Reconstruction of fatigue crack growth rate for 2024-T3 aluminium alloy sheet on the basis of fractographic analysis.

• Autorzy: Kocańda D. , Kocańda S. , Torzewski J.

Warianty tytułu

PL

Rekonstrukcja prędkości zmęczeniowego pękania w stopie aluminium 2024-T3 na podstawie analizy fraktograficznej.

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Fatigue crack growth for 2024-T3 Alclad aluminium alloy sheet being subjected to two load programs a constant stress amplitude cyclic tension (R=0,1) (CA) and a variable amplitude tension with either a single or multiple overloads (OVL) periodically repeated is analysed in the paper. The latter load program corresponds to a simple flight simulation spectrum of wing structure of civil aircraft. The investogation was developed in order to learn about interaction between the applied load and formation of fatigue strations. Experimental results of surface crack growth rate provided by optical observations were compared with the rate determined on the basis of microfracture analysis. Good correspondence found under CA loading between the surface growth rate and the growth rate in the sheet depth means that the direction od specimen's cutting does not change essentially the crack growth behaviour. In the case of second loading (OVL) this factor influences the crack growth behaviour. Microfracture analysis revealed either retardation and acceleration of crack growth rate under OLV loading. This baheviour of growth rate results from a plastic zone formed in the front of crack up and a crack closure effect.

PL

Treścią pracy są badania zmęczeniowego rozwoju pęknięć w próbkach z platerowanych blach ze stopu aluminium 2024-T3 w dwóch stanach obciążeń cyklicznych przy stało amplitudowym jednostronnie zmiennym rozciąganiu (R=0,1) (CA) i przy zmienno amplitudowym rozciąganiu z pojedynczymi i wielokrotnymi przeciążeniami (OVL). Drugi program obciążeń jest stosowany w badaniach symulacyjnych rozwoju pęknięć w skrzydłach statków latających. Badania prowadzono w celu poznania wpływu obciążenia na powstawanie układów prążków zmęczeniowych na powierzchni pęknięć oraz możliwości odtwarzania historii obciążenia na podstawie charakterystycznych cech budowy powierzchni pęknięć, Prędkość zmęczeniowego pękania, określoną na podstawie pomiarów przyrostu długości pęknięć na powierzchni próbek w danym przedziale czasu porównano z prędkością pękania odczytaną z odległości międzyprążkowych na powierzchni pęknięć. Otrzymano dobrą zgodność tych prędkości w przypadku obciążenia stało ampliyudowego. Kierunek wycięcia elementów modelowych względem kierunku walcowania blachy nie wpłynął na ich prędkość pękania, ale zaznaczył się przy obciążeniu OVL. Przy tym obiążeniu porównywano prędkość pękania wzdłuż powierzchni próbek z uśrednioną prędkością pękania obliczoną z odległości międzyprążkowych na powierzchni pęknięć, które odpowiadały poszczególnym blokom obciążeń. Analiza mikrofaktograficzna dowiodła dużej zmienności pękania w obrębie bloków obciążeń. Ujawnione w skali mikroskopowej, opóźnianie i przyspieszanie prędkości pękania powiązane jest z wielkością stref plastycznych na czole pęknięć i z zamykaniem się pęknięcia pod wpływem przeciążeń w widmie OVL.

Słowa kluczowe

EN

aerospace aluminium alloy; fatigue crack growth; programmed loading; fractographic analysis

PL

stop aluminium lotniczy; pęknięcie zmęczeniowe; obciążenie programowane; analiza fraktograficzna

• Wydawca: Komitet Budowy Maszyn PAN
• Czasopismo: Archive of Mechanical Engineering
• Rocznik: 2004
• Tom: Vol. LI, nr 3
• Strony: 361--376
• Opis fizyczny: Bibliogr. 19 poz., fot., rys.

Twórcy

autor

Kocańda D.

• Military University of Technology, Faculty of Mechanics, ul. Kaliskiego 2, 00-908 Warsaw

autor

Kocańda S.

• Military University of Technology, Faculty of Mechanics, ul. Kaliskiego 2, 00-908 Warsaw

autor

Torzewski J.

• Military University of Technology, Faculty of Mechanics, ul. Kaliskiego 2, 00-908 Warsaw

Bibliografia

• [1] Kocańda S.: Fatigue Failure of Metals. Sijthoff a. Noordhoff International Publishers, Alphen an den Rijn, 1978. Kocańda S.: Metal Fatigue. Part III, in Experimental Methods in Mechanics of Solids. Amsterdam-Oxford-New York, Elsevier, 1990, PWN Warszawa, 1990. Kocańda S.: Fatigue Cracking of Metals, (in Polish - Zmęczeniowe pękanie metali). Wyd. III, WNT Warszawa, 1985.
• [2] Kocańda D., Kocańda S., Torzewski J.: Fatigue crack growth rate in 2024-T3 aluminium alloy. Proc. XIX Symposium on Fatigue and Fracture Mechanics (Zmęczenie i Mechanika Pękania, Materiały XIX Sympozjum) Publishing of ATR Bydgoszcz, 2002, pp. 195-202 (in Polish).
• [3] Wanhill R. J. H.: Flight simulation fatigue crack growth guidelines, Proc. Eighth Int. Fatigue Congress - Fatigue 2002, Sweden, 2002, Ed.: A. Blom, Vol. 1/5, pp. 573-584.
• [4] Spence S. H., Williams N. M., Stonham A. J., Bache M. R., Ward A. R., Evans W. J., Hay D., Urbani C., Crawford B. R., Loader C., Clark G.: Fatigue in the presence of corrosion pitting in an aerospace aluminium alloy, Ibidem, pp. 701-708.
• [5] Katoh Y., Nakayama H., Tanaka Т.: Fatigue crack growth behaviour of aluminium alloy under three-step varying load, Ibidem, Vol. 2/5, pp. 1459-1466.
• [6] Sunder R.: An explanation for the residual stress effect in metal fatigue, Ibidem, Vol. 5/5, pp. 3339-3350.
• [7] Gangloff R. P.: Environment sensitive fatigue crack tip process and propagation in aerospace aluminium alloys, Ibidem, Vol. 5/5, pp. 3401-3430.
• [8] Forth S. С., Keat W. D., Fawrow L. H.: Experimental and computational investigation of three-dimensional mixed-mode fatigue. J. Fatigue Fract. Engng Mater. Struct. 2002, Vol. 25, No 1, pp. 3-15.
• [9] Schijve J.: Fatigue of Structures and Materials. Kluwer Academic Publishers, Dordrecht, Boston, London, 2001.
• [10] Schijve J.: Fatigue of structures and materials in the 20th century and the state of the art. Fracture Mechanics Beyond 2000, Proc. 14th Bienniel Conference on Fracture - ECF 14, Cracow, 2002, Ed.: A. Neimitz, I. V. Rokach, D. Kocańda, K. Gołoś, EMAS Publishing, Sheffield, Kielce University of Technology, Vol. II/III, pp. 211-262.
• [11] Zhang X. P., Wang С. H., Ye L., Mai W.: In situ investigation of small fatigue crack growth in poly-crystal and single-crystal aluminium alloys. J. Fatigue Fract. Engng Mater. Struct. 2002, Vol. 25, No 2, pp. 141-150.
• [12] Kermanidis А. Т., Pantelakis S. G.: Fatigue crack growth analysis of 2024-T3 aluminium specimens under aircraft service spectra. J. Fatigue Fract. Engng Mater. Struct., 2001, Vol. 24, pp. 699-710.
• [13] Ranganathan N.: Certain aspects of variable amplitude fatigue, Proc. Eighth Int. Fatigue Congress - Fatigue 2002, Sweden, 2002, Ed.: A. Blom, Vol. 1/5, pp. 613-621.
• [14] Brockenbrough J. R., Bucci R. J., Kulak M., Zonker H. R„ Bray G. H., Heinimann M. В., Newman J. C.: Crack growth prediction methods for spectrum loading to support fatigue and durability damage tolerance evaluation. Int. Committee on Aeronautical Fatigue (ICAF), Fatigue of Aeronautical Structures as an Engineering Challenge, Lucerne, Switzerland, 2003, p. 14.
• [15] Goncalves W., Pramono A., Chaves С. E.: Embraer new family of jets-meeting the current fatigue and damage tolerance requirements. Ibidem, p. 21.
• [16] Lazzeri L., Ratti G.: Fatigue crack propagation in thin sheets under typical helicopter spectra, Proc. Eighth Int. Fatigue Congress - Fatigue 2002, Sweden, 2002, Ed.: A. Blom, Vol. 1/5, pp. 585-592.
• [17] Iyyer N. S., Kwon Y. S., Nam Phan: P-3C crack growth life predictions under spectrum loading. International Committee on Aeronautical Fatigue (ICAF), Fatigue of Aeronautical Structures as an Engineering Challenge, Lucerne, Switzerland, 2003, p. 18.
• [18] Skorupa M.: Empirical Trends and Prediction Models for Fatigue Crack Growth under Variable Amplitude Loading. Netherlands Energy Research Foundation ECN-R-96-007, 1996.
• [19] Dowling N. E.: Mechanical Behavior of Materials. Prentice Hall, New Jersey, 1999.