Study of low cycle fatigue crack closure phenomena using digital image correlation and finite element method

Fatigue life of mechanical components play vital role in robust design and is crucial for safe functionality of components. For fatigue life assessments Crack Closure is an important phenomena to be considered. Specially in Low Cycle Fatigue it becomes more complex, therefore a systematic study has been performed to evaluate the opening stresses of different materials. A variety of techniques can be found in literature to identify the opening stresses, but still a robust technique needs to be introduced. Still, there is a need for a unique method which could be acceptable universally. In this thesis, Low Cycle Fatigue experiments has been performed on three materials at different strain ranges and strain ratios to study the Crack Closure, using Digital Image Correlation. Different methodologies were implied to study the Closure phenomena. Later, Low Cycle Fatigue experiments were performed on KSA30 and A4T Steel to identify the material model, Chaboche Model. Finally, FEM simulations were performed for crack propagation to compare the numerical results with experimental ones.

La durata a fatica dei componenti meccanici gioca un ruolo vitale nella progettazione robusta ed è fondamentale per la funzionalità sicura dei componenti. Per valutare la vita a fatica, la Crack Closure è un fenomeno importante da considerare. Specialmente nella fatica a basso numero di cicli diventa più complesso, pertanto è stato condotto uno studio sistematico per valutare gli stress di apertura di diversi materiali. Una varietà di tecniche può essere trovata in letteratura per identificare le tensioni iniziali, ma ancora una tecnica robusta deve essere introdotta. Tuttavia, vi è la necessità di un metodo unico che possa essere accettabile universalmente. In questa tesi, gli esperimenti di Low Cycle Fatigue sono stati condotti su tre materiali con diverse gamme di deformazione e rapporti di deformazione per studiare la chiusura del crack, usando la correlazione dell'immagine digitale. Diverse metodologie sono state implicite per studiare i fenomeni di chiusura. Successivamente, gli esperimenti di Low Cycle Fatigue sono stati eseguiti su KSA30 e A4T Steel per identificare il modello di materiale, Chaboche Model. Infine, sono state eseguite simulazioni FEM per la propagazione delle cricche per confrontare i risultati numerici con quelli sperimentali.