Experimental and analytical study of cracks under biaxial fatigue

Most mechanical components experience multi-axial cyclic loading conditions during service. Experimental analysis of fatigue cracks under such conditions is not easy and most works tend to focus more on the simpler but less realistic case of uni-axial loading. Consequently, there are many uncertainties related to the load sequence effect that are now well known and are not normally incorporated into the growth models. The current work presents a new methodology for evaluating overload effect in biaxial fatigue cracks. The methodology includes evaluation of mixed-mode (KI and KII) stress intensity factor and the Crack Opening Displacement for samples with and without overload cycle under biaxial loading. The methodology is tested under a range of crack lengths. All crack-tip information is obtained with a hybrid methodology that combines experimental full-field digital image correlation data and Williams' elastic model describing the crack-tip field.Universidad de Málaga. Campus de Excelencia Internacional Andalucía Tech

Some experimental observations of crack-tip mechanics with displacement data

Estudio de la mecánica en el vértice de la grieta mediante datos de desplazamiento.In the past two decades, crack-tip mechanics has been increasingly studied with full-field techniques. Within these techniques, Digital Image Correlation (DIC) has been most widely used due to its many advantages, to extract important crack-tip information, including Stress Intensity Factor (SIF), Crack Opening Displacement, J-integral, T-stress, closure level, plastic zone size, etc. However, little information is given in the literature about the experimental setup that provides best estimations for the different parameters. The current work aims at understanding how the experimental conditions used in DIC influence the crack-tip information extracted experimentally. The influence of parameters such as magnification factor, size of the images, position of the images with respect the crack-tip and size of the subset used in the correlation is studied. The influence is studied in terms of SIF and T-stress by using Williams’ model. The concept of determination of the K-dominance zone from experimental data has also explored. In this regard, cyclic loading on a fatigue crack in a compact tension (CT) specimen, made of aluminium 2024-T351 alloy, has been applied and the surface deformation ahead of the crack tip has been examined. The comparison between theoretical and experimental values of KI showed that the effect of subset size on the measured KI is negligible compared to the effect of size of the image.Universidad de Málaga. Campus de Excelencia Internacional Andalucía Tech

Sobrecargas en crecimiento de grietas por fatiga biaxial

El presente trabajo se centra en el estudio de grietas de fatiga bajo cargas biaxiales. Se presenta una nueva metodología para evaluar el efecto de las sobrecargas basada en la evaluación experimental del factor de intensidad de tensiones efectivo y de la apertura de la grieta (Crack Opening Displacement, COD). El estudio se ha realizado en probetas cilíndricas de acero de bajo contenido en carbono sometidas a cargas de tracción y torsión. Los datos experimentales se han obtenido mediante la técnica de correlación de imágenes digitales. Se ha comparado la evolución de la grieta con y sin sobrecarga. Además, se ha utilizado un procedimiento de detección de carga de apertura. Dicho procedimiento se había desarrollado previamente en fatiga uniaxial para el caso biaxial. Dicho procedimiento permite poner de manifiesto el cambio originado por un ciclo de sobrecarga.Universidad de Málaga. Campus de Excelencia Internacional Andalucía Tech

Evaluación de la zona plástica en fatiga para un acero bainitico mediante difracción de rayos x

En este artículo se presenta una nueva metodología para medir la zona plástica de una grieta en fatiga. Se han adquirido datos de difracción de rayos X sincrotrón para una probeta Compact Tension de acero bainítico, en el plano medio a través del espesor. Estos datos han sido traducidos a campos 2D de deformación en torno al vértice. Se ha generado un campo de deformación angular artificial para, en consonancia con los anteriores, obtener el campo de deformación equivalente de Von Mises. La aplicación de la ley de comportamiento elástico ha permitido hallar campos de tensión equivalente entorno al vértice de grieta. Así, se permite estimar la zona plástica y sus dimensiones. Finalmente se estudia la precisión de la metodología a través de una comparación con los modelos de zona plástica de Irwin y de Dugdale.Universidad de Málaga. Campus de Excelencia Internacional Andalucía Tech Los autores agradecen la financiación aportada para la realización de este trabajo al Ministerio de Economía y Competitividad (referencia MAT2016-76951-C2-2-P) y al Fondo Social Europeo a través de la Iniciativa de Empleo Juvenil (referencia UMAJI84)