Search

In this paper, a numerical simulation method of mixed-mode fatigue crack propagation was explored using the extended finite element method (XFEM) and the Virtual Crack Closure Technique (VCCT). Both 2D and 3D numerical models were selected to simulate the fatigue crack propagation of steel specimens. Two coefficients were proposed to calculate the equivalent energy release rate (Geq) for a better simulation of the mixed-mode fatigue crack propagation of S355 steel. The Walker equation and the calculation formula of Geq were realized by a user-defined subroutine. A set of optimal correction coefficients of mode II energy release rate (GII) and mode III energy release rate (GIII) were quantitatively comparing the simulation results and test data. The results will contribute to fatigue crack propagation prediction of steel structures in the civil engineering field.

There is a significant number of old metallic bridges with high levels of structural degradation due to their long service period. Fatigue problems are especially important in these structures since the majority of them were not designed taking into account this phenomenon. Several investigations showed that riveted joints are critical details since several fatigue cracks were found in these joints. In this sense, strengthening methodologies need to be studied. The strategy that has been considered a good solution is the implementation of injection bolts to replace faulty rivets. The structural performance of injection bolts has been demonstrated essentially under quasi-static conditions presenting good results. This paper intends to contribute to the scientific knowledge regarding the fatigue behavior of connections with preloaded injection bolts in the context of a bridge strengthening scenario. An experimental investigation was conducted to compare the fatigue performance of connections with preloaded injection bolts and preloaded standard bolts. Single and double shear connections were tested. New S–N design curves were proposed based on a statistical analysis of the results and compared with the S–N curves proposed in EC3-1–9. The obtained results showed that the use of injection bolts lead to lower scatter and improvement of fatigue life. It was verified that the Eurocode 3 is not able to represent the fatigue strength of connections whose performance is influenced by old metallic materials. Additionally, the fatigue behavior of these connections was assessed by numerical analysis. The relevance of the fatigue crack initiation was evident.

Recently, Huffman developed a strain energy density based on Walker-like stress life and fatigue crack growth behavior. In this paper, the Huffman model based on local strain energy density is used to predict the fatigue crack initiation and propagation for the P355NL1 pressure vessel steel. This model is combined with the generalized probabilistic fatigue model proposed by Correia aiming the generation of probabilistic fatigue crack initiation and propagation fields. In this study, the local stress and strains at the crack tip were obtained combining linear-elastic and elastoplastic analyses. The probabilistic fatigue crack growth rates fields for several stress R-ratios are estimated considering strain, SWT and equivalent stress amplitude damage parameters. A comparison between the experimental fatigue crack growth (FCG) data and the generated probabilistic FCG fields is made with very satisfactory correlations being found. В настоящее время Хаффман разработал концепцию плотности энергии деформации, основанную на циклической долговечности и развитии усталостной трещины по типу Волкера. Модель Хаффмана, базирующаяся на локальной плотности деформации, используется для прогнозирования инициирования и распространения усталостной трещины в стали P355NL1, применяемой в сосудах высокого давления. Данная модель сочетается с обобщенной вероятностной моделью усталости, ранее предложенной одним из соавторов, суть которой состоит в генерации вероятностных полей инициирования и распространения усталостных трещин. Получены локальные напряжения и деформации в вершине трещины, объединяющие их линейно-упругие и упругопластические составляющие. Для нескольких значений коэффициента асимметрии цикла напряжений R оценены вероятностные поля скоростей роста усталостных трещин с учетом параметров повреждения, параметра Смита–Ватсона–Топпера (SWT) и эквивалентных параметров амплитуды напряжения. Сравнение экспериментальных данных по приращению усталостной трещины с прогнозируемыми вероятностными полями ее роста показывает их тесную корреляцию. На сьогодні Хаффман розробив концепцію густини енергії деформації на основі циклічної довговічності і поширення тріщини від утомленості по типу Волкера. Модель Хаффмана, що базується на локальній густині енергії деформації, використовується для прогнозування ініціювання і поширення тріщини від утомленості в сталі P355NL1, яка використовується для виготовлення посудин високого тиску. Дана модель поєднується з узагальненою імовірнісною моделлю утоми, раніше запропонованою одним із співавторів, суть якої полягає в генерації імовірнісних полів ініціювання і поширення тріщин від утомленості. Отримано локальні напруження і деформації у вершині тріщини, що об’єднують їх лінійно-пружні і пружнопластичні складові. Для декількох значень коефіцієнта асиметрії циклу напружень R оцінено імовірнісні поля швидкостей росту тріщин від утомленості з урахуванням параметрів пошкодження, параметра Сміта–Ватсона–Топпера (SWT) й еквівалентних параметрів амплітуди напруження. Порівняння експериментальних даних щодо приросту тріщини від утомленості з прогнозованими імовірнісними полями її росту свідчить про їх тісну кореляцію.

Europe has a number of ancient riveted metallic bridges, constructed during the second half of the 19th century up to the middle of the 20th century, which are still in operation. In this paper, a unified approach is presented to generate probabilistic S-N curves to be applied to structural components, accounting for uncertainties in material properties. The approach is particularly demonstrated for a plate with a circular hole, made of puddle iron from the Portuguese Eiffel Bridge. This paper presents an extension of the local strain-based fatigue crack propagation model proposed by Noroozi et al. The latter model is applied to derive the probabilistic fatigue crack propagation field (p-S-Np field). The probabilistic fatigue crack initiation field (p-S-Ni field) is determined using a notch elastoplastic approach, to calculate the fatigue failure of the first elementary material block ahead of the notch root.