Determination of crack closure for structural steel from local compliance records.

• Autorzy: Skorupa M. , Skorupa A. , Machniewicz T.

Warianty tytułu

PL

Wyznaczanie poziomu zamykania się pęknięcia w stali konstrukcyjnej na podstawie lokalnych pomiarów podatności.

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The usefulness of elastic compliance measurements to estimate crack closure in structural steel and for validity of the assumption of a constant compliance value for the fully open crack is examined. Based on considering different issues related to the experimental technique and compliance data processing, local compliance measurements and the compliance offset method recomended by the ASTM standard are selected to be most suitable for structural steel. The compliance data generated in fatigue tests on 18G2A steel conducted under a variety of loading conditions enabled to choose optimal strain gauge positioning and appropriate offset criterion values for the orginal compliance offset method and its modified (normalized) version. The adequacy of the closure measurements is assessed through checking the ability of the resulting effective stress intensity factors to account for the observed effects of the loading conditions on fatigue crack growth rates.

PL

W artykule rozważono możliwość oszacowania poziomu zamykania się pęknięcia w stali konstrukcyjnej na podstawie pomiaru podatności spężystej z wykorzystaniem procedur opartych na konwencjonalnym założeniu, że podatność próbki z otwartym w pełni pęknięciem jest stała. Spośród możliwych do zastosowania technik pomiarowych i koncepcji wyznaczania poziomu otwarcia pęknięcia za najodpowiedniejszą uznano metodę zalecaną przez normę ASTM, której przydatność w zastosowaniu do stali konstrukcyjnej nie została dotąd sprawdzona. Dane podatności, zarejestrowane w trakcie badań zmęczeniowych stali 18G2A, prowadzonych przy różnych typach obciążenia, pozwoliły na zbadanie wpływu techniki pomiarowej i wartości przyjmowanych w metodzie ASTM kryteriów do oceny zamykania się pęknięcia. Adekwatność zastosowanych opcji pomiarowych i procedur obliczeniowych zbadano rozważając korelacje pomiędzy wynikami pomiarów zamykania się pęknięcia i zaobserwowanymi prędkościami wzrostu pęknięć.

Słowa kluczowe

EN

crack closure; fatigue crack growth; fatigue test

PL

zamykanie pęknięć; pęknięcie zmęczeniowe; próba zmęczeniowa

• Wydawca: Komitet Budowy Maszyn PAN
• Czasopismo: Archive of Mechanical Engineering
• Rocznik: 2004
• Tom: Vol. LI, nr 3
• Strony: 391--414
• Opis fizyczny: Bibliogr. 24 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Skorupa M.

• AGH University of Science and Technology, Al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków, Poland

autor

Skorupa A.

• AGH University of Science and Technology, Al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków, Poland

autor

Machniewicz T.

• AGH University of Science and Technology, Al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków, Poland

Bibliografia

• [1] Elber W.: Fatigue crack closure under cyclic tension. Engng Fracture Mech., 1970, Vol. 2, pp. 37-45.
• [2] Skorupa M.: Load interaction effects during fatigue crack growth under variable amplitude loading - a literature review. Part II: qualitative interpretation. Fatigue Fract. Engng Mater. Struct., 1999, Vol. 22, pp. 905-926.
• [3] Skorupa M.: Experimental investigation of fatigue crack closure. In: Experimental Methods in Fatigue of Materials and Structures. A Collection of Monographs. Edited by J. Szala. Wydawnictwa Uczelniane Akademii Techniczno-Rolniczej, Bydgoszcz. 2000, pp. 149-206 (in Polish).
• [4] Machniewicz Т.: Experimental analysis of fatigue crack closure for structural steel. Ph.D. Thesis. AGH University of Science and Technology, Kraków, 2003 (in Polish).
• [5] ASTM Standard E 647-95. Standard test method for measurement of fatigue crack growth rates. ASTM Annual Book of ASTM Standards, Philadelphia, 1995.
• [6] Song J. H., Kang J. Y.: Quantitative evaluation of Kop determination and ΔKeff, estimation methods. Fatigue 2002, Proceedings of the Eighth International Fatigue Congress held 3-7 June 2002, Edited by Blom A.F., Stockholm 2002, Vol. 4, pp. 2345-2352.
• [7] Carman C. D., Turner С. C., Hilberry В. M.: A method for determining crack opening load from load-displacement data. ASTM STP 982, 1988, pp. 214-221.
• [8] Yisheng W., Schijve J.: Fatigue crack closure measurements on 2024-T3 sheet specimens. Fatigue Fract. Engng Mater. Struct., 1995, Vol. 18, pp. 917-921.
• [9] Xu Y., Gregson P. J., Sinclair I.: Systematic assessment and validation of compliance-based crack closure measurements in fatigue. Materials Science and Engineering, 2000, A284, pp. 114-125.
• [10] Kikukawa M., Jono M., Tanaka K.: Fatigue crack closure behaviour at low stress intensity factor level. Proc. 2nd Int. Conf. Mechanical Behaviour of Materials (ICM-2), 1976, Special Vol., pp. 254-277.
• [11] Dougherty J. D.: Combined experimental and finite element study of fatigue crack closure in 1070M steel. Ph.D. Thesis, The University of Akron, OH, USA, 1994.
• [12] Tokaji K., Ando Z., Nagae K., Imai Т.: Effect of sheet thickness on fatigue crack retardation and validity of crack closure concept. Proc. 2nd Int. Conf. Fatigue and Fatigue Thresholds. Univ. of Birmingham, 1984, Vol. II, pp. 727-737.
• [13] Fleck N. A.: An investigation of fatigue crack closure. Cambridge University Engineering Dept. report CUED/C-MATS/TR. 104, May 1984.
• [14] Kurihara M., Katoh A., Kawahara M.: Effects of stress ratio and step loading on fatigue crack propagation rate. Current Research on Fatigue Cracks. Materials Research Series. The Society of Materials Science, Japan 1985, Vol. 1, pp. 217-233.
• [15] Ohta A., Kosuge M., Sasaki E.: Fatigue crack closure over the range of stress ratios from -1 to 0.8 down to stress intensity threshold level in HT80 steel and SUS304 stainless steel. Int. J. Fracture, 1978, Vol. 14, pp. 251-264.
• [16] Tsukuda H., Ogiyama H., Shiraishi Т.: Fatigue crack growth and closure at high stress ratios. Fatigue Fract. Engng Mater. Struct., 1995, Vol. 18, pp. 503-514.
• [17] Phillips E. P.: Results of the second round robin on opening-load measurement conducted by ASTM task group E24.04.04 on crack closure measurement and analysis. NASA Techn. Memorandum 109032, NASA, Langley Research Center, Hampton, Virginia 23681-0001, 1993.
• [18] Pippan R.: The sensitivity to measure crack closure with strain gauges near the crack tip. Engng Fracture Mech., 1988, Vol. 31, pp. 867-871.
• [19] Donald J. K., Paris P. C.: An evaluation of ΔKeff estimation procedures on 6061-T6 and 2024-T3 aluminium alloys. Int. J. Fatigue, 1999, Vol. 21, pp. S47-S57.
• [20] Schijve J.: Some formulas for the crack opening stress level, Engng Fracture Mech, 1981, Vol. 14, pp. 461-465.
• [21] Schijve J., Skorupa M., Skorupa A., Machniewicz Т., Gruszczyński P.: Fatigue crack growth in the aluminium alloy D16 under constant and variable amplitude loading. Int. J. Fatigue, 2004, Vol. 26, pp. 1-15.
• [22] Rokosz A.: Statistical Methods, PWT Warszawa, 1957 (in Polish).
• [23] Fleck N. A.: Influence of stress state on crack growth retardation. ASTM STP 924, 1988, Vol. 1, pp. 157-183.
• [24] Skorupa M., Beretta S., Carboni M., Machniewicz Т.: An algorithm for evaluating crack closure from local compliance measurements. Fatigue Fract. Engng Mater. Struct., 2000, Vol. 25, pp. 261-273.