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Experimental and numerical simulation of 3D fatigue crack for plate-to-plate welded joints

Experimental and numerical simulation of 3D fatigue crack for plate-to-plate welded jointsS.T. Lie a,*, Z. Xiang b, B. Wang b, Z. Cen ba.시립이며 구조 공학, Nanyang 기술적인 대학, Nanyang 아비뉴, 싱가포르 639798, 싱가폴의 학교b.공학 역학, Tsinghua 대학, 북경 100084, People’s 중화민국의 부문Received 6 September 1999; received in revised form 6 December 1999; accepted 7 January 2000Abstract이 논문은 항상 비 로드-운송 십자형의 용접하게 되었던 곳의 용접 끝에 발견해 내게 되는 3차원 표면 pseudo-semi-elliptical cracks 들의 실험적이고 수의 스트레스 강도 요인들의 비교 제출한다. 현재의 잠재적인 Drop(ACPD)기술을 교체하는 것은 용접 toe를 따라 8개의 갈라진 크랙 깊이들을 측정하기 위해 사용되어，10 mm의 간격에 간격을 두게 되었다. 그러므로, 3차원 크랙 형태는 피로 테스트동안 특별한 주기들에 얻게 될 수 있다. 이행을 집어넣고 있는 서브 도매인 경계 요소들 방법과 크랙 정면에 따른 quarter-point 요소들는 크랙 증식과 그러므로，스트레스 intensity factors의 모의 실험을 하기 위해 사용된다. 효과적인 스트레스 강도 요인들을 평가하기 위한 새로운 공식이 제안된다. 수적결과는 대략적인 실험적 결과로 동의한다.?2000 Elsevier Science Ltd. All rights reserved.Keywords: Pseudo-semi-elliptical crack; Alternating current potential drop; Boundary element method; Effective stress intensity factors1. Introduction실험들 [ 1 ]은，그림에파수에, 강자성의 연강은 0.1mm의 표면 깊이를 가진다.교류가 결함에 저항하고 있는 표면을 통해 흐를 것을 강요당할 때, 흐름은 1개의 크랙 표면의 아래에서, 또는 다른 쪽의 위로 흐를 것이다. 선의 잠재적인 경사는 금속 표면의 안에 존재하기 위해 띠이게 되고, 크랙 위에 그림2 에서 나타낸 바와 같이 향한다. 크랙을 가로지른, 그리고 크랙에 인접한 잠재적인 저하의 측정은 다음과 같이 1 d의 갈라진 금 깊이의 계산식을 따른다.V_R PROPTO TRIANGLE _R(2)V_C PROPTO ( TRIANGLE _R +2d_1 )(3)V_R은 참조 잠재적인 저하인 곳에V_C가 십자 크랙의 potential drop,TRIANGLE _R는 참조 탐측기 크랙이다, 그리고TRIANGLE _C4는 십자의 크랙 탐측기 gap이다.Trus;{ V_C} over {V_R } PROPTO {( TRIANGLE _C +2d_1 ) } over { TRIANGLE _R}(4)and;d_1 = ( TRIANGLE _R /2) "{" V_C /V_R - TRIANGLE _C / TRIANGLE _R "}"(5)만약TRIANGLE _R과TRIANGLE _C이 Fig.1 처럼 보인다면, 1은 다음과 같아 보인다.d_1 = ( TRIANGLE /2) "{" V_C /V_R -1.0"}"(6)이와같이, reference probe gapTRIANGLE만은d_1을 결정하기 위해 필요하다. 다행히도,triangle는 그것이 용접 발끝의 요각을 통해 정확히 측정하기 더 쉽다. probe들은 나타낸 바와 같이 spot site를 따라, 그리고 그림1에서와 같이 놓인다. 완전한 128의 채널 multiplexer unit [ 11,12 ]을 가진 U10 크랙 마이크로 게이지라고 불리는 특별한 ACPD 도구는 이 probe들에 접속되어 있다. 한 개의 ACPD 사이트는 2대의 채널（64개의 고정된 ACPD의 총 용량을 가져오고 있는 크랙과 참조 문건들을 위한 각각의 위치를 차지하는 하나）을 필요로 }#{H_31 }& {A_32 }& {H_33 } } PMATRIX { {u_1 }# {x_2 }# {u_3 }}= BMATRIX { {G_11 }# {G_21 }#{G_31 }}t_1 + PMATRIX { {b_1 }#{b_2 }#{b_3 }}+ BMATRIX { {G_13 }#{G_23}#{G_33 } } t_3(10)nodal한 전치의 관계와 인터페이스tau_1에 관한 견인은 서브 도매인OMEGA _i-1를 위해 수의 분석으로부터 얻게 될 수 있다:t_1^i =B^i u_1^i +b_1^i(11)식(10)과 움직이는 u3에의 Eq.(11)의 관계와 다른 한편에서 t3가 측면을 대는, 식(10)이 다시 써질 수 있는 상기를 소개하는 것:BMATRIX { {A_11 }& {A_12 }& {-G_13 }# {A_21 }& {A_22 }& {-G_23 }# {A_31 }& {A_32 }& {-G_33 } } PMATRIX{{u_1 }#{x_2 }# {t_3}} = BMATRIX { {-H_13 }#{-H_23 }#{-H_33 }}u_3 + PMATRIX { {b_1 }# {b_2 }# {b_3 } }(12)여기서A_J1 =H_j1 -G_j1 B^iandb_j = b_j +G_j1 b^i이다.u_1와x_2를 제거하면서, nodal한 전치의 관계와 인터페이스tau_3에 관한 견인은 얻게 될 수 있다:t_3^i =B^i u_3^i +b_3^i(13)다음 서브 도매인OMEGA _i+1를 위해, 인터페이스tau_1^i+1가 같은 인터페이스와 ontains인 것OMEGA _i의tau_3^i와 같은 노드와 경계 요소. 인터페이스 상태는 뒤이어 계속되면서 있다:t_3^i = -t_1^i+1 ,u_3^i =u_1^i+1(14)(13) 식 산출로 상기의 인터페이스 상태를 대신한다.:t_1^i+1 = B^i+1 u_1^i+1 +b_1^i+1(15)여기서B^i+1 =-B^iandb_1^i+1 =-b_3^i서브 도매인OMEGA _i+1는, 지난 서브 도매인OMEGA _n까지, 같은 용접하게 되었던 공동의 discretization에서 사용되는 것에 따라 이렇게 두번째에서 구부러지는 것은 분석에 포함시키게 된다. 전형적인 Belzoni 그물코는 그림 5에서 제출받는다. 다른 갈라진 금 깊이를 위해, 크랙 표면의 그물코가 discretization에서 수정된다. 실험적 자료는 크랙 표면이 타원의 pseudo-semi로서 이 3차원 경우와 크랙 정면 형태에서 비틀리는 것을 매우 분명히 나타낸다. 그림 6(a)과 쇼(b)3차원은 표면 (그것은 실험적 결과에 의해 구성되었다)을 커브시켰다, 그리고 그림 3은 크랙의 실제 깊이 (즉 커브의 길이)를 보여준다. 각 탐측기에서의 십자가-부문의 프로필은 그림 6(c)에서 보여주게 된다. 그러므로, 매우 정확한 크랙 모델이 크랙 증식의 모의 실험을 하기 위해 필요하다. 그렇게 하기 위해, 이하의 가정과 단계는 사용된다: 스텝 1. 2개의 타원의 표면으로서의 나타낸 바와 같이 그림 6의 2개의 크랙 모퉁이의 형체를 띤다. 그것들의 각각은 이하의 식에 의해 나타내게 된다:{x^2 } over {a^2 }+ {y^2 } over {b^2 } + {z^2 } over {b^2 } =1(16)여기에서, 그리고 b는 각 모퉁이에 인접하여 2개의 실험적 점으로 결정될 수 있다.스텝 2. ，그 선 위에 실험적 점을 사용하면서, 크랙 표면과 자유로운 표면의 교차 제L 행을 얻는 선의 interpolation 방법을 사용한다.스텝 3. 모퉁이가 가리키는 2개의 크랙의 위치를 추정하기 위한 제L 행과 2개의 타원의 표면의 엇갈리고 있는 교차 점을 계산한다.스텝 4. 2개의 모퉁이 일부에 관한 이음매의 합리적인 수를 놓인다.스텝5. 크랙의 중간의 부품을 수정 어구를 써넣는 사용 운형자는 6개의 실험적 이음매 (실험적 이음매 1와 8는 그들의 나쁜 정밀도를 위해 뭅게 된다)로 향하고 있다.Fig. 5. (a) Typical boundary element mesh discretization; (b) boundary element ( TRIANGLE K_1^4 +8 TRIANGLE K_2^4 )^1/4(19)Lardner [ 17 ]는 성장율이 크랙 팁에 전치의 역의 구성 요소와 같다라고 가정했다.PHI _eff = LEFT | PHI _I RIGHT | + LEFT | PHI _II RIGHT |를 사용할 때 다음이 행해지고 있다.:TRIANGLE K_eff =( TRIANGLE K_1^2 +2 TRIANGLE K_2^2 )^1/2(20)3차원 케이스에서는, Tanaka [ 15 ]는 말했다:TRIANGLE K_eff = ( TRIANGLE K_1^4 + 8 TRIANGLE K_II^4 + TRIANGLE K_III^4 /(1-v))^1/4(21)Gefstle [18]은f( TRIANGLE K_I , TRIANGLE K_II , TRIANGLE K_III )의 삼차원 형태의 다른 가능성을 제시한다;TRIANGLE K_eff = (( TRIANGLE K_I +B LEFT | TRIANGLE K_III RIGHT | )^2 +2 TRIANGLE K_II^2 )^1/2(22)여기서 B는 경험 factor이다.사실, 20식의 확장 버젼은 다음과 같이 써질 수 있다.TRIANGLE K_eff = ( TRIANGLE K_eff^2 +2 TRIANGLE K_2^2 )^1/2(23)TRIANGLE K_eff = TRIANGLE K_I +B LEFT | TRIANGLE K_III RIGHT |를 사용하면, 한가지는22식을 얻을 수 있다.(18) - (21) 식의 엄격한 유래를 통하여 신뢰할 수 있는 결과를 얻는다. Eq.(22)는 심지어 조절할 수 있는 요인을 제공한다. 그러나, 모든 유래는 특정의 약간의 가정에 의거한다. 그것은 약간의 특례에 유효 할 뿐일지도 모른다. 불행하게도, 현재의 연구 안에서, 만족스러운 결과는 얻게 될 수 없다. 다른 깊이의 크랙들을 위해 Eq.(21)와 일정의 B를 혼자서 사용하는 것은 발견될 수 없다. 이것은PHI _eff = LEFT | PHI _I RIGHT | + 식

공학/기술| 2001.06.15| 22페이지| 3,000원| 조회(395)

crack, 성장, 크랙, fatigue, weld

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