Evaluation of the fatigue damage development using ESPI method

• Autorzy: Kopeć M. , Grzywna P. , Kukla D. , Kowalewski Z.

Identyfikatory

DOI

10.15199/28.2016.4.9

Warianty tytułu

PL

Ocena rozwoju uszkodzeń zmęczeniowych z wykorzystaniem metody ESPI

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Fatigue damage process developing in structural materials under long-term cyclic loading is still an unsolved problem of modern engineering. Attempts to assess a degree of materials degradation under fatigue conditions on the basis of changes in the areas of local strain concentration determined by optical methods can be treated as the promising contemporary research direction of majority of scientific centres in the world. In most cases, fatigue damage has a local character and it is based on damage development leading to generation of cracks appearing around structural defects or geometrical notches. An identification of these areas and their subsequent monitoring requires a full-field displacement measurements performed on the objects surfaces. It seems that modern contemporary optical methods for displacement components measuring on the surfaces of structural elements or tested specimens are suitable for such purpose. Digital Image Correlation (DIC) and Electronic Speckle Pattern Interferometry (ESPI) are nowadays the most widely used testing methods in this area. Both of them enable capturing of displacement and strain components distributions. This paper presents an attempt to use the ESPI method for fatigue damage evaluation and its monitoring on specimens made of the aluminide coated nickel super-alloys. Flat specimens were subjected to cyclic loading. The fatigue tests were interrupted several times in order to perform a static loading during which the optical measurements were carried out. An analysis of the results captured by the ESPI system allowed indication of places of the greatest stress concentration and demonstration of the damage development process as a function of the increasing number of cycles.

PL

Proces niszczenia materiału w trakcie badań zmęczeniowych pod wpływem długotrwałych obciążeń eksploatacyjnych od lat pozostaje jednym z głównych problemów poruszanych przez wiele ośrodków badawczych na świecie. W większości przypadków zmęczenie materiału wykazuje lokalny charakter prowadzący do powstawania pęknięć występujących wokół defektów struktury czy karbów geometrycznych. Identyfikacja tych obszarów i ich późniejsza obserwacja wymagają użycia polowych technik pomiarowych takich jak cyfrowa korelacja obrazu (Digital Image Correlation, DIC) lub elektroniczna interferometria plamkowa (Electronic Speckle Pattern Interferometry, ESPI). Pozwalają one określać rozkłady składowych przemieszczenia, odkształcenia i naprężenia na powierzchni próbki (rys. 1). Stosowanie ich w trakcie badań zmęczeniowych umożliwia lokalizację miejsca największej koncentracji naprężenia wywołanej defektami próbek oraz pozwala z dużą dokładnością przewidzieć miejsce inicjacji uszkodzenia. Celem pracy jest obserwacja i analiza rozwoju pękania zmęczeniowego wywołanego długotrwałymi, cyklicznymi obciążeniami za pomocą optycznej metody pomiaru składowych przemieszczenia ESPI.

Słowa kluczowe

EN

fatigue; damage; superalloy; electronic speckle pattern interferometry

PL

zmęczenie; uszkodzenie; nadstop; elektroniczna interferometria plamkowa

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Inżynieria Materiałowa
• Rocznik: 2016
• Tom: Vol. 37, nr 4
• Strony: 201--205
• Opis fizyczny: Bibliogr. 12 poz., fig.

Twórcy

autor

Kopeć M.

• Institute of Fundamental Technological Research, Polish Academy of Sciences

autor

Grzywna P.

• Institute of Fundamental Technological Research, Polish Academy of Sciences

autor

Kukla D.

• Institute of Fundamental Technological Research, Polish Academy of Sciences

autor

Kowalewski Z.

• Institute of Fundamental Technological Research, Polish Academy of Sciences

Bibliografia

• [1] Kowalewski Z. L., Dietrich L., Kopeć M., Szymczak T., Grzywna P.: Nowoczesne systemy optyczne w badaniach mechanicznych — budowa, działanie, zastosowania. XXII Seminarium "Nieniszczące badania materiałów", Zakopane, March 16th÷18th (2016) 5÷36.
• [2] Grzywna P., Kukla D.: Evaluation of strain distribution for the P91 steel under static load using ESPI system. Advances In Materials Science 42 (4) (2014) 28÷39, DOI 10.2478/adms-2014-0019.
• [3] Kukla D., Grzywna P., Karczewski R.: Fatigue damage growth evaluation based on changes in the strain and eddy current parameters in the subsequent cycles load. Przegląd Spawalnictwa 5 (2014) 23÷31.
• [4] Kukla D., Kowalewski Z., Grzywna P., Kubiak K.: Assessment of fatigue damage development in power engineering steel by local strain analysis. Kovove Materialy–Metallic Materials 52 (5) (2014) 269÷277.
• [5] Rodríguez-Martín R., Castro I., Ocaña I., Martínez-Esnaola J. M.: Use of electronic speckle pattern interferometry in the detection of fatigue failure in high strength steels. Engineering Failure Analysis 17 (2010) 226÷235.
• [6] Sakaguchi M., Okazaki M.: Fatigue life evaluation of a single crystal Ni-base superalloy, accompanying with change of microstructural morphology. International Journal of Fatigue 29 (2007) 1959÷1965.
• [7] Sitek R., Kukla D., Kobayashi A., Kurzydlowski K. J.: Influence of high temperature aluminizing on the fatigue and corrosion resistance of nickel alloy Inconel 740. Frontier of Applied Plasma Technology 7 (1) (2014) 21÷25.
• [8] Kim K.-S., Kang K.-S., KangY.-J., Cheong S.-K.: Analysis of an internal crack of pressure pipeline using ESPI and shearography. Optics & Laser Technology, 35 (2003) 639 ÷ 643.
• [9] Jones R., Wykes C.: Holographic and speckle interferometry. Cambridge University Press, Cambridge (1983) 165÷196.
• [10] Cloud G. L.: Optical methods of engineering analysis. Cambridge University Press, Cambridge (1995) 453÷476.
• [11] Rastogi P. K. (editor): Digital speckle pattern interferometry and related techniques. Willey, New York (2001) 179÷203.
• [12] Huang H., Koo Ch.: Characteristics and mechanical properties of polycrystalline CM 247 LC superalloy casting. Materials Transactions 45 (2) (2004) 562÷568.

Uwagi

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę.