Prognozowanie wzrostu pęknięć zmęczeniowych w stopie aluminium 2024-T3 pod wpływem blokowego programu obciążenia

• Autorzy: Kocańda D. , Torzewski J.

Warianty tytułu

EN

Prediction of fatigue crack growth for 2024-T3 aluminium alloy under block program loading

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Zbadano doświadczalnie wpływ blokowego widma obciążenia z wielokrotnymi cyklami przeciążeniowo-odciążeniowymi na prędkość zmęczeniowego pękania i na formowanie się obrazów prążków zmęczeniowych na powierzchni pęknięcia elementów typu CCT (Central Crack Tension) ze stopu aluminium 2024-T3. Analiza mikrofraktograficzna przełomów zmęczeniowych tych elementów przeprowadzona z użyciem mikroskopu TEM pozwoliła prześledzić wpływ poszczególnych bloków obciążenia na ich prędkość pękania. Podano wykresy prędkości pękania na powierzchni i wewnątrz blachy aluminiowej. Prędkość pękania wewnątrz blachy oceniono z odległości międzyprążkowych. Na podstawie wyników badań mikrofraktograficznych ustalono zastępcze widmo obciążenia, które wykorzystano w modelu deterministycznym do przewidywania wzrostu pęknięcia. Zastosowano model opóźnień Willenborga.

EN

The paper presents experimental results of fatigue crack growth rate investigations for a 3-mm-thick 2024-T3 aluminium alloy sheet under the SRM-100 block program loading with multiple overload-underload cycles. Microfractographic analysis of specimen fracture surfaces has revelated that the crack grows under three cycle blocks of the highest stress amplitude only among thirteen blocks included in the program as well as the crack propagation period covers a 4.2% of the time of the loading affectation. For the most time of load acting, the crack is stopped or increases very slowly. A long term lasted crack retardation results from multiple spike overloads-underloads, an extended plastic zone ahead of the crack tip and the short return periods. These mentioned phenomena have influence on higher fatigue of the specimens. On the other hand, those phenomena do that an exact reconstruction of the service loading on the basis of fatigue striation images on the fracture surface of broken component is impossible. Using experimental data of fatigue crack growth rate study as well as the results of microfracture analysis made for the CCT specimen fracture surfaces the deterministic approach has been proposed to predict the crack growth under block program loading. To emphasize the effect of crack retardation under overloads-underloads, the Willenborg model was applied when calculating the fatigue crack growth rate in the aluminium alloy sheet.

Słowa kluczowe

PL

stop aluminium; pęknięcia zmęczeniowe; programowane przebiegi obciążeń; model opóźnień Willenborga

EN

aluminium alloy; fatigue crack growth rate; microfracture analysis; Willenborg model of crack retardation

• Wydawca: Wojskowa Akademia Techniczna im. Jarosława Dąbrowskiego
• Czasopismo: Biuletyn Wojskowej Akademii Technicznej
• Rocznik: 2007
• Tom: Vol. 56, nr 4
• Strony: 55--73
• Opis fizyczny: Bibliogr. 20 poz., wykr.

Twórcy

autor

Kocańda D.

autor

Torzewski J.

• Wojskowa Akademia Techniczna, Wydział Mechaniczny, Katedra Budowy Maszyn, 00-908 Warszawa, ul. S. Kaliskiego 2

Bibliografia

• [1] S. Kocańda, Zmęczeniowe pękanie metali, wyd. 3, WNT, Warszawa, 1985.
• [2] J. Schijve, Fatigue of structures and materials, Kluwer Academic Publishers, 2001.
• [3] M. Skorupa, Empirical trends and prediction models for fatigue crack growth under variable amplitude loading, ECN-R-96-007, Petten, Netherlands: Netherlands Energy Research Foundation, 1996.
• [4] M. Skorupa, Load interaction effects during fatigue crack growth under variable amplitude loading - a literature review, Part I: Empirical trends, Fatigue Fract. Engng Mater. Struct., 21, 1998, 987-1006.
• [5] A. T. Kermanidis, S. G. Pantelakis, Fatigue crack growth analysis of 2024-T3 aluminium specimens under aircraft service spectra, Fatigue Fract. Engng Mater. Struct., vol. 24, 2001, 699-710.
• [6] W. Yisheng, J. Schijve, Fatigue crack closure measurements on 2024-T3 sheet specimens. Fatigue Fract. Engng Mater. Struct., vol. 18, no 9, 1995, 917-921.
• [7] F. Ellyin, J. Wu, An numerical investigation on the effect of an overload on fatigue crack opening and closure behaviour, Fatigue Fract. Engng Mater. Struct., vol. 22, no 10, 1999, 835-848.
• [8] P. Yasniy, Y. U. Pyndus, Prediction of fatigue crack growth rate after single overload at different stress ratios, Proc. ECF-14 Conf. Fracture Mechanics Beyond 2000, Krakow, Poland, 2000, vol. III/III, 609-616.
• [9] J. Schijve, M. Skorupa, A. Skorupa, T. Machniewicz, P. Gruszczyński, Fatigue crack growth in the aluminium alloy D16 under constant and variable amplitude loading, J. Fatigue 26, nr 1, 2004, 1-15.
• [10] D. Kocańda, S. Kocańda, J. Torzewski, Prędkość zmęczeniowego pękania w lotniczym stopie aluminium i możliwość jej odtwarzania przy programowanym widmie obciążeń, Biul. WAT, nr 2/3, 2004, 69-83.
• [11] D. Kocańda, S. Kocańda, J. Torzewski, Prędkość pękania w stopie aluminium 2024-T3 i możliwość jej odtwarzania przy programowanym widmie obciążeń, XXI Sympozjum Mechaniki Eksperymentalnej Ciała Stałego, Jachranka 2004, 23-44.
• [12] D. Kocańda, S. Kocańda, J. Torzewski, Reconstruction of fatigue crack growth rate for 2024-T3 aluminium alloy sheet on the basis of fractographic analysis, The Archive of Mechanical Engineering, nr 3, 2004, 361-375.
• [13] D. Kocańda, S. Kocańda, J. Torzewski, Porównawcze badania prędkości zmęczeniowego pękania w lotniczych stopach aluminium przy programowanych przebiegach obciążeń, III Sympozjum Mechaniki Zniszczenia Materiałów i Konstrukcji, Wyd. Politechniki Białostockiej, Augustów, 2005, 153-158.
• [14] D. Kocańda, S. Kocańda, J. Torzewski, Variable amplitude load interaction in fatigue crack growth for 2024-T3 aluminium alloy, Proc. 16th European Conf. of Fracture, ECF-16, Greece, 2006, 177-178 (abstarct; full paper on CD).
• [15] S. Kocańda, J. Szala, Podstawy obliczeń zmęczeniowych, PWN, Warszawa, 1997.
• [16] N. E. Dowling, Mechanical behaviour of materials, 2nd edition, Prentice Hall, 1999.
• [17] H. O. Fuchs, R. I. Stephens, Metal fatigue in engineering, John Wiley & Sons, 1980.
• [18] A. Rama Chandra Murthy, G. S. Palani, Nagesh R. Iyer, An improved Wheeler model for remaining life prediction of cracked plate panels under tensile-compressive overloading, SID, vol. 1, no 3, 2005, 203-213.
• [19] A. Bochenek, Elementy mechaniki pękania, Wyd. Politechniki Częstochowskiej, Częstochowa, 1998.
• [20] J. Torzewski, Prędkość zmęczeniowego pękania i możliwość jej odtwarzania w lotniczym stopie aluminium 2024-T3 na podstawie analizy fraktograficznej w warunkach programowanych widm obciążeń, rozprawa doktorska, WAT, 2007.