Applying fractographic analysis for the evaluation of the effects of variable-amplitude loads on fatigue crack growth rates for the 2024-T3 aluminium alloy

• Autorzy: Bogdanowicz Z. , Kocańda D. , Torzewski J.

Warianty tytułu

PL

Zastosowanie analizy fraktograficznej do oceny wpływu obciążenia o zmiennej amplitudzie na prędkość zmęczeniowego pękania stopu aluminium 2024-T3

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The present paper investigates the effects of variable-amplitude loads on fatigue crack growth rates for the 2024-T3 aluminium alloy on the basis of microfractographic analyses and its capacity to reconstruct load-time histories of failed components. For this purpose, there were applied three different variable-amplitude load sequences with single and multiple, overloads and underloads. Subsequently, images of fatigue striations on components' fracture surfaces were examined. The aforementioned loads were employed when simulating fatigue crack behaviour in aeronautical alloys.

PL

W pracy przedstawiono wyniki badań fraktograficznych, na podstawie których analizowano wpływ obciążenia o zmiennej amplitudzie naprężeń na prędkość zmęczeniowego pękania stopu aluminium 2024-T3 oraz możliwość rekonstrukcji historii obciążenia zniszczonego elementu konstrukcji. Badania te prowadzono dla trzech widm obciążenia z pojedynczymi i wielokrotnymi cyklami przeciążającymi lub odciążeniowymi. Te widma obciążenia są stosowane wtedy, gdy badany jest rozwój pęknięć w stopach lotniczych. Badania wykazały, że dla tego typu krótkich sekwencji obciążenia cyklicznie powtarzanych aż do zniszczenia elementu nie jest możliwa pełna rekonstrukcja widma obciążenia elementu na podstawie analizy mikrofraktograficznej.

Słowa kluczowe

EN

aerospace aluminium alloy; fatigue crack growth rate; fractographic analysis

PL

lotniczy stop aluminium; prędkość wzrostu pęknięć zmęczeniowych; analiza fraktograficzna

• Wydawca: Komitet Budowy Maszyn PAN
• Czasopismo: Archive of Mechanical Engineering
• Rocznik: 2009
• Tom: Vol. LVI, nr 4
• Strony: 383--404
• Opis fizyczny: Bibliogr. 24 poz., fot., rys.

Twórcy

autor

Bogdanowicz Z.

autor

Kocańda D.

autor

Torzewski J.

• Military University of Technology, Str. Gen. S. Kaliskiego 2, 00-908 Warszawa, Poland,

Bibliografia

• [1] Kocańda S.: Metal Fatigue. Part III in Experimental Methods in Mechanics of Solids. Amsterdam-Oxford-New York, Elsevier. 1990. PWN Warszawa, 1990.
• [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) Publishing of ATR Bydgoszcz, 2002, pp. 195-202 in Polish).
• [3] Wanhill R.J.H.: Flight simulation fatigue crack growth guidelines. Proc. Eighth International Fatigue Congress - Fatigue 2002, 2002, 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 T.: 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.C., Keat W.D., Fawrow L.H.: Experimental and computational investigation of three- dimensional mixed-mode fatigue. Fatigue Fract. Engng Mater. Struct. 2002, Vol. 25, No 1, pp. 3-15.
• [9] Schijve J.: Fatigue of structures and materials in the 20th century and the state of the art, Proc. 14th Bienniel Conference on Fracture - ECF 14, 2002, Vol. III/III, pp. 211-262.
• [10] Schijve J.: Fatigue of structures and materials. Kluver Academic Publishers. Dordrecht, Boston, London, 2001.
• [11] Zhang X.P., Wang C.H., Ye L., Mai W.: In situ investigation of small fatigue crack growth in poly-crystal and single-crystal aluminium alloys. Fatigue Fract. Engng Mater. Struct. 2002, Vol. 25, No 2, pp. 141-150.
• [12] Kermanidis A.T., Pantelakis S.G.: Fatigue crack growth analysis of 2024-T3 aluminium specimens under aircraft service spectra. Fatigue Fract. Engng Mater. Struct., 2001, Vol. 24, pp. 699-710.
• [13] Ranganathan N.: Certain aspects of variable amplitude fatigue, Proc. Eighth International Fatigue Congress - Fatigue 2002, 2002, Vol. 1/5, pp. 613-621.
• [14] Brockenbrough J.R., Bucci R.J., Kulak M., Zonker H.R., Bray G.H., Heinimann M.B., Newman J.C.: Crack growth prediction methods for spectrum loading to support fatigue and durability damage tolerance evaluation. International Committee on Aeronautical Fatigue (ICAF). Fatigue of Aeronautical Structures as an Engineering Challenge, Lucerne, Switzerland, 2003, pp. 14.
• [15] Goncalves W., Pramono A., Chaves C.E.: Embraer new family of jets-meeting the current fatigue and damage tolerance requirements. Ibidem, pp. 21.
• [16] Lazzeri L., Ratti G.: Fatigue crack propagation in thin sheets under typical helicopter spectra, Proc. Eighth Int. Fatigue Congress - Fatigue 2002, 2002, 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, pp. 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] Ivanova V., Shaniavsky A. Quantitative fractography. Metallurgy Press, 1988 (in Russian).
• [20] Kocańda D., Kocańda S., Torzewski J. Reconstruction of fatigue crack growth rate for 2024-T3 aluminium alloy sheet on the basis of fractographic analysis. Archive Mech. Engng, Vol. LI, No 3, pp. 361-376, 2004.
• [21] Hertzberg R., Deformation and fracture mechanics of engineering materials, Second Ed., 1983.
• [22] Karasiewicz T.. Bogdanowicz Z., Polański J.: The influence of amplitude and load rate on the amount of energy dissipation for aluminium alloy subject to cyclic torsion. Bull. Military University of Technology, Nr 4, 2007 (in Polish).
• [23] Szymczyk E., Jachimowicz J., Bogdanowicz Z.; Investigations of fatigue crack initiation in rivet-joints. Scientific Letters of Świętokrzyska Politechnika, s. Mechanics, 2007 (in Polish).
• [24] Elaboration of the method of aeronautical skin joints lifetime determination taking into account materials and technological features. Sc. Project, Military University of Technology, 2008, Z. Bogdanowicz - leadering (in Polish).