Trwałość stali konstrukcyjnych po jednocyklowym przeciążeniu przy zmiennym zginaniu ze skręcaniem w warunkach rozwoju pęknięcia

• Autorzy: Gasiak G.

Warianty tytułu

EN

Fatigue life of structural steels after one-cycle overload under variable bending with torsion in condition crack growth

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W pracy przedstawiono wyniki badań wpływu jednocyklowego przeciążenia na trwałość zmęczeniową próbek wykonanych ze stali 10HNAP i 18G2A. Badania przeprowadzono w warunkach złożonego stanu obciążenia, tj. zginania ze skręcaniem przy stosunku amplitudy momentu zginającego do skręcającego Mag/Mas = 1,73 oraz 0,57. Przeciążenie o współczynnikach kj = 1,5 i 2,0 zadano jednokrotnie dla każdej próbki przy określonej długości pęknięcia zmęczeniowego. Wykazano, że jednocyklowe przeciążenie próbek z ostrym karbem poddanych zginaniu ze skręcaniem powoduje zwiększenie ich trwałości o około 36% dla stali 10HNAP i około 39% dla stali 18G2A.

EN

The paper presents the test results concerning the influence of one-cycle overload on the fatigue life of specimens made of 10HNAP and 18G2A steels. The tests were performed under complex loading, i.e. bending with torsion for the ratios of bending moment and torsional moment Mag/Mas = 1.73 and 0.57. Overload for coefficients kj = 1.5 and 2.0 was applied one time for each specimen under a given length of a fatigue crack. It has been shown that onecycle overload of specimens with a sharp notch subjected to bending with torsion causes an increase in their fatigue life by about 36% for 10HNAP steel and about 39% for 18G2A steel.

Słowa kluczowe

PL

cykliczne zginanie ze skręcaniem; trwałość; przeciążenie; współczynnik opóźnienia; propagacja pęknięcia zmęczeniowego

EN

cyclic bending with torsion; fatigue life; overload; coefficient of delay; fatigue crack propagation

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Inżynieria Materiałowa
• Rocznik: 2014
• Tom: Vol. 35, nr 4
• Strony: 332--338
• Opis fizyczny: Bibliogr. 36 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Gasiak G.

• Katedra Mechaniki i PKM, Politechnika Opolska

Bibliografia

• [1] Gasiak G., Grzelak J.: Prognozowanie rozwoju pęknięcia zmęczeniowego w stali 10HNAP po jednokrotnym przeciążeniu amplitudą przy rozciąganiu. V Krajowa Konferencja Mechaniki Pękania, Ameliówka 28÷30 września 1995, Zeszyty Naukowe Politechniki Świętokrzyskiej, Mechanika 56 (1995) 165÷173.
• [2] Wanhill R. H. J.: Flight simulation fatigue crack growth testing of aluminium alloys. Int. J. Fatigue 16 (1) (1994) 99÷110.
• [3] Newman J. C.: A crack closure model for predicting fatigue crack growth rate under aircraft spectrum loading. ASTM-STP 748 (1981) 53÷84.
• [4] Broek D., Smith S.: The prediction of fatigue crack growth under flight-by-flight loading. J. Engng. Fract. Mech. 11 (1979) 123÷141.
• [5] Shijve J.: Fatigue of aircraft material and structures. Int. J. Fatigue 16 (1) (1994) 21÷32.
• [6] Lam T. S., Topper T. H., Conle F. A.: Derivation of crack closure and crack growth rate data from effective-strain fatigue life data for fracture mechanics fatigue life predictions. Int. J. Fatigue 20 (10) (1998) 703÷710.
• [7] Bonnen J. J. F., Conle F. A., Topper T. H.: The role of in-phase and out-of-phase overloads on the torsional fatigue of normalized SAE-045 steel. International Journal of Fatigue 23 (supplement 1) (2001) 385÷394.
• [8] Borrego L. P., Ferreira J. M., Pinho Da Cruz J. M., Costa J. M.: Evaluation of overload effects on fatigue crack growth and closure. Engineering Fracture Mechanics 70 (2003) 1379÷1397.
• [9] Cempel G., Gasiak G., Robak G.: Badanie trwałości zmęczeniowej stali konstrukcyjnej po jednokrotnym przeciążeniu w przypadku płaskiego zginania. XXI Sympozjum Mechaniki Eksperymentalnej Ciała Stałego, Jachranka 13÷16 Października 2004, Oficyna Wydawnicza PW, Warszawa (2004) 159÷164.
• [10] Makabe C., Purnowidodo A., Mcevily A. J.: Effects of surface deformation and crack closure after overloading and underloading. International Journal of Fatigue 26 (2004) 1341÷1348.
• [11] Verma B. B., Pandey R. K.: The effects of loading variables on overload induced fatigue crack growth retardation parameters. Journal of Materials Science 34 (1999) 4867÷4871.
• [12] Changqing Z., Yucheng J., Guangli Y.: Effect of a single peak overload on physically short fatigue crack retardation in on axle-steel. Fatigue Fract. Engng. Mater. Struct. 19 (2/3) (1996) 201÷206.
• [13] Shuter D. M., Geary W.: Some aspects of fatigue crack growth retardation behaviour following tensile overloads in a structural steel. Fatigue Fract. Engng. Mater. Struct. 19 (2/3) (1996) 185÷199.
• [14] Chu C. C., Chernenkoff R. A.: Crack closure-based analysis of fatigue tests with mean stress. Int. J. Fatigue 23 (2001) 187÷194.
• [15] Borrego L. P., Ferreria J. M., Costa J. M.: Plasticity and roughness induced closure in aged hardened aluminium allyos. Proc. 14 th Bienniel Conference on Fracture – ECF14, Cracow, Poland (2002) 305÷312.
• [16] Borrego L. P., Ferreira J. M., Costa J. M.: Fatigue crack growth in thin aluminium alloy sheets under loading sequences with periodic overloads. Thin-Walled Structures 43 (2005) 772÷788.
• [17] Cempel G., Gasiak G.: Experimental research on influence of single over-load on fatigue life of constructional steels under complex load. XIII International Colloquium „Mechanical Fatigue of Metals – 2006”, Ternopil, Ukraine, 25-28 September (2006) 290÷295.
• [18] Heper R., Vardar O.: Elastic-plastic material response of fatigue crack surface profiles due to overload interactions. International Journal of Fatigue 25 (2003) 801÷810.
• [19] Shimoj M., Chujo M., Higo Y., Nunomura S.: Mechanism of the two stage plastic deformation following an overload in fatigue crack growth. International Journal of Fatigue 20 (5) (1998) 365÷371.
• [20] Toribio J., Kharin V.: Crack-tip stress-strain fields during cyclic loading and effect of overload. International Journal of Fracture 139 (2006) 333÷340.
• [21] Bonnen J. J. F., Topper T. H.: The effect of bending overloads on torsional normalized 1045 steel. International Journal of Fatigue 21 (1999) 23÷33.
• [22] Clerivet A.: Overload influence on the crack closure mechanisms in 2D and 3D fatigue crack propagation in aluminium alloys. Fatigue Crack Growth Under Variable-Amplitude Loading, Proc. 3 rd Int. Spring Meeting French Metal Soc., Paris, 15÷17 June (2001) 35÷47.
• [23] Dahlin P., Olsson M.: Mode I fatigue growth reduction mechanisms after a single Mode II load cycle. Engineering Fracture Mechanics 73 (2006) 1833÷1848.
• [24] Kalnaus S., Fan F., Jiang Y., Vasudevan A. K.: An experimental investigations of fatigue crack growth of stainless steel 304 L. International Journal of Fatigue 31 (5) (2009) 840÷849.
• [25] Månsson T., Öberg H., Nilsson F.: Closure effects on fatigue crack growth rates at constant and variable amplitude loading. Engineering Fracture Mechanics 71 (2004) 1273÷1288.
• [26] Tvergaard V.: Overload effects in fatigue crack growth by crack-tip blunting. International Journal of Fatigue 27 (2005) 1389÷1397.
• [27] Panatelakis S. G., Kermanidis T. B., Pavlou D. G.: Fatigue crack growth retardation assessment of 2024-T3 and 6061-T6 aluminium specimens. Theor. and Appl. Fract. Mech. 22 (1) (1995) 32÷42.
• [28] Chen F., Wang F., Cui W.: Fatigue life prediction of engineering structures subjected to variable amplitude loading using the improved crack growth rate model. Fatigue Fract. Engng. Mater. Struct. 35 (3) (2012) 278÷290.
• [29] Gasiak G., Cempel G.: Wpływ przeciążenia na trwałość elementów maszyn przy zginaniu ze skręcaniem. Studia I Monografie, z. 265, Oficyna Wydawnicza Politechniki Opolskiej, Opole (2010) 114.
• [30] Gasiak G.: Modelowanie prędkości pękania zmęczeniowego w stalach konstrukcyjnych w przypadku jednocyklowego przeciążenia przy zmiennym rozciąganiu. Zeszyty Naukowe Politechniki Świętokrzyskiej, Mechanika 78, Kielce (2003) 143÷151.
• [31] Gasiak G., Cempel G.: Modelowanie stanu naprężenia i odkształcenia w strefie pęknięcia zmęczeniowego próbki przed i po przeciążeniu. XX Sympozjum Zmęczenie i Mechanika Pękania, Bydgoszcz-Pieczyska 2004, Wyd. Uczeln. ATR, Bydgoszcz (2004) 73÷80.
• [32] Mohanty J. R., Verma B. B., Ray P. K.: Prediction of fatigue crack growth and residual life using an exponential model: Part I (constant amplitude loading). International Journal of Fatigue 31 (3) (2009) 418÷424. Part II (made – I overload induced retardation). International Journal of Fatigue 31 (3) (2009) 425÷432.
• [33] Yuen B. K. C., Taheri F.: Proposed modifications to the Wheeler retardation model for multiple overloading fatigue life prediction. International Journal of Fatigue 28 (2006) 1803÷1819.
• [34] Paris P. C., Erdogan F.: A critical analysis of crack propagations laws. Journal of Basic Engineering, Trans. American Society of Mechanical Engineers 85 (4) (1963) 528÷534.
• [35] Wheeler O. E.: Spectrum loading and crack growth. J. Bas. Engng. Trans. ASME 94 (1972) 181÷186.
• [36] Gasiak G., Robak G..: Trwałość stali konstrukcyjnych w zakresie mieszanych sposobów rozwoju pęknięć zmęczeniowych. Studia i Monografie z. 211, Oficyna Wydawnicza Politechniki Opolskiej, Opole (2007) 59÷60.