior of butt weldments. For this purpose, transverse butt sutmerged arc welding was performed on SM50A steel plate and CT(compact tension) specimens which loading direction is perpendicular to weld bead were selected. Welding residual stresses distribution on the specimen was determined by hole drilling method. The case of crack located parallel to weld bead, the states of as weld and PWHT, $\Delta$K$\sub$th/ of specimens(HAZ, weld zone) was higher than that of the base metal probably because of the compressive residual stresses of crack tip. In low $\Delta$K region, it is estimated that the effects of residual stresses for da/dN are great. In region II, the da/dN of weldments in as weld state was lower than that of the base metal. Though da/dN of Weldments in PWHT state was similar to that of the base metal. The constant of power law, m in two states consisted with the base metal. Therefore , it is estimated that the value of m is not affected by residual stresses. Fatigue crack growth behavior of weldments consisted with the base metal considering the effective stress intensity factor range($\Delta$K$\sub$eff/) included the effect of initial residual stress(Kres). Thus, we can predict the fatigue crack growth behavior of weldment by knowing the distribution of initial residual stress at the crack tip.
Methods for determination of the crack opening stress intensity factor ($K_{op}$) and for estimation of the effective stress intensity factor range ($\Delta{K}_{eff}$) are evaluated for crack growth test data of aluminum alloys. Three methods of determining $K_{op}$, visual measurement, ASTM offset compliance method, and the neural network method proposed by Kang and Song, and three methods of estimating $\Delta{K}_{eff}$, conventional, the 2/PIO and 2/PI methods proposed by Donald and Paris, are compared in a quantitative manner by using evaluation criteria. For all $K_{op}$ determination methods discussed, the 2/PI method of estimating $\Delta{K}_{eff}$ provides good results. The neural network method of determining $K_{op}$ provides good correlation of crack growth data. It is recommended to use 2/PI estimation with the neural $K_{op}$ determination method. The ASTM offset method used in conjunction with 2/PI estimation shows a possibility of successful application. It is desired to improve the ASTM method.
Methods for estimation of the effective stress intensity factor range (${\Delta}K_{eff}$) are evaluated for narrow and wide band random loading crack growth test data of 2024-T351 aluminum alloy. Three methods of determining $K_{op}$, visual measurement, ASTM offset compliance method, and the neural network method proposed by Kang and Song, and three methods of estimating ${\Delta}K_{eff}$, conventional, the 2/PI0 and 2/PI methods proposed by Donald and Paris, are compared in a quantitative manner by using the results of fatigue crack growth life prediction under random loading. For all $K_{op}$ determination methods discussed, the 2/PI0 and 2/PI methods of estimating ${\Delta}K_{eff}$ provide better results than conventional method for narrow and wide band random loading data.
Proceedings of the Korea Committee for Ocean Resources and Engineering Conference
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2001.10a
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pp.264-268
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2001
In this study, CT specimens were prepared from spring steel(SUP9) processed shot peening which was room temperature, low temperature and high temperature experiment. And we got the following characteristics from fatigue crack growth test carried out in the environment of room, and high temperature at $25^{\circ}C,\; 50^{\circ}C, \;100^{\circ}C,\; 150^{\circ}C,\; and\; 180^{\circ}C$ in the range of stress ratio of 0.05 by means of opening mode displacement. The threshold stress intensity factor range $\DeltaK_{th}$ in the early stage of fatigue crack growth (Region I ) and stress intensity factor range $\Delta$K in the stable of fatigue crack growth (Region II) was decreased in proportion to descend temperature. It assumed that the fatigue resistance characteristics and fracture strength at low temperature and high temperature is considerable higher than that of room temperature in the early stage and stable of fatigue crack growth region.
In this study, CT specimens were prepared from AST SA516 Gr. 70 which was used for pressure vessel plates for room and low temperature service. And we got the following characteristics from fatigue crack growth test carried out in the environment of room and low temperature at 25$^{\circ}C $, -60$^{\circ}C $, -80$^{\circ}C $ and -100$^{\circ}C $ and in the range of stress ratio of 0.05, 0.3 by means of opening mode displacement. At the constant stress ratio, the threshold stress intensity factor range ${\delta} K_{th}$ in the early stage of fatigue crack growth (Region I) and stress intensity factor range $\delta $K in the stable of fatigue crack growth (Region II) were increased in proportion to descending temperature. It was assumed that the fatigue resistance characteristics and fracture strength at low temperature is considerable higher than that of room temperature in the early stage and stable of fatigue crack growth region. The straight line slope relation of logarithm da/dN -$\delta $K in Region II, that is, the fatigue crack growth exponent m increased with descending temperature at the constant stress ratio. It was assumed that the fatigue crack growth rate da/dN is rapid in proportion to descending temperature in Region II and the cryogenic-brittleness greatly affect a material with decreasing temperature.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.8
no.2
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pp.27-35
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1991
We propose the crack growth rate equation which applied over three regions (threshold region, stable region, unstable region) of fatigue crack propagation. Constant stress amplitude fatigue tests are conducted for four materials under three stress ratios of R=0.05, R=0.2 and R=0.4. Materials which have different mechanical properties i.e. stainless steel, low carbon steel, medium carbon steel and aluminum alloy are used. The fatigue crack growth rate equation is given by $da/dN={\beta} (1-R)^{\delta}\({\DELTA}K-{\DELTA}K_t)^{\alpha} / (K_{cf}-K_{max})$${\alpha}, {\beta}$ , and ${\delta}$ are constants, and ${\Delta}K_t$ is stress intensity factor range at low ${\Delta}K$ region. The constants are obtained from nonlinear least square method. $K_{ef}$is critical fatigue stress intensity factor. The relation between half crack length and number of cycles obtained by integrating the crack growth rate equation is in agreement with the experimental data. It is also experimented with constant maximum stress and decreasing stress ratios, and the fatigue growth rate of each material is in accord with the proposed equation.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.14
no.6
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pp.1568-1575
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1990
Fatigue crack growth behavior was investigated in the center cracked plate of KS SB41 steel and the relation between the crack growth rate and various mechanical parameters was studied at small scale yielding, large scale yielding and full scale yielding. The crack opening ratio U was about 0.6-0.8 and had the larger value in the case of load control than that of strain control. Effective stress intensity factor range, .DELTA.K$_{eff}$ and J integral range, .DELTA.J were obtained from the notion of crack opening, and the crack growth rate was expressed with these values. The value of J integral range increased rapidly at stress ratio, R=0 in full scale yielding of load control test. COD value also increased rapidly with the increase of ligament net stress at large scale yielding of load control test.t.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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