Fatigue crack growth in T welded joint of aluminium alloy

Abstract

In this present work, application of fracture mechanics is used to present a fatigue crack initiation and growth of friction stir welded (FSW) T joint plate made of aluminum alloy AA2024 –T351. All analyzed models are made from aluminum alloy 2024-T351.The properties of materials in the areas of joints and geometry measures of FSW joint are adopted from available experiments. The effect of crack growth on fatigue life of unstiffened and stiffened structures is considered by using the numerical method based on finite elements - extended Finite Element Method (XFEM). ABAQUS software and Morfeo are used to display the results of the growth of cracks in welded T joint plates of FSW in all regions. Three point – bending load is applied, with stress intensity ratio R = 0. Tension fatigue load is also applied with different stress ratio of R = (0.5, 0, and -1) All analyzed models are made from aluminum alloy 2024-T351. Material properties in joints zones and geometry mesures of FSW joint are adopted from available experiments. Following examples are analyzed: - Example 1 Finite element modelling of butt welded joint under static pure Three - Point Bending Load - Example 2 Finite element modelling of T welded joint under static pure Three - Point Bending Load - Effect of stiffeners on fatigue crack propagation of welded plate - Example 1 Finite element modelling of butt welded joint under static tensile loading - Example 2 Finite element modelling of T welded joint under static tensile loading - Example 3 Finite element modelling of double T welded joint under static tensile loading - Effect of stress ratio on fatigue crack propagation of double T welded joint plate under static tensile loading - Example 1 Stress ratio of 0.5 - Example 2 Stress ratio of 0 - Example 3 Stress ratio of -1 - Experimental Validation of Numerical Results of friction stir welded T-joints Following results are obtain - Numerical computations: - Points coordinates of crack front x, y, z for every progression step, - Distributions of stress intensity factors- KI along crack front for each progressions step, - Fatigue life in form of applied load number change - N for each step of propagation. - Fatigue crack growth rates are plotted versus the distribution of stress intensity factors – KI. - Experimental Validation of Numerical Results of friction stir welded T-joints is analysed with the following: - Fatigue life in form of applied load number change - N for each step of propagation.

U ovom radu su prikazani inicijacija i rast prsline u T spoju ploče od aluminijumske legure AA2024 –T351, zavarenom mešanjem trenjem (Friction Stir Welding - FSW), primenom mehanike loma. Svi analizirani modeli su napravljeni od legure 2024-A351. Osobine materijala i dimenzije u oblasti FSW spoja su usvojene na osnovu dostupnih eksperimenata. Uticaj rasta prsline na zamorni vek neukrućenih i ukrućenih konstrukcija je razmatran primenom numeričkih metoda zasnovanih na analizi konačnim elementima – proširenoj metodi konačnih elemenata (PMKE). Korišćeni su softverski paketi ABAQUS i Morfeo za prikaz rezultata rasta prsline u svim oblastima T spojevia ploča zavarenih mešanjem trenjem. Urađeno je ispitivanje savijanja u tri tačke, sa odnosom napona R = 0. Takođe je zadato i zatezno zamorno opterećenje za različite odnose napona (0.5, 0 i -1). Svi analizirani modeli su napravljeni od legure 2024-A351. Osobine materijala i dimenzije u oblasti FSW spoja su usvojene na osnovu dostupnih eksperimenata. Analizirani su sledeći primeri: - Primer 1 Modeliranje konačnim elementima sučeonog zavarenog spoja pod čistim statičkim savijanjem u tri tačke - Primer 2 Modeliranje konačnim elementima T zavarenog spoja pod čistim statičkkim savijanjem u tri tačke - Uticaji ukrućenja na napredovanje zamorne prsline zavarene ploče - Primer 1 Modeliranje konačnim elementima sučeonog spoja pod statičkim zateznim opterećenjem - Primer 2 Modeliranje konačnim elementima T zavarenog spoja pod statičkim zateznim opterećenjem - Primer 3 Modeliranje konačnim elementima dvostrukog T spoja pod statićkim zateznim opterećenjem - Uticaj odnosa napona na napredovanje zamorne prsline u dvostrukom T zavarenom spoju pod statičkim zateznim opterećenjem - Primer 1 Odnos napona 0.5 - Primer 2 Odnos napona 0 - Primer 3 Odnos napona -1 - Eksperimentalna verifikacija numeričkih rezultata dobijenih za T spojeve zavarene mešanjem trenjem Dobijeni su sledeći rezultati - Numerički proračuni: - Koordinate x, y i z za vrh prsline u svakom koraku, - Raspodele faktora intenziteta napona – KI duž fronta prsline u svakom koraku, - Zamorni vek izražen preko broja promena primenjenog opterećenja – N za svaki korak napredovanja prsline. - Brzine rasta zamorne prsline su prikazane u odnosu na raspodelu faktora intenziteta napona – KI. - Eksperimentalna verifikacija numeričkih rezultata ispitivanja T spojeva zavarenih mešanjem trenjem, uključujući i: - Zamorni vek izražen preko broja promena primenjenog opterećenja – N za svaki korak.