Särön sulkeutuminen väsyttävässä kuormituksessa

Abstract

Työssä käydään läpi väsytyssärön sulkeutumista tutkivaa kirjallisuutta. Kirjallisuuskatsaus pitää sisällään ilmiön historiaa ja havainnollistavan kuvauksen tärkeimmistä väsytyssärön sulkeutumismekanismeista. Käsiteltävänä on myös kirjallisuudessa usein käytettyjä keinoja ja merkille pantuja haasteita ilmiön numeeriseen mallintamiseen liittyen.

Vaikka väsytyssärön kasvua kontrolloivasta kärjen jaksollisesta plastisuudesta tiedettiin jo kohtalaisen paljon vuosia aiemmin, särön sulkeutuminen kuormitusjakson vetoalueella jäi jostain syystä huomiotta, kunnes 1970-luvun vaihteessa Elber havaitsi väsytyssärön sulkeutuvan ulkoisen kuormituksen ollessa vielä vedolla. Havainto johti suuriin tutkimusponnisteluihin tutkijoiden yrittäessä ymmärtää ilmiötä syvällisemmin. Ilmiön avulla onkin kyetty lisäämään ymmärrystä väsytyssäröjen mekaniikasta merkittävällä tavalla. Särön ennenaikaisella sulkeutumisella on myös särönkasvunopeutta alentava vaikutus, minkä vuoksi ilmiöön sidonnainen potentiaalinen hyöty voi olla suuri, mikäli se tunnettaisiin riittävän hyvin.

The purpose of present work is to review literature on fatigue crack closure. Literature review includes a historical overview and an illustrative description of the primary mechanisms inducing crack closure in fatigue. Furthermore, established methods and difficulties reported in literature regarding numerical simulation of the phenomenon are examined.

Although cyclic plasticity, which controls fatigue crack propagation, was relatively well understood years before, it was not until the 1970s that crack closure under the tension phase of a load cycle was discovered. That was when Elber observed crack closure to take place despite an applied tensile load remaining active. His discovery led to extensive research efforts with researchers attempting to gain deeper understanding of the phenomenon, which has since aided in improving understanding of the mechanics of fatigue crack growth. In addition, crack closure has the effect of reducing fatigue crack growth rate, thus carrying potential to be of great value, given that it was understood well enough.