Investigación

 

Experimental accelerated method for determining fatigue in aluminum 2024 alloy

 

V. A. Yermishkinª, P. A. Tamayo Meza^b, I. N. Ovchinnikov^c, J. M. Sandoval Pineda^b, L. A. Flores Herrera^b and G. J. Gutiérrez Paredes^b

 

^a Russian Academy of Sciences, A.A.Baikov, Institute of Metallurgy and Materials Science, Lenninsky Prospekt 49, Moscow, Russian Federation

^b Instituto Politécnico Nacional, Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica, U. Azcapotzalco, SEPI; Avenida delas Granjas 682, Col. Santa Catarina, Del. Azcapotzalco, México, D.F.

^c Bauman Moscow State Technical University, 2-nd Baumankaya Street, 5-1 Moscow, Russian Federation e-mail: ptamayom@ipn.mx; patamayo@prodigy.net.mx

 

Received 22 July 2013.
Accepted 9 September 2013.

 

Abstract

The time of developing a main fatigue crack resulting in a fracture represents only 10 to 30% of the life of a specimen. The method proposed by Paris and Erdorgan analyzes the kinetics of developing a main fatigue crack based on the theoretical framework of fracture mechanics. However, this method cannot be applied to fully analyze the crack incubation process stage, which is a fundamental part of the specimen life time according to this theory. Therefore we propose to solve this problem of fracture mechanics approach by means of a high resolution photometric and phase analysis for structure images (PHASI), evaluating the life of the material by analyzing structural damage of the specimen surface fragments by PHASI, experimentally constructing fatigue curves using 2—4 specimens and photometrically analyzing the specimen surfaces before and after the tests.

Keywords: Fatigue; fracture; resolution photometric; phase analysis.

 

Resumen

Al momento de desarrollarse una grieta magistral como resultado de un proceso de fatiga, se representa solo un 10 al 30 % de la vida del espécimen. El método propuesto por Paris y Erdogan analiza la cinética de desarrollo de una grieta causante de la fractura por fatiga, dentro del marco teórico de la mecánica de la fractura. Sin embargo, de acuerdo a esta teoría, este método no es aplicable para analizar completamente la etapa del proceso de incubación de la grieta, que es una parte fundamental del tiempo de vida del espécimen. Por lo tanto, se propone para resolver esta inconsistencia de la mecánica de la fractura, un método fundamentado en el análisis fotométrico de imágenes estructurales (PHASI), evaluando la vida del material por análisis del daño estructural de los fragmentos superficiales del espécimen, y construyendo experimentalmente las curvas de fatiga usando 2-4 especímenes, y analizando fotométricamente las superficies del material antes y después de los ensayos de fatiga.

Descriptores: Fatiga; fractura; resolución fotométrica; análisis de fase.

 

PACS: 62.20.mm; 61.50.Ks; 32.30.Jc; 81.40.Tv

 

DESCARGAR ARTÍCULO EN FORMATO PDF

 

Acknowledgments

El presente trabajo fue posible dentro del marco del proyecto SIP N°20121012, Instituto Politécnico Nacional, Secretaría de Investigación y Posgrado; y proyecto CONACyT, N° 84309. Al personal del Laboratorio 20, Instituto de Metalurgia BAIKOV, Academia de Ciencias de Rusia; a los alumnos del Programa de posgrado del IPN, M.C. Ignacio Bautista Adame, por la realización de los ensayos de simulación y procesamiento de los datos.

 

References

1. P.C. Paris, and F. Erdogan, Journal of Basic Engineering 85 (1963) 528.         [ Links ]

2. M.A. Miner, J. Appl. Mech., 12 (1945) A159.         [ Links ]

3. A.Z. Palmgren, Z. Ver. Deutsch. Ing. 68 (1924) 339        [ Links ]

4. Z. Hashin, A. Roten, A Cumulative Damage Theory of Fatigue Failure. Scientific Report N°. 3, TAU-SOEI395-77, Grant AFOSR 76-3014. Dept. of Solid Mechanics, Materials and Structures, School of Engineering, Tel Aviv University, Israel, (1977).         [ Links ]

5. Ch. Kittel, Introduction Physics to Solid State, 8_th Ed. (Wiley, 2005).         [ Links ]

6. V.A. Yermishkin, D.P. Murat, V.V. Podbel'skiy, Informatsionnye Tekhnologii 11 (2007) 65.         [ Links ]

7. V.A Yermishkin, D.P. Murat, V.V. Podbel'skiy, Avtomatizatsiya i Sovremennye Tekhnologii, 2 (2008) 11.         [ Links ]

8. V.I. Fedosyev, Resistance of Materials. In Russian. Moscow: (Bauman Moscow State Technical University, 1999), pp 589.         [ Links ]

9. V.A. Yermishkin, Yu. D. Lepeshkin, D.P. Murat, I.N. Ovchin-nikov, Method of Photometric Diagnostics of Materials Structural State according to the Data of the Analysis of the Digital Coded Image of their Surface. Pat. No. 2387974. Byull Izobr 13,(2010) 14.         [ Links ]

10. V.A. Yermishkin, Yu. D. Lepeshkin, D.P. Murat, I.N. Ovchinnikov, Determinación de la capacidad de trabajo del material a la fatiga mediante el uso del programa PHASI. Conferencia Internacional" New Horizont en la aviación" M.:ASTEC'07. pp.58-59.         [ Links ]

11. I.I. Novikov, V.A. Yermishkin, Physical Mechanics of Real Materials. (Ìoscow: Nauka, 2004) pp. 321.         [ Links ]

12. V.A. Yermishkin, Yu. D. Lepeshkin, D.P. Murat, and I.N. Ovchinnikov, Method of Photometric Diagnostics of Materials Structural State according to the Data of the Analysis of the Digital Coded Image of their Surface. Pat. No. 2387974. Byull Izobr 13 (2010).         [ Links ]