Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.39
no.11
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pp.1137-1143
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2015
The stage II fretting fatigue crack growth and branching, i.e., the process of fretting fatigue crack growth starting in an inclined direction and then changing to the normal direction, is analyzed using the finite element method. The fretting fatigue experiment data of A7075-T6 are used in the analysis. The applicability of maximum tangential stress intensity factor, maximum tangential stress intensity factor range, and maximum crack growth rate as the crack growth direction criteria is examined. It is revealed that the stage II crack growth before and after the branching cannot be simulated with a single criterion, but can be done when different criteria are applied to the two stages of crack growth. Moreover, a method to determine the crack length at which the branching occurs is proposed.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.10
no.1
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pp.62-69
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1986
Fatigue surface crack growth was studied in 7075-T651 aluminum alloy plates subjected largely to bending loads. The surface crack length and its depth were measurement by the unloading elastic compliance method. The surface crack growth rate dc/dN, on the surface and da/dN, in the depth direction were obtained by the secant method. The stress intensity factor range .DELTA.K was computed by means of Newman and Raju equation. The aspect ratio a/c was presented in form of a/c=0.815-0.853(a/T). The effect of the stress ratio on the stable surface crack growth rates under increasing .DELTA.T is larger in lower .DELTA.K, while the relation between dc/dN, da/dN and the effective stress intensity factor range .DELTA.K$_{eff}$ is weakly dependent on the stress ratio.o.
In this paper, fatigue tests were carried out at stress test levels of 461 MPa, 441 MPa, and 431 MPa by using smooth specimen of$2_{1/4}$ Cr-1 Mo steel with the stress ratio(R) of 0.05. The initiation, growth and coalescense process of the major cracks and sub-cracks among the fatigue cracks on the smooth specimen are investigated and measured under each stress level at a constant cycle ratio by the replica technique with optical microscope. Some of the important results are as follows: In spite of the difference of stress levels, the major crack data gather into a small band in the curve of surface crack length and crack depth against cycle ratio N/Nf. The sub-crack data, however, deviate from the band of the major crack. The growth rates, da/dN, of major and sub-crack plotted against the stress intensity factor range, ${\Delta}K$, have the tendency to be compressed on a relatively small band. But it is more effective to predict fatigue life through major cracks. The propagation behavior of surface microcracks on the smooth specimens coincides with that of the specimen having an artificial small surface defect or through crack.
Computer aided unloading elastic compliance method was employed to measure the closure and the length of short cracks. The most significant factor that influences the fatigue growth behavior of short cracks is the crack closure Phenomenon. dc/dN-$\Delta$$K_{eff}$ relationships of short cracks are found to coincide well with the corresponding long crack relationships. Non-propagating behavior of short cracks at notch root can be predicted from the crack opening SIF of short cracks, $K_{op}$ , and the growth equation of long cracks in Region I and II.n Region I and II.I.
In the first part of the paper, the crack growth process in rolling contact fatigue has been investigated on ring type plate specimens, in which crack growth is two dimensional and cracks are observed on the side surface of the specimens. The results have shown that cracks are initated from the contact surface in tensile mode in the direction approximately normal to the contact surface and after some short length of growth, shear mode growth occurs from the tip of the crack and it grows until the separation of the surface layer, namely flakung type failure, occurs. In the second part, mode U fatigue crack growth tests have been made by using an apparatus designed based on the concept that the subsurface fatigue crack growth in rolling contact fatigue is the mode U fatigue crack growth under the stress state where the tensile mode growth is suppressed by compression stress. The rest results have shown that the mode U fatigue crack growth occurs if the superposed compression stress is enough to suppress the tensile mode growth.
The fracture behavior of plain woven glass/epoxy composite plates with a crack is investigated under static tensile loading. It is shown in this paper that the characteristic length associated with the point stress criterion depends on the crack length. To predict the not ched tensile strength, the point stress criterion proposed by Whitney and Nuismer are modified. An excellent agreement is found between the experimental results and the analytical prediction of the modified point stress criterion. The condition of unstable crack growth in the presence of a per-existing flaw(machined notch) is examined by means of the maximum stress intensity factor $K_max$ using maximumload P$_max$. The values of $K_max$ evaluated from energy release rate G$_max$(the compliance me thod) indicate a wide difference. Therefore in regard to anisotropy and heterogeneity of the composite materials studied, the modified shape correction factor f(a/W) is obtained. $K_max$evaluated by the compliance method a little or insignificantly depends on the initial crack length a, the specimen thickness B, the crack angle .theta. and the specimen geometry.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.23
no.6
s.165
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pp.1039-1047
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1999
It is necessary to evaluate the fatigue behavior of rail steel under the multi-axial stress state to assure the railway vehicle's safety. For this purpose, the stress analysis to investigate the crack initiation criteria, static failure and fatigue behavior under mixed-mode are performed. The stress analysis results show that the initiation of the transverse fissure depends on the maximum shear stress below the surface. For the mixed mode, the fatigue crack growth behavior which is represented by the projection crack length and comparative S.I.F, ${\Delta}K_v$, shows the more conservative results. Also, its rate is lower than that of the case of the mode I, and this difference decreases with increasing the stress ratio, R.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.16
no.9
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pp.1627-1631
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1992
It often occurs in J-R testing that some initial crack extension (.DELTA.a) data points have anomalous negative values. The reason for the apparent negative crack growth is due to the analysis method. The phenomenon as a possible source of error in determining $J_{IC}$ or J-R curve from partial unloading compliance experiments may be eliminated by the compliance correction equation or the offset technique. In this study, the correction methods are suggested and examined by the measurement of the actual crack length and $J_{JC}$ analysis.
Effects of tensile and compression residual stresses in the welded SS41 and A17075-76 on fatigue crack propagation behavior are investigated when a crack propagates from residual stresses region. We propose the fatigue crack growth equation on tensile and compression residual stresses in welded metal. The results obtained in this experimental study are summarized as follows . 1 ) A fatigue crack growth equation which applied fatigue fracture behavior of the welded metal is proposed. (equation omitted) where, $\alpha$, $\beta$, ${\gamma}$ and $\delta$ are constants, and R$_{eff}$ is effective stress ratio [R$_{eff}$=(Kmin+Kres)/(Kmax+Kres)], Kcf is critical fatigue stress intensity factor. The constants are obtained from nonlinear least square method. The relation between crack length and number of cycles obtained by integrating the fatigue crack growth rate equation is in agreement with the experimental data. 2) The experimental results confirmed that the cause of crack extension and retardation by residual stresses has relation to the phenomenon of crack closure. 3) The relaxing trend of residual stresses by the crack propagation was greater In case of compressive residual stress than that of tensile residual stress in the welded metal.tal.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.15
no.2
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pp.179-188
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2011
Steel structures have been allowed to have fatigue damage tolerance in fact. If it would be assessed whether fatigue crack is growing or not and How fast fatigue crack is propagating, we should make a rational decision on methods and a period of reinforcement in the maintenance. In this study, fatigue crack growth tests on two kinds of through-thickness cracked steel plates and a out-of-plane gusset welded joint were conducted to evaluate fatigue crack growth rate using the COD(Crack Opening Displacement), and COD measurement using strain gauges was examined to offer a practical method. As a result, we proposed a reasonable assessing method for fatigue crack growth rate using the COD and it was experimentally proved practical to estimate the COD through measuring strains.
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