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Fatigue crack growth in anisotropic aluminium sheets–phase-field modelling and experimental validation

Kalina, Martha und Schöne, Vanessa und Spak, Boris und Paysan, Florian und Breitbarth, Eric und Kästner, Markus (2023) Fatigue crack growth in anisotropic aluminium sheets–phase-field modelling and experimental validation. International Journal of Fatigue, 176. Elsevier. doi: 10.1016/j.ijfatigue.2023.107874. ISSN 0142-1123.

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2MB

Offizielle URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0142112323003754

Kurzfassung

Fatigue crack growth is decisive for the design of thin-walled structures such as fuselage shells of air planes. The cold rolling process, used to produce the aluminium sheets this structure is made of, leads to anisotropic mechanical properties. In this contribution, we simulate the fatigue crack growth with a phase-field model due to its superior ability to model arbitrary crack paths. A fatigue variable based on the Local Strain Approach describes the progressive weakening of the crack resistance. Anisotropy regarding the fracture toughness is included through a structural tensor in the crack surface density. The model is parameterised for an aluminium AA2024-T351 sheet material. Validation with a set of experiments shows that the fitted model can reproduce key characteristics of a growing fatigue crack, including crack path direction and growth rate, considering the rolling direction.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/196785/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Fatigue crack growth in anisotropic aluminium sheets–phase-field modelling and experimental validation
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Kalina, MarthaTU DresdenNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Schöne, VanessaVanessa.Schoene (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Spak, BorisTU DresdenNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Paysan, FlorianFlorian.Paysan (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Breitbarth, EricEric.Breitbarth (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-3479-9143142538402
Kästner, MarkusTU DresdenNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:3 August 2023
Erschienen in:International Journal of Fatigue
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:176
DOI:10.1016/j.ijfatigue.2023.107874
Verlag:Elsevier
ISSN:0142-1123
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Phase-field, Fracture, Fatigue crack growth, Aluminium sheets, Anisotropy
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HGF - Programm:Luftfahrt
HGF - Programmthema:Umweltschonender Antrieb
DLR - Schwerpunkt:Luftfahrt
DLR - Forschungsgebiet:L CP - Umweltschonender Antrieb
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):L - Werkstoffe und Herstellverfahren
Standort: Köln-Porz
Institute & Einrichtungen:Institut für Werkstoff-Forschung > Metallische Strukturen und hybride Werkstoffsysteme
Hinterlegt von: Schöne, Vanessa
Hinterlegt am:18 Sep 2023 10:35
Letzte Änderung:19 Sep 2023 08:05

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