Effect of dwell (hold) time on high temperature fatigue crack growth of AM components

Autor: Venkatesan, Hemanth
Jazyk: angličtina
Rok vydání: 2023
Předmět:
Druh dokumentu: Text
Popis: GKN Aerospace AB, Sweden (GAS) is one of the leading companies taking up the charge in manufacturing components using Additive Manufacturing(ed) (AM) techniques in the aerospace sector. They are a hub of engineering and they are a supplier of engine and engine components to the world’s leading aero-engine manufacturers, and airframes to civil and military aircraft manufacturers. A phenomenon that is of interest to designers at GAS is the effects of dwell times on high temperature fatigue, especially how this phenomenon affects the fatigue properties of Laser Powder Bed Fusion (LPBF) Inconel 718 (IN718). IN718 is a versatile alloy that can be used at relatively high temperatures and has excellent weldability and is one of the newer materials replacing expensive materials such as Titanium (and its alloys) in the aerospace industry. The aerospace industry has been pushing for an increase in parts manufactured using AM processes because of the advantage the AM process grants to the production process, however a new manufacturing process for an industry needs to be studied and researched from a failure perspective, i.e. the prominent mode of failure for components manufactured using AM and the underlying factors influencing the failure mechanism must be studied. This thesis explores a solution to predict the life of components based on experimental crack propagation tests wherein the test specimens were subjected to the phenomenon mentioned above. A literature survey was conducted researching ways to model this phenomenon and the factors affecting it. The methods found in the literature survey were far too complex to model for the purposes of this thesis, additionally the methods described in the literature were empirical methods describing the phenomenon, rather than a fundamental study of factors causing the phenomenon and ways to model their influence on the life of the component. Hence, a simple method based on the Palmgren-Miner linear damage summation rule which was coded in the form of a FORTRAN code was utilized to compute the life of the components. Software runs predicting life of physical experiments were conducted and inferences about the predictive method were drawn. The limitations of this method were understood and possible solutions were explored, based on which conclusions were drawn regarding the method’s efficacy in predicting the life of the specimens that underwent dwell loading during fatigue cycling. Finally, the method was applied to a case study to understand the effectiveness of the method.
GKN Aerospace AB, Sverige (GAS) är ett av de ledande företagen som tar upp kampen vid tillverkning av komponenter med hjälp av additiv tillverkning (AM) inom flyg- och rymdsektorn. De är ett nav för ingenjörskonst och de är en leverantör av motorer och motorkomponenter till världens ledande tillverkare av flygmotorer, och civila och militära flygplanstillverkare. Ett fenomen som är av intresse för designers på GAS är effekterna av uppehållstider på högtemperaturutmattning, särskilt hur detta fenomen påverkar utmattningen egenskaper hos Laser Powder Bed Fusion (LPBF) Inconel 718 (IN718). IN718 är en mångsidig legering som kan användas vid relativt höga temperaturer och har utmärkt svetsbarhet och är ett av de nyare materialen som ersätter dyra material såsom titan (och dess legeringar) inom flygindustrin. Flygindustrin har drivit på för en ökning av delar som tillverkas med additiva tillverkningsprocesser på grund av den fördel som tillverkningsprocessen ger en ny tillverkningsprocess för en industri behöver dock studeras och forskat ur ett misslyckandeperspektiv, dvs. det framträdande sättet att misslyckas för komponenter som tillverkats med hjälp av additiv tillverkning och de bakomliggande faktorer som mekanismen måste studeras. Denna avhandling utforskar en lösning för att förutsäga livslängden för komponenter baserat på experimentella sprickutbredningstester där provexemplaren utsattes för fenomenet som nämns ovan. En litteraturstudie genomfördes för att undersöka olika sätt att modellera detta fenomenet och de faktorer som påverkar det. Metoderna som framkom i litteraturstudien var alldeles för komplexa för att modellera för denna avhandling, dessutom är metoderna som beskrivits i litteraturen var empiriska metoder som beskriver fenomenet, snarare än en grundläggande studie av de faktorer som orsakar fenomenet och sätt att modellera deras inverkan på komponentens livslängd. Därav en enkel metod baserad på Palmgren-Miners linjära skadesummeringsregel som kodades i form av en FORTRAN-kod användes för att beräkna livslängden för komponenterna. Programvarukörningar som förutspådde livslängden för fysiska experiment genomfördes och slutsatser om den prediktiva metoden drogs. Begränsningarna med denna metod förstods och möjliga lösningar utforskades. Som låg till grund för de slutsatser som drogs om metodens effektivitet när det gäller att förutsäga livslängden för de prover som genomgick uppehållsbelastning underutmattningscykling. Slutligen tillämpades metoden på en fallstudie för att förstå effektiviteten avmetod.
Databáze: Networked Digital Library of Theses & Dissertations
Externí odkaz: