Influence of loading sequence and stress ratio on Fatigue damage accumulation of a structural component

 

Hélder F. S. G. Pereira*, Abílio M.P. de Jesus*^§, Alfredo S. Ribeiro*^§, António A. Fernandes*^‡

 

^*UCVE, IDMEC – Pólo FEUP, Rua Dr. Roberto Frias, 4200-465 Porto, Portugal.

^§University of Trás-os-Montes and Alto Douro, Engineering Department,  Quinta de Prados, 5001-801 Vila Real, Portugal.

^‡University of Porto, Faculty of Engineering, Rua Dr. Roberto Frias, 4200-465 Porto, Portugal.

hfpereira@portugalmail.pt

 

ABSTRACT: This paper presents experimental results about the fatigue damage accumulation behaviour of a structural component made of P355NL1 steel. The structural component is a rectangular double notched plate. Two and multiple alternated constant amplitude block sequences were applied for various combinations of remote stress ranges. Three stress ratios were investigated, namely R=0, R=0.15 and R=0.3. Variable amplitude blocks were also investigated according predefined stress spectra. Constant amplitude data was also generated which is applied for damage calculation purposes. In general, the block loading demonstrates that fatigue damage evolves nonlinearly with the number of loading cycles, function of the load sequence, stress level and stress ratios. Generally, the application of variable amplitude loading suggests an important stress ratio effect on fatigue damage accumulation. In particular, a clear load sequence effect is verified for the two block loading, with null stress ratio. For the other (higher) stress ratios, the load sequence effects are almost negligible; however the damage evolution still is non-linear.

Keywords: Fatigue Damage; Stress Ratio; Loading Sequence; Structural Component; P355NL1 steel.

 

RESUMO: Este artigo apresenta resultados experimentais relativos à acumulação de dano de fadiga de um componente estrutural de aço P355NL1. O componente estrutural é uma placa rectangular com duplo entalhe. Foram aplicadas sequências de dois e múltiplos blocos de carga de amplitude constante, para várias combinações de razões de tensão remotas, nomeadamente R=0, R=0.15 e R=0.3. Também foram analisados os efeitos da aplicação de blocos de amplitude variável, aplicados de acordo com um espectro de carga predefinido. Este estudo foi complementado com resultados de ensaios realizados em amplitude constante, os quais serviram para os cálculos de acumulação de dano. Em geral, o carregamento por blocos demonstra que o dano provocado por fadiga apresenta uma evolução não linear com o número de ciclos de carga, sendo esta evolução de dano função da sequência de carga, do nível de tensão e da razão de tensões. Geralmente, a aplicação de carregamentos de amplitude variável indicia um importante efeito da razão de tensões na acumulação de dano por fadiga. Particularmente, é observado um efeito claro da sequência de carga nos carregamentos compostos por dois blocos de carga, com razão de tensões nula. Para as outras razões de tensões (altas), os efeitos da sequência de carga são praticamente desprezáveis; contudo a evolução de dano continua a ser não linear.

Palavras chave: Dano à Fadiga; Razão de Tensões; Sequência de Carga; Detalhe Estrutural; Aço P355NL1.

 

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