Fatigue crack growth of Al 7475 T761 under constant and variable amplitude loading

Experimental programs in constant and variable amplitude loading were performed to obtain a x N curves and to study retardation in fatigue crack growth due to overloads. The main aim of this research program was to analyse the effect of overload ratio and number of overload peaks. The effect of underloads, before and after the overload blocks was also studied. The generalised equation of Paris-Erdogan type was used for modelling of obtained data on crack propagation under constant amplitude load.

The influence ofvariable amplitude loading on the fatigue strength of rhs corners

Rectangular hollow section (RHS) members are components widely used in engineering applications because of their good-looking, good properties in engineering areas and inexpensive cost comparing to members with other sections. The increasing use of RHS in load bearing structures makes it necessary to analyze the fatigue behavior of the RHS members. In this thesis, concentration will be given to the fatigue behavior of the RHS members under variable amplitude pure torsional loading. For the RHS members, failure will normally occur in the corner region if the welded regions are under full penetration. This is because of the complicated stress components' distributions at the RHScorners, where all of three fracture mechanics modes will happen. Mode I is mainly caused by the residual stresses that caused by the manufacturing process. Modes II and III are caused by the applied torsional loading. Stress based Findleymodel is also used to analyze the stress components. Constant amplitude fatigue tests have been done as well as variable amplitude fatigue tests. The specimens under variable amplitude loading gave longer fatigue lives than those under constant amplitude loading. Results from tests show an S-N curvewith slope around 5.

Constant and variable amplitude fatigue strength of high strength steel welds treated with ultrasonic impact treatment

Hitsattujen rakenteiden väsymiskestävyyttä pystytään parantamaan jälkikäsittelymenetelmillä, joistayksi, ultraäänikäsittely muokkaa hitsin geometriaa ja aiheuttaa puristusjäännösjännitystilan. Tässä tutkimuksessa verrataan kokeellisesti kuormaa kantamattoman hitsatun ja ui -käsitellyn rivan väsymislujuutta toisiinsa. Tutkimusohjelmaan kuuluu kahta teräslajia ja sekä vakio - että vaihtuva - amplitudista kuormitusta. Ultraäänikäsittelyllä saavutetaan väsymiskestoiän parantuminen vakio - ja vaihtuva - amplitudisella kuormituksella. Perusaineen lujuudella ei ole merkittää vaikutusta väsymislujuuteen kun liitos on hitsatussa tilassa. Tällöin väsymiskestävyyden määrää hitsin rajaviivan jännityskeskittymä. Ultraäänikäsitellyn hitsatunliitoksen väsymiskestävyys on suurempi korkeamman lujuuden omaavilla teräksillä. Tästä syystä korkealujuuksisten terästen käyttö ultraäänikäsiteltynä väsyttävästi kuormitetuissa kevytrakenteissa on perusteltua.

Estudo da propagação de trinca por fadiga sob carregamento de amplitude variável

For engineering projects that require high reliability levels, is often not enough know only physical and chemical material properties. It’s necessary understand the failure mode of these materials in operation to ensure security level in the project and establish more stringent criteria in the analysis of structural integrity. Due to this need, aircraft industry has been using aluminum alloys in their designs and projects. “Currently more than 70% of aircraft structures are built of high strength aluminum alloys among which stand out 7075-T6 and 2024-T3 alloys, which are considered basics for being used in the new alloys development.” (PASTOUKHOV & VOORWALD, 1995). Some years ago ALCOA develops Al 2524 alloy that has emerged as refinement of Al 2024 (Al, Cu. Mg) alloy, with purpose of improve fracture toughness and fatigue resistance on structural components. The present research addresses testing of fatigue crack propagation under variable amplitude loading for Al 2024 alloy, observing the interaction effects from application of overhead blocks and plastic zone at the crack tip and makes an analysis of fracture surface images

Estudo do efeito de pausas introduzidas em testes de fadiga de amplitude variável.

É muito importante para a indústria fornecer produtos competitivos e que exerçam corretamente as suas funções perante o cliente. Uma das ferramentas existentes para atingir estes objetivos é a realização de testes de fadiga e durabilidade cada vez mais refinados e em espaço mais curto de tempo. Uma das maneiras de se executar testes de fadiga mais precisos é utilizando parâmetros que sejam fiéis à solicitação que o produto sofre durante o seu uso. Com esse intuito surgiram os testes de fadiga sob amplitude variável. Juntamente com eles surgem as particularidades deste tipo de solicitação, que é de natureza complexa. Algumas particularidades são a dependência do resultado na história de carregamento (também chamada de \"interação de cargas\") e a variação abrupta do nível de carga durante o tempo de aplicação. Fenômenos estes chamados de sobrecarga ou subcarga (overload e underload), que aqui serão agrupados, muitas vezes de forma simplista, de perturbações no espectro de fadiga. A finalidade principal deste trabalho é descrever a influência das perturbações ocorridas nas solicitações nos testes de fadiga em regime de amplitude variável, mais precisamente em testes de bancada, em que se busca a reprodução de situações de trabalho reais de um componente. Apesar de esse assunto ser alvo de diversas investigações recentes, nenhum trabalho tem como foco a influência das paradas (completa remoção de carga) realizadas durante um teste de fadiga acelerado. Essas paradas são extremamente comuns na prática laboratorial, seja por manutenção do equipamento, inspeção da amostra ou necessidade de operação. O objeto alvo de estudo nesta pesquisa é um suporte metálico de buzina, utilizado em automóveis de passeio. Apesar de sua concepção simples, tal componente é responsável por exercer funções importantes e é sujeito a uma interessante gama de solicitações. Como resultado observou-se que a aplicação das paradas durante os testes de fadiga simulados no componente automotivo, provoca variações em sua vida útil total. E o tempo de parada também exerce influência nesta variação observada. Essas paradas não se encaixam perfeitamente nas classificações de perturbações no espectro registradas na literatura. Por esse motivo o trabalho se propõe ainda a sintetizar e uniformizar a terminologia para as variações abruptas de tensão aplicadas no tempo (as sobrecargas e as subcargas), tendo em vista que ocorre a falta de consenso entre os termos utilizados atualmente na literatura e seus respectivos conceitos.

Testiohjelmiston kehittäminen väsytyskokeiden suorittamiseksi mielivaltaisilla kuormituksilla

Väsytyskokeita on väsymisilmiön keksimisestä lähtien tehty pääasiallisesti vakioamplitudisella kuormituksella. Paremmin todellisuutta kuvaavaan testitilanteeseen päästään kuitenkin vain käyttämällä testattavan rakenteen reaalikuormitusta simuloivaa muuttuva-amplitudista kuormitusta. Tällaisen kuormituksen testaaminen käytännössä on kuitenkin huomattavasti vaikeampaa kuin perinteisen vakioamplitudisen kuormituksen, koska muuttuva-amplitudisen kuormituksen spektri on ensin kehitettävä jostain – joko käytännön mittausten kautta tai rakenteen käyttötilaa analysoimalla. Myöskään tiedossa olevan spektrin tuottaminen käytännön kokeissa ei ole aivan yksinkertaista. Tässä kandidaatintyössä pyrittiin ratkaisemaan näitä ongelmia suunnittelemalla ja toteuttamalla testiohjelmisto, joka pystyy sekä generoimaan että käytännössä toistamaan käyttäjän haluaman kuormitusspektrin laboratoriokokeissa. Jälkimmäistä varten oli olemassa ohjelma, jota haluttiin hyödyntää tässä työssä. Tehtävä jaettiin kolmeen osioon: kuormitusspektrien generoiminen, kuormitusspektrien yhdistäminen ja lopuksi spektrien toistaminen itse väsytyskokeessa. Kahdessa ensimmäisessä osiossa käytettiin ohjelmointiympäristönä Matlab-ohjelmaa; kolmannessa käytettiin pohjana olemassa olevaa väsytyskoeohjelmaa ja käytännön ohjelmointi suoritettiin näin ollen ANSI C –kielellä käyttäen kääntäjänä Microsoft Visual Studio 6.0:aa. Alkuperäinen väsytyskoeohjelma vaati useita merkittäviä muutoksia, ennen kuin se soveltui käytettäväksi tässä yhteydessä. Työssä on kuvattu periaatetasolla ohjelmien suunnittelu- ja toteuttamisvaiheet. Lisäksi työn on tarkoitus toimia yksinkertaisena käyttöohjeena ja opastuksena koko ohjelmiston käyttöön.

Evaluation of WC-10Ni thermal spraying coating by HVOF on the fatigue and corrosion AISI 4340 steel

Shot peening is a surface process widely used to improve the fatigue strength of materials, through compressive residual stresses induced in their surface layers. Considering mechanical components for high responsible applications, wear and corrosion control is currently accomplished by the use of coated materials.In the case of chrome plating or hard anodizing, lower fatigue strength in comparison to uncoated parts are associated to high residual tensile stresses and microcracks density. Under constant or variable amplitude loading microcracks will propagate and cross the interface coating substrate without impediment.The aim of the present study is to analyze the influence of WC-10Ni coating applied by HVOF process on the axial fatigue strength of AISI 4340 steel. The shot peening effect on the fatigue performance of coated AISI 4340 steel was also evaluated. The fractured fatigue specimens were investigated using a scanning electron microscope in order to obtain information about the crack initiation points. (C) 2010 Published by Elsevier Ltd.

Modelling of fatigue crack growth following overloads

In variable-amplitude loading there are interaction effects between the loading history and the crack propagation rate. The most important of these effects is the retardation in the crack propagation, which may raise the life of the cracked structureconsiderably. The main objective of this research is to analyse and quantify the retardation of crack propagation in a thin plate of the high-resistance aluminium alloy 2024-T3, comparing the results obtained from the mathematical models proposed to account for the retardation effect. The specimens were tested under high-low loading sequences, for different crack sizes and overload ratios. A simplified model was developed, based on crack closure theory, that could represent the crack behaviour during retardation very well. © 1991.

Effects of electroplated zinc-nickel alloy coatings on the fatigue strength of AISI 4340 high strength steel

It is well known that fatigue behaviour is an important parameter to be considered in mechanical components subjected to constant and variable amplitude loadings. In combination with corrosion phenomenon, fatigue effects were responsible for proximally 64% of fails that occur in metallic parts of aeronautical accidents in the last 30 years. Recovered substrates have been extensively used in the aerospace field. Cadmium electroplating has been widely applied to promote protective coatings in aeronautical components, resulting in excellent corrosion protection combined with a good performance in cyclic loading. Ecological considerations allied to the increasing demands for corrosion resistance, resulted in the search for possible alternatives. Zinc-nickel alloys received considerable interest recently, since these coatings showed some advantages such as a good resistance to white and red rust, high plating rates and acceptation in the market. In this study the effects of zinc-nickel coatings electroplated on AISI 4340 high strength steel were analysed on rotating bending and axial fatigue strength, corrosion and adhesion resistance. Compressive residual stress field was measured by a X-ray tensometry prior to fatigue tests. Optical microscopy images showed coating thicknesses, adhesion and the existence of an uniform coverage of nearly all substrates. The fractured fatigue specimens were investigated using a scanning electron microscope. Three different zinc-nickel coating thicknesses were tested and comparison with rotating bending fatigue data from specimens cadmium electroplated and heat treated at 190°C for 3, 8 and 24 hours to avoid the diffusion of hydrogen in the substrate, was performed. Experimental results showed effect of coatings on the AISI 4340 steel behaviour when submitted to fatigue testing and the existence of coating thickness influence on the fatigue strength.

Simulation of delamination in composites under quasi-static and fatigue loading using cohesive zone models

Es desenvolupa una eina de disseny per l'anàlisi de la tolerància al dany en composites. L'eina pot predir el inici i la propagació de fisures interlaminars. També pot ser utilitzada per avaluar i planificar la necessitat de reparar o reemplaçar components durant la seva vida útil. El model desenvolupat pot ser utilitzat tan per simular càrregues estàtiques com de fatiga. El model proposat és un model de dany termodinàmicament consistent que permet simular la delaminació en composites sota càrregues variables. El model es formula dins el context de la Mecànica del Dany, fent ús dels models de zona cohesiva. Es presenta un metodologia per determinar els paràmetres del model constitutiu que permet utilitzar malles d'elements finits més bastes de les que es poden usar típicament. Finalment, el model és també capaç de simular la delaminació produïda per càrregues de fatiga.

Kylmämuovatun putkipalkin väsyminen metsätyökoneen puomirakenteessa

Työssä on tutkittu kylmämuovatun suorakaideputkipalkin väsymistä metsätyökoneen puomirakenteen osana. Kylmämuovatun putkipalkin sisäpintaan syntyy käytössä puristavan ulkoisen kuormituksen vaikutuksesta putkipalkin pituussuunnassa sekä seinämän läpi kasvavia säröjä. Työn tarkoituksena on ollut selvittää rakenteen väsymiskestoikä sekä säröytymisen aiheuttavat tekijät. Työssä on verrattu kestoikälaskentaan ja särönkasvuun sovellettujen murtumismekaniikan ja elementtimenetelmän tuloksia laboratoriokokeista saatuihin tuloksiin. Toisiaan tukevien tulosten perusteella kylmämuovausprosessissa syntyneiden jäännösjännitysten osuus särön ydintymisessä, kasvussa ja sen käyttäytymisessä on ulkoisen kuorman paikallisen vaikutuksen lisänä erittäin merkittävä. Putkipalkin väsyminen onkin jäännösjännityksistä riippuva särönkasvuilmiö.

Väsymismitoitusperusteiden ja kuormitusten määrittäminen hitsatuille sekoitinakseleille

Työssä selvitettiin vastusvenymäliuskamittausten avulla sekoitinakselin kuormitukset sekä perehdyttiin väsymisilmiöön ja hitsattujen rakenteiden väsymismitoitukseen. Kuormitusten mittauksessa rekisteröitiin akselin kriittisen kohdan taivutus- ja vääntövenymät. Mittaustulosten avulla tutkittiin kuormituksia ja kuormitusten luonnetta sekä johdettiin väsymismitoitusperusteet sekoitinakseleille. Väsymismitoitus perustuu kahteen eri menetelmään. Vakioamplitudiseen väsymisrajaan perustuvassa menetelmässä vaihtuva-amplitudisella jännityksellä suurinkin jännitysheilahdus jää väsymisrajan alle. Kokonaisväsymisvaurioon perustuvassa mitoituksessa puolestaan sallitaan vakioamplitudisen väsymisrajan ylitys. Kestoikä on käytetty loppuun, kun väsymisvaurio saavuttaa väsymiskestävyyden arvon. Menetelmän valinta riippuu käytettävästä sekoitinelintyypistä ja käytön aikana ilmenevistä väsymisen kannalta vaarallisista tilanteista.

Étude de la mécanotransduction dans la scoliose idiopathique de l’adolescence (SIA)

À ce jour, la scoliose idiopathique de l’adolescent (SIA) est la déformation rachidienne la plus commune parmi les enfants. Il est bien connu dans le domaine de recherche sur la SIA que les forces mécaniques, en particulier les forces biomécaniques internes dans le système musculosquelettique, pourraient jouer un rôle majeur dans l’initiation et le développement de la maladie. Cependant, les connaissances sur la transformation des forces et des stimulations mécaniques en activité biochimique sont peu abondantes. Cet axe de recherche est très prometteur et peut nous fournir de nouvelles idées dans le dépistage et le traitement de la SIA. Dans le cadre de cette étude, nous visons à caractériser la mécanotransduction chez les patients atteints de la SIA en employant des techniques novatrices aux niveaux in vivo et in vitro. Antérieurement dans notre laboratoire, nous avons démontré que les niveaux d’Ostéopontine (OPN) plasmatique chez l’humain corrèlent avec la progression et la sévérité de la maladie, et que ces changements sont observables avant le début de la scoliose. En plus, selon la littérature, l’OPN est une molécule sensible à la force mécanique, dont l’expression augmente en réponse dans de nombreux types de cellules chez plusieurs espèces. Toutefois, il n’existe aucune preuve que ce résultat soit valide in vivo chez l’humain. L’hétérogénéité physique et biochimique de la SIA pose un gros défi aux chercheurs. Souvent, il est très difficile de trouver des résultats ayant une grande applicabilité. Les études portant sur les facteurs biomécaniques ne font pas exception à cette tendance. En dépit de tout cela, nous croyons qu’une approche basée sur l’observation des contraintes de cisaillement présentes dans le système musculosquelettique pourrait aider à surmonter ces difficultés. Les contraintes de cisaillement physiologique sont générées par des courants de fluide en mouvement à l’intérieur des os. Aussi, elles sont omniprésentes et universelles chez l’humain, peu importe l’âge, le sexe, la condition physique, etc., ce qui veut dire que l’étudier pourrait fort bien avancer nos connaissances en formant une base fondamentale avec laquelle on pourra mieux comprendre les différences quant à la mécanotransduction chez les patients atteints de la SIA par rapport aux sujets sains. Pour ce projet, donc, nous proposons l’hypothèse que les sujets atteints de la SIA se différencient par leurs réponses respectives à la force mécanique au niveau cellulaire (en termes de l’expression génique) ainsi qu’au niveau in vivo (en termes du marqueur OPN et son récepteur, sCD44). Afin de vérifier la partie de notre hypothèse de recherche concernant l’aspect in vivo, nous avons recruté une cohorte de patients âgés de 9-17 ans, y compris i) des cas pré-chirurgicaux (angle de Cobb > 45°), ii) des cas modérément atteints (angle de Cobb 10-44°), iii) des témoins, et iv) des enfants asymptomatiques à risque de développer la scoliose (selon nos dépistages biochimiques et fonctionnels) d’âge et sexe appariés. Une pression pulsatile et dynamique avec une amplitude variant de 0-4 psi à 0.006 Hz a été appliquée à un des bras de chacun de nos sujets pour une durée de 90 minutes. Au tout début et à chaque intervalle de 30 minutes après l’initiation de la pression, un échantillon de sang a été prélevé, pour pouvoir surveiller les niveaux d’OPN et de sCD44 circulants chez les sujets. Nous avons découvert que le changement des niveaux d’OPN plasmatique, mais pas des niveaux de sCD44, corrélaient avec la sévérité de la difformité rachidienne chez les sujets, ceux ayant une courbe plus prononcée démontrant une ampleur de réponse moins élevée. Pour vérifier la partie de notre hypothèse de recherche concernant la réponse mécanotransductive cellulaire, des ostéoblastes prélevées à 12 sujets ont été mis en culture pour utilisation avec notre appareil (le soi-disant « parallel plate flow chamber »), qui sert à fournir aux ostéoblastes le niveau de contraintes de cisaillement désiré, de manière contrôlée et prévisible. Les sujets étaient tous femelles, âgées de 11-17 ans ; les patients ayant déjà une scoliose possédaient une courbe diagnostiquée comme « double courbe majeure ». Une contrainte fluidique de cisaillement à 2 Pa, 0.5 Hz a été appliquée à chaque échantillon ostéoblastique pour une durée de 90 minutes. Les changements apportés à l’expression génique ont été mesurés et quantifiés par micropuce et qRT-PCR. En réponse à notre stimulation, nous avons trouvé qu’il n’y avait que quelques gènes étant soit différentiellement exprimés, soit inchangés statistiquement dans tous les groupes expérimentaux atteints, en exhibant simultanément la condition contraire chez les témoins. Ces résultats mettent en évidence la grande diversité de la réponse mécanotransductive chez les patients comparés aux contrôles, ainsi qu’entre les sous-groupes fonctionnels de la SIA. Globalement, cette œuvre pourrait contribuer au développement d’outils diagnostiques innovateurs pour identifier les enfants asymptomatiques à risque de développer une scoliose, et évaluer le risque de progression des patients en ayant une déjà. Aussi, dans les années à venir, les profils mécanotransductifs des patients pourraient s’avérer un facteur crucial à considérer cliniquement, particulièrement en concevant ou personnalisant des plans de traitements pour des personnes atteintes.

Avaliação do comportamento em fadiga de juntas estruturais de ligas de Al2024T3 coladas com adesivo epóxi

Ligas de alumínio são extensamente usadas em partes aeronáuticas devido às boas propriedades mecânicas e baixa densidade. Estas partes devem ser unidas para formar conjuntos maiores. Uma junta estrutural é definida como um segmento de estrutura que provê um meio de transferir carga de um elemento estrutural para outro. A maioria das juntas aeronáuticas é mecanicamente fixada com múltiplos prendedores (parafusos ou rebites). Estas juntas apresentam uma alta concentração de tensões ao redor do prendedor, porque a transferência de carga entre elementos da junta acontece em uma fração da área disponível. Por outro lado, as cargas aplicadas em juntas adesivas são distribuídas sobre toda a área colada e reduz os pontos de concentração de tensão. Juntas são a fonte mais comum de falhas estruturais em aeronaves e quase todos os reparos envolvem juntas. Portanto, é importante entender todos os aspectos de projeto e análise de juntas. O objetivo deste trabalho é comparar estaticamente juntas estruturais de ligas de Al2024-T3 em três condições: juntas mecanicamente rebitadas, juntas coladas e uma configuração híbrida rebitada e colada. Foi usada a norma NASM 1312-4 para confecção dos corpos-de-prova. Além disso, foram conduzidos testes de fadiga, sob amplitude de carregamento constante e razão de tensão igual a 0,1 para avaliar a eficiência dos elementos estruturais durante sua vida em serviço. Os resultados mostraram que a configuração híbrida apresenta maior resistência estática e uma vida em fadiga superior à configuração colada.

Non-Linear Dielectric Properties of PLMN-PT Relaxor Ferroelectrics

Recent investigations on the non-linear (NL) dielectric properties of relaxor ferroelectrics systems, not only as ceramic bodies, but also, in thin films, have showed a significant technological and scientific interest. The most common practical applications of relaxors include multilayer capacitors and actuators. In this work, non-linear dielectric properties of hot-pressed (1-x)[Pb1 -(3/2) yLayMg1/3Nb2/3O3]-xPbTiO3 (PLMN-PT) ferroelectric ceramics were investigated. The NL properties were obtained by using the measurements of the dielectric permittivity of the material as a function of the AC electric field with variable amplitude in the frequency and temperature range of 100 Hz-1 MHz and 50-450 K, respectively. An anomalous behavior of the non-linear dielectric response was observed when submitted to high electric fields levels. The obtained results were analyzed concerning one of the models for the dielectric response of relaxors ferroelectrics materials currently discussed in the literature.