Multiaxial fatigue behavior of 2618 aluminum alloy

The purpose of the present research project is to study multiaxial fatigue behavior of 2618 alloy. The influence of mean stress on the fatigue behavior under tension and torsion is particularly investigated. Fatigue tests under combined tensile-torsion, in or out of phase, as well as combined tensile-torsion-internal pressure tests have also been conducted. Multiaxial fatigue results are analyzed according to Fatemi-Socie criterion to predict the fatigue life

Study and modelling of anodized 2618 aluminum behavior subjected to multiaxial fatigue

Anodized Aluminum alloys are widely used in aeronautic construction due to their specificmechanical properties. However, anodization process often leads to a decrease of the fatigue resistance of the alloys. In order to identify and characterize the different mechanisms involved in the detrimental effect of anodization of 2618-T851 alloy on its fatigue life and to determine the impact of loading nature, several tests have been performedon specimens with different surface states at various stress ratios. It was found that roughness of machining has no effect unlike the stress ratio or mean stress in tensiletests. Thetests on the pickled, anodized, impregnated and sealedspecimens showed it was the anodic oxidation step which was the more detrimental for fatigue resistance under tensile loading comparing to the other steps. It has been also observed that no suchdetrimental effect occurred under torsion loading. Concerning the prediction of fatigue life, two critical plane-based analysis approaches have been used (Morel and Fatemi-Socie criteria) to make fatigue life prediction for uniaxial and multiaxial fatigue test. Comparisons showed that both criteria gives overestimated fatigue life for uniaxial tensile loading under compression mean stress and underestimated fatigue life for tensile-torsion in phase loading

Etude et modélisation du comportement en fatigue de l'alliage d'Aluminium 2618 anodisé soumis à des chargements multiaxiaux

Anodized aluminum alloys are widely used in aircraft construction because of their mechanical properties, corrosion resistance and low density. However, the anodizing process often leads to a reduction in fatigue strength. In addition, the parts are generally subjected to multiaxial fatigue loadings in service. Therefore, it is necessary to study, not only the effect of the anodization, but also to correlate it to the nature of the loading.The objective of the thesis is to identify and characterize the different mechanisms involved in the anodizing effect of the alloy 2618-T851 on the fatigue strength and to determine the impact of the nature of the loading. On the one hand, uniaxial tensile and torsional fatigue tests have been carried out on specimens in the bare state with different surface roughness levels and under different stress ratios. It was found that the surface roughness had no effect whatever the nature of the loading. On the other hand, a non-zero normal mean stress or mean shear stress reduces fatigue life.The tests carried out on pickled, anodized, impregnated and finally sealed specimens showed that, in tension, the reduction in fatigue life is mainly due to the anodic oxidation step. On the other hand, in torsion, the fatigue strength of the alloy is not sensitive to the anodizing process. Then, the material was studied in multiaxial fatigue, tensile-torsion under different stress ratios and different phase angles in the machined and anodized state. We have found that anodizing has a detrimental effect as in the case of pure tension and that the material is not sensitive to phase angle whatever the stress amplitude ratio. The alloy has been studied under multiaxial loadings integrating the internal pressure to analyze the fatigue behavior of the alloy under this type of loading. Surface fracture analysis has shown that, in general, cracks initiated from Al9FeNi intermetallic particles with the presence of a single site for the alloy in the bare state and from the oxide layer with the presence of multi-sites in the case of anodized specimens. For life-time predictions, we have used different critical-plane approaches (Morel, Fatemi-Socie, Findley, Kluger and Macha) to predict fatigue life under different loading combinations. Finally, a model inspired by the Kluger model has been proposed.Les alliages d’aluminium anodisés sont largement utilisés dans la construction aéronautique en raison de leurs bonnes propriétés mécaniques, leur résistance à la corrosion et leur faible densité. Cependant, le processus d’anodisation conduit souvent à une réduction de la résistance en fatigue. De plus, les pièces sont généralement soumises à des sollicitations multiaxiales en service et il apparaît donc nécessaire d’étudier, non seulement l’effet de l’anodisation, mais également de le corréler à la nature du chargement.L’objectif de la thèse est donc d’identifier et de caractériser les différents mécanismes impliqués dans l’effet de l’anodisation de l’alliage 2618-T851 sur sa tenue en fatigue et de déterminer l’impact de la nature du chargement. Dans un premier temps, des essais de fatigue uniaxiale en traction et torsion ont été effectués sur des éprouvettes à l’état brut présentant différentes rugosités de surface et sous différents rapports de contrainte. Il a été constaté que la rugosité de surface n’avait aucun effet quelle que soit la nature du chargement. En revanche, une contrainte moyenne normale ou de cisaillement non nulle réduit la durée de vie en fatigue. Les essais effectués sur les éprouvettes décapées, anodisées, imprégnées et finalement colmatées ont montré qu’en traction, l’abattement de la durée de vie est dû principalement à l’étape d’oxydation anodique. Par contre, en torsion, la tenue en fatigue de l’alliage n’est pas sensible au processus d’anodisation.Ensuite, le matériau a été étudié en fatigue multiaxiale, en traction-torsion sous différents rapports de contrainte et différents angles de déphasage à l’état usiné et anodisé. Nous avons constaté que l’anodisation a un effet néfaste comme dans le cas de la traction pure et que le matériau n’est pas sensible au déphasage quel que soit le rapport d’amplitude de contrainte. L’alliage a été étudié sous chargements multiaxiaux intégrant la pression interne pour analyser le comportement en fatigue de l’alliage sous ce type de chargement. L’analyse des faciès de rupture a montré qu’en général, nous retrouvons un amorçage de fissures à partir de particules intermétalliques Al9FeNi avec la présence d’un site unique pour l’alliage à l’état brut d’usinage et un amorçage à partir de la couche d’oxyde avec la présence de multi-sites dans le cas des éprouvettes anodisées.Concernant les prévisions de la durée de vie, nous avons utilisé différentes approches de type plan critique (Morel, Fatemi-Socie, Findley, Kluger et Macha) pour prédire les durées de vie sous différentes combinaisons de chargement. Finalement, un modèle inspiré du modèle de Kluger a été proposé

Study and modeling of fatigue behavior of anodized 2618 aluminum alloy subjected to multiaxial loadings

Les alliages d’aluminium anodisés sont largement utilisés dans la construction aéronautique en raison de leurs bonnes propriétés mécaniques, leur résistance à la corrosion et leur faible densité. Cependant, le processus d’anodisation conduit souvent à une réduction de la résistance en fatigue. De plus, les pièces sont généralement soumises à des sollicitations multiaxiales en service et il apparaît donc nécessaire d’étudier, non seulement l’effet de l’anodisation, mais également de le corréler à la nature du chargement.L’objectif de la thèse est donc d’identifier et de caractériser les différents mécanismes impliqués dans l’effet de l’anodisation de l’alliage 2618-T851 sur sa tenue en fatigue et de déterminer l’impact de la nature du chargement. Dans un premier temps, des essais de fatigue uniaxiale en traction et torsion ont été effectués sur des éprouvettes à l’état brut présentant différentes rugosités de surface et sous différents rapports de contrainte. Il a été constaté que la rugosité de surface n’avait aucun effet quelle que soit la nature du chargement. En revanche, une contrainte moyenne normale ou de cisaillement non nulle réduit la durée de vie en fatigue. Les essais effectués sur les éprouvettes décapées, anodisées, imprégnées et finalement colmatées ont montré qu’en traction, l’abattement de la durée de vie est dû principalement à l’étape d’oxydation anodique. Par contre, en torsion, la tenue en fatigue de l’alliage n’est pas sensible au processus d’anodisation.Ensuite, le matériau a été étudié en fatigue multiaxiale, en traction-torsion sous différents rapports de contrainte et différents angles de déphasage à l’état usiné et anodisé. Nous avons constaté que l’anodisation a un effet néfaste comme dans le cas de la traction pure et que le matériau n’est pas sensible au déphasage quel que soit le rapport d’amplitude de contrainte. L’alliage a été étudié sous chargements multiaxiaux intégrant la pression interne pour analyser le comportement en fatigue de l’alliage sous ce type de chargement. L’analyse des faciès de rupture a montré qu’en général, nous retrouvons un amorçage de fissures à partir de particules intermétalliques Al9FeNi avec la présence d’un site unique pour l’alliage à l’état brut d’usinage et un amorçage à partir de la couche d’oxyde avec la présence de multi-sites dans le cas des éprouvettes anodisées.Concernant les prévisions de la durée de vie, nous avons utilisé différentes approches de type plan critique (Morel, Fatemi-Socie, Findley, Kluger et Macha) pour prédire les durées de vie sous différentes combinaisons de chargement. Finalement, un modèle inspiré du modèle de Kluger a été proposé.Anodized aluminum alloys are widely used in aircraft construction because of their mechanical properties, corrosion resistance and low density. However, the anodizing process often leads to a reduction in fatigue strength. In addition, the parts are generally subjected to multiaxial fatigue loadings in service. Therefore, it is necessary to study, not only the effect of the anodization, but also to correlate it to the nature of the loading.The objective of the thesis is to identify and characterize the different mechanisms involved in the anodizing effect of the alloy 2618-T851 on the fatigue strength and to determine the impact of the nature of the loading. On the one hand, uniaxial tensile and torsional fatigue tests have been carried out on specimens in the bare state with different surface roughness levels and under different stress ratios. It was found that the surface roughness had no effect whatever the nature of the loading. On the other hand, a non-zero normal mean stress or mean shear stress reduces fatigue life.The tests carried out on pickled, anodized, impregnated and finally sealed specimens showed that, in tension, the reduction in fatigue life is mainly due to the anodic oxidation step. On the other hand, in torsion, the fatigue strength of the alloy is not sensitive to the anodizing process. Then, the material was studied in multiaxial fatigue, tensile-torsion under different stress ratios and different phase angles in the machined and anodized state. We have found that anodizing has a detrimental effect as in the case of pure tension and that the material is not sensitive to phase angle whatever the stress amplitude ratio. The alloy has been studied under multiaxial loadings integrating the internal pressure to analyze the fatigue behavior of the alloy under this type of loading. Surface fracture analysis has shown that, in general, cracks initiated from Al9FeNi intermetallic particles with the presence of a single site for the alloy in the bare state and from the oxide layer with the presence of multi-sites in the case of anodized specimens. For life-time predictions, we have used different critical-plane approaches (Morel, Fatemi-Socie, Findley, Kluger and Macha) to predict fatigue life under different loading combinations. Finally, a model inspired by the Kluger model has been proposed

Effect of anodization and loading on fatigue life of 2618-T851 aluminum alloy

International audienceAnodizing process is largely performed onaluminum alloys to enhance corrosion and wearresistances. However, this process can significantlyreduce the fatigue resistance of aluminum alloysdepending on the alloy and the process parameters.This paper deals with the influence of anodizingprocess on fatigue resistance of the aeronauticalaluminum alloy 2618-T851. The anodic film has beencharacterized after each step using scanning electronmicroscopy (SEM). This analysis showed that theanodic layer was crazed just after impregnationoperation with micro-cracks extending from thesurface up to half the anodic layer. Simultaneously,uniaxial fatigue tests under tension or torsion loadingshave been conducted in order to evaluate the effect ofeach process step in relation with loading nature. Theresults showed that the anodizing step has a detrimentaleffect on fatigue life of 2618 alloy when specimensare subjected to tensile loading. However, anodizingprocess has no effect on fatigue life under torsionloading. Fractographic observations have been conductedin order to get an insight on the mechanismsinvolved in each case

Use of infrared thermography to model the effective stress ratio effect on fatigue crack growth in welded T-joints

Welded joints constitute critical components in the high-cycle fatigue dimensioning of naval structures. In particular, the local geometry of the weld toe as well as the welding process induced residual stress strongly impact the fatigue properties. In that regard, such factors must be considered in a dedicated fatigue life forecast model, identified via an adapted experimental protocol. On the basis of X-ray stress analysis and in-situ crack growth monitoring by thermoelastic stress analysis, the present study introduces a linear elastic fracture mechanics model that considers the initial residual stress field in the vicinity of the weld toe