Piecewise reliability-dependent hazard rate for composites under fatigue loading adjustment

• Autorzy: Chen C.-L. , Wang K.-S.

Warianty tytułu

PL

Konstrukcja funkcji ryzyka uszkodzeń kawałkami zależnej od niezawodności dla kompozytów poddanych różnym scenariuszom obciążenia zmęczeniowego

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Based on the derived transition period and reliability drop, this paper proposes a method of piecewise combination of the reliability-dependent hazard rate function named (e_ocp) model to describe the dynamical reliability in a two-stage fatigue loading process. First, the parameters e_o, c, p are fitted through simulated failure data under various constant- amplitude cyclic stresses. The reliability of the high-low loading process is described piecewise with the corresponding values of (e_o, c, p) for each respective stress level, and maintains R_a in the transition period while R_a denotes the reliability at which the stress level changes. The reliability of the low-high process is determined by subtracting the portion of reliability drop at R_a from the piecewise fitted curves. The proposed reliability behavior is verified successfully. The linear damage sum is found to be larger than unity for the high-low loading, and on the contrary for the low-high cases. A larger difference between the stress level changed results in larger deviation of damage sum from unity, especially when R_a near 0.9.

PL

W oparciu o wyznaczony okres przejściowy i spadek niezawodności, artykuł prezentuje metodę określania funkcji ryzyka uszkodzenia kawałkami zależnej od poziomu niezawodności, zwanej (e_ocp) i służącej do modelowania dynamicznej niezawodności dla dwustanowych procesów obciążania zmęczeniowego. Na poczatku, parametry e_o, c, i p dopasowano do danych otrzymanych w drodze symulacji uszkodzeń pod wpływem działania cyklicznych naprężeń o kilku stałych amplitudach. Niezawodność dla obciążeń przechodzących od dużej amplitudy do małej opisano kawałkami zależnymi od poziomu przykładanych naprężeń i odpowiadającymi im wartościami e_o, c, i p. Wynosi ona R_a w okresie przejściowym, gdzie R_a jest niezawodnością, przy której poziom naprężeń jest zmieniany. Niezawodność przy obciążeniu rosnącym wyznaczono, odejmując część jej spadku przy R_a od kawałkami dopasowanych krzywych. Zaproponowany sposób opisu niezawodności sukcesywnie weryfikowano. Zaobserwowano, że liniowa suma uszkodzeń przekracza jedność dla scenariusza obciążeń stopniowo malejących i nie osiąga tej wartości w przypadku przeciwnym. Większe różnice w poziomach obciążeń skutkowały w większych odstępstwach liniowej sumy uszkodzeń od jedności. Szczególnie duże zauważono dla R_a = 0.9.

Słowa kluczowe

EN

fatigue loading adjustment; hazard rate function; dynamical reliability; Monte Carlo simulation; linear damage sum

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Mechaniki Teoretycznej i Stosowanej
• Czasopismo: Journal of Theoretical and Applied Mechanics
• Rocznik: 2012
• Tom: Vol. 50 nr 1
• Strony: 231--250
• Opis fizyczny: Bibliogr. 17 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Chen C.-L.

autor

Wang K.-S.

• National Central University, Department of Mechanical Engineering, Jhongli, Taiwan, Republic of China,

Bibliografia

• 1. Broutman L.J., Sahu S.A., 1972, A new theory to predict cumulative fatigue damage, [In:] Fiberglass Reinforced Plastics, Composite Materials: Testing and Design (Second Conference), ASTM STP 497, 170-188
• 2. Chen C.L., Tasi Y.T., Wang K.S., 2009, Characteristics of reliabilitydependent hazard rate for composites under fatigue loading, Journal of Mechanics, 25, 2, 117-126
• 3. Chen C.L., Wang K.S., 2011, Effects of loading adjustment on the reliability degradation of composites, Science and Engineering of Composite Materials, 18, 1/2, 61-67
• 4. Found M.S., Quaresimin M., 2003, Two-stage loading of woven carbon fiber reinforced laminates, Fatigue and Fracture of Engineering Materials and Structures, 26, 17-26
• 5. Gamstedt E.K., Sj¨ogren B.A., 2002, An experimental investigation of the sequence effect in block amplitude loading of cross-ply composite laminates, International Journal of Fatigue, 24, 2/4, 437-446
• 6. Han K., Hamdi M., 1983, Fatigue life scattering of RP/C, 38th Annual RP/CI
• 7. Hwang W., Han K.S., 1986, Cumulative damage models and multi-stress fatigue life prediction, Journal of Composite Materials, 20, 125-153
• 8. Ni K., Zhang S., 2000, Fatigue reliability analysis under two-stage loading, Reliability Engineering and System Safety, 68, 153-158
• 9. Philippidis T.P., Passipoulardidis V.A., 2007, Residual strength after fatigue in composites: theory vs. experiment, International Journal of Fatigue, 29, 12, 2104-2116
• 10. Shih Y.C., 2000, Study of the relationship between the cumulative failure and system reliability, Master thesis, National Central University, Taiwan, R.O.C.
• 11. Tanaka S., Ichikawa M., Akita S., 1984, A probabilistic investigation of fatigue life and cumulative cycle ratio, Engineering Fracture Mechanics, 20, 3, 501-513
• 12. Wang K.S, Shen Y.C., Huang J.J., 1997, Loading adjustment for fatigue problem based on reliability consideration, International Journal of Fatigue, 19, 10, 693-702
• 13. Wang K.S., Hsu F.S., Liu P.P., 2002, Modeling the bathtub shape hazard rate function in terms of reliability, Reliability Engineering and System Safety, 75, 397-406
• 14. Wang K.S., 2011, Study of hazard rate function on the cumulative damage phenomenon, Journal of Mechanics, 27, 1, 47-55
• 15. Yang J.N., Jones D.L., 1980, Effect of load sequence on the statistical fatigue of composites, AIAA (American Institute of Aeronautics and Astronautics) Journal, 18, 12, 1525-1531
• 16. Yang J.N., Jones D.L., 1981, Load sequence effects on the fatigue of unnotched composite laminates, [In:] Fatigue of Fibrous Composite Materials, Lauraitis K.N. (Edit.), ASTM STP 723, Philadelphia, 213-232
• 17. Yang J.N., Jones D.L., 1983, Load sequence effects on graphite/epoxy [G35]2s, [In:] Long Term Behavior of Composites, O’Brien T.K. (Edit.), ASTM STP 813, Philadelphia, 246-262