Crack propagation analysis in selected railway bogie components

• Autorzy: Mysłek Adam

Identyfikatory

DOI

10.37705/TechTrans/e2020017

Warianty tytułu

PL

Analiza propagacji pęknięć w wybranych elementach wózków kolejowych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

This paper presents the practical application of fracture mechanics in investigating the possibility of crack propagation in a brake calliper bracket mounted in a vehicle bogie. The extended finite element method available in the Abaqus software was used. This method allows the modelling of material damage and its propagation independently of the finite element mesh. Damage can arise in any area of finite elements without changing the mesh. Numerical simulation of crack propagation was performed in order to analyse how crack changes as a result of the location change of damage initiation.

PL

W artykule przedstawiono praktyczne zastosowanie mechaniki pękania w badaniu możliwości propagacji pęknięć w wsporniku zacisku hamulca zamontowanym w wózku pojazdu. Zastosowano rozszerzoną metodę elementów skończonych dostępną w oprogramowaniu Abaqus. Ta metoda umożliwia modelowanie uszkodzeń materiału i jego rozprzestrzenianie się niezależnie od siatki elementów skończonych. Uszkodzenie może powstać w dowolnym obszarze elementów skończonych bez zmiany siatki. Przeprowadzono numeryczną symulację propagacji pęknięć w celu analizy zmian propagacji w wyniku zmiany lokalizacji inicjacji uszkodzeń.

Słowa kluczowe

EN

fracture mechanics; XFEM; Abaqus

PL

mechanika pękania; XFEM; Abaqus

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Krakowskiej im. Tadeusza Kościuszki
• Czasopismo: Technical Transactions
• Rocznik: 2020
• Tom: Vol. 117, iss. 1
• Strony: art. no. e2020017
• Opis fizyczny: Bibliogr. 18 poz., il., tab., wz.

Twórcy

autor

Mysłek Adam

• Institute of Railway Vehicles, Faculty of Mechanics, Cracow University of Technology

Bibliografia

• Cera, A., Mancini, G., Leonardi V., Bertini L. (2008). Analysis of Methodologies for Fatigue Calculation for Railway Bogie Frames. 8th World Congress on Railway Research R.1.1.3.2, Seoul.
• EN 13749:2011. Railway applications. Wheelsets and bogies. Methods of specifying structural requirements of bogie frames.
• Frank, K.H. (1971). The fatigue strength of fillet welded connections. Lehigh: Lehigh University.
• Fries, T.P., Baydoun, M. (2012). Crack propagation with the extended finite element method and a hybrid explicit-implicit crack description. International Journal for Numerical Methods in Engineering, 89(12), 1527–1558. doi: http://dx.doi.org/10.1002/ nme.3299
• German, J. (2011). Wprowadzenie do mechaniki pękania. Kraków: Politechnika Krakowska.
• Gigliotti, L. (2012). Assessment of the applicability of XFEM in Abaqus for modelling crack growth in rubber. Master Thesis, Sweden: Royal Institute of Technology.
• Leven, M.R., Daniel, R. (2012). Stationary 3D crack analysis with Abaqus XFEM for integrity assessment of subsea equipment. Master Thesis, Sweden: Chalmers University of Technology.
• Luo, R.K., Gabbitas, B.L., Brickle, B.V. (1994). Fatigue Life Evaluation of a Railway Vehicle Bogie Using an Integrated Dynamic Simulation. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part F: Journal of Rail and Rapid Transit, 208(2), 123–132. https://doi.org/10.1243/PIME_PROC_1994_208_242_02
• Podrug, S., Glodež, S., Jelaska, D. (2011). Numerical Modelling of Crack Growth in a Gear Tooth Root. Strojniški vestnik - Journal of Mechanical Engineering, 57(7–8), 579–586. http://dx.doi.org/10.5545/sv-jme.2009.127
• Sampos, A.G. (1996). Fracture of fillet welds under extreme loading. Massachusetts: Massachusetts Institute of Technology.
• Sanecki, H. (2010). Propagacja szczeliny. In H. Sanecki (Eds.), Problemy kontaktu i pękania w analizie wytrzymałościowej elementów maszyn (pp. 128–146). Kraków: Politechnika Krakowska.
• Seo, J.W., Hur, H.M., Jun, H.K., Kwon, S.J., Lee, D.H. (2017). Fatigue Design Evaluation of Railway Bogie with Full-Scale Fatigue Test, Advances in Materials Science and Engineering, 2017, 1–11. https://doi.org/10.1155/2017/5656497.
• VDI 2230 norm. (2015). Systematic calculation of highly stressed bolted joints with one cylindrical bolt, Annex A. Calculation tables.
• Vu-Bac, N., et al. (2011). A Node-Based Smoothed eXtended Finite Element Method (NS-XFEM) for Fracture Analysis. CMES-Computer Modeling in Engineering & Sciences, 73(4), 331–356. https://doi.org/10.3970/cmes.2011.073.331
• Wang, J., Ren, L., Xie, L.Z., Xie, H.P., Ai, T. (2016). Maximum mean principal stress criterion for three-dimensional brittle fracture. International Journal of Solids and Structures, 102–103, 142–154. https://doi.org/10.1016/j.ijsolstr.2016.10.009
• Yamamoto, M. (2013). Research and Development of Fatigue Issues for Railway Steel Products and Future Prospects. Nippon steel and sumitomo metal technical report, 105, 24–40.
• Y Lu, Y.H., Xiang, P.L., Dong, P. et al. (2018). Analysis of the effects of vibration modes on fatigue damage in high-speed train bogie frames. Engineering Failure Analysis, 89, 222–241.
• Zuo, F., Li, Y., Huang, H. (2018). Reliability analysis for fatigue damage of railway welded bogies using Bayesian update based inspection. Smart Structures and Systems, 22(2), 193–200. https://doi.org/10.12989/sss.2018.22.2.193

Uwagi

Section "Mechanics"

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa Nr 461252 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2020).