A New Strain Based Model for Predicting Multiaxial Fatigue Life of Metals

محورهای موضوعی : فصلنامه شبیه سازی و تحلیل تکنولوژی های نوین در مهندسی مکانیک

رحمت‌ا... قاجار ¹ , صفا پیمان ² , جواد علیزاده کاکلر ³

1 - استاد، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی، تهران، ایران
2 - دانشجوی دکتری، دانشکده مهندسی هوافضا، دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی، تهران، ایران.
3 - دانشجوی دکتری، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی، تهران، ایران

تاریخ دریافت : 1394/07/07 تاریخ پذیرش : 1394/07/07 تاریخ انتشار : 1390/04/01

کلید واژه: Multiaxial fatigue, Fatigue Life, Strain-based model, Critical plane-based mode,

چکیده مقاله :

Engineering structures are usually exposed to cyclic multiaxial loading and subsequently to multiaxial fatigue. Different models and criteria with various capabilities have been proposed for predicting of multiaxial fatigue life. Selection of proper model by considering material, type of loading and operation condition of each engineering structure is a challenging issue of the life prediction process. In this paper, capability of some critical strain-based models for predicting the fatigue life are evaluated and compared. Then, based on the advantages and disadvantages of the investigated models, a new model is presented. In this study, experimental fatigue data for SNCM630 samples under axial-torsional loading are used which is available in the literature. Results are compared to experimental data in order to validate the accuracy and capability of the new model in prediction of the fatigue life.

چکیده انگلیسی:

قطعات و سازه‌های مهندسی در بسیاری از موارد تحت بارگذاری‌های سیکلی قرار گرفته و دچار خستگی چندمحوری می‌شوند. در زمینه محاسبه عمر خستگی در حالت چندمحوری، معیارها و مدل‌های زیادی با قابلیت‌های متفاوت ارائه شده­اند. انتخاب مدل برای محاسبه عمر خستگی چندمحوری با توجه به جنس، نوع بارگذاری و شرایط عملکردی هر یک از سازه‌های مهندسی، یکی از چالش‌های مطرح در فرایند محاسبه عمر است. در این مقاله، قابلیت چند معیار کرنش پایه مهم برای محاسبه عمر خستگی چندمحوری مورد بررسی، مقایسه و ارزیابی قرار گرفته است. سپس بر اساس شناخت مزیت‌ها و ضعف‏های معیارهای مورد بررسی، یک معیار صفحه بحرانی بهبودیافته، مناسب برای انواع بارگذاری‏های متناسب و نامتناسب، شده است. برای این مطالعه از داده‌های مربوط به آزمایش‏های واماندگی خستگی نمونه‌های فولادی NCM630  تحت بارگذاری‏های محوری-پیچشی استفاده شده است. این داده‌ها در قالب داده‏های مربوط به تنش، دامنه کرنش و عمر خستگی هستند. از قیاس نتایج تجربی و عمر محاسبه شده با استفاده از مدل بهبودیافته، قابلیت آن در تخمین عمر خستگی مورد ارزیابی قرار گرفته است.

منابع و مأخذ:

[1] Socie D. F. ,Marquis G. B., Multiaxial Fatigue, 1^st ed., SAE,2000.

[2] Han C., Chen X. , Kim K. S., Evaluation of multiaxial fatigue criteria under irregular loading, Int. J. of Fatigue, 24 (9), 2002, pp. 913-922.

[3] Brown M., Miller K. A theory for fatigue failure under multiaxial stress-strain conditions, Proceedings of Institute of Mechanical Engineers, Vol. 187, 1973,pp. 745-756.

[4] Fatemi A. ,Socie D. F., A critical plane approach to multiaxial fatigue damage including out-of-phase loading, Fatigue and Fracture of Engineering Materials and Structures, 11 (3), 1988, pp. 449-466.

[5] Smith R. N., Watson P., Topper T. H., A stress strain parameter for the fatigue of metal, Journal of Materials, 5 (4), 1970, pp. 767-778.

[6] Liu K. C., A method based on virtual strain-energy parameters for multiaxial fatigue life prediction, ASTM STP 1191, American Society for Testing and Materials, 1993, pp. 67-84.

 

[7] Chu C. C., Conle F. A. ,  Bonnen, J. F.,. Multiaxial stress-strain modeling and fatigue life prediction of SAE axel shaf, ASTM STP 1191, American Society for Testing and Materials, 1993, pp. 37-54.

[8] Glinka G., Wang G., Plumtree A., Mean stress effects in multiaxial fatigue, Fatigue and Fracture of Engineering Materials and Structures, 18 (7/8), 1995,pp. 755-764.

[9] Dowling N. E., Mechanical behavior of materials, 3^st ed., Prentice Hall. 2006.