Estimation of crack opening level in low cycle fatigue using finite element method and digital image correlation

Crack closure is an important phenomena to consider when performing fatigue life assessments. The crack closure in low cycle fatigue regime becomes very complex, therefore a systematic study has been conducted. Various measurement techniques which was used to measure crack closure has been studied from literature. Digital Image Correlation (DIC) is a non-contact technique which can used to measure the crack propagation phenomena visually with the help of camera and a DIC software. There are some compliance methods which can be used to estimate the opening level of the crack from Crack Opening Displacement (COD) versus Stress hysteresis curve. But there is a requirement of a simple and robust method which can be used to measure opening level from COD versus Stress curve. In the initial phase of the thesis, Chaboche material model parameters of A4T and KSA30 railway axle steel is identified from the data of Low cycle fatigue experiment. This parameters are used to simulate crack propagation in Finite Element software ABAQUS. With the help of Finite Element results, a new simple and robust method is developed which is used in DIC results to measure crack opening level. Finally the experimental opening levels are compared with finite element opening levels.

La chiusura della crepa è un fenomeno importante da considerare durante l'esecuzione delle valutazioni di vita delle fatiche. La chiusura della crepa nel regime di affaticamento a ciclo basso diventa molto complessa, quindi è stato condotto uno studio sistematico. Le varie tecniche di misurazione utilizzate per misurare la chiusura delle fessure sono state studiate dalla letteratura. Correlazione di immagini digitali (DIC) è una tecnica senza contatto che può essere utilizzata per misurare visivamente i fenomeni di propagazione della crepa con l'aiuto della fotocamera e di un software DIC. Ci sono alcuni metodi di conformità che possono essere utilizzati per stimare il livello di apertura della crepa da Crack Opening Displacement (CKO) rispetto alla curva di isteresi Stress. Ma c'è un requisito di un metodo semplice e robusto che può essere utilizzato per misurare il livello di apertura dal COD contro la curva Stress. Nella fase iniziale della tesi, i parametri dei modelli di materiale Chaboche dell'asse dell'acciaio ferroviario A4T e KSA30 sono identificati dai dati dell'esperimento di fatica a basso ciclo. Questi parametri vengono utilizzati per simulare la propagazione delle cricche nel software Finite Element ABAQUS. Con l'aiuto di risultati di Finite Element, viene sviluppato un nuovo metodo semplice e robusto utilizzato nei risultati DIC per misurare il livello di apertura della crepa. Infine i livelli di apertura sperimentali vengono confrontati con i livelli di apertura degli elementi finiti.