In-Situ Characterisation of Fatigue Crack Growth by a Combination of Advanced Techniques

Abstract

Denne oppgaven utforsker sprekkvekstutmatting ved samtidig bruk av flere avanserte metoder; infrarød termografi, akustisk emisjon, og høyhastighetsavbildning kombinert med digital bildekorrelasjon. Alle metodene ble brukt sammen i sprekkvekstutmattingstester, for å analysere sprekkvekstforløpet. Dette skapte utfordringer som måtte løses før verdifulle resultater kunne oppnås. Blant utfordringene kan nevnes; det eksperimentelle oppsettet med alle enheter (i), synkronisering av hele oppsettet (ii), og ikke minst valg av riktig testmateriale og lastforhold (iii). Eksperimentet førte til interessante funn fra hver av de brukte metodene. Dette tillot ikke bare analyse av data individuelt, men også sammenligning av data anskaffet ved hjelp av de ulike teknikkene. Dette inkluderte blant annet: • Sprekkvekstdata anskaffet ved hjelp av begge kameraene. • Målinger av spenningsfeltet, samt størrelse på plastisk sone målt med infrarødt kamera og høyhastighetskamera med tillegsanalyse i form av digital bildekorrelasjon. • Målinger av sprekklukking, samt effektiv spenningsintensitetsfaktor målt med infrarødt kamera og høyhastighetskamera med tillegsanalyse i form av digital bildekorrelasjon. • Energianalyse basert på infrarød og akustisk data. I tillegg gav testene en innsikt i hva som foregår i steg III av sprekkvekstforløpet, samt annen nyttig informasjon. Enkelte data fra de ulike teknikkene hadde god overenstemmelse, eksempelvis målinger av sprekklukking, mens andre, som målinger av størrelse på plastisk sone hadde noe større numeriske avvik. Utgangspunktet for eksperimentet ble oppfylt: å øke forståelsen av mekanismene som ligger bak sprekkvekstutmatting.

This work describes fatigue crack growth investigation by several advanced techniques applied concurrently; the infrared thermography, acoustic emission, and rapid video imaging combined with digital image correlation. All these methods have been used simultaneously in a Fatigue Crack Growth (FCG) test to analyse the crack growth. This posed challenges which had to be overcome before valuable results could be produced. These challenges included (i) the experimental setup of all the equipment, (ii) synchronising all devices in the setup, and (iii) choosing the right material and load conditions being the first. The experiment obtained new and interesting results from each technique. This not only allowed us to analyse the data individually, but also to compare data obtained by the different techniques. Some of the data acquired from the experiments were: • Crack growth data acquired by both cameras. • Stress field, and plastic zone size measurements by infrared thermography and highspeed photography aided by digital image correlation. • Crack closure and effective stress intensity based both on infrared thermography and high-speed photography aided by digital image correlation. • Energy analysis based on infrared and acoustic emission data. Additionally the tests gave insight into the processes underlying the stage III of the crack growth, and other useful information. Some of the data comparison between different techniques did show very good agreement, like the crack closure measurements, whereas some other showed slightly different results, e.g. the measurements of the plastic zone size. The general idea of the experiment was fulfilled, which was to gain better understanding of the mechanisms behind fatigue crack growth.