Fatigue failure mode of AM lattice 
Cyclic loading is observed to induce catastrophic failure at a significantly lower stress than occurs for monotonic loading. This phenomenon, termed fatigue, was first formally investigated by August Wohler in the fatigue investigation of rolling stock axles. Subsequent research has led to a deep understanding of the fatigue failure mode. Fatigue occurs by various sequential phases, namely: 
\* crack-initiation phase, where in the absence of a pre-existing flaw, a crack is initiated by the action of some cyclic strain with this initiation exacerbated by stress concentrating local ef- fects, including local surface roughness and high stiffness microstructural phases \* crack-propagation phase that occurs in Which the initiated fatigue crack propagates at some constant rate according to the Paris crack-growth law i \* fracture phase, whereby the fracture toughness is insufficient to accommodate loading through the remaining cross-sectional area, and failure occurs,

Fatigue failure is catastrophic® and occurs without significant deformation or visibl warning and is therefore of significant importance for the design of high-value an safety-critical systems.Despite being an intensive research activity for over a century. the prediction of 
these fatigue phases is complex, and multiple relevant phenomena are observed. 
When the cyclically applied stress is plotted against the associated number of cycles 
to failure, an S-N curve is generated. Depending on the material type, loading conditions and environment, the S-N curve may display a monotonically decreasing relationship between stress and life, or the curve may display an endurance limit. At 
Stresses below the endurance limit, structures can theoretically accommodate unlimited cycles without failure. This endurance limit is typically associated with ferrous alloys and typically occurs at around 10 million cycles. The fundamental basis for the 
eXistence or absence of a fatigue-limit remains an open research question; however, 
for practical design it is important to note that S-N specimens are typically idealized 
"®Presentations of actual components, and that a theoretical fatigue limit can be absent 
Or specimens with the stress-concentrating geometry associated with as-manufactured 
Structures, or when loading occurs in harsh environments.
Fatigue remains an extremely challenging failure mode to repeatably Predicy, |, tigue prediction tools include stress, strain and fracture approaches; ofl (h \ stress-life approach is perhaps the most readily understood and will be refe 
this text. Due to the challenges of robust fatigue failure prediction, various deg 
losophies have evolved. including safe-life design. where the useful service.) system is defined and the fatigue-life is designed to exceed this value by some appro priate safety-factor: finire-life design. where a conservative prediction of fag gue life j 
used to identify when dynamically loaded components are to be removed from, Service: and damage-tolerant design. where the system is designed such that the over) system function is robust to fatigue failure. The practical utilization of these philosophies in 
the design of commercial AM systems remains an open DFAM research Opportunity. 
in particular. the opportunities inherent to AM structure design. These Opportunities include geometry optimization: prediction of plausible AM defects and their influence of fatigue response: and. damage-tolerant design strategies for lattice structures thy are robust to local strut failure. 
Fatigue is a weak-link failure-mode. and local stress-concentrating effects can significantly reduce the observed fatigue-life. AM lattice structures include significa 
opportunities for stress-concentrating effects at both the macro- and micro-scales, 
Macro-scale stress concentrations are related to the deformation characteristics that are associated with the structural determinacy of the lattice unit cell. The Maxwell 
number (Section 5.1.1) identifies lattice structures as being either bendingdominated or stretch-dominated. Accordingly, these lattice structures introduce distinct stress concentrations within the local geometry, particularly within the inter- secting nodes, and strut mid-span (Fig. 5.12). These local stress concentrations can be potentially mitigated by optimized design that enables variable local geometry;

however, relatively sparse research contributions have been made in this area. Even 
with robust design practices, AM lattices structures include numerous opportunities 
for geometric and microstructural artefacts of relevance to the fatigue failure mode. 
Geometric artefacts include partially attached particles. especially on downwardfacing surfaces; asymmetric distortion of structural features; stair-stepping effects; 
and artefacts introduced by digital data representations (Fig. 5.15). 
Very little data exists on the fatigue response of AM lattices structures due to the 
relatively recent nature of AM technologies and the significant technical effort required 
lo acquire robust fatigue data. This omission provides a significant research and commercial opportunity, especially for practically relevant scenarios: for example, the effects of variable amplitude loading, non-axial loading. local geometry, temperature 
and load ratio. In particular, the effect of cyclic load ratcheting is poorly understood, 
Whereby the observed plastic strain varies according to the associated number of cycles. This cumulative plastic strain can either increase in amplitude, resulting in relauvely low fatigue-life, or can stabilize, as is indicative of AM lattice structures that are 
robust to dynamic loading (Fig. 5.16). This phenomena is of critical importance to the 
design of cyclically loaded AM structures. but is poorly understood and remains a sigMficant DFAM research opportunity.

explain this in simple words
AM 격자 F의 에이티그 고장 모드주기적 하중은 단조로운 하중에서 발생하는 것보다 훨씬 낮은 응력에서 치명적인 파괴를 유도하는 것으로 관찰됩니다. 피로라고 불리는 이 현상은 철도 차량 차축의 피로 조사에서 아우구스트 볼러에 의해 처음으로 공식적으로 조사되었습니다. 이후 연구를 통해 피로 파괴 모드에 대한 깊은 이해가 이루어졌습니다. 피로는 다음과 같은 다양한 순차적 단계에 의해 발생합니다: \* 균열 개시 단계: 기존 결함이 없는 경우 일부 주기적 변형의 작용에 의해 균열이 시작되며, 이 시작은 응력이 집중되는 국부적 효과에 의해 악화됩니다, 국부 표면 거칠기 및 고강성 미세 구조 단계 \* 균열 전파 단계 파리 균열 성장 법칙에 따라 시작된 피로 균열이 일정한 속도로 전파되는 균열 전파 단계 \* 파단 단계, 파단 인성이 나머지 단면적의 하중을 수용하기에 불충분하여 고장이 발생함,피로 파괴는 치명적®이며 중대한 변형이나 눈에 보이는 경고 없이 발생하므로 안전이 중요한 고부가가치 시스템 설계에 매우 중요하며, 한 세기 이상 집중적인 연구 활동에도 불구하고 다음과 같은 예측은 이러한 피로 단계는 복잡하며 여러 가지 관련 현상이 관찰됩니다. 주기적으로 가해지는 응력을 고장까지의 관련 사이클 수에 대해 플롯하면 에 대해 플롯하면 S-N 곡선이 생성됩니다. 재료 유형, 하중 조건 및 환경에 따라 S-N 곡선은 응력과 수명 사이의 단조롭게 감소하는 관계를 표시하거나 곡선에 내구성 한계가 표시될 수 있습니다. 에서 내구성 한계 이하의 응력에서는 이론적으로 구조물이 고장 없이 무제한의 사이클을 수용할 수 있습니다. 이 내구성 한계는 일반적으로 철 합금과 관련이 있으며 일반적으로 약 1,000만 사이클에서 발생합니다. 내구성 한계에 대한 근본적인 근거는 피로 한계의 존재 여부는 아직 미해결 연구 과제로 남아 있습니다, 실용적인 설계를 위해서는 S-N 시편이 일반적으로 이상화되어 있다는 점에 유의하는 것이 중요합니다. "®실제 구성 요소의 프리젠테이션 및 이론적 피로 한계가 없을 수 있습니다. 또는 제조된 상태와 관련된 응력 집중 형상을 가진 시편 또는 구조물 또는 열악한 환경에서 하중이 발생하는 경우.피로는 반복적으로 예측하기 매우 어려운 고장 모드로 남아 있습니다. 피로 예측 도구에는 응력, 변형률 및 파괴 접근 방식이 포함됩니다. 이 텍스트. 강력한 피로 파괴 예측의 어려움으로 인해 다양한 deg 안전수명 설계를 포함하여 다양한 방법이 발전해 왔습니다.) 시스템이 정의되고 피로수명이 이 값을 초과하도록 설계되는 경우, 보수적으로 피로수명을 예측하는 방법인 피로수명 설계는 동적으로 부하가 걸린 구성 요소를 제거해야 하는 시기를 식별하는 데 사용되는 서비스: 및 손상 내성 설계는 시스템이 피로 고장에 견고하도록 설계되는 경우입니다. 상용 적층 제조 시스템 설계에서 이러한 철학의 실제 활용은 상업용 적층 제조 시스템 설계에서 이러한 철학의 실제 활용은 여전히 열린 DFAM 연구 기회입니다. 특히 적층 제조 구조 설계에 내재된 기회. 이러한 기회에는 형상 최적화, 그럴듯한 AM 결함의 예측 및 피로 응답에 미치는 영향, 그리고 국부 스트럿 파손에 강한 격자 구조의 손상 내성 설계 전략이 포함됩니다. 피로는 약한 링크 고장 모드이며 국소 응력 집중 효과는 관찰된 피로 수명을 크게 줄일 수 있습니다. AM 격자 구조는 거시적 규모와 미시적 규모 모두에서 응력 집중 효과가 발생할 수 있습니다, 거시적 규모의 응력 집중은 격자 단위 셀의 구조적 결정성과 관련된 변형 특성과 관련이 있습니다. 맥스웰 번호(섹션 5.1.1)는 격자 구조가 굽힘 지배적 또는 신축 지배적임을 식별합니다. 따라서 이러한 격자 구조는 로컬 지오메트리 내에서, 특히 단면 간 노드 및 스트럿 중간 스팬 내에서 뚜렷한 응력 집중을 유발합니다(그림 5.12). 이러한 국부 응력 집중은 가변적인 국부 지오메트리를 가능하게 하는 최적화된 설계를 통해 잠재적으로 완화될 수 있습니다;그러나 이 분야에 대한 연구는 상대적으로 드물었습니다. 심지어 강력한 설계 관행을 통해 적층 제조 격자 구조는 기하학적 및 미세 구조에 대한 수많은 기회를 피로 파괴 모드와 관련된 기하학적 및 미세 구조적 인공물이 발생할 수 있습니다. 기하학적 아티팩트에는 부분적으로 부착된 입자, 특히 아래쪽을 향하는 표면, 구조적 특징의 비대칭 왜곡, 계단식 효과 등이 포함됩니다; 디지털 데이터 표현으로 인한 아티팩트 등이 있습니다(그림 5.15). AM 격자 구조의 피로 반응에 대한 데이터는 거의 존재하지 않습니다.