A model of energy dissipation at fatigue crack tip in metals
- 1. Institute of Continuous Media Mechanics
- 2. Indira Gandhi Centre for Atomic Research
Description
Experimental and numerical studies investigating fatigue crack growth were conducted on flat samples made of stainless steel AISE 304 and titanium alloy Grade 2. The heat flux from the crack tip caused by plastic deformation localization was measured using the contact heat flux sensor previously developed by the authors. This provides a possibility to find a correlation between energy dissipation and crack propagation rate under fatigue uniaxial loading with constant stress intensity factor and under biaxial loading with constant stress amplitude. The experiments with constant stress intensity factor have shown a decrease in energy dissipation at constant crack rate and R=-1 (R=0). A theoretical analysis of the stress field at the fatigue crack tip has been carried out to explain this phenomenon. Based on the obtained results, the heat flux from the crack tip is represented as the sum of two functions describing energy dissipation in monotonic and reversible plastic zones separately. It has been shown that dissipation in a reversible plastic zone is a function of the applied stress amplitude only. This causes energy dissipation to decrease at constant stress intensity factor. The proposed phenomenology was successfully verified by testing both materials under biaxial loading.
Translated Descriptions
Translated Description (Arabic)
أجريت الدراسات التجريبية والعددية التي تبحث في نمو صدع التعب على عينات مسطحة مصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ AISE 304 وسبائك التيتانيوم من الدرجة 2. تم قياس تدفق الحرارة من طرف الشق الناجم عن توطين التشوه البلاستيكي باستخدام مستشعر تدفق حرارة التلامس الذي طوره المؤلفون سابقًا. يوفر هذا إمكانية العثور على علاقة بين تبديد الطاقة ومعدل انتشار الشقوق تحت التحميل أحادي المحور للتعب مع عامل شدة إجهاد ثابت وتحت التحميل ثنائي المحور مع سعة إجهاد ثابتة. أظهرت التجارب ذات عامل شدة الإجهاد المستمر انخفاضًا في تبديد الطاقة بمعدل تشقق ثابت و R=-1 (R=0). تم إجراء تحليل نظري لحقل الإجهاد في طرف صدع التعب لشرح هذه الظاهرة. بناءً على النتائج التي تم الحصول عليها، يتم تمثيل تدفق الحرارة من طرف الشق على أنه مجموع وظيفتين تصفان تبديد الطاقة في المناطق البلاستيكية الرتيبة والقابلة للعكس بشكل منفصل. لقد ثبت أن التبديد في منطقة بلاستيكية قابلة للعكس هو دالة على سعة الإجهاد المطبقة فقط. وهذا يؤدي إلى انخفاض تبديد الطاقة عند عامل شدة الإجهاد المستمر. تم التحقق من الظواهر المقترحة بنجاح من خلال اختبار كلتا المادتين تحت التحميل ثنائي المحور.Translated Description (French)
Des études expérimentales et numériques portant sur la croissance des fissures de fatigue ont été menées sur des échantillons plats en acier inoxydable aise 304 et alliage de titane de grade 2. Le flux thermique de la pointe de la fissure causé par la localisation de la déformation plastique a été mesuré à l'aide du capteur de flux thermique de contact précédemment développé par les auteurs. Cela permet de trouver une corrélation entre la dissipation d'énergie et le taux de propagation des fissures sous une charge uniaxiale de fatigue avec un facteur d'intensité de contrainte constant et sous une charge biaxiale avec une amplitude de contrainte constante. Les expériences avec un facteur d'intensité de contrainte constant ont montré une diminution de la dissipation d'énergie à vitesse de fissuration constante et R=-1 (R=0). Une analyse théorique du champ de contrainte à la pointe de la fissure de fatigue a été réalisée pour expliquer ce phénomène. Sur la base des résultats obtenus, le flux de chaleur provenant de la pointe de fissure est représenté comme la somme de deux fonctions décrivant la dissipation d'énergie dans des zones plastiques monotones et réversibles séparément. Il a été démontré que la dissipation dans une zone plastique réversible est uniquement fonction de l'amplitude de la contrainte appliquée. Cela entraîne une diminution de la dissipation d'énergie à facteur d'intensité de contrainte constant. La phénoménologie proposée a été vérifiée avec succès en testant les deux matériaux sous charge biaxiale.Translated Description (Spanish)
Se realizaron estudios experimentales y numéricos que investigaron el crecimiento de grietas por fatiga en muestras planas hechas de acero inoxidable AISE 304 y aleación de titanio Grado 2. El flujo de calor de la punta de la grieta causado por la localización de la deformación plástica se midió utilizando el sensor de flujo de calor de contacto desarrollado previamente por los autores. Esto proporciona la posibilidad de encontrar una correlación entre la disipación de energía y la tasa de propagación de grietas bajo carga uniaxial de fatiga con factor de intensidad de tensión constante y bajo carga biaxial con amplitud de tensión constante. Los experimentos con factor de intensidad de tensión constante han mostrado una disminución en la disipación de energía a una velocidad de agrietamiento constante y R=-1 (R=0). Se ha realizado un análisis teórico del campo de tensiones en la punta de la grieta de fatiga para explicar este fenómeno. Con base en los resultados obtenidos, el flujo de calor de la punta de la grieta se representa como la suma de dos funciones que describen la disipación de energía en zonas plásticas monótonas y reversibles por separado. Se ha demostrado que la disipación en una zona de plástico reversible es solo una función de la amplitud de la tensión aplicada. Esto hace que la disipación de energía disminuya a un factor de intensidad de estrés constante. La fenomenología propuesta se verificó con éxito probando ambos materiales bajo carga biaxial.Files
2432.pdf
Files
(931.6 kB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:6d14eff9b204a75f2c9f2bdf01edbc56
|
931.6 kB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- نموذج لتبديد الطاقة عند طرف الكراك المتعب في المعادن
- Translated title (French)
- Un modèle de dissipation d'énergie à l'extrémité de la fissure de fatigue dans les métaux
- Translated title (Spanish)
- Un modelo de disipación de energía en la punta de la grieta por fatiga en metales
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W2947942111
- DOI
- 10.3221/igf-esis.48.43