A Unified Model of Fatigue
-
Ky Dang Van
and A. Bignonnet
Abstract
The application of the shakedown theory to the analysis of the fatigue problems is presented. This point of view on the fatigue strength and the fatigue damage allows interpreting all types of industrial problems of fatigue in an efficient manner. The description of the stabilized mechanical state after shakedown at all scale, gives access to the engineering values which will drive the fatigue damage of the structure. The evolution of stress and strain tensors thus obtained for a cycle of fatigue, allows predicting the fatigue strength of structures. At high cycle fatigue, when elastic shakedown takes place, the fatigue strength can be described by a simple combination of shear amplitude and hydrostatic pressure at any point of the calculated structure, irrespective of the complexity of the structure and of the loading. At low cycle fatigue, from the stabilized state of the stress and strain, the fatigue strength is derived from a combination of the plastic, or the inelastic strain energy and the hydrostatic pressure. Numerous examples of fatigue analysis for different industrial areas are presented.
Kurzfassung
Im vorliegenden Beitrag wird die Anwendung der Shakedown-Theorie zur Analyse von Betriebsfestigkeitsfragen präsentiert. Dieser Standpunkt hinsichtlich der Betriebsfestigkeit und der Schädigung erlaubt in effizienter Weise die Interpretation aller industriellen Fragestellungen zur Betriebsfestigkeit. Die Beschreibung des stabilen mechanischen Zustandes nach dem Shakedown in allen Größen- ordnungen ermöglicht den Zugang zu den Daten, die die Schädigung einer Struktur bestimmen. Die Ermittlung der Spannungs- und Dehnungstensoren für einen Zyklus der Betriebsbeanspruchung erlaubt eine Vorhersage der Betriebsfestigkeit von Strukturen. Im Bereich hochfrequenter Lastwechsel, also, wenn elastischer Shakedown stattfindet, kann die Betriebsfestigkeit mit einer einfachen Kombination der Scheramplitude und dem hydrostatischen Druck an jedem Punkt der berechneten Struktur beschrieben werden, wie auch immer die Komplexität der Struktur und der Belastung aussieht. Im Bereich niederfrequenter Lastwechsel wird aus dem stabilisierten Spannungs- und Dehnungszustand die Betriebsfestigkeit aus einer Kombination der plastischen oder der inelastischen Dehnung und dem hydrostatischen Druck abgeleitet. Eine Vielzahl von Beispielen der Betriebsfestigkeitsanalyse aus unterschiedlichen Industriebereichen wird präsentiert.
References
1 W. T.Koiter: General theorems for elastic-plastic solids, J. N.Sneddon, R.Hill (Eds.): Progress in Solid Mechanics 1, North-Holland, Amsterdam (1960), pp. 165–221Search in Google Scholar
2 E.Melan: Zur Plastizität des räumlichen Kontinuums, Ing. Arch.9 (1938), p. 11610.1007/BF02084409Search in Google Scholar
3 Q. S.Nguyen: Stability and Nonlinear Solid Mechanics, J. Wiley & Sons, New York (2000)Search in Google Scholar
4 J.Mandel, B.Halphen, J.Zarka: Adaptation d'une structure elastoplastique à ecrouissage cinematique, Mech. Res. Comm.4 (1977), pp. 309–31410.1016/0093-6413(77)90007-6Search in Google Scholar
5 K.Dang Van: Fatigue analysis by multiscale approach, K.Dang Van, I. V.Papadopoulos (Eds.): High Cycle Metal Fatigue, From Theory to Applications, C.I.S.M. Courses and Lectures N° 392, Springer (1999), pp. 57–88Search in Google Scholar
6 K.Dang Van, H. M.Maitournam: On a new methodology for quantitative modelling of fretting fatigue: Current technologies and practices, D. W. Hoeppner, V. Chandrasekaran, C. B. Elliot (Eds.): ASTM STP 1367, ASTM, pp. 2942–2959Search in Google Scholar
7 K.Dang Van, H. M.Maitournam: Rolling contact in railways: modelling, simulation and damage prediction, Fatigue Fract. Engineering Mater. Struct.26 (2003), pp. 939–94810.1046/j.1460-2695.2003.00698.xSearch in Google Scholar
8 E.Charkaluk, A.Constantinescu: Energetic approach in thermomechanical fatigue for silicon molybdenum cast-iron, Materials at High Temperatures, 17 (2000), No. 3, pp. 373–38010.3184/096034000783640767Search in Google Scholar
9 S.Amiable, A.Constantinescu, S.Chapuliot, A.Fissolo. Prédiction de durée de vie des structures sous chargement de fatigue thermique, 17ème Congrès de Mécanique, Troyes (2005)Search in Google Scholar
10 H. D.Bui: Problèmes généraux de croissance de fissure, Partie I, approche de l'endommagement, Revue Française de Mécanique4 (1983), pp. 3–7Search in Google Scholar
11 H. D.Bui, K.Dang Van: Some recently developed aspects of fracture mechanics, Nuclear Engineering and Design105, (1987), pp. 3–1210.1016/0029-5493(87)90223-8Search in Google Scholar
12 K.Dang Van, A.Bignonnet, J. L.Fayard: Assessment of welded structures by a multiaxial fatigue approach, A.Carpinteri, M.de Freitas, A.Spagnoli (Eds.): Biaxial/Multiaxial Fatigue and Fracture, ESIS/STP 31, Elsevier (2003), pp. 3–22Search in Google Scholar
13 J. L.Fayard, A.Bignonnet, K.Dang Van: Fatigue design criterion for welded structures, Fatigue Fract. Engng. Mater. Struct.19 (1996), pp. 723–22910.1111/j.1460-2695.1996.tb01317.xSearch in Google Scholar
© 2008, Carl Hanser Verlag, München
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