In this paper, the influences of build orientation and post-fabrication processes, including stress-relief, machining, and shot-peening, on the fatigue behavior of stainless steel (SS) 316L manufactured using selective laser melting (SLM) are studied. It was found that horizontally-built (XY) and machined (M) test pieces, which had not been previously studied in the literature, in both stress-relieved (SR) or non-stress-relieved (NSR) conditions show superior fatigue behavior compared to vertically-built (ZX) and conventionally-manufactured SS 316L. The XY, M, and SR (XY-M-SR) test pieces displayed fatigue behavior similar to the XY-M-NSR test pieces, implying that SR does not have a considerable effect on the fatigue behavior of XY and M test pieces. ZX-M-SR test pieces, due to their considerably lower ductility, exhibited significantly larger scatter and a lower fatigue strength compared to ZX-M-NSR samples. Shot-peening (SP) displayed a positive effect on improving the fatigue behavior of the ZX-NSR test pieces due to a compressive stress of 58 MPa induced on the surface of the test pieces. Fractography of the tensile and fatigue test pieces revealed a deeper understanding of the relationships between the process parameters, microstructure, and mechanical properties for SS 316L produced by laser systems. For example, fish-eye fracture pattern or spherical stair features were not previously observed or explained for cyclically-loaded SLM-printed parts in the literature. This study provides comprehensive insight into the anisotropy of the static and fatigue properties of SLM-printed parts, as well as the pre- and post-fabrication parameters that can be employed to improve the fatigue behavior of steel alloys manufactured using laser systems.

Impact resistance is one of the most critical features of composite structures, and therefore, its examination for a new material has a fundamental importance. This paper is devoted to the characterization of the fully recyclable thermoplastic ELIUM acrylic resin reinforced by glass fabric woven, which belongs to a new category of materials requiring advanced testing before their application in responsible elements of engineering structures. Its high strength, low weight as well as low production cost give excellent opportunities for its wide application in the automotive industry as a replacement of the thermoset-based laminates. The study presents an experimental work concerning the effect of damage due to low and high cyclic fatigue aging of two groups of specimens, first with the woven fabric orientations of [0°/90°]₄ and secondly with [45°/45°]₄, on the low impact velocity properties. The impact resistance was measured in terms of load peak, absorbed energy, penetration threshold and damage analysis. The low velocity impact results indicate that the uniaxial cyclic loading (fatigue aging) of the material leads to the reduction of impact resistance, especially at the high impact energy levels. Scanning Electron Microscopy (SEM) and Computed Tomography (CT) scan observations reveal that the damage area grows with the increase of both strain amplitude and impact energy.

The process of concrete cracking is a common problem because the first micro-cracks due to the loss of moisture may appear even before the concrete is loaded. The application of fracture mechanics allows for a better understanding of this problem. Steel-fiber-reinforced concrete (SFRC) samples with a notch were subjected to a three-point bending test, and the results for crack energy were used to analyze the concrete’s material properties. In this paper, an experimental and numerical analysis of SFRC with rapid changes in the force (F) crack mouth opening displacement (CMOD) curve (F-CMOD) is presented. In order to obtain the relevant F-CMOD diagrams, three-point bending tests were carried out with non-standard samples with a thickness equal to one-third of the width of standard samples. For analysis purposes, crimped steel fibers were adopted. A probabilistic analysis of the most important parameters describing the material in question, such as peak strength, post-cracking strength, crack mouth opening displacement (CMOD), fracture energy, and the post-cracking deformation modulus, was conducted. The tests and the analysis of their results show that the quasi-static numerical method can be applied to obtain suitable results. However, significant dynamic effects during experiments that influence the F-CMOD curves are hard to reflect well in numerical calculations.

Nowadays, additive manufacturing (AM) is revolutionizing production, enabling the rapid fabrication of objects in various sizes and shapes, including complex designs such as metallic foam, while significantly reducing material waste. This paper examines the effect of 3D printing parameters (Set A and Set B) on the mechanical behavior of a highly porous random open-cell lattice (HPROCL) in IN718 alloy produced by selective laser melting (PBF-LM). The modified build parameters were applied to reduce manufacturing cost and time while minimizing micro porosity in ligaments by increasing exposure time through reduced laser scanning speed or higher energy density. Furthermore, the researchers investigate ligament deformation, key stages of collapse and stability, its role in impact resistance, and how microstructure influences the hardening behavior of the HPROCL across a wide range of strain rates. The SEM-EDS elemental distribution analysis carried out on the tested specimens enabled to conclude that the foam printed with modified parameters (Set B) contained a lower content of the Laves phase and a higher amount of the δ-phase, which led to an increase in both static and dynamic compressive behavior of HPROCL in IN718 alloy.

Étude de la tenue à l’impact après vieillissement en fatigue, des composites stratifiés à base d’acrylique: La résistance à l'impact est l'une des caractéristiques les plus essentielles des structures composites, par conséquent, son examen pour un nouveau matériau a une importance fondamentale. Cette thèse de doctorat est consacrée à la caractérisation de la résine thermoplastique ELIUM Acrylique renforcée par un tissu de fibres de verre tissées, qui appartient à une nouvelle catégorie de matériaux nécessitant des tests poussés avant leur application dans l'industrie. Sa haute résistance, son faible poids ainsi que son faible coût de production offrent d'excellentes opportunités pour de nombreuses applications dans l'industrie automobile en remplacement des stratifiés à base de polymères thermodurcissables. Cette étude présente un travail expérimental en lien avec l'effet de l'endommagement dû au vieillissement en fatigue à faible et haut nombre de cycles, de deux groupes de composites [0°/90°]4 et [45°/ 45°]4, sur leurs résistances à l'impact basse et grande vitesse. Une comparaison entre les données expérimentales et les résultats issues des simulations numériques au moyen d'un modèle macroscopique proposé pour les échantillons GFRE [0°/90°]4 non vieillis de 1.8 mm d'épaisseur est présentée. La réponse des matériaux au chargement en fatigue a été évaluée à travers l'analyse de la variation de rigidité. Ce programme de vieillissement en fatigue a été interrompu pour une valeur donnée de la chute de la raideur, avant la rupture de l'éprouvette. La rigidité initiale a été réduite d'environ 17 % pour le composite GFRE [0°/90°]4, après les tests LCF ou HCF. Cette réduction était beaucoup plus prononcée dans le cas du composite GFRE [45°/45°]4. Elle était estimée à 48 %. La résistance à l'impact basse vitesse a été mesurée en termes de force maximale, d'énergie absorbée et de seuil de pénétration, tandis que la résistance à l'impact grande vitesse a été mesurée en termes de limite balistique et de dissipation de l'énergie totale. Les éprouvettes non vieillies impactées à des énergies de 5 J, 10 J et 30 J n'ont pas été perforées et arborent une grande capacité à faire rebondir l'impacteur. Les composites impactés, ayant été soumis au préalable à la fatigue à faible nombre de cycles (LCF) ont montré la plus forte diminution de la pente initiale sur courbes caractéristiques de la force en fonction du déplacement. Cette réduction significative de la rigidité est causée par la fissuration de la matrice et le décollement de l'interface entre les fibres et la matrice. La réduction de la force maximale pour les essais réalisés à une énergie d'impact de 50 J pour les composites vieillies : GFRE [0°/90°]4 et GFRE [45°/45°]4 était d'environ de 11 % et 19 %, respectivement. L'analyse de l'évolution de l'énergie absorbée lors des tests d'impact a permis de confirmer que les matériaux vieillis GFRE [45°/45°]4 présentaient la plus faible résistance aux chocs. Comme pour les résultats obtenus en impact basse vitesse, l'analyse de la dissipation d'énergie et de l'évolution de la force d'impact lors des essais de perforation a permis de conclure que les plaques composites GFRE [0°/90°]4, ayant au préalable subi un chargement en fatigue, avaient les meilleures performances balistiques et une dissipation d'énergie plus élevée que celle du composite GFRE [45°/45°]4. Il a également été observé que les composites GFRE [45°/45°]4 vieillis en fatigue par chargement cyclique à une contrainte inférieure ou supérieure à la limite élastique avaient des limites balistiques inférieures de 20 m/s à celles de composites vieillies GFRE [0°/90°]4. Les prédictions numériques des limites balistiques, des vitesses résiduelles ainsi que l'analyse de l'absorption d'énergie réalisée à l'aide du code éléments finis ABAQUS/Explicit ont montré un bon accord avec les données expérimentales et ont confirmé la pertinence de l'approche proposée.