Prediction of Fatigue Crack Growth Rate and Stress Intensity Factors Using the Finite Element Method

Abstract

This study investigates crack growth and stress intensity factors via finite element methods in linear elastic fracture mechanics. The procedure involves estimating stress intensity factors (SIFs), crack trajectory, and fatigue life, using two different softwares in both two and three-dimensional analyses. Crack modeling was done in a variety of ways depending on the software. ANSYS Mechanical R19.2 and FRANC2D/L software were used to prognosticate fatigue crack growth, fatigue life, and associated stress intensity factors under plane stress state. Fatigue analysis was governed by Paris’s law and crack growth direction by the theory of maximum circumferential stress. The results show that the fatigue growth was attracted to the hole and either changes its direction to reach the hole or floats by the hole and grows as the hole is missed. The findings of the study agree with other experimental and numerical crack propagation studies presented in the literature.

Influência da distribuição de furos na taxa de crescimento de trinca por fadiga

“…Na figura 4 é apresentado a influência do raio do furo na evolução da trinca em relação a vida em serviço. [6] Influência da distribuição de furos na taxa de crescimento de trinca por fadiga Figura 4 -Avaliação da influência do raio no crescimento de trinca (N ciclos x Tamanho de trinca [mm]).…”

“…8) foram validados com a literatura. O estudo numérico proposto por [6], identificou que os espécimes CTS 02 e 04, direcionaram a trajetória do crescimento de trinca [6].…”

“…Por fim, é importante salientar que os dados apresentados nesse trabalho apresentam uma convergência com o autor [6].…”

“…Ao analisar uma trinca longa a força motriz aplicada na ponta da trinca é expressa em termos da variação do fator de intensidade de tensão (∆K) e de sua taxa de crescimento (da/dN), que são independentes da geometria do espécime e do comprimento da trinca (baseados no ∆K). Por definição as taxas de crescimento em trincas curtas são maiores do que em trincas longas e variam com o comprimento da trinca [5] O estudo de [6] investigou numericamente a influência da presença de furos e suas posições na taxa de crescimento de trinca em um espécime padronizado. Neste estudo numérico, os autores utilizaram um modelo de propagação de trincas baseado na lei de Paris, onde concluíram que as trincas crescem na direção dos furos.…”

Fatigue assessment of welded joints and crack growth considering residual stress

“…Maitireyimu et al [8] studied SIF in surface cracks in round bars under rotary bending types of loading. Fageehi [9] used computer codes ANSYS and FRANC2D/L to study fatigue crack growth by estimation of SIF.…”