Lineer olmayan kinematik pekleşme bünye denklemlerinin yorulma ömrü tahmininde uygulanması

Abstract

çevrimsel plastisite, çok-eksenli yorulma hesabı, çentik hesabı, yerel gerinim yaklaşımı, ve kritik yüzey. Yapısal elemanların çok-eksenli yorulma hesaplaması için yerel gerinim yaklaşımını temel alan hesaplamalı bir yöntem önerildi. Yöntem literatürde mevcut olan plastisite gerilim-gerinim ve yorulma hasarı modellerini kullanmaktadır ve önerilen yöntem bir bilgisayar programı haline getirildi. Bu çalışmada gerçekleştirilen yenilik, lineer olmayan kinematik pekleşme bünye denklemelerinin çok-eksenli doğrusal ve doğrusal olmayan yüklemeler için çentik gerilme-gerilme analizi amacıyla hesaplamaya modeli oluşturulmasıdır. İlk olarak, lineer olmayan kinematik pekleşme bünye denklemeleri kullanılarak çok- eksenli yalancı gerilme kavramına ile çentik gerilme-gerilme analizi amacıyla hesaplamaya modeli oluşturuldu. Yerel yorulma kuvvetlerinin hesaplanmasında isotrop- olmayan yapısal akma yüzeyi yerine oranti-sabitleri matrisi kullanıldı, ve hayali gerilim tensorü açılımında Jiang tarafından önerilen sinir yüzey kavramı kullanılarak yalancı gerilme-çentik gerinim eğrisi oluşturuldu. Bu yolla çevrimsel gerilim-gerinim eğrisinin oluşturulmasındaki sınırlamalar ortadan kaldırıldı. Geliştirilen çevrimsel çentik gerilme- gerinim hesaplanma modeli, Barkey tarafından yapılan burulma ve eksensel cekme- basma testlerinde çentik deformasyonlartnın hesaplanmasında ve gerinim benzetiminde kullanıldı. Hesaplanan çentik gerinim değerleri, deneysel verilerle karşılaştırıldı ve elde edilen sonuçlar hesaplama modelinin tutarlılığını gösterdi. Bükme ve burulma testlerinde SAE çentikli milinin ömür tahminleri yapıldı. ASME eşdeğer gerilim-gerinim parametreleri ve kritik yüzey hasar modelleri kullanılarak yapılan yorulma ömrü tahminleri ve hasar kritik noktalar deneysel sonuçlarla karşılaştırıldı. Deneysel ve hesaplama sonuçlarının oldukça uyumlu olduğu görüldü. Son olarak, bir alüminyum alaşım jantın çift eksenli köseleme yorulma testinin yapıldı. Önce hasar kritik bölgeler tahmin edildi. ASME eşdeğer gerinim parametresinin yüksek tekerlek yüklerinde iyi sonuçlar verdiği, ancak ASME eşdeğer gerilim parametrelerinin tüm testlerde güvenli olmayan ömrü tahminlerine yol açtığı gözlendi. Diğer taraftansa, kritik yüzey hasar parametrelerinin tüm deneysel sonuçlarla daha uyumlu olduğu ve doğrusal olmayan tekerlek köşeleme yüklerinin yorulma benzetimine uygun oldukları görüldü. Ayrıca, yerel gerinim yaklaşımında çatlak oluşum ömrünün, çift eksenli köseleme yorulma testinin benzetiminde güvenli sonuçlar verdiği ve tasarım mühendisliği açısından yapılan ömrü tahminlerinin yeteri kadar hassas olduğu görüldü.

APPLICATION OF NONLINEAR KINEMATIC HARDENING PLASTICITY FOR FATIGUE LIFE PREDICTION SUMMARY Keywords: cyclic plasticity, multiaxial fatigue analysis, notch analysis, local strain approach, and critical plane. A computational methodology based on local strain method is proposed for multiaxial fatigue damage analysis of structural components. The research contained herein is to develop an approximation method by adopting the nonlinear kinematic hardening plasticity model for notch stress-strain analysis under general proportional and nonproportional loadings. A mutliaxial cyclic stress-stress analysis based on the nonlinear kinematic hardening plasticity model is integrated with notch stress-strain analysis using pseudo stress concept. Anisotropy of structural yield surface is replaced with a matrix of scaling constants to describe local fatigue loads, and backstress expansion in nonlinear kinematic hardening plasticity modeling coupled with the limiting surface concept of Jiang is adopted to describe the pseudo stress-notch strain curve. The limitations in describing cyclic stress-strain curve are eliminated. The coupled cyclic plasticity - notch analysis methodology is employed in the simulation of notch root response of circumferentially notched round shaft tests of Barkey under cyclic proportional and nonproportional torsion - axial loads successfully. Coupled cyclic plasticity-notch analysis model is integrated with two groups of multiaxial damage models. The fatigue life predictions of SAE notched shaft specimen under proportional bending - torsion loads are conducted. Estimated fatigue critical locations correlates well for most of the test results. Moreover, relatively enhanced correlations are obtained compared to the published results in literature due to approach in computing all points on the notched section rather than notch root only. The proposed methodology is employed in fatigue test cycle predictions in biaxial wheel cornering tests. It is shown that ASME effective parameters provide better correlations at high wheel loads. Fatigue analyses using critical plane parameters based on stress- strain functions follow the experimental trends accurately with increasing load levels, thereby indicating that critical plane concept is an appropriate choice for fatigue damage analyses under nonproportional unbalanced loads in biaxial cornering tests. xvi