Please use this identifier to cite or link to this item: http://elartu.tntu.edu.ua/handle/lib/32721

Title: Prediction of SMA residual lifetime taking into account mechanical properties under constant amplitude loading
Other Titles: Прогнозування залишкової довговічності СПФ з урахуванням розкиду характеристик механічних властивостей за сталої амплітуди навантаження
Authors: Ясній, Петро Володимирович
Дивдик, Олександр Васильович
Ясній, Володимир Петрович
Ясній, Олег Петрович
Yasniy, Petro
Dyvdyk, Oleksandr
Iasnii, Volodymyr
Yasniy, Oleh
Affiliation: Тернопільський національний технічний університет імені Івана Пулюя, Тернопіль, Україна
Ternopil Ivan Puluj National Technical University, Ternopil, Ukraine
Bibliographic description (Ukraine): Prediction of SMA residual lifetime taking into account mechanical properties under constant amplitude loading / Petro Yasniy, Oleksandr Dyvdyk, Volodymyr Iasnii, Oleh Yasniy // Visnyk TNTU. — Tern. : TNTU, 2020. — Vol 98. — No 2. — P. 5–13.
Bibliographic description (International): Yasniy P., Dyvdyk O., Iasnii V., Yasniy O. (2020) Prediction of SMA residual lifetime taking into account mechanical properties under constant amplitude loading. Visnyk TNTU (Tern.), vol. 98, no 2, pp. 5-13.
Is part of: Вісник Тернопільського національного технічного університету, 2 (98), 2020
Scientific Journal of the Ternopil National Technical University, 2 (98), 2020
Journal/Collection: Вісник Тернопільського національного технічного університету
Issue: 2
Volume: 98
Issue Date: 10-Jun-2020
Submitted date: 15-May-2020
Date of entry: 29-Sep-2020
Publisher: ТНТУ
TNTU
Place of the edition/event: Тернопіль
Ternopil
DOI: https://doi.org/10.33108/visnyk_tntu2020.02.005
UDC: 539.3
Keywords: псевдопружний сплав з пам’яттю форми
залишкова довговічність
рівняння Періса
моделювання
втомна тріщина
коефіцієнт інтенсивності напружень
cyclic loading. pseudoelastic shape memory alloy
residual lifetime
Paris equation
modeling
fatigue crack
stress intensity factor
Number of pages: 9
Page range: 5-13
Start page: 5
End page: 13
Abstract: Сплави з пам’яттю форми широко застосовують у багатьох галузях відносно недавно, однак вже відомі випадки їх руйнування. Оскільки розвиток науки та техніки висуває нові підвищені вимоги до безпеки таких важливих конструкцій і, зокрема, до пристроїв, які в них використовуватимуться, постає питання: як довго такі елементи конструкцій можна експлуатувати. Для відповіді на це запитання необхідно вміти прогнозувати залишкову довговічність таких сплавів. Діаграми втомного руйнування (ДВР) зазвичай містять значний розкид, котрий можна врахувати, приміром, побудувавши розподіл параметрів, що входять до рівняння, яким описують ДВР. Тому потрібно прогнозувати ріст втомних тріщин з урахуванням розкиду характеристик механічних властивостей, попередньо визначивши статистичний розподіл параметрів циклічної тріщиностійкості, зокрема сталих С і n рівняння Періса. Відомо, що параметри рівняння Періса взаємозалежні. Розглядаючи C як випадкову змінну, яка змінюється від зразка до зразка, можна врахувати існуючий розкид даних. Дефекти, котрі виявляють в елементах конструкцій, часто мають форму поверхневих півеліптичних тріщин. Швидкість росту втомної тріщини псевдопружного NiTi сплаву досліджували експериментально за одновісного розтягу циліндричних зразків діаметром 8 мм при кімнатній температурі на повітрі на сервогідравлічній випробувальній машині СТМ-100. Запропоновано методику прогнозування залишкової довговічності циліндричних зразків з поверхневою півеліптичною тріщиною із СПФ, котра ґрунтується на розв’язанні системи рівнянь, що описують поширення тріщини, куди входять параметри навантаження та характеристики циклічної тріщиностійкості, з урахуванням їх статистичного розкиду та зміни форми фронту тріщини під час її поширення. Побудовано кумуляти розподілу довговічності зразків діаметром 2r для різної відносно початкової глибини тріщини (b/r = 0,25; 0,36; 0,5; 0,75) та коефіцієнта форми півеліптичної тріщини (1/3; 1/2; 2/3; 3/4).
Shape memory alloys are widely used in medicine, bioengineering, aerospace, mechanical, civil engineering and other areas. Though they haven’t been used for a long period of time, nevertheless, there are already known cases of SMA failure in structural elements. Therefore, there arises the question: how long can such structural elements be under operation. To answer this question, it is necessary to predict the residual lifetime of such alloys. The development of science and technology demands new increased requirements for the safety of such important structural elements, and, in particular, to the used devices. Fatigue crack growth (FCG) diagrams are generally significantly scattered, that can be taken into account, for instance, by building the distribution of parameters, which are involved in the equation describing the FCG diagram. Therefore, it is necessary to be able to predict FCG taking into account the scatter of mechanical properties, preliminary determined statistical distribution of crack growth resistance parameters, particularly, parameters of C and n of Paris equation. It is known, that the parameters of Paris equation are mutually dependent. Therefore, considering C as random variable, that changes from the specimen to specimen, it is possible to take into account the existing data scatter. The defects, which are found in the structural elements, have frequently the form of semi–elliptical cracks. FCG rate of pseudo–ellastic NiTi alloy was studied experimentally under uniaxial tension of cyllindrical specimens with a dimater of 8 mm at room temperature on air at servo-hydraulic testing machine STM-100. A methodology for predicting the residual lifetime of SMA cylindrical specimens with a semi-elliptical surface crack is proposed. The methodology is based on solving the system of differential equations describing crack propagation, load parameters and cyclic crack grow resistance, taking into account their statistical scatter and change of crack front shape. There were plotted the cumulative distribution functions of lifetime of specimens with a diameter of 2r for different initial crack depth (b/r = 0.25; 0.36; 0.5; 0.75) and the crack shape factor.
URI: http://elartu.tntu.edu.ua/handle/lib/32721
ISSN: 2522-4433
Copyright owner: © Тернопільський національний технічний університет імені Івана Пулюя, 2020
URL for reference material: https://doi.org/10.33108/visnyk_tntu2017.04.007
https://doi.org/10.1016/B978-0-12-803581-8.10084-0
https://doi.org/10.3221/IGF-ESIS.39.15
https://doi.org/10.1520/STP511-EB
https://doi.org/10.15407/mfint.42.01.0069
https://doi.org/10.1115/1.3656900
https://doi.org/10.1016/j.crme.2016.04.002
https://doi.org/10.33108/visnyk_tntu2018.04.007
https://doi.org/10.1080/01621459.1954.10501232
https://doi.org/10.1016/0013-7944(85)90117-1
References (Ukraine): 1. Yasniy P. et al. Calculation of constructive parameters of SMA damper. Sci. J. TNTU. 2017. Vol. 88, No. 4. P. 7–15. https://doi.org/10.33108/visnyk_tntu2017.04.007
2. O’Brien B., Weafer F. M., Bruzzi M. S. Shape Memory Alloys for Use in Medicine. Comprehensive Biomaterials II / ed. Ducheyne P. Oxford: Elsevier, 2017. P. 50–78. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-803581-8.10084-0
3. Krejsa M. et al. Probabilistic prediction of fatigue damage based on linear fracture mechanics. Frat. ed Integrità Strutt. 2017. Vol. 11. No. 39. P. 43–159. https://doi.org/10.3221/IGF-ESIS.39.15
4. HELLER R. A. Probabilistic Aspects of Fatigue, STP-511, American Society for Testing and Materials, Philadelphia. 1972. 203 p. https://doi.org/10.1520/STP511-EB
5. Shatskyi I. P., Perepichka V. V., Ropyak L. Y. On the Influence of Facing on Strength of Solids with Surface Defects. Met. Noveishie Tekhnol. 2020. Vol. 42. No. 1. P. 69–76. https://doi.org/10.15407/mfint.42.01.0069
6. Paris P., Erdogan F. A Critical Analysis of Crack Propagation Laws. J. Basic Eng. ASME, 1963. Vol. 85. No. 4. P. 528–533. https://doi.org/10.1115/1.3656900
7. Madsen H. O., Krenk S., Lind N. C. Methods of structural safety, Prentice-Hall Inc., Englewood Cliffs, New Jersey. 1986. 407 p.
8. Yasniy O. P., Lapusta Y. Effect of the defect initial shape on the fatigue lifetime of a continuous casting machine roll. Comptes Rendus Mécanique. 2016. Vol. 344. No. 8. P. 596–602. https://doi.org/10.1016/j.crme.2016.04.002
9. Iasnii V. et al. Experimental study of pseudoelastic NiTi alloy under cyclic loading. Sci. J. TNTU. 2018. Vol. 92. No. 4. P. 7–12. https://doi.org/10.33108/visnyk_tntu2018.04.007
10. Anderson T. W., Darling D. A. A Test of Goodness of Fit. J. Am. Stat. Assoc. [American Statistical Association, Taylor & Francis, Ltd.], 1954. Vol. 49. No. 268. P. 765–769. https://doi.org/10.1080/01621459.1954.10501232
11. Wu S.-X. Shape change of surface crack during fatigue growth. Eng. Fract. Mech. 1985. Vol. 22. No. 5. P. 897–913. https://doi.org/10.1016/0013-7944(85)90117-1
12. Nishitani N., Chen D. Stress Intensity Factor for a Semi-Elliptic Surface Crack in a Shaft under Tension. Trans. Japan Soc. Mech. Eng. Ser. A. 1984. Vol. 50. No. 453. P. 1077–1082.
References (International): 1. Yasniy P. et al. Calculation of constructive parameters of SMA damper. Sci. J. TNTU. 2017. Vol. 88, No. 4. P. 7–15. https://doi.org/10.33108/visnyk_tntu2017.04.007
2. O’Brien B., Weafer F. M., Bruzzi M. S. Shape Memory Alloys for Use in Medicine. Comprehensive Biomaterials II, ed. Ducheyne P. Oxford: Elsevier, 2017. P. 50–78. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-803581-8.10084-0
3. Krejsa M. et al. Probabilistic prediction of fatigue damage based on linear fracture mechanics. Frat. ed Integrità Strutt. 2017. Vol. 11. No. 39. P. 43–159. https://doi.org/10.3221/IGF-ESIS.39.15
4. HELLER R. A. Probabilistic Aspects of Fatigue, STP-511, American Society for Testing and Materials, Philadelphia. 1972. 203 p. https://doi.org/10.1520/STP511-EB
5. Shatskyi I. P., Perepichka V. V., Ropyak L. Y. On the Influence of Facing on Strength of Solids with Surface Defects. Met. Noveishie Tekhnol. 2020. Vol. 42. No. 1. P. 69–76. https://doi.org/10.15407/mfint.42.01.0069
6. Paris P., Erdogan F. A Critical Analysis of Crack Propagation Laws. J. Basic Eng. ASME, 1963. Vol. 85. No. 4. P. 528–533. https://doi.org/10.1115/1.3656900
7. Madsen H. O., Krenk S., Lind N. C. Methods of structural safety, Prentice-Hall Inc., Englewood Cliffs, New Jersey. 1986. 407 p.
8. Yasniy O. P., Lapusta Y. Effect of the defect initial shape on the fatigue lifetime of a continuous casting machine roll. Comptes Rendus Mécanique. 2016. Vol. 344. No. 8. P. 596–602. https://doi.org/10.1016/j.crme.2016.04.002
9. Iasnii V. et al. Experimental study of pseudoelastic NiTi alloy under cyclic loading. Sci. J. TNTU. 2018. Vol. 92. No. 4. P. 7–12. https://doi.org/10.33108/visnyk_tntu2018.04.007
10. Anderson T. W., Darling D. A. A Test of Goodness of Fit. J. Am. Stat. Assoc. [American Statistical Association, Taylor & Francis, Ltd.], 1954. Vol. 49. No. 268. P. 765–769. https://doi.org/10.1080/01621459.1954.10501232
11. Wu S.-X. Shape change of surface crack during fatigue growth. Eng. Fract. Mech. 1985. Vol. 22. No. 5. P. 897–913. https://doi.org/10.1016/0013-7944(85)90117-1
12. Nishitani N., Chen D. Stress Intensity Factor for a Semi-Elliptic Surface Crack in a Shaft under Tension. Trans. Japan Soc. Mech. Eng. Ser. A. 1984. Vol. 50. No. 453. P. 1077–1082.
Content type: Article
Appears in Collections:Вісник ТНТУ, 2020, № 2 (98)



Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.