In order to evaluate variation of fatigue life of mechanical components including engineering plastics, it is important to estimate probabilistic strain-life curves to accurately define the variation of fatigue characteristics. This paper intends to provide new assessment of P-$\varepsilon$-N (probabilistic strain-life curves) for considering the variation of fatigue characteristics in polyacetal. The fatigue strain controlled tests were conducted under constant 50% humidity and room temperature condition by a universal testing machine at strain ratio, R=0. A practical procedure is introduced to evaluate probabilistic strain-life curves. Three probabilistic distributions were used for generating P-$\varepsilon$-N curves such as normal, 2-parameter and 3-parameter Weibull. In this study, 3-parameter Weibull distribution was found to be most appropriate among assumed distributions when the probability distributions of the fatigue characteristic were examined using chi-square and Kolmogorov-Smirnov test. The more appropriate P-$\varepsilon$-N curves for these materials are generated by the proposed method considering 3-parameter Weibull distribution.
The interest of the fatigue life of rubber components such as engine mounts is increasing according to the extension of warranty period of the automotive components. Automotive engine mounts get damaged due to thermal and mechanical loadings. This paper discusses a fatigue life prediction of the 3-dimensional dumbbell specimens for natural rubber compound considering the effects of maximum strain and heat aging temperature. Displacement controlled fatigue life tests were performed using specimens with different levels of maximum strain and various hardness. The basic mechanical properties test and the fatigue test of aged rubber specimen under normal and elevated temperature were executed. A procedure to predicted the fatigue life of vulcanized natural rubber material based on the maximum strain method was proposed, and then this curve was in good agreement with fatigue test data less than 200% error range.
보통회주철(GC300)에 Cr, Mo, Cu 첨가제를 넣어 고급 회주철(HCI350)을 제작하고, 미세 조직과 기계적 물성치, 피로강도의 변화를 연구하였다. 주철을 환봉형과 평판형 주물로 제작하였으며, 이들을 절단 및 연마하여 나이탈 수용액으로 에칭한 후 미세조직의 면적비율을 측정하였다. 첨가물에 의해 편상 흑연결정(flake graphite)의 크기가 감소하고 고밀 펄라이트 함량이 증가하여 인장강도, 피로강도의 향상이 확인되었다. 피로시험 결과 획득한 피로수명 데이터를 바탕으로 최우추정법이 적용된 2모수 와이블 분포를 이용하여 확률-응력-수명 곡선을 산출하였다. 확률-응력-수명곡선 산출 결과 HCI350은 GC300에 비해 피로강도는 크게 개선되었고 수명데이터의 분산성은 낮아졌으나, 피로응력완화에 따른 피로수명의 증가가 크게 나타났다. 산출된 확률-응력-수명 곡선을 이용하여 요구수명 사이클 수에 대한 허용응력 값을 정량적으로 제시함으로써 신뢰성 수명설계에 위한 기초자료를 제시하였다.
Generally, the life of casting mold is limited by fatigue fracture or dimensional inaccuracy originated from wear in high temperature. Although recent research of metallic materials in high temperature fatigue have been much accomplished, many studies on brittle material as a die steel in high temperature fatigue does not have been reported. Especially, the study on the fatigue behavior over the transformation temperature is not studied sufficiently because of its difficult analysis and experiment. Therefore, reliable results of brittle material in high temperature fatigue behavior are needed. In this paper, stress-strain curves and stress-life curves in die STD61 steel are carefully examined between room temperature and 90$0^{\circ}C$, as the basic experimental data are used to predict from fatigue life of casting mold.
Structural integrity of railway vehicles should last for a long period against various and continuous fatigue loadings, and the carbody structures of railway vehicle are manufactured by applying multiform welding types for each material. Since the most of cracks are occurred and proceeded at the vicinity of welding area during the lifetime of carbody structure, the fatigue strength evaluation for welding area of carbody structure should have been carried out. Rotem Company has evaluated lifetime and fatigue strength of carbody structure according to the fatigue analysis based on the international standard and/or inner-official regulation. This study introduces the fatigue analysis method that we have evaluated and calculated the damages for the welding areas of carbody structure under various fatigue loading conditions using cumulative fatigue damage rule(Miner's rule) to verify whether the cumulative damage does exceed unity. This study contains the fatigue test of specimens to derive stress-life relations(S-N curve), sub-modeling analysis and the calculation of cumulative damages under fatigue loading. The fatigue analysis verifies the welding area shall be capable of withstanding under fatigue loading, identifies how critical area shall be selected and presents the principles to be used for design verification.
Fatigue failure of a grid structure using bolt-sphere joints is liable to occur in a high-strength bolt due to the alternating and reciprocal actions of a suspension crane. In this study, variable amplitude fatigue tests were carried out on 20 40 Cr steel alloy M30 high-strength bolts using an MTS fatigue testing machine, and four cyclic stress amplitude loading patterns, Low-High, High-Low, Low-High-Low, and High-Low-High, were tested. The scanning electron microscope images of bolt fatigue failure due to variable amplitude stress were obtained, and the fractographic analysis of fatigue fractures was performed to investigate the fatigue failure mechanisms. Based on the available data from the constant amplitude fatigue tests, the variable amplitude fatigue life of an M30 high-strength bolt in a bolt-sphere joint was estimated using both Miner's rule and the Corten-Dolan model. Since both cumulative damage models gave similar predictions, Miner's rule is suggested for estimating the variable-amplitude fatigue life of M30 high-strength bolts in a grid structure with bolt-sphere joints; the S-N fatigue curve of the M30 high-strength bolts under variable amplitude loading was derived using equivalent stress amplitude as a design parameter.
The research for the fatigue analysis is regarded greatly as important in aerospace field. Moreover, a study on the fatigue characteristic is very actively progressing. In this study, the fatigue life estimation was performed for Flaperon Joint which has FCL(fatigue critical location) of tilt-rotor UAV. The Flaperon Joint should be taken the various loads by several missions profiles of UAV. The fatigue load spectrum of Flaperon Joint is generated by the standard mission segment for the tilt-rotor UAV, and this spectrum is used for the fatigue test and analysis. The in-house fatigue analysis program is applied to calculate the fatigue life based on Stress-Life(S-N) method. The S-N curve is generated from the S-N data of Mil-Handbook by second order polynomial regression method. Moreover, the coefficient of determination is used to ensure how accuracy it has. In addition, the Goodman equation is used to consider the mean stress effect for evaluating more accurate fatigue life. Finally, the result of fatigue analysis is verified by comparing with the fatigue test result for the Flaperon Joint.
Fatigue life of a notched shaft was evaluated in order to estimate the durability and integrity of the notched shaft in design stage. Cumulative fatigue dama- ge analysis was performed using local strain approach based on the assumption that the fatigue life of a notched component is approximately same as that of a smooth specimen is subjected to the same strain at the notched component. In this paper, shafts with different notch root radius of 1, 2㎜ resulting in different values of stress concentration factors were tested under||rotating bending fatigue loading condition. Theoretical stress concentration factor for each notch type was calculated using finite element method. Fatigue life prediction program, FALIPS, written in C language was developed using the strain-life curve, and the local strain approach integrating Neuber's rule, cyclic stress-strain, and hysteresis loop equations. The fatigue life evaluated using the fatigue notch factor obtained from the experimentally determined fatigue strength showed very large scattering with nonconservatism, but the fatigue notch factors derived from the stress concentration factors and Peterson's equation reduced the considerablely accurate fatigue life evaluation within a factor of three.
In general, fatigue analysis is performed by using deterministic model to estimate the optimal parameters. However, the deterministic model is difficult to clearly describe the physical phenomena of fatigue failure that contains many uncertainty factors. With regard to this, efforts have been made in this research to compare with the deterministic model and the stochastic models. Firstly, One deterministic S-N curve was derived from ordinary least squares technique and two P-S-N curves were estimated through Bayesian-linear regression model and Markov-Chain Monte Carlo simulation. Secondly, the distribution of Long-term fatigue damage and fatigue life were predicted by using the parameters obtained from the three methodologies and the long-term stress distribution.
Quantitative analysis have been carried out on the micro-cracks on the surface and into the depth of unnotched smooth mild steel specimen under cyclic stains by rotating bending fatigue tests. Some of the results are; (1) Cracks initiate at the early stage of fatigue life N$_{I}$/ N$_{f}$=10 to 20%, and propagate during the rest of fatigue life. (2) Coalescence of highly crowded small fatigue cracks of random distribution seems to induce the final fracture at higher stress level. (3) The curves of crack initiation and the equal crack length on the graph of stress versus number of cycles are parallel to the S-N curve. (3) The curves of crack initiation and the equal crack length on the graph of stress versus number of cycles are parallel to the S-N curve. (4) The distributions of micro-surface crack length and depth show the composite Weibull distributions which are approximated to two straight lines separated by the value of transient region between stage I and stage II crack.k.k.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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