The numerical calculations the state of reduced stress in the plate with the slot at the biaxial load made it possible to determine areas of stress concentration around the top of the slot. It was shown that the highest of reduced stress concentration occurred in the plate with a flat slot with dimensions of l = 20 mm, r = 0.25 mm, c = 0.5 mm when the slope of the main axis of the slot forms an angle α = 30° and α = 60° for biaxial load, i.e. Pz = 100 kN and compression Py = –100 kN (pure shear case). The stress concentration factor k depending on the method of plate load, slot geometry and angle of inclination the main axis of the slot takes values from k = 3.07 to k = 18.69 for a flat slot when the inclination of the main axis of the slot formed an angle α = 0° and angle α = 90°; from k = 2.81 to k = 18.42 in the case of a flat slot when the slope of the main axis of the slot formed an angle α = 45° and from k = 2.83 to k = 18.48 for a flat slot when the inclination of the main axis of the slot formed an angle α = 30° and angle α = 60°. Significant values of reduced stresses concentration in the top area of the slot are usually the cause of microcracks, which under the influence of variable loads may initiate the propagation of fatigue cracks and lead to destruction of the machine element or construction element.
PL
Jedną z przyczyn powstawania i rozwoju pęknięć zmęczeniowych jest występowanie spiętrzenia naprężeń miejscowych, powstających wokół otworów, szczelin, podcięć, wgłębień kątowych w materiale oraz kołnierzy. Pęknięcia zmęczeniowe rozwijają się od tzw. ognisk, które powstają w miejscach spiętrzenia naprężeń. Znanych jest szereg metod analitycznych, eksperymentalnych i numerycznych podejmujących problem analizy stanu naprężenia w płytach lub tarczach zawierających otwory i szczeliny. Celem pracy jest numeryczna analiza stanu naprężenia w tarczy ze szczeliną, wykonanej ze stali S235JR, poddanej dwuosiowemu obciążeniu i na tej podstawie wskazanie miejsc spiętrzenia naprężeń wokół wierzchołka szczeliny.
Celem pracy jest analiza wpływu warunków brzegowych na stan naprężenia i ugięcia w perforowanych płytach prostokątnych obciążonych powierzchniowo ciśnieniem lub siłą skupioną. Obliczenia przeprowadzono dla płyt perforowanych zawierających 100 otworów o średnicy 15 mm i podziałce otworów 25 x 25 mm metodą elementów skończonych za pomocą programu NX Nastran. Przeprowadzone obliczenia wykazały, że utwierdzenie brzegów płyty perforowanej w stosunku do brzegów swobodnie podpartych powoduje zmniejszenie wartości zarówno ugięcia maksymalnego jak i obniżenie maksymalnego naprężenia redukowanego w przypadku obciążenia: a) ciśnieniem odpowiednio o 90% i 170% b) siłą skupioną przyłożoną w środku płyty odpowiednio o 56% i 32%.
Celem pracy jest analiza wpływu kąta fazowego przesunięcia pomiędzy momentami zginającym i skręcającym φ na trwałość zmęczeniową próbek w procesie inicjacji i propagacji pęknięć zmęczeniowych. Przeprowadzone w pracy obliczenia numeryczne trwałości stali konstrukcyjnych 10HNAP i 18G2A przy cyklicznym zginaniu ze skręcaniem umożliwiły poznanie wpływu kąta fazowego przesunięcia φ na ich trwałość. Do obliczeń wykorzystano modele Parisa, Formana, Dowlinga– Begleya i Gasiaka–Rozumka w formie zmodyfikowanej, które zweryfikowano doświadczalnie. Wykazano, że maksymalny wzrost trwałości próbek wykonanych ze stali 10HNAP wyniósł 77,5%. Natomiast maksymalny wzrost trwałości próbek ze stali 18G2A był równy 59,1%.
Przedmiotem artukułu jest optymalizacja śrub w zespole korbowód-stopa korbowodu silnika SW 680 Leyland, z uwagi na równomierny rozkład obciążenia na wszystkie zwoje gwintu. Optymalizacja geometrii śruby polegała na częściowym stoczeniu zwoi gwintu pełnego pod określonym kątem. Obliczenia stanu naprężenia prowadzono metodą elementów skończonych, przy użyciu programu Nastran/Patran. Wykazano, że optymalnym kątem częściowego stoczenia pełnego zarysu gwintu okazał się kąt 3⁰, przy którym obciążając śrubę siłą rozciągającą 29 kN, uzyskano obniżenie naprężenia redukowanego o 12% oraz bardziej równomierny rozkład obciążenia zwoi gwintu w porównaniu do śruby klasycznej o pełnym zarysie gwintu.
EN
The paper concerns optimization of screws in the unit including connecting-rod – connecting rod big end of the SW 680 Leyland motor related to uniform distribution of loading on all the thread coils. Optimization of screw geometry insists in partial turning of the thread coil at a determined angle. The stress state calculations were performed with the finite element method and the Nastran/Patran program. It has been shown that the angle 3⁰ is the optimum angle of partial turning of the thread contour. At that angle, when the screw was loaded by the tensile force 29 kN, we obtained the reduced stress decreased by 12%, and more uniform distribution of the thread coil as compared with the traditional screw (not optimized).
The paper contains analysis of the stress state and deflection in perforated plates loaded by external pressure and normal concentrated force. The necessary calculations were made with the finite element method and the program CATIA. The calculation results have been compared with the experimental data.
PL
W praktyce inżynierskiej często wykorzystuje się płytowe elementy konstrukcyjne, w których nawiercono szereg otworów stanowiących gęstą, regularną siatkę. Takie ustroje nośne nazywa się siatkowymi dźwigarami powierzchniowymi [1]. Lekkie cienkościenne ustroje o strukturze periodycznej wykorzystuje się m.in.przy projektowaniu aparatury chemicznej, np. ściany sitowe wymienników ciepła [2], czy jako elementy przesiewaczy materiałów sypkich lub mogą pełnić rolę płyt montażowych. Analityczną metodą wyznaczania stanu naprężenia w płytach perforowanych kołowych i prostokątnych zaproponowano w pracach [2, 3], w których zastosowano modele obliczeniowe, wymagające zastosowania metod numerycznych. W przypadku projektowania płyt perforowanych inżynier powinien dysponować topografią rozkładu stanu naprężenia w okolicy otworów, gdyż w tych strefach, w wyniku kumulacji naprężeń mogą wystąpić mikropęknięcia. Metoda elementów skończonych daje możliwość uzyskania szczegółowej mapy naprężeń w płycie perforowanej.
W pracy przedstawiono wyniki badań wpływu jednocyklowego przeciążenia na trwałość zmęczeniową próbek wykonanych ze stali 10HNAP i 18G2A. Badania przeprowadzono w warunkach złożonego stanu obciążenia, tj. zginania ze skręcaniem przy stosunku amplitudy momentu zginającego do skręcającego Mag/Mas = 1,73 oraz 0,57. Przeciążenie o współczynnikach kj = 1,5 i 2,0 zadano jednokrotnie dla każdej próbki przy określonej długości pęknięcia zmęczeniowego. Wykazano, że jednocyklowe przeciążenie próbek z ostrym karbem poddanych zginaniu ze skręcaniem powoduje zwiększenie ich trwałości o około 36% dla stali 10HNAP i około 39% dla stali 18G2A.
EN
The paper presents the test results concerning the influence of one-cycle overload on the fatigue life of specimens made of 10HNAP and 18G2A steels. The tests were performed under complex loading, i.e. bending with torsion for the ratios of bending moment and torsional moment Mag/Mas = 1.73 and 0.57. Overload for coefficients kj = 1.5 and 2.0 was applied one time for each specimen under a given length of a fatigue crack. It has been shown that onecycle overload of specimens with a sharp notch subjected to bending with torsion causes an increase in their fatigue life by about 36% for 10HNAP steel and about 39% for 18G2A steel.
Przedmiotem artykułu jest numeryczna analiza stanu naprężenia i ugięcia w utwierdzonych oraz swobodnie podpartych, perforowanych płytach prostokątnych obciążonych centralnie siłą skupioną. Obliczenia prowadzono metodą elementów skończonych. Uzyskano rozkłady naprężeń wokół otworów na całej powierzchni płyty perforowanej. Wyniki obliczeń numerycznych w przypadku płyty utwierdzonej na brzegach porównano z rezultatami uzyskanymi dla identycznej płyty swobodnie podpartej.
EN
The work is the numerical analysis of the state of stress and deflection in restrained and simply supported perforated rectangular plates loaded centrally concentrated force. Calculations were carried out by finite element method. Obtained stress distribution around the holes on the entire surface of the perforated plate. The results of numerical calculations for the plate clamped at the edges compared. Results obtained for identical plate simply supported.
W rzeczywistych elementach maszynowych często występują złożone stany obciążenia takie jak zginanie ze skręcaniem, stąd zachodzi konieczność weryfikacji istniejących modeli opisujących trwałość zmęczeniową w zakresie propagacji pęknięć zmęczeniowych. Celem pracy jest szczegółowa analiza wpływu kąta fazowego przesunięcia φ na trwałość zmęczeniową Nf próbek w procesie inicjacji i propagacji pęknięć zmęczeniowych. Do modelowania trwałości obliczeniowej posłużono się modelami Parisa, Formana, Dowlinga-Begleya i Gasiaka-Rozumka. Trwałości obliczeniowe Nfobl, wyznaczone według tych modeli, uzyskano stosując metody numeryczne.
Szereg elementów maszyn pracuje przy nieregularnych typach obciążenia, które mogą zawierać jednokrotne lub wielokrotne chwilowe przeciążenia różnego znaku, przejścia z jednego poziomu obciążenia do innego. Przy prognozowaniu trwałości elementów konstrukcji na etapie rozwoju pęknięcia zmęczeniowego należy uwzględnić wzajemne oddziaływanie obciążeń, które mogą powodować opóźnienie lub przyśpieszenie pęknięcia zmęczeniowego.
Przeprowadzone w pracy badania próbek (rys. 2) wykonanych ze stali konstrukcyjnych 10HNAP i 18G2A przy cyklicznym zginaniu ze skręcaniem umożliwiły poznanie wpływu kąta fazowego przesunięcia φ pomiędzy amplitudą momentu zginającego Mag a amplitudą momentu skręcającego Mas na ich trwałość zmęczeniową Nf. Wykazano, że zwiększenie stosunku amplitudy momentu zginającego do amplitudy momentu skręcającego od wartości Mag/Mas = 1,33 do 2 przy stałej wartości początkowej amplitudy momentu zginającego Mag = 15 N·m i przyjętych kątach przesunięcia fazowego φ = 0°, 30°, 45°, 60° powoduje zwiększenie trwałości zmęczeniowej Nf próbek wykonanych zarówno ze stali 10HNAP, jak i ze stali 18G2A. Dalsze zwiększenie stosunku Mag/Mas do wartości 4 powoduje zmniejszenie wartości zmęczeniowej Nf (tab. 1÷3). Związki opisujące trwałość zmęczeniową otrzymane na podstawie wzorów Parisa i Formana bez udziału kąta fazowego przesunięcia φ oraz te same związki z wprowadzonym katem fazowego przesunięcia φ oraz ekwiwalentnym zakresem współczynnika intensywności naprężeń Δ Keq pozwalają w zadowalający sposób oszacować trwałość próbek wykonanych ze stali 10HNAP i 18G2A i obciążonych amplitudami momentu zginającego i skręcającego z przesunięciem fazowym (rys. 4÷7).
EN
The specimens (Fig. 2) made of 10NHAP and 18G2A steels were tested under cyclic bending with torsion. Determination of influence of the phase shift angle φ between the bending moment amplitude Mag and the torsional moment amplitude Mas on the steel fatigue life Nf was the aim of the tests. It has been shown that increase of the ratio Mag/Mas from 1.33 to 2 under the constant initial bending moment amplitude Mag = 15 N·m and the assumed phase shift angles φ = 0°, 30°, 45°, and 60° causes increase of the fatigue life Nf of the specimens made of both considered steels. Further increase of the ratio Mag/Mas to 4 causes decrease of the fatigue lifeN f (Tab. 1, 2, 8). The relations describing the fatigue life obtained from the formulas proposed by Paris and Forman with no participation of the phase shift angle φ, and the same relations with the included phase shift angle and the equivalent range of the stress intensity ratio ΔKeq allow to estimate the fatigue life of the specimens made of 10HNAP and 18G2A steels under the amplitudes of bending moment an torsional moment with phase shift (Fig. 4÷7).
W pracy przedstawiono stanowisko badawcze do pomiaru propagacji pęknięć zmęczeniowych składające się z maszyny zmęczeniowej typu MZGS - 100 wraz z urządzeniem do rejestracji długości pęknięć. Mikroskop jest wyposażony dodatkowo w kamerę cyfrową typu Moticam 1000, za pomocą której możliwe jest obserwowanie rozwoju pęknięć i rejestracja obrazu. Uzyskane wyniki badań na tym stanowisku umożliwiają wyznaczenie trwałości zmęczeniowej jak również prędkości propagacji pęknięć zmęczeniowych w funkcji długość pęknięcia. Przedstawione stanowisko badawcze umożliwia wyznaczenie trwałości zmęczeniowej elementów konstrukcyjnych w złożonych stanach obciążenia tj. zginania ze skręcaniem.
EN
The paper presents a test stand for measurements of fatigue crack propagation. The stand includes a fatigue machine MZGS-100 and a device for registration of the crack length. The test stand is equipped with a stereoscopic microscope. The microscope is also equipped with a digital camera. Connection of the microscope with the digital camera enables continuous observation of fatigue crack development on the computer monitor and it is not necessary to stop the machine. The test results obtained at this stand can be used for determination of fatigue life and fatigue crack propagation rate.
W pracy przedstawiono wyniki badań doświadczalnych, dotyczących wyznaczenia trwałości zmęczeniowej w próbkach pryzmatycznych, poddanych złożonym obciążeniom tj. zginania ze skręcaniem w zakresie propagacji pęknięć zmęczeniowych. Badania przeprowadzone zostały na maszynie zmęczeniowej MZGS-100, pozwalającej uzyskać zginanie, skręcanie oraz synchroniczne zginanie ze skręcaniem przy amplitudzie momentu wypadkowego 13 i 16 Nm. Wykazano, że przy stałej amplitudzie momentu wypadkowego wzrost kąta skręcenia dźwigni układu obciążenia alfa, a co za tym idzie wzrost obciążeń skręcających powoduje wzrost trwałości zmęczeniowej.
EN
The paper presents the results of fatigue life of prism-shaped specimens subjected to complex loading, i.e. bending wth torsion within fatigue crack propagation. The test were performed at the fatigue test stand MZGS-100 for bending, torsion and bending with torsion and the resultant moment amplitudes 13 and 16 Nm. It has been shown that for the constant amplitude of resultant moment, increase of the lever angle of the loading system alfa and, in a consequence, increase of torsional loading cause increase of fatigue life.
W pracy przedstawiono wyniki obliczeń, dotyczących wyznaczenia trwałości zmęczeniowej w próbkach pryzmatycznych przy zginaniu ze skręcaniem w zakresie inicjacji i propagacji pęknięć zmęczeniowych. Obliczenia przeprowadzone zostały dla zmiennej amplitudy momentu wypadkowego 13 i 16 Nm. Do obliczeń wykorzystano model Formana. Obliczeniową trwałość zmęczeniową wyznaczono metodami symulacyjnymi za pomocą programu Matlab-Simulink. Wykazano, że model Formana dobrze opisuje trwałość zmęczeniową w badanym zakresie.
EN
The paper presents calculation results for fatigue life determination in prism-shaped specimens under bending with torsion during initiation and propagation of fatigue cracks. The calculations were performed for variable amplitude of the resultant moment 13 and 16 Nm. The Forman model was used for the calculations. The calculated fatigue life was determined with simulation methods using the Matlab-Simulink program. It was found that the Forman model well described fatigue life in the tested range.
W pracy przedstawiono wyniki badań prędkości wzrostu pęknięć zmęczeniowych w stalach konstrukcyjnych 18G2A i 10HNAP. Badane próbki o przekroju kwadratowym 9x9mm z naciętym karbem, obciążano momentem zginającym 13N m i 16N m. Wyniki pomiarów porównano z wynikami teoretycznymi obliczonymi na podstawie modeli: Parisa, Formana i Elbera. Obliczenia numeryczne wykonano za pomocą programu Matlab-Simulink.
EN
The paper presents test results of fatigue crack ropagation rate in constructional steels 10HNAP and 18G2A. The tested notched specimens of square sections 9x9mm were subjected to bending moments 13N m and 16N m. The measurement results were compared with calculations based on the models proposed by Paris, Forman and Elber. Numerical calculations were made by the Matlab-Simulink.
W pracy przedstawiono wyniki badań doświadczalnych, dotyczących wyznaczania prędkości pęknięć zmęczeniowych w próbkach pryzmatycznych poddanych złożonemu obciążeniu w postaci zginania ze skręcaniem. Próbki użyte do badań były o przekroju prostokątnym z jednostronnym karbem. Próbki wykonane ze stali 18G2A. Badania zostały przeprowadzone na maszynie zmęczeniowej MZGS 100 pozwalającej realizować obciążenie w postaci zginanie ze skręcaniem. Przyrost pęknięcia zmęczeniowego rejestrowano za pomocą urządzenia mikroskopowego z cyfrowym mikrometrem pomiarowym. Trwałość zmęczeniową opisaną związkiem (3) wyznaczono numerycznie za pomocą programu Matlak-Simulink.
EN
The paper contains test results connected with determination of fatigue crack propagation rate in prism-shaped specimens subjected to complex loading bending with torsion. The tested notched specimens had rectangular sections. The specimens were made of 18G2A steel. The tests were performed of the fatigue test stand MZGS 100 where it was possible to obtain bending with torsion. Fatigue crack grow was measured with a microscope with digital micrometer. Fatigue life described by equation (3) was calculated numerically by Matlab-Simulink.
W pracy przedstawiono wyniki badań wzrostu pęknięć zmęczeniowych przy niesymetrycznym, cyklicznym rozciąganiu próbek poddanych jednocyklowemu przeciążeniu, przy współczynnikach przeciążenia od kj=1,125 do kj=1,875. Do badań użyto próbek płaskich, wykonanych ze stali 10HNAP, posiadających szczelinę centralną. Uzyskane wyniki doświadczalne opisano związkiem analitycznym, który uwzględnia efekt opóźnienia rozwoju pęknięcia zmęczeniowego i pozwala wyznaczyć trwałość badanego elementu wykonanego ze stali 10HNAP.
EN
The paper contains the results for fatigue crak growth, under asymetric cyclic tension of specimens subjected to one-cycle overload and the overload coeffcients from kj=1,125 to kj=1,875. Flat specimens made of 10HNAP steel with a central slot were tested. The obtained experimental results were described by an analytical relation including a life of the tested element made of 10HNAP steel.
W pracy przedstawiono metodę opisu wytrzymałości zmęczeniowej stali konstrukcyjnej w warunkach obciążeń zmiennych z dodatkowymi obciążeniami statycznymi. Uwzględniono wpływ asymetrii cyklu na trwałość materiału przy pomocy współczynnika wrażliwości materiału na asymetrię cyklu. Na przykładzie badań zmęczeniowych stali 18G2A wykazano zmianę wartości tego współczynnika wraz z liczbą cykli do zniszczenia materiału oraz zaproponowano metodę eksperymentalną wyznaczania funkcji opisującej zależność wartości współczynnika wrażliwości materiału na asymetrię cyklu od liczby cykli niszczących.
EN
The paper presents a method of description of fatigue strength of a structural steel under variable loading with additional static loading. Influence of cycle asymmetry on the material life was taken into account with use of the cycle asymmetry sensitivity factor. The 18G2A steel was tested and the test result showed a change of that factor value together with a number of cycles to the material damage. The authors proposed an experimental method for determination of a function describing dependence between the cycle asymmetry sensitivity factor and a number of destructive cycles.
W pracy dokonano modyfikacji metody obliczeń stanu naprężenia w płytach kołowosymetrycznych na przypadek płyt perforowanych. Zaproponowany model obliczeniowy umożliwia uzyskanie rozwiązania stanu naprężenia i odkształcenia w formie analitycznej. Podane w pracy związki mogą być wykorzystane podczas projektowania płyt perforowanych stosowanych, na przykład w urządzeniach przemysłu chemicznego.
EN
The authors present modification of the method of stress state calculations for circular-symmetric perforated plates. The proposed calculation model allows to obtain a solution of stress and strain state in an analytic form. The proposed relationships can be used while designing perforated plates applied for example in devices for chemical industry.
W pracy przeprowadzono analizę wpływu parametrów geometrycznych próbek na trwałość zmęczeniową na przykładzie stali konstrukcyjnych typu 10HNAP i 18G2A w warunkach płaskiego zginania. Badania prowadzono na płaskich próbkach z karbem o różnych wysokościach i grubościach. Zastosowano karby dwustronne i jednostronne ostre i łagodne. Badania doświadczalne wykazały, że wraz ze zwiększaniem grubości próbek obserwowano zwiększanie trwałości dla obydwu materiałów. Stwierdzono również, że zwiększając wysokość próbek przy stałej ich grubości trwałość ulegała zwiększeniu. Obecność karbu ostrego jednostronnego w próbce spowodowała obniżenie trwałości w stosunku do karbu łagodnego. Trwałość próbek z karbem dwustronnym ostrym była wyższa niż próbek z karbem jednostronnym ostrym. Opisano również powierzchnię graniczną zmian trwałości w funkcji obciążenia oraz współczynnika kształtu karbu. Pokazano także makroskopową analizę powierzchni złomów zmęczeniowych.
EN
The paper contains the analysis of specimens geometry parameters influence on fatigue life in 10HNAP and 18G2A construction steel under plane bending. The tests were done on plane notched specimens of different height and thickness. Two-sided and one-sided sharp and soft notches were used. The tests showed that in both materials increasing thickness of the specimens was accompanied by increasing their lives. It was also observed that together with increasing the height of specimens under constant thickness, their lives increased. A one-sided sharp notch in a specimen caused a decrease in its life as compared to a soft notch. The life of specimens with two-sided sharp notches was longer than of the specimens with one-sided sharp notches. The boundary surface was described as the function of loading and the theoretical stress concentration factor. A macroscopic analysis of fatigue scrap surface was presented.
Praca zawiera doświadczalną weryfikacje parametru energetycznego zastosowanego do opisu zachowania się materiału poddanego cyklicznym obciążeniom zginającym i skręcającym. Parameter uwzględnia wpływ wartości średniej naprężenia na zmęczeniowe zachowanie się materiału na asymetrię cyklu wraz z liczbą cykli do zniszcenia. Badania eksperymentalne obejmowały próbki ze stali 18G2A poddane cyklicznemu zginaniu i skręcaniu przy współczynniku asymetrii cyklu R= -1; 0,5 i 0. Uyskano dobrą zgodność wyników obliczeń z wynikami badań eksperymentalnych.
EN
The paper contains the experimental verification of the energetic parameter which has been used to describe behaviour of the material subjected to cyclic bending and torsion. The parameter includes influence of the mean stress value on the material fatigue by using the function of changes of the coefficient of the material sensitivity to the mean stress taking into account the number of cycles to failure N. The fatigue tests were done for specimens made of 18G2A steel subjected to cyclic bending and torsion with stress ratio R=-1; -0,5 and 0. A good agreement between the calculation results and the experimental results was obtained.
JavaScript jest wyłączony w Twojej przeglądarce internetowej. Włącz go, a następnie odśwież stronę, aby móc w pełni z niej korzystać.