Nonlocal method for fatigue limit determination of defective material

Journal : Acta Mechanica et Automatica
Article : Nielokalna metoda wyznaczania granicznej trwałości zmęczeniowej materiału z defektami geometrycznymi

Authors :
Andrejkiv, O.
Ivan Franko National University of L'viv, 1, Universytetska str., Lviv, 79000, Ukraine, andreykiv@ipm.lviv.ua,
Awrejcewicz, J.
Katedra Automatyki i Biomechaniki, Wydział Mechaniczny, Politechnika Łódzka, ul. Stefanowskiego 1/15, 90-924 Łódź, awrejcew@p.lodz.pl,
Bogdanovič, P.
Belorusskij gosudarstrennyj transporta, ul'. Kirova 34, 246653, Gomel', Belarus', bogdanovich@belsut.gomel.by,
Daunys, M.
Machine Design Department, Kaunas University of Technology, Kęstučio 27, 44312 Kaunas, Lithuania, mykolas.daunys@ktu.lt,
Daunys, M.
Machine Design Department. Kaunas University of Technology, Kestucio 27. 44312Kaunas, Lithuania, mykolas.daunys@ktu.lt,
Derpeński, Ł.
Politechnika Białostocka, Wydział Mechaniczny, Katedra Mechaniki i Informatyki Stosowanej, ul. Wiejska 45 C, 15-351 Białystok, derpik@pb.bialystok.pl,
Ganczarski, A.
Katedra Mechaniki Ciał Odkształcalnych, Wydział Mechaniczny, Politechnika Krakowska, Al. Jana Pawła II 37, 31-864 Kraków, artur.ganczarski@pk.edu.pl,
Kaleta, J.
Instytut Materiałoznawstwa i Mechaniki Technicznej, Politechnika Wrocławska, ul. Mariana Smołuchowskiego 25, 50-370 Wrocław, jerzy.kaleta@pwr.edu.pl,
Karolczuk, A.
Katedra Mechaniki i Podstaw Konstrukcji Maszyn, Wydział Mechaniczny, Politechnika Opolska, ul. Mikołajczyka 5, 45-271 Opole, karol@po.opole.pl,
Abstract : W pracy zaprezentowano nową metodę analizy wpływu nierównomiernych rozkładów naprężeń w płaszczyźnie krytycznej na trwałość zmęczeniową materiałów konstrukcyjnych. Metoda wyróżnia odmienny wpływ gradientów naprężeń stycznych i normalnych na procesy zmęczeniowe. Nielokalne naprężenia styczne i normalne w płaszczyźnie materiału o stałej orientacji (płaszczyzna krytyczna) są uśredniane do naprężeń lokalnych. Proces uśredniania jest przeprowadzany na dwóch różniących się wielkością powierzchniach, odpowiednio dla naprężeń stycznych i normalnych. Wyznaczone w ten sposób lokalne naprężenia w płaszczyźnie krytycznej są wprowadzane do kryterium wieloosiowego zmęczenia materiału w celu oszacowania granicy zmęczenia. Zaproponowana metoda została zweryfikowana na podstawie badań zmęczeniowych próbek wykonanych ze stali C36 ze sztucznie wprowadzonymi defektami geometrycznymi.

The paper presents a new way to reduce the nonuniform shear and normal stress distribution to the uniform ones. The reduction is performed by averaging process of shear and normal stresses over two overlapping characteristic areas. Using this concept various multiaxial critical plane fatigue failure criteria could be used to estimate fatigue life. In the present paper, the Matake multiaxial fatigue failure criterion was verified on defective material subjected to proportional loading.

Keywords : zmęczenie materiału, naprężenie, fatigue, stress intensity,
Publishing house : Oficyna Wydawnicza Politechniki Białostockiej
Publication date : 2007
Number : Vol. 1, no. 1
Page : 45 – 50

Bibliography
: 1. Carboni M., Beretta S., Finzi A. (2003), Defects and in-service fatigue life of truck wheels, Engng Fract. Anal. 10, 45–57.
2. Nadot Y.,Denier V. (2004), Fatigue failure of suspension arm: experimental analysis and multiaxial criterion, Engng Fract. Anal. 11, 485–499.
3. Bullough R, Burdekin F.M., Chapman O.V.J., Green V.R., Lidbury D.P.G. Pisarski H., Warwick R.G., Wintle J.B. (2001), The probability of “large” defects in thick-section butt welds in nuclear components, Int. J. of Pressure Vessels and Piping, 78, 553-565.
4. Beretta S., Blarasin A., Endo M., Giunti T., Murakami Y. (1997), Defect tolerant design of automotive components, Int. J. Fatigue 19, 319-333.
5. Beretta S. Boniardi M. (1999), Fatigue strength and surface quality of eutectoid steel wires, Int. J. Fatigue 21, 329–335.
6. Beretta S. (2003), Application of multiaxial fatigue criteria to materials containing defects, Fatigue Fract. Engng Mater. Struct. 26, 551-559.
7. Papadopoulos I.V., Panoskaltsis V.P, (1996), Invariant formulation of a gradient dependent multiaxial high-cycle fatigue criterion, Engng Fract. Mech. 55(4), 513-528.
8. Morel F., Palin-Luc T. (2002), A non-local theory applied to high cycle multiaxial fatigue, Fatigue Fract. Engng Mater. Struct. 25, 649-665.
9. Murakami Y., Endo M. (1994), Effect of defect, inclusions and inhomogeneities on fatigue strength, Int. J. of Fatigue 16, 163-182.
10. Endo M., Ishimoto I. (2006), The fatigue strength of steels containing small holes under out-of-phase combined loading, Int. J. of Fatigue 28, 592-597.
11. Billaudeau T., Nadot Y. Bezine G. (2004), Multiaxial fatigue limit for defective materials: mechanisms and experiments, Acta Mater. 52, 3911–3920.
12. COMSOL (2005), Structural Mechanics Module User’s Guide, version 3.2.
13. Karolczuk A., Macha E. (2005), A review of critical plane orientations in multiaxial fatigue failure criteria of metallic materials, Int. J. of Fracture 134, 267-304.
14. Qylafku G., Azari Z., Kadi N., Gjonaj M, Pluvinage G. (1999), Application of a new model proposal for fatigue life prediction on notches and key-seats, Int. J. Fatigue 21, 753–760.
15. Seweryn A, Mróz Z. (1998), On the criterion of damage evolution for variable multiaxial stress states, Int. J. Solids Structures Vol. 35, No. 14, 1589-1616.
16. Matake T., (1977), An explanation on fatigue limit under combined stress, Bulletin of the JSME 20(141), 257-263.
DOI :
Qute : Andrejkiv, O. ,Awrejcewicz, J. ,Bogdanovič, P. ,Daunys, M. ,Daunys, M. ,Derpeński, Ł. ,Ganczarski, A. ,Kaleta, J. ,Karolczuk, A. ,Karolczuk, A. , Nielokalna metoda wyznaczania granicznej trwałości zmęczeniowej materiału z defektami geometrycznymi. Acta Mechanica et Automatica Vol. 1, no. 1/2007
facebook