scholarly journals A Numerical Study of the Effect of Isotropic Hardening Parameters on Mode I Fatigue Crack Growth

Metals ◽  
2020 ◽  
Vol 10 (2) ◽  
pp. 177
Author(s):  
M. F. Borges ◽  
F. V. Antunes ◽  
P. A. Prates ◽  
R. Branco
Keyword(s):  
Fatigue Crack ◽  
Fatigue Crack Growth ◽  
Crack Growth ◽  
Numerical Study ◽  
Isotropic Hardening ◽  
Crack Tip Opening Displacement ◽  
Opening Displacement ◽  
Mixed Hardening ◽  
Parametric Studies ◽  
Crack Tip Opening

The consideration of plastic crack tip opening displacement (CTOD, δp), as a crack driving force has given us the opportunity to predict fatigue crack growth (FCG) rate numerically, and, therefore, to develop parametric studies focused on the effect of loading, geometrical, and material parameters. The objective here is to study the effect of the isotropic hardening parameters of the Voce law on FCG, which are the isotropic saturation stress, YSat, and the isotropic saturation rate, CY. The increase of these hardening parameters causes δp to decrease. However, this effect is much more pronounced for YSat than CY. The variation is non-linear, and the rate of variation decreases with the increase of isotropic parameters. The increase of YSat increases the crack closure phenomenon. Finally, the influence of the isotropic parameters is more relevant for pure isotropic hardening than for mixed hardening.

scholarly journals Digital Image Correlation (DIC) Technique for Fatigue Crack Growth Analysis Using ∆CTOD Criteria

2018 ◽  
Vol 7 (4.38) ◽  
pp. 1362
Author(s):  
Akshay B. Patil ◽  
Suraj P. Toppo ◽  
Dr. RKP Singh
Keyword(s):  
Fatigue Crack ◽  
Fatigue Crack Growth ◽  
Digital Image Correlation ◽  
Crack Growth ◽  
Digital Image ◽  
Crack Tip ◽  
Image Correlation ◽  
Crack Tip Opening Displacement ◽  
Opening Displacement ◽  
Crack Tip Opening

The present paper deals with an experimental determination of fatigue crack growth rate (FCGR) of microalloyed steel (38MnVS6) to study the crack propagation in forged automobile crankshafts. The criterion based on crack tip opening displacement range (∆CTOD) is used to investigate the fatigue crack growth rate. In the current work use of 2D-digital image correlation (DIC) technique for the measurement of crack tip opening displacement (CTOD) and crack length (a) is proposed. Digital Image Correlation (DIC) is a full field displacement and strain measurement technique. It is easier to measure the crack tip opening displacement (CTOD) and crack length (a) with this technique than other. Fatigue crack growth curve based on crack tip opening displacement (CTOD) criteria is presented using DIC.  

scholarly journals Fatigue Crack Growth from Notches: A Numerical Analysis

2020 ◽  
Vol 10 (12) ◽  
pp. 4174 ◽  
Author(s):  
Micael Borges ◽  
Manuel Caldas ◽  
Fernando Antunes ◽  
Ricardo Branco ◽  
Pedro Prates
Keyword(s):  
Fatigue Crack ◽  
Stress State ◽  
Fatigue Crack Growth ◽  
Crack Growth ◽  
Crack Closure ◽  
Numerical Approach ◽  
Crack Tip Opening Displacement ◽  
Notch Radius ◽  
Opening Displacement ◽  
Global Trends

A numerical approach based on plastic crack tip opening displacement (CTOD) was followed to study fatigue crack growth (FCG) from notches. The identification of fundamental mechanisms was made considering notched and unnotched models, with and without contact of crack flanks. Different parameters were studied, namely, notch radius, crack length, stress state, and material. The notch increases the plastic CTOD, and therefore fatigue crack growth rate, da/dN, as expected. The reduction of notch radius increases da/dN but reduces the notch affected zone. Ahead of the notch affected zone, da/dN increases linearly with crack growth, with a rate that increases linearly with the plastic CTOD. The crack closure phenomenon has a dramatic effect under plane stress conditions but a limited effect on plane strain conditions. In the former case, the contact of crack flanks reduces substantially the effect of notch radius and the size of the notch affected zone. These trends are associated with the increase of crack closure level with notch radius. The material does not affect the global trends, but the reduction of yield stress increases the level of plastic deformation and therefore da/dN. The effect of material, and also of stress state, is mainly associated with crack closure.

A Study on the Relationship between Fatigue Crack Growth Behavior and Cyclic Crack Tip Opening Displacement

2006 ◽  
Vol 326-328 ◽  
pp. 1051-1054 ◽  
Author(s):  
Hyeon Chang Choi ◽  
Hyeon Ki Choi
Keyword(s):  
Fatigue Crack ◽  
Crack Growth ◽  
Crack Tip ◽  
Growth Behavior ◽  
Crack Growth Behavior ◽  
Fatigue Crack Growth Behavior ◽  
Crack Tip Opening Displacement ◽  
Opening Displacement ◽  
Crack Tip Opening ◽  
The Relationship

The relationship between fatigue crack growth behavior and cyclic crack tip opening displacement is studied. An elastic-plastic finite element analysis (FEA) is performed to examine the growth behavior of fatigue crack, where the contact elements are used in the mesh of the crack tip area. We investigate the relationship between the reversed plastic zone size and the changes of the cyclic crack tip opening displacement along the crack growth. The cyclic crack tip opening displacement is related to fatigue crack opening behavior.

Finite Element Simulation of Stable Fatigue Crack Growth Using Critical CTOD Determined by Preliminary Finite Element Analysis

2014 ◽  
Vol 891-892 ◽  
pp. 1675-1680
Author(s):  
Seok Jae Chu ◽  
Cong Hao Liu
Keyword(s):  
Finite Element ◽  
Fatigue Crack ◽  
Fatigue Crack Growth ◽  
Finite Element Simulation ◽  
Crack Growth ◽  
Crack Tip ◽  
Stress Intensity Factor Range ◽  
Crack Tip Opening Displacement ◽  
Element Analysis ◽  
Element Simulation

Finite element simulation of stable fatigue crack growth using critical crack tip opening displacement (CTOD) was done. In the preliminary finite element simulation without crack growth, the critical CTOD was determined by monitoring the ratio between the displacement increments at the nodes above the crack tip and behind the crack tip in the neighborhood of the crack tip. The critical CTOD was determined as the vertical displacement at the node on the crack surface just behind the crack tip at the maximum ratio. In the main finite element simulation with crack growth, the crack growth rate with respect to the effective stress intensity factor range considering crack closure yielded more consistent result. The exponents m in the Paris law were determined.

Investigation of metal cored arc welded FCA (fatigue crack arrester) steel in terms of microstructure, toughness and tensile properties

2018 ◽  
Author(s):  
Εμμανουήλ-Μάριος Καζασίδης
Keyword(s):  
Fatigue Crack ◽  
Tensile Properties ◽  
Arc Welding ◽  
Crack Tip ◽  
Crack Tip Opening Displacement ◽  
Opening Displacement ◽  
Crack Arrester ◽  
Crack Tip Opening ◽  
Welding Technique

Η παρούσα διδακτορική διατριβή αποσκοπεί στη μελέτη συγκολλήσεων ελασμάτων χάλυβα τύπου ΑΗ-40 FCA (Fatigue Crack Arrester), πάχους 13 mm, οι οποίες πραγματοποιήθηκαν με τη μέθοδο τόξου κοίλου ηλεκτροδίου με πυρήνα μεταλλικής σκόνης (Μetal Cored Arc Welding technique-MCAW). Η συγκεκριμένη μέθοδος συγκόλλησης επιλέχθηκε επειδή συνίσταται σε αυτοματοποιημένες διαδικασίες συγκόλλησης και ιδιαίτερα με πολλαπλά περάσματα καθώς δεν απαιτεί ενδιάμεσο καθαρισμό σκωρίας (σε αντίθεση με την FCAW). Κατά συνέπεια, οι συγκολλήσεις πραγματοποιήθηκαν με χρήση ρομποτικού μηχανισμού προκειμένου να εξασφαλιστεί η επαναληψιμότητα και η ακρίβεια των πειραματικών δοκιμών.Η διαδικασία που ακολουθήθηκε για τη μελέτη των συγκολλήσεων του χάλυβα AH-40 FCA περιλαμβάνει την εκτέλεση προπαρασκευαστικών-διερευνητικών πειραμάτων, τη διαδικασία βελτιστοποίησης ως προς τη μικροδομή και των ιδιοτήτων ένταντι εφελκυστικής φόρτισης, τη μελέτη της δυσθραυστότητας καθώς και την κατασκευή αναλυτικού μοντέλου. Πιο συγκεκριμένα: Aρχικά καθορίστηκε το εύρος των συνθηκών συγκόλλησης. Η σχετική μελέτη πραγματοποιήθηκε μέσω της διεξαγωγής μεμονωμένων στρώσεων μετάλλου στην επιφάνεια των χαλύβδινων ελασμάτων. Τα πειραματικά αποτελέσματα σε συνδυασμό με τη βιβλιογραφική ανασκόπηση, καθόρισαν το εύρος των εντέλει χρησιμοποιηθησών ρυθμών εισαγωγής θερμότητας (0.5-2.5 kJ/mm με βήμα 0.5 kJ/mm). Στη συνέχεια, η βελτιστοποίηση της συγκόλλησης πραγματοποιήθηκε βάσει των αποτελεσμάτων του μικροδομικού χαρακτηρισμού και των δοκιμών εφελκυσμού εγκαρσίως της διεύθυνσης συγκόλλησης. Σε αυτό το στάδιο τα παρακάτω κριτήρια καθορίστηκαν ως κρίσιμα για την επίτευξη της βέλτιστης συγκολλητής δομής:- Έκταση θερμικά επηρεασμένης ζώνης (η ελαχιστοποίηση του πλάτους της είναι επιθυμητή). Χρήση στερεοσκοπίου.- Ομοιογένεια των μικροδομικών συστατικών μεταξύ της θερμικά επηρεασμένης ζώνης, της ζώνης τήξης και του μετάλλου βάσης (η μέγιστη ομοιογένεια είναι επιθυμητή). Χρήση οπτικής μικροσκοπίας, ηλεκτρονικής μικροσκοπίας σάρωσης.- Κατανομή μικροσκληρομετρήσεων (ομαλή κατανομή είναι επιθυμητή, πλησιέστερη στη τιμή αναφοράς, δηλαδή στη μικροσκληρότητα του μετάλλου βάσης). Χρήση της μεθόδου Vickers.- Όριο διαρροής της συγκόλλησης (επιθυμητή η μεγιστοποίηση του ορίου διαρροής). Δοκιμή εφελκυσμού εγκαρσίως της διεύθυνσης συγκόλλησης- Αντοχή σε εφελκυσμό (επιθυμητή η μεγιστοποίηση της αντοχής). Δοκιμή εφελκυσμού εγκαρσίως της διεύθυνσης συγκόλλησης.-Επιμήκυνση θραύσης ως δείκτης της ολκιμότητας (επιθυμητή η μεγιστοποίησης της επιμήκυνσης). Δοκιμή εφελκυσμού εγκαρσίως της διεύθυνσης συγκόλλησης. Έπειτα, η μελέτη επικεντρώθηκε στη διερεύνηση της βέλτιστης συγκόλλησης και πιο συγκεκριμένα στην περιοχή που παρουσιάζει τη μέγιστη υποβάθμιση των μηχανικών ιδιοτήτων. Σε αυτήν πραγματοποιήθηκαν δοκιμές με χρήση προρωγματωμένων δοκιμίων για τη μέτρηση της δυσθραυστότητας με τις μεθόδους Charpy V-notch και CTOD (Crack tip opening displacement).Παράλληλα με την πειραματική διαδικασία πραγματοποιήθηκε η ανάπτυξη ενός αιτιοκρατικού αναλυτικού μοντέλου το οποίο χρησιμοποιεί ρητές-μαθηματικές εξισώσεις με διττό στόχο: την πρόβλεψη του εμβαδού της περιοχής ενίσχυσης ενός κορδονιού ευθείας ραφής, καθώς και του απαιτούμενου αριθμού κορδονιών σε μία συγκόλληση με πολλαπλά περάσματα. Η αξιοπιστία των προβλεπόμενων αποτελεσμάτων και η επαναληψιμότητα του μοντέλου επιβεβαιώθηκαν πειραματικά.

scholarly journals Numerical Study on the Variability of Plastic CTOD

Materials ◽  
2020 ◽  
Vol 13 (6) ◽  
pp. 1276 ◽  
Author(s):  
Pedro André Prates ◽  
Armando Eusébio Marques ◽  
Micael Frias Borges ◽  
Ricardo Madeira Branco ◽  
Fernando Ventura Antunes
Keyword(s):  
Numerical Study ◽  
Kinematic Hardening ◽  
Crack Tip ◽  
Fractional Factorial ◽  
Crack Tip Opening Displacement ◽  
Opening Displacement ◽  
Screening Design ◽  
Input Parameters ◽  
Crack Tip Opening ◽  
Influential Parameters

This paper presents a numerical study on the influence of material parameters and loading variability in the plastic crack tip opening displacement (CTOD) results. For this purpose, AA7050-T6 was selected as reference material and a middle-cracked tension specimen geometry was considered. The studied input parameters were the Young’s modulus, Poisson’s ratio, isotropic and kinematic hardening parameters and the maximum and minimum applied loads. The variability of the input parameters follows a Gaussian distribution. First, screening design-of-experiments were performed to identify the most influential parameters. Two types of screening designs were considered: one-factor-at-a-time and fractional factorial designs. Three analysis criteria were adopted, based on: main effect, index of influence and analysis of variance. Afterwards, metamodels were constructed to establish relationships between the most influential parameters and the plastic crack tip opening displacement (CTOD) range, based on two types of designs: Face-Centered Central Composite Design and Box-Behnken design. Finally, the metamodels were validated, enabling the expeditious evaluation of the variability in the plastic CTOD range; in addition, the variability in the fatigue crack growth rate was also evaluated.

Sign in / Sign up

Export Citation Format

Share Document