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The coffin-manson law as a consequence of the statistical nature of the LCF surface damage

1992; Elsevier BV; Volume: 40; Issue: 9 Linguagem: Alemão

10.1016/0956-7151(92)90146-6

1873-2879

Y. Bréchet, T. Magnin, Didier Sornette,

Numerical methods in engineering

The transition between the Coffin-Manson law in low cycle fatigue and the Basquin law in high cycle fatigue is shown to be closely related to the microstructural aspects of damage accumulation in the two different fatigue domains. In LCF, the surface extension of microcracks is predominant whereas their bulk propagation is dominating in HCF. Along these lines, the Coffin-Manson law is derived using standard methods of statistical physics of disordered systems. The universality of the Coffin-Manson exponent for single-phased materials is shown to be a direct consequence of the statistical nature of damage accumulation due to the growth and the interaction of surface microcracks. On montre que la transition entre les lois de Manson-Coffin en fatigue oligocyclique et de Basquin en fatigue endurance correspond à des aspects microstructuraux liés à l'accumulation de l'endommagement qui varie suivant les domaines de fatigue. En fatigue oligocyclique, l'évolution à la surface des premières microfissures est essentielle alors que c'est leur propagation en volume qui est le moteur de leur évolution en fatigue endurance. Ainsi la loi de Manson-Coffin est-elle obtenue à partir d'une approche de physique statistique des systèmes désordonnés. Le caractère universel de l'exposant de la loi de Manson-Coffin pour les matériaux monophasés est une conséquence directe de la nature statistique de l'accumulation du dommage relié à l'évolution et aux interactions de microfissures de surface. Der Übergang zwischen dem Coffin-Manson-Gesetz im Bereich der Ermüdung mit niedrigen Zyklenzahlen und dem Basquin-Gesetz im Bereich hoher Zyklenzahlen hängt, wie gezeigt wird, eng mit den mikrostrukturellen Vorgängen der Schädigungsanhäufung in diesen beiden Bereichen zusammen. Im Bereich niedriger Zyklenzahlen wiegt die Erweiterung von Mikrorissen an der Oberflächen vor, im bereich hoher Zyklenzahlen dagegen deren Fortschreiten im Volumen. Anhand dieser Befunde wird das Coffin-Manson-Gesetz mittels Standardmethoden der statistischem Physik entordneter Systeme abgeleitet. Es wird gezeigt, daβ die Allgemneingültigkeit des Coffin-Manson-Exponenten für einphasige Materialien eine direkte Folge der statistischen Natur der Schädigungsanhäufung durch Wachstum und Wechselwirkung von Oberflächenrissen ist.