The mathematical model of the fatigue crack growth rate in 19th puddled steel

• Autorzy: Lesiuk G. , Szata M.

Warianty tytułu

PL

Model matematyczny rozwoju szczeliny zmęczeniowej w XIX-wiecznych stalach zgrzewnych

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W artykule przedstawiono problem mikrostrukturalnej degradacji XIX-wiecznych stali zgrzewnych. Zaprezentowano wyniki badań materiałowych i wytrzymałościowych XIX-wiecznych elementów konstrukcyjnych. Wykazano, że obecność przejawów mikrostrukturalnych procesów degradacyjnych wpływa negatywnie na proces rozwoju zmęczeniowego pękania. Zaproponowano nową zależność opisującą kinetykę pękania zmęczeniowego otrzymaną na drodze analizy wymiarowej.

EN

The subject of the Authors research were elements of steel structures (of puddled steel) coming from the turn of the 19th and 20thcenturies. Material for the investigation comes from the main hall of the Main Wroclaw Railway Station. The works were focused on the phenomenon of microstructural degradation of those steels and its potential influence on their strength properties from the mathematical point of view. The obtained results of own tests and those presented in work [19] indicate for proportionality of the fatigue cracking kinetics equation to the member ∆K5. By means of dimensional analysis approach, the initial functional form of the model was fixed, and supplementing it with the asymptotic member ∆Kth 5enables relatively good (in relation to the existing models), universal description of fatigue cracking kinetics based at one identifiable parameter. The author shave verified the possibility of reconstruction of the fatigue cracking kinetics for two steel types in the non-degraded state (normalised) based at the empirical data from the after operation state. Such situation can be useful while attempting quantitative evaluation of the microstructural degradation processes, in the aspect of the remained safe operating period of a structural part containing a crack.

Słowa kluczowe

PL

szczelina zmęczeniowa; stal zgrzewna; wytrzymałość; konstrukcja stalowa

EN

fatigue crack; puddled steel; strength; steel structure

• Wydawca: Instytut Górnictwa Odkrywkowego "Poltegor-Instytut"
• Czasopismo: Górnictwo Odkrywkowe
• Rocznik: 2014
• Tom: R. 55, nr 4-5
• Strony: 130--136
• Opis fizyczny: Bibliogr. 20 poz.

Twórcy

autor

Lesiuk G.

• Katedra Mechaniki i Inżynierii Materiałowej, Politechnika Wrocławska

autor

Szata M.

• Katedra Mechaniki i Inżynierii Materiałowej, Politechnika Wrocławska

Bibliografia

• [1] Lesiuk G., Degradacja mechaniczna i strukturalna XIX-wiecznych stali zgrzewnych, Rozprawa Doktorska, Instytut Materiałoznawstwa i Mechaniki Technicznej Politechniki Wrocławskiej, Wrocław 2013
• [2] Pękalski G., Aspekty materiałowe degradacji maszyn górnictwa odkrywkowego oraz teorie zachodzących procesów. Raport instytutowy, Instytut Materiałoznawstwa i Mechaniki Technicznej Politechniki Wrocławskiej, Wrocław, 1999
• [3] Pękalski G., Procesy degradacyjne konstrukcji stalowych mostów Wrocławia z przełomu XIX i XXw. - na prawach rękopisu. Raport instytutowy, Instytut Materiałoznawstwa i Mechaniki Technicznej, Wydział Mechaniczny, Politechnika Wrocławska, Wrocław, 2007
• [4] Lesiuk G., Szata M., Degradacja mikrostruktur elementów konstrukcyjnych pochodzących z mostów wzniesionych na przełomie XIX i XX wieku. Zeszyty Naukowe – Wyższa Szkoła Oficerska Wojsk Lądowych im. gen. T. Kościuszki, 42(1):96–109, 2010
• [5] Lesiuk G., Szata M., Wpływ procesów degradacji mikrostruktur na udarność stali mostowych z przełomu XIX i XX w. Logistyka, (6):1883–1892, grudzień 2010
• [6] Lesiuk G., Szata M., Aspects of structural degradation in steels of old bridges by means of fatigue crack propagation. Materials Science (New York), Springer Verlag, 47(1):82–88, 2011
• [7] Buckingham E., On physically similar systems: Illustrations of the use of dimensional equations. Physical Review, 4:345–376, 1914
• [8] Paris P.C., Gomes M.P., Anderson W.E., A rational analytic theory of fatigue. The trend in engineering, University of Washington, 13:9–14, 1961
• [9] Barenblatt G.I., Botvina L.R.. Incomplete self-similarity of fatigue in the linear range of fatigue crack growth. Fatigue and Fracture of Engineering Materials and Structures, 3(3):193–202, 1980
• [10] Paggi M.. A dimensional analysis approach to fatigue in quasi-brittle materials. Frattura ed Integrita Strutturale, (10):43–55, 2009
• [11] Ciavarella M., Paggi M., Carpinteri A., One, no one, and one hundred thousand crack propagation laws: A generalized Barenblatt and Botvina dimensional analysis approach to fatigue crack growth. Journal of the Mechanics and Physics of Solids, p. 3416–3432, September 2008
• [12] Szata M., Opis rozwoju zmęczeniowego pękania w ujęciu energetycznym. Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej,Wrocław, 2002
• [13] Szata M., Lesiuk G., Algorithms for the estimation of fatigue crack growth using energy method., Archives of Civil and Mechanical Engineering, Archives of Civil and Mechanical Engineering. 2009, vol. 9, nr 1, s. 118-134
• [14] Paggi M., A dimensional analysis approach to fatigue in quasi-brittle materials. Frattura ed Integrita Strutturale, (10):43–55, 2009
• [15] Barsom J.M., A tribute to George R. Irwin, Fracture Research in Retrospect. A.A. Balkema Publishers, USA, 1997
• [16] K. Rykaluk. Pęknięcia w konstrukcjach stalowych. Dolnośląskie Wydawnictwo Edukacyjne, Wrocław, 2000
• [17] Klesnil M., Lucas P., Fatigue of metallic materials. Materials Science Monograph, Berlin, Elsevier, 1980
• [18] Helmerich R., Kühn B., Nussbaumer A., Assessment of existing steel structures. A guideline for estimation of the remaining fatigue life. Structure and Infrastructure Engineering, 3(3):245–255, September 2007
• [19] A. M. P. de Jesus, A. L.L. da Silva, M.V. Figueiredo, J.A.F.O Correia, A.S. Riberio, A.A. Fernandes. Strain-life and crack propagation fatigue data from several portuguese old metallic riveted bridges. Engineering Failure Analysis, 18(1):148–163, 2011
• [20] A.L.L. da Silva. Comportamento r fadiga de um material de uma ponte metalica centenaria sob carregamentos complexos. Rozprawa doktorska, UNIVERSIDADE DE TRAS-OS-MONTES E ALTO DOURO, Portugal, 2009