Al-Alloy 2024-T4 Cumulative Biaxial Fatigue under Complex Loading

Master's Thesis , 1997 , 95 Pages

Engineering - Mechanical Engineering

A study of metal cumulative fatigue damage at multilevel stress programs using 2024- T 4 AI -Alloy is carried out in this investigation. Specimens are designed and fabricated. The tests are performed under multiaxial fatigue in phase combined loading bending and torsion, with zero mean stress (R=-l) at room temperature.
Five groups of multiaxial fatigue experiments are performed, constant amplitude, linear increasing and decreasing, Low-High loading sequence, High-Low loading sequence and equivalent flight loading fatigue.
Prediction of life specimens are studied at three methods:
Palmgren-Miner, Corten - Dolan, and Marsh. The methods are conservative to some specimens and non-conservative to another. The effects of stage life (ns) have been examined and fatigue life of specimens are decreased when the stage life is decreased.
Comparisons between High-Low & Low-High loading sequences in fatigue life (multi stress level) have been investigated. The Low-High loading sequence is less dangerous than High-Low loading sequence at the same stress range (equal loading stages).


Studies the effect of stress range fatigue life have been investigated and the fatigue life is decreased with increasing the stress range fatigue (having the same lowest stress).
For the fatigue of equivalent flight loading, the life is depend basically on stress range and the cruising interval this two parameters have been studied.

Inhaltsverzeichnis

• • Aircraft Fatigue
  • Literature Survey
  • Objectives
• • Introduction
  • Parameters Affecting Biaxial Fatigue
  • Multiaxial Fatigue Failure Theories
  • Cumulative Fatigue Damage Theories
• • Introduction
  • Material
  • Specimens Preparation
  • Test Rig
  • Applied Combined Loading
  • Test Series
• • Introduction
  • Group (1) Results
  • Group (2) Results
  • Group (3) Results
  • Group (4) Results
  • Group (5) Results
• • S-N Curve
  • Fatigue Limit
  • Cumulative Fatigue Damage Theories
  • Stage Life Effect On Fatigue Life
  • Loading Sequence Effect
  • Comparison Between Specimens Having Same Stress Difference (TH — TL) With Different Stress Level
  • Special Programs Represent Flight Loading
• • Conclusion
  • Recommendation & Future Work
• References

Zielsetzung und Themenschwerpunkte

Diese Arbeit untersucht das kumulative Ermüdungsverhalten der Aluminiumlegierung 2024-T4 unter komplexen mehraxialen Belastungen. Das Ziel ist es, die Auswirkungen verschiedener Belastungssequenzen, Stufenlebensdauern und Spannungsniveaus auf die Ermüdungsfestigkeit des Materials zu analysieren. Die Studie beinhaltet die experimentelle Überprüfung von fünf Gruppen von Ermüdungsproben unter verschiedenen Belastungsbedingungen, einschließlich konstanter Spannungsamplitude, linearer Spannungszunahme und -abnahme, Low-High-Belastungssequenzen, High-Low-Belastungssequenzen und äquivalenten Flugbelastungen. Die Ergebnisse werden mit drei gängigen Ermüdungsschädigungsmodellen (Palmgren-Miner, Corten-Dolan und Marsh) verglichen, um die Vorhersagegenauigkeit der Lebensdauer zu bewerten.

• Ermüdungsschädigung unter mehrstufigen Spannungsbelastungen
• Einfluss der Stufenlebensdauer auf die Ermüdungsfestigkeit
• Auswirkungen verschiedener Belastungssequenzen auf die Ermüdungsfestigkeit
• Bewertung verschiedener Lebensdauerprognosemethoden
• Ermüdungsverhalten unter Flugbelastungssimulationen

Zusammenfassung der Kapitel

Kapitel 1 bietet eine Einführung in die Ermüdung von Flugzeugstrukturen und ihre Bedeutung für die Flugsicherheit. Es werden die historischen Entwicklungen und Herausforderungen in der Ermüdungsanalyse von Flugzeugen sowie die relevanten Designrichtlinien und -anforderungen beleuchtet. Kapitel 2 befasst sich mit dem Thema der mehraxialen Ermüdung und beschreibt die verschiedenen Parameter, die das Ermüdungsverhalten beeinflussen, wie Isotropie, Mittelspannungseffekt, Phaseneffekt und Kerbwirkung. Es werden verschiedene Theorien zur Beschreibung des Ermüdungsversagens unter mehraxialen Belastungen vorgestellt, einschließlich der Theorien von Gough, der maximalen Schubspannung, der oktaedrischen Schubspannung, der äquivalenten Spannung und der kumulativen Ermüdungsschädigung. Kapitel 3 beschreibt die experimentelle Vorgehensweise, die in dieser Studie angewendet wurde, einschließlich der Materialeigenschaften, der Probenvorbereitung, des Prüfstands, der angewendeten kombinierten Belastung und der verschiedenen Belastungsprogramme. Kapitel 4 präsentiert die experimentellen Ergebnisse der fünf Gruppen von Ermüdungsproben. Für jede Gruppe werden die Belastungsprogramme, die Spannungsamplituden und die Lebensdauer der Proben detailliert dargestellt. Kapitel 5 diskutiert die Ergebnisse der Studie, einschließlich der Analyse der S-N-Kurve, der Ermüdungsgrenze und der Gültigkeit der drei Lebensdauerprognosemethoden. Es werden die Auswirkungen der Stufenlebensdauer, der Belastungssequenz und der Spannungsniveaus auf die Ermüdungsfestigkeit des Materials untersucht. Kapitel 6 fasst die wichtigsten Ergebnisse der Studie zusammen und gibt Empfehlungen für zukünftige Forschungsarbeiten.

Schlüsselwörter

Die Schlüsselwörter und Schwerpunktthemen des Textes umfassen die Ermüdungsfestigkeit von Aluminiumlegierungen, mehraxiale Belastung, kumulative Ermüdungsschädigung, Lebensdauerprognose, Flugbelastung, Stufenlebensdauer, Belastungssequenz und Spannungsniveaus. Die Studie analysiert die Auswirkungen verschiedener Parameter auf die Ermüdungsfestigkeit der Aluminiumlegierung 2024-T4 und liefert wertvolle Erkenntnisse für die Konstruktion und Lebensdauerbewertung von Flugzeugstrukturen.

• Author: Ph.D Mech. Eng. Wael Abdulmajeed (Author)
• Publication Year: 1997
• Pages: 95
• Catalog Number: V213420
• ISBN (eBook): 9783656416647
• ISBN (Book): 9783656417491
• Language: English
• Tags: fatigue, al-alloy, biaxial