Zastosowanie metody punktowej oraz liniowej teorii krytycznych dystansów do wyznaczania odporności na pękanie stali z wykorzystaniem symulacji numerycznych i badań doświadczalnych

• Autorzy: Ptak M. , Smolnicki M. , Lesiuk G.
• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Zagadnienia wyznaczania wytrzymałości elementów konstrukcyjnych poddanych działaniu koncentratorów naprężeń są istotne z punktu widzenia projektowania nowych konstrukcji, a także analizy już istniejących. Jedno z podejść teoretycznych określane mianem Teorii Krytycznych Dystansów pozwala na wyznaczanie stałych materiałowych związanych z procesem pękania. w artykule zaprezentowano metodę wyznaczania stałych Teorii Krytycznych Dystansów; dystansu krytycznego L i charakterystyczną wytrzymałość materiału 𝜎0 dla stali 42CrMo4 (40HM) przy użyciu Metody Punktowej (PM) i Metody Liniowej (LM). Przedstawiono wyniki badań doświadczalnych – rozciągania próbek z bocznym koncentratorem naprężeń o zróżnicowanym promieniu zaokrąglenia dna karbu oraz symulacji numerycznych w środowisku SIMULIA ABAQUS. Przeprowadzone analizy numeryczne pozwalają na uzyskanie dystrybucji naprężeń przed frontem szczeliny dla różnych konfiguracji geometrii karbów. Na tej podstawie dla badanego materiału wyznaczono dystans krytyczny L wynoszący dla metody punktowej 0,4 mm i odpowiadającą mu charakterystyczną wytrzymałość 2250 MPa (dla metody liniowej odpowiednio 0,47 mm i 1945 MPa).

EN

The article presents the methodology of the Theory of Critical Distances applied for steel 42CrMo4(40HM). The following article demonstrate the use of FEM numerical simulations in an SIMULIA ABAQUS environment for determination of notch stress distribution in SENT (Single Edge Notched Tension) specimen along the notch axis with different configuration of root radius. In order to obtain correct values of the numerical simulation, static tensile test was carried out. In order to estimate basic material properties and strength leading to the rupture of the notched component sample, the point (PM) and line method (LM) were used. In the article, it was examined whether the characteristic length L is independent of the notch configuration. Based on the obtained results, experimental studies and numerical simulations have been designated critical loading conditions for the test material. Finally, it was calculated a critical value of Kc. For 42CrMo4 steel, the critical distance L is equal 0,4mm with characteristic strength estimated on the level: 2250 MPa (for LM method 0.47, 1945MPa correspondingly).

Słowa kluczowe

PL

teoria krytycznych dystansów; metoda punktowa; metoda liniowa; wytrzymałość na pękanie

EN

theory of critical distances; point method; line method; fracture toughness

• Wydawca: Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej
• Czasopismo: Interdisciplinary Journal of Engineering Sciences
• Rocznik: 2017
• Tom: Vol. 5, no. 1
• Strony: 33--38
• Opis fizyczny: Bibliogr. 15 poz., rys., wykr.

Twórcy

autor

Ptak M.

• Politechnika Wrocławska, Wydział Mechaniczny, ul. Łukasiewicza 5, 50-370 Wrocław

autor

Smolnicki M.

• Politechnika Wrocławska, Wydział Mechaniczny, ul. Łukasiewicza 5, 50-370 Wrocław

autor

Lesiuk G.

• Politechnika Wrocławska, Wydział Mechaniczny, Katedra Mechaniki i Inżynierii Materiałowej ul. Smoluchowskiego 25, 50-370 Wrocław

Bibliografia

• [1] Neuber, H., Theory of notch stresses, Springer, Berlin, Niemcy, 1958.
• [2] Peterson, In Metal Fatigue, 293-306, 1959.
• [3] Glinka G. Energy density approaches to calculation of inelastic stress–strain near notches and cracks. Engng Fract Mech 1985;22(3):485–508.
• [4] Glinka G. Calculation of inelastic notch-tip strain–stress histories under cyclic loading. Engng Fract Mech 1985;22(5):839–5
• [5] ASTM E., Standard test method for measurement of fracture toughness., 1820-09e1, American Society for Testing and Materials, Philadelphia, Pa, USA, 2009
• [6] Standard test method for plane stress fracture toughness of metallic materials., ASTM E399-90, American Society of testing and Materials, USA
• [7] D. Taylor, Predicting the fracture strength of ceramic materials using the theory of critical distances, Engineering Fracture Mechanics, Volume 71, Issues 16–17, November 2004, Pages 2407-2416, ISSN 0013-7944
• [8] Susmel L., Taylor D. et. al., The Theory of Critical Distances and the estimation of notch fatigue limits: L, a0 and open notches, ICCES vol. 1. no.2, 2007
• [9] Zouhar M., Nahlik L., et al., The effect of critical distance on stability conditions for a crack at the interface between two polymer materials., Engineering MECHANICS, Vol. 19, 2012, No. 2/3
• [10] Taylor, D., The Theory of Critical Distances. A New Perspective in Fracture Mechanics, 1st ed., Elsevier BV, London, (2007)
• [11] Taylor D. Applications of the Theory of Critical Distances to the predictions of brittle fracture in metals and non-metals
• [12] Yin T., Tyas A., Plekhov O., Terekhina A., Susmel L., On the use of Theory of Critical Distances to estimate the dynamic strength of notched 6063-T5 aluminium alloy., Frattura ed Integrita Strutturale, 2014
• [13] Cicero S., Madrazo V., Carrascal I., Analysis of notch effect in PMMA using the Theory of Critical Distances, Engineering Fracture Mechanics, 2012
• [14] Cicero S., Madrazo V., Carrascal I., Estimation of Fracture Toughness by Testing Notch Fracture Specimens and Applying the Theory of Critical Distances, International Scholarly Research Network, 2012
• [15] Graba M., O problemach z określaniem wybranych własności mechanicznych stali 41Cr4, MECHANIK NR 8–9/2016, DOI: 10.17814/mechanik.2016.8-9.331

Uwagi

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2018).