One of the failure modes observed in steel yield energy dissipating devices (SYEDs) excited by a strong earthquake would be the low-cycle fatigue failure. Fatigue cracks of a SYED are prone to initiate at the notch areas where stress concentration is usually occurred, which is demonstrated by the cyclic tests and analyses carried out for this study. Since the fatigue failure of SYEDs dramatically deteriorates their structural capacities, the thorough investigation on their fatigue life is usually required. To do this, sophisticated modeling with considering a time-consuming and complicate fracture mechanism is generally needed. This study makes an effort to investigate the low-cycle fatigue life of SYEDs predicted by a simplified method utilizing damage indices and fatigue prediction equations that are based on the plastic strain amplitudes obtained from typical finite element analyses. This study shows that the low-cycle fatigue failure of SYEDs predicted by the simplified method can be conservatively in good agreement with the test results of SYED specimens prepared for experimental validation.
The composite blades of offshore wind turbines accumulate structural damage such as fatigue cracking due to harsh operation environments during their service time, leading to premature structural failures. This paper investigates various fatigue crack models for reproducing crack development in composite blades and proposes a stochastic approach to predict fatigue crack evolution and to analyse failure probability for the composite blades. Three typical fatigue models for the propagation of fatigue cracks, i.e., Miner model, Paris model and Reifsnider model, are discussed to reproduce the fatigue crack evolution in composite blades subjected to cyclical loadings. The lifetime probability of fatigue failure of the composite blades is estimated by stochastic deterioration modelling such as gamma process. Based on time-dependent reliability analysis and lifecycle cost analysis, an optimised maintenance policy is determined to make the optimal decision for the composite blades during the service time. A numerical example is employed to investigate the effectiveness of predicting fatigue crack growth, estimating the probability of fatigue failure and evaluating an optimal maintenance policy. The results from the numerical study show that the stochastic gamma process together with the proper fatigue models can provide a useful tool for remaining useful life predictions and optimum maintenance strategies of the composite blades of offshore wind turbines.
The low cycle fatigue (LCF) and creep-fatigue (hold time tension fatigue, HTTF) tests were performed on the modified 25Cr-13Ni cast stainless steel, which was selected as a candidate material for exhaust manifold in automotive engine. The exhaust manifold is subjected to an environment in which heating and cooling cycle occur due to the running pattern of automotive engine. Several types of fatigue behaviour such as thermal fatigue, thermal mechanical fatigue and creep-fatigue are belong to the main failure mechanisms. High temperature tensile test was firstly carried out to compare the sample with the traditional cast steel for the component. The low cycle fatigue and HTTF tests were carried out under the strain controlled condition with the total strain amplitude from ${\pm}0.6%$ to ${\pm}0.7%$ at $800^{\circ}C$. The hysteresis loops of HTTF tests showed significant stress relaxation during tension hold time. With the increase of tension hold time, the fatigue life was remarkably deceased which caused from the formation of intercrystalline crack by the creep failure mechanism.
The failure of material structures or mechanical system is considered as a direct or indirect result of fatigue. In the design of mechanical structure for estimating of reliability, the prediction of failure life is the most important failure mode to be considered. However, because of a complicated behavior of fatigue in mechanical structure, the analysis of fatigue is in need of much researches on life prediction. This document presents a prediction of fatigue life of the SAPH45 steel, which is extensively for vehicle frame. The method using lethargy coefficient and stress distribution factor at pediction of fatigue life based on the consideration of the failure characteristics from the tensile test should be provided in this study.
This paper attempts to develop the analytical model of estimating the fatigue damage using a linear elastic fracture mechanics method. The stress history on a welding member, when a truck passed over a bridge, was defined as a block loading and the crack closure theory was used. These theories explain the influence of a load on a structure. This study undertook an analysis of the stress range frequency considering both dead load stress and crack opening stress. A probability method applied to stress range frequency distribution and the probability distribution parameters of it was obtained by Maximum likelihood Method and Determinant. Monte Carlo Simulation which generates a probability variants (stress range) output failure block loadings. The probability distribution of failure block loadings was acquired by Maximum likelihood Method and Determinant. This can calculate the fatigue reliability preventing the fatigue failure of a welding member. The failure block loading divided by the average daily truck traffic is a predictive remaining life by a day. Fatigue reliability analysis was carried out for the welding member of the bottom flange of a cross beam and the vertical stiffener of a steel box bridge by the proposed model. Results showed that the primary factor effecting failure time was crack opening stress. It was important to decide the crack opening stress for using the proposed model. Also according to the 50% reliability and 90%, 99.9% failure times were indicated.
In this research, to develope the A1 7075/CFRP multilayered hybrid composites, CRALL(Carbon Reinforced aluminum lamiate) specimens were processed by autoclavecuring system that curing temperature, time, surface pretreatment condition of aluminum were constant. Andthe fatigye life and failure mechanism on CFRP volume fraction and fiber orientation of CRALLspecimens were investigated. A fatigue life was greatly influenced by effect of CFRP fiber volume fraction but it was less effected than those of fiber orientation. The fatigue failure arised from interface delamination of CFRP and aluminum sheet after shear fracture of aluminum layer. The failure mechanism is assumed that the aluminum laminates which divide the CFRP into many thim layers tend to arrest the failure propagation.
Traditionally used analytical approach to predict the fatigue failure of reinforced concrete (RC) structure is generally conservative and has certain limitations. The nonlinear finite element method (FEM) offers less expensive solution for fatigue analysis with sufficient accuracy. However, the conventional implicit dynamic analysis is very expensive for high level computation. Whereas, an explicit dynamic analysis approach offers a computationally operative modelling to predict true responses of a structural element under periodic loading and might be perfectly matched to accomplish long life fatigue computations. Hence, this study simulates the fatigue behaviour of RC beams with finite element (FE) assemblage presenting a simplified explicit dynamic numerical solution to show computer aided fatigue behaviour of RC beam. A commercial FEM package, ABAQUS has been chosen for this complex modelling. The concrete has been modelled as a 8-node solid element providing competent compression hardening and tension stiffening. The steel reinforcements are simulated as two-node truss elements comprising elasto-plastic stress-strain behaviour. All the possible nonlinearities are duly incorporated. Time domain analysis has been adopted through an automatic Newmark-β time incremental technique. The program consists of twelve RC beams to visualize the real behaviour during fatigue process and to obtain the reliability of the study. Both the numerical and experimental results indicate a redistribution of stresses along the time and damage accumulation of beam which severely affect the serviceability and ultimate capacity of RC beam. The output of the FEM analysis demonstrates good match with the experimental consequences which affirm the efficacy of the computer aided model. The controlled fatigue damage evolution at service fatigue load limits makes the FE model an efficient tool in predicting high cycle fatigue behaviour of RC structures.
Not all loads contribute to fatigue crack propagation in the welded detail of steel bridges when they are subjected to variable amplitude loading. For fatigue assessment, therefore, non-contributing stress cycles should be truncated. However, stress range truncation is not considered during typical fatigue reliability assessment. When applying the first order reliability method, stress range truncation occurs mismatch between the expected number of cycles to failure and the number of cycles obtained at the time of evaluation, because the expected number of cycles only counts the stress cycles that contribute to fatigue crack growth. Herein, we introduce a calibration factor to coordinate the expected number of cycles to failure to the equivalent value which includes both contributing and non-contributing stress cycles. The effectiveness of stress range truncation and the proposed calibration factor was validated via case studies.
Objectives: The purpose of this study was to evaluate the relation between intentionally induced internal stress and cyclic fatigue failure of .06 taper ProFile. Materials and Methods: Length 25 mm, .06 taper ProFile (Dentsply Maillefer), and size 20, 25, 30, 35 and 40 were used in this study. To give the internal stress, the rotary NiTi files were put into the .02 taper, Endo-Training-Bloc (Dentsply Maillefer) until auto-stop by torque controlled motor. Rotary NiTi files were grouped by the number of induced internal stress and randomly distributed among one control group and three experimental groups (n = 10, Stress 0 [control], Stress 1, Stress 2 and Stress 3). For cyclic fatigue measurement, time for separation of the rotary NiTi files was recorded. The fractured surfaces were observed by field emission scanning electron microscope (FE-SEM, SU-70, Hitachi). The time for separation was statistically analyzed using two-way ANOVA and post-hoc Scheffe test at 95% level. Results: In .06 taper ProFile size 20, 25, 30, 35 and 40, there were statistically significant difference on time for separation between control group and the other groups (p < 0.05). Conclusion: In the limitation of this study, cyclic fatigue failure of .06 taper ProFile is influenced by internal stress accumulated in the files.
This paper describes the development of a reliability-based optimum design technique for such three dimensional tubular frames as off shore structures. The objective function is formulated for the structural weight. Constraints that probability of failure for the critical sections does not exceed the allowable probability of failure are set up. In the evaluation of the probability of failure, fatigue as well as buckling and plasticity failure are taken into account and the mean-value first-order second-moment method(MVFOSM) is applied for its calculation. In order to reduce the computing time required for the repeated structural analysis in the optimization process, reanalysis method is also applied. Application to two and three dimensional simple frame structures is performed. The influence of material properties, external forces, allowable failure probabilities and interaction between external forces on the optimum design is investigated.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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