روش عددي براي پيش بيني عمر خستگي تحت بارگذاري هاي نامتناسب

A novel numerical method for fatigue life prediction under non-proportional loadings

در اين تحقيق روش جديدي براي پيش‌بيني عمر خستگي تحت بارگذاري‌هاي نامتناسب ارائه شده است. اين روش عددي براي پيش‌بيني عمر خستگي مواد مختلف شامل فولاد 1045، فولاد 30CrNiMo8HH، تيتانيوم TC4، آلياژ منيزم AZ31B اكستروژن شده و آلومينيوم آلياژي 6061 تحت بارگذاري هاي متناسب و نامتناسب بكار گرفته ‌مي‌شود. روش ارائه شده در قالب دو اصلاحيه گسترش داده شده است. اصلاحيه اول با مرتبط كردن مقادير آسيب بارگذاري‌هاي متناسب و نامتناسب و اصلاح مقدار آسيب بارگذاري نامتناسب سعي در كاهش خطاي پيش‌بيني عمر خستگي تحت بارگذاري نامتناسب را داشته و اصلاحيه دوم با استفاده از ضريب سخت شوندگي نامتناسب و يك رابطه خطي مقدار آسيب در بارگذاري نامتناسب را اصلاح كرده و متعاقبا عمر خستگي هم مورد اصلاح قرار مي‌گيرد. در ادامه، اين روش روي چند مدل خستگي پركاربرد شامل ماكزيمم كرنش برشي، مدل SWT، مدل فاطمي-سوشي به علاوه مدل بابايي-قاسمي اعمال شده و نتايج با مشاهدات آزمايشگاهي مقايسه و صحت سنجي مي‌شود. ميزان تغييرات خطا و افزايش دقت پيش‌بيني عمر خستگي با روش ارائه شده با مقادير مقادير اصلاح نشده مقايسه و مورد بحث قرار گرفته است. نتايج نشان مي‌دهند روش ارائه شده براي تمام مواد مورد بررسي ميزان خطا در محاسبه عمر خستگي را به مقدار چشم‌گيري كاهش مي‌دهد.

The present study proposes a novel numerical method for fatigue life prediction under non-proportional loading. This method is employed for fatigue life estimation of different materials including 1045 Steel, 30CrNiMo8HH, Titanium TC4, extracted AZ31B Magnesium and Aluminum alloy 6061 under both proportional and non-proportional loadings. Basis of the method is developed in the framework of two numerical modifications. The first modification modifies fatigue damage parameters by correlating damage quantities of non-proportional loading to the proportional one. The second modification uses the same equation as the first one, but the corresponding damage coefficient is replaced by the additional hardening coefficient. In addition, these modifications are applied to fatigue damage parameters including maximum shear strain, SWT, Fatemi-Socie, and Babaei-Ghasemi model and are also verified against experimental observations available in literature. Furthermore, the obtained results are discussed in detail and are also compared to the non-modified findings. Moreover, the variation of the fatigue life prediction error is calculated for the aforementioned models. Finally, the results show consideration and implementation of these modifications significantly improves the accuracy of the predicted fatigue lives for all the studied cases.