Comparison of some selected multiaxial fatigue failure criteria dedicated for spectral method

• Autorzy: Niesłony A.

Warianty tytułu

PL

Porównanie kilku wybranych kryteriów wieloosiowego zniszczenia zmęczeniowego dedykowanych metodzie spektralnej

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The paper presents the procedure of estimation of fatigue life in the high- cycle fatigue regime under a multiaxial random loading using the spectral method. The procedure consists of application of the power spectral density function of the equivalent stress in the fatigue life assessment together with the known spectral method developed for the uniaxial stress state. The model proposed by Miles and Dirlik was presented as an example. Two groups of multiaxial fatigue failure criteria have been distinguished: the criteria based on the critical plane approach and the criteria using invariants of the stress state. Two sets of experimental data were used in order to compare the calculated and experimental fatigue lives. It has been shown that under the multiaxial random loading the results of fatigue life calculated according to the considered method are well correlated with the results of experiments if the multiaxial fatigue failure criterion is properly selected for mechanical parameters of the tested material.

PL

Wpracy przedstawiono metodologię wyznaczania trwałości zmęczeniowej w zakresie dużej liczby cykli przy obciążeniu losowym z wykorzystaniem metody spektralnej. Metodologia ta wykorzystuje funkcję gęstości widmowej mocy naprężenia ekwiwalentnego przy wyznaczaniu trwałości zmęczeniowej wraz ze znanymi jednoosiowymi modelami spektralnymi. Jako przykład przedstawiono modele proponowane przez Milesa i Dirlika. Wyróżniono dwie grupy kryteriów wieloosiowego zmęczenia: kryteria opierające się na pojęciu płaszczyzny krytycznej i kryteria wykorzystujące niezmienniki stanu naprężenia. W celu porównania obliczeniowej i eksperymentalnej trwałości zmęczeniowej wykorzystano dwa zestawy danych otrzymanych przy kombinacji zginania ze skręcaniem. Wykazano, że przy wieloosiowym obciążeniu losowym trwałości obliczeniowe korelują dobrze z otrzymanymi podczas eksperymentu, jeżeli zostanie zastosowane odpowiednie do właściwości mechanicznych materiału kryterium wieloosiowego zniszczenia zmęczeniowego.

Słowa kluczowe

EN

spectral method; multiaxial fatigue; high cycle fatigue; random loading

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Mechaniki Teoretycznej i Stosowanej
• Czasopismo: Journal of Theoretical and Applied Mechanics
• Rocznik: 2010
• Tom: Vol. 48 nr 1
• Strony: 233--254
• Opis fizyczny: Bibliogr. 26 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Niesłony A.

• Opole University of Technology, Department of Mechanics and Machine Design, Opole, Poland,

Bibliografia

• 1. Banvillet A., Łagoda T., Macha E., Niesłony A., Pallin-Luc T., Vittori J.F., 2004, Fatigue life under non-gaussian random loading from various models, International Journal of Fatigue, 26, 349-363
• 2. Benasciutti D., Tovo R., 2006, Comparison of spectral methods for fatigue analysis of broad-band Gaussian random processes, Probabilistic Engineering Mechanics, 21, 4, 287-299
• 3. Bendat J.S., Piersol A.G., 1980, Engineering Applications of Correlation and Spectral Analysis, John Wiley and Sons Inc., New York
• 4. Bonte M.H.A., De Boera A., Liebregts R., 2007, Determining the von Mises stress power spectral density for frequency domain fatigue analysis including out-of-phase stress components, Journal of Sound and Vibration, 302, 379-386
• 5. Colombi P., Doliński K., 2001, Fatigue lifetime of welded joints under random loading: rainflow cycle vs. cycle sequence method, Probabilistic Engineering Mechanics, 16, 61-71
• 6. Dirlik T., 1985, Application of Computers in Fatigue Analysis, Ph.D.Thesis, University of Warwick, UK
• 7. Dowling N.E., 1972, Fatigue failure prediction for complicated stress-strain histories, Journal of Materials, 7, 1, 71-87
• 8. Jiang Y., Hertel O., Vormwald M., 2007, An experimental evaluation of three critical plane multiaxial fatigue criteria, International Journal of Fatigue, 29, 1490-1502
• 9. Karolczuk A., Macha E., 2005, A review of critical plane orientations In multiaxial fatigue failure criteria of metallic materials, International Journal of Fracture, 134, 3/4, 267-304
• 10. Łagoda T., Macha E., Niesłony A., Muller A., 2001, Fatigue life of cast irons GGG40, GGG60 and GTS45 under combined variable-amplitude tension with torsion, The Archive of Mechanical Engineering, 48, 1, 55-69
• 11. Łagoda T., Macha E., Niesłony A., 2005, Fatigue life calculation by means of the cycle counting and spectral methods under multiaxial random loading, Fatigue and Fracture of Engineering Materials and Structures, 28, 409-420
• 12. Łagoda T., Ogonowski P., 2005, Criteria of multiaxial random fatigue based on stress, strain and energy parameters of damage in the critical plane, Mat.- wiss. u. Werkstofftech, 36, 9, 429-437
• 13. Macha E., 1988, Generalization of Strain Criteria of Multiaxial Cyclic Faitgue to random Loadings, VDI-Verlag, Fortschr.-Ber. VDI, Reihe 18, Nr. 52, D¨usseldorf
• 14. Macha E., 1996, The spectral method of fatigue life calculation under random multiaxial loading, Fracture Mechanics, Strength and Integrity of Materials, O.M. Romaniv and S.Ya. Yarema (Edit.), Karpenko Physico-Mechanical Institute, Shevchenko Scientific Society, Lviv, Ukraine, 124-134
• 15. Macha E., Łagoda T., Niesłony A., Kardas D., 2006, Fatigue life under variable-amplitude loading according to the cycle counting and spectra methods, Materials Science, 42, 3, 416-425
• 16. Morrow J.D., 1986, The effect of selected subcycle sequences in fatigue loading histories, Random Fatigue Life Prediction, ASME Publications, PVP 72, 43-60
• 17. Niesłony A., 2008, Wyznaczanie warstwic uszkodzeń zmęczeniowych metodą spektralną, Monograph, 233, Opole University of Technology, Opole
• 18. Niesłony A., Macha E., 2007, Spectral Method in Multiaxial Random Fatigue, Series: Lecture Notes in Applied and Computational Mechanics, 33, 8, Springer-Verlag, Berlin-Heidelberg
• 19. Niesłony A., Sonsino C.M., 2008, Comparison of Some Selected Multiaxial Fatigue Assessment Criteria, LBF Report No. FB-234, Fraunhofer Gesellschaft, Darmstadt
• 20. Pitoiset X., 2001, M´ethodes spectrales pour une analyse en fatigue des structures m´etalliques sous chargements al´eatoires multiaxiaux, Ph.D.Thesis, Universit´e Libre de Bruxelles, Faculty of Applied Science, Brussels
• 21. Pitoiset X., Rychlik I., Preumont A., 2001, Spectral methods to estimate local multiaxial fatigue failure for structures undergoing random vibrations, Fatigue Fracture Engineering Materials and Structures, 24, 715-727
• 22. Preumont A., Piefort V., 1994, Prediction random high-cycle fatigue life with finite elements, Journal of Vibration and Acoustics, 116, 245-248
• 23. Sherratt F., Bishop N.W.M., Dirlik T., 2005, Predicting fatigue life from frequency domain data, Engineering Integrity, 18, 12-16
• 24. Simb¨urger A., 1975, Festigkeitsverhalten z¨aher Werkstoffe bei einer mehrachsigen, phasenverschobenen Schwingbeanspruchung mit k¨orperfesten und ver¨anderlichen Hauptspannungsrichtungen, LBF Report No. FB-121, Fraunhofer Gesellschaft, Darmstadt
• 25. Sobczyk K., Spencer B.F., 1992, Random Fatigue: From Data to Theory, Academic Press, Boston
• 26. Szala J., 1998, Hipotezy sumowania uszkodzeń zmęczeniowych, Wyd. Uczel. ATR Bydgoszcz