Fatigue behaviour of a structural steel under non-proportional multiaxial loading

 

Luís Reis^*, Bin Li, Manuel de Freitas

 

Department of Mechanical Engineering, Instituto Superior Técnico, Av. Rovisco Pais, 1049-001 Lisboa

E-mail: lreis@ist.utl.pt

 

ABSTRACT: This paper reports experimental studies on the fatigue behaviour of 42CrMo4 steel under non-proportional loading conditions. Although the 42CrMo4 steel is widely used in complex stressed components such as shafts, etc, most of the studies in the literature were on the uni-axial fatigue behaviour of this steel. The objective of this work is to study the mechanical behaviour of the steel 42CrMo4 under specified multiaxial fatigue loading conditions, which will allow a better understanding of the ratio between normal and shear stress, and validate the fatigue damage models. A series of tests were carried out in load control for several multiaxial fatigue loading paths. Experimental results show that the ratio between normal stress and shear stress components has a strong influence to fatigue damage and consequently to fatigue life. Multiaxial fatigue damage models based on the shear stress amplitude are applied to correlate the test results, improved correlation results are shown.

Keywords: Multiaxial fatigue, Non-proportional loading, Plasticity, Cyclic hardening, Multiaxial Fatigue models.

 

RESUMO: Este artigo apresenta um estudo sobre o comportamento em fadiga multiaxial do aço 42CrMo4, sob condições de carregamento não proporcional. Embora o aço 42CrMo4 seja utilizado em muitos componentes mecânicos, a maioria dos estudos referenciados na literatura apenas referem o seu comportamento em fadiga uniaxial. O objectivo deste trabalho é estudar o comportamento mecânico do aço 42CrMo4 sob condições especificas de carregamento, as quais permitirão um melhor entendimento do rácio entre a componente da tensão normal e da tensão de corte e consequentemente validar os modelos de dano à fadiga. Foram realizados vários testes, em controlo de carga, para diferentes trajectórias de carregamento. Os resultados experimentais mostram que o rácio entre a componente da tensão normal e da tensão de corte tem uma forte influência no dano à fadiga e consequentemente na vida à fadiga. São utilizados modelos de dano à fadiga multiaxial, baseados na amplitude da tensão de corte, para correlacionar com os resultados experimentais. Com o novo rácio obtém-se uma melhor correlação dos resultados.

Palavras chave: Fadiga multiaxial, Carregamento não-proporcional, Plasticidade, Encruamento cíclico, Modelos fadiga multiaxial.

 

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REFERENCES

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