Critical and fracture plane orientations under multiaxial cyclic and random loading.

• Autorzy: Karolczuk A. , Macha E.

Warianty tytułu

PL

Płaszczyzny krytyczne i złomu zmęczeniowego przy wieloosiowych obciążeniach cyklicznych i losowych.

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The critical plane orientations determined with account for maximum value of energy density parameters and weight function method were compared to experimental fatigue fracture plane orientations. Energy density parameters used in two multiaxial fatigue failure criteria, i.e. (i) criterion of the maximum normal strain energy density on the critical plane and (ii) criterion of the maximum shear strain energy density on the critical plane were employed. In the other method, the weight functions were formed on the basis of energy parameters. These two methods were verified by experimental tests of 18G2A steel. The material was subjected to cycle and random bending, torsion and combined bending with torsion with different coefficients of cross correlation between normal and shear stresses. The calculated results are satisfactory for both methods.

PL

W pracy położenia płaszczyzn krytycznych wyznaczone przez maksymalne wartości parametrów gęstości energii odkształcenia normalnego lub postaciowego oraz przez metodę funkcji wagowych porównano z położeniami płaszczyzn złomu wyznaczonymi eksperymentalnie. Parametry gęstości energii odkształcenia normalnego i postaciowego stosowane w kryteriach: (i) kryterium maksymalnego parametru gęstości energii odkształcenia normalnego w płaczyźnie krytycznej i (ii) kryterium maksymalnego parametru gęstości energii odkształcenia postaciowego w płaszczyźnie krytycznej zostały użyte do wyznaczenia położeń płaszczyzn krytycznych. W metodzie drugiej funkcje wagowe sformułowano na podstawie parametrów energetycznych. Obydwie metody zostały poddane weryfikacji na podstawie danych eksperymentalnych otrzymanych z testów zmęczeniowych stali 18G2A przy losowym zginaniu, zkręcaniu oraz kombinacji zginania ze skręcaniem przy różnych współczynnikach korelacji wzajemnej naprężeń normalnych i stycznych. Uzyskano zadowalającą zgodność wyników obliczeń według obu metod z danymi eksperymentalnymi.

Słowa kluczowe

EN

damage accumulation method; weight function method; multiaxial random loading; fatigue fracture planes

PL

metoda akumulacji uszkodzeń; metoda funkcji wagowych; obciążenie losowe wieloosiowe; płaszczyzna złomu

• Wydawca: Komitet Budowy Maszyn PAN
• Czasopismo: Archive of Mechanical Engineering
• Rocznik: 2004
• Tom: Vol. LI, nr 3
• Strony: 415--435
• Opis fizyczny: Bibliogr. 16 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Karolczuk A.

• Technical University of Opole, Faculty of Mechanical Engineering, ul. Mikołajczyka 5, 45-271 Opole, Poland

autor

Macha E.

• Technical University of Opole, Faculty of Mechanical Engineering, ul. Mikołajczyka 5, 45-271 Opole, Poland

Bibliografia

• [1] Stanfield G.: Discussion on "The strength of metals under combined alternating stresses", by H. Gough and H. Pollard. Proc. Institution of Mechanical Engineers 131, 1935, p. 93.
• [2] Carpinteri A., Macha E., Brighenti R., Spagnoli A.: Expected principal stress directions under multiaxial random loading. Part I: Theoretical aspects of the weight function method, Int. J. Fatigue 21, 1999, pp. 83-88.
• [3] Carpinteri A., Macha E., Brighenti R., Spagnoli A.: Expected principal stress directions under multiaxial random loading. Part II: Numerical simulation and experimental assessment through the weight function method, Int. J. Fatigue 21 1999, pp. 89-96.
• [4] Macha E.: Simulation investigations of the position of fatigue plane in materials with biaxial loads, Mat. -wiss. U. Werkstotech. No. 20, 1989, Teil I, Heft 4/89, pp. 132-136, Teil II, Heft 5/89, pp. 153-163.
• [5] Macha E.: Generalization of strain criteria of multiaxial cyclic fatigue to random loading, aFortschr.-Ber. VDI Reihe 18, Nr 52, VDI-Verlag, Dusseldorf 1988, ps 102.
• [6] Findley W.N.: A theory for the effect of mean stress on fatigue of metals under combined torsion and axial load or bending, Journal of Engineering for Industry, November 1959, pp. 301-306.
• [7] Li J., Zhang X., Recho N.: Investigation into the growth directions of a ductile crack under tensile loading, Journal of Theoretical and Applied Mechanics, 4, 37, 1999, pp. 779-798.
• [8] McDiarmid D.L.: Fatigue under out-of-phase bending and torsion, Fatigue Fract. Engng Mater. Struct., 9, 1987, pp. 457-475.
• [9] Munday E.G.: Significance of the relative orientation of the mean and alternating principal stress axes in biaxial fatigue, Transaction of ASME, Journal of Engineering Materials and Technology, Vol. 114, October 1992, pp. 406-408.
• [10] Pitoiset X., Rychlik I., Preumont A.: Spectral methods to estimate local multiaxial fatigue failure for structures undergoing random vibrations, Fatigue Fract. Engng. Mater. Struct., 24, 2001, pp. 715-727.
• [11] Zamrik S.Y., Frishmuth R.E.: The effect of out-of-phase biaxial-strain cycling on low-cycle fatigue, Experimental Mechanics, May 1973, pp. 204-208.
• [12] Łagoda Т., Macha E., Będkowski W.: A critical plane approach based on energy concepts: Application to biaxial random tension-compression high-cycle fatigue regime, Int. J. Fatigue 21, 1999, pp. 431-443.
• [13] Neugebauer J.: Fatigue strength of cast iron materials under multiaxial stresses of different frequencies, Report FB-175 Fraunhofer Institute fur Betriebsfestigkeit (LBF), Darmstadt, 1986.
• [14] Nishihara Т., Kawamoto M.: The strength of metals under combined alternating bending and torsion with phase difference. Memories of the College of Engineering, Kyoto Imperial University, vol. 11, no 5, 1945, pp. 85-112.
• [15] Park J., Nelson D.V.: In-phase and out-of-phase combined bending of a notched specimen, Multiaxial Fatigue and Deformation: Testing and Prediction, ASTM STP1387, S. Kalluri and P.J. Bonacuse, Eds, American Society for Testing and Materials, West Conshohocken, PA. 2000, pp. 246-265.
• [16] Sanetra С.: Untersuchengen zum Festigkeitsverhalten bei mehrachsiger randombeanspruchung unter Biegung und Torsion, Fakultat fur Bergbau, Huttenwesen und Maschinenwesen der Technischen Universitat Clausthal, Dissertation, Berlin, 1991, ps 151.