Innovative vibration technique as a viable substitute for conventional three point bending fatigue testing

Abstract

Fatigue lifetime prediction of various materials under three-point-bending is generally limited to the long testing periods consumed and the economic inversion needed develop the test. The use of a vibration technique as a possible alternative to predict fatigue life can be an attractive cost effect option. An innovative vibration fatigue methodology is developed. The procedure uses geometric shape optimization along with finite element analysis to ensure that a specific three-point-bending stress pattern is mimicked in a given region of the test specimen while vibrating in the first resonance. The methodology was compared with three-point-bending tests for two different materials: FR-7140 foam and a sandwich composite. When compared to three-point bending tests results, the vibration technique showed to be very promising and lifetime predictions fell clearly within the ninety percent confidence levels of the three-point bending tests.

La predicción del tiempo de v ida en fatiga de diversos materiales, bajo la configuración de T.P.B. generalmente es limitado por su alto consumo de tiempo e inversión económica durante su desarrollo. Utilizar el concepto de vibraciones, como posible alternativa para predicción de vida en fatiga, se convierte en una opción atrayente, por la ventaja que ofrecen en el significativo ahorro de tiempo y dinero durante el desarrollo de sus pruebas. Este trabajo desarrolla una innovativa técnica de fatiga, utilizando vibraciones; valiéndose de las propiedades modales de los materiales y utilizando optimización geométrica de los especimenes. En esta técnica, el patrón de esfuerzos generados por vibraciones busca imitar la distribución de esfuerzos generados en los especimenes por T.P.B. y fue aplicada en dos materiales, foam FR-7140 y materiales Compuestos Sándwich, obteniendo resultados experimentales muy razonables comparados con los obtenidos por T.P.B.