Analysis of the impact of slot geometry on the stresses distribution in a plate of S235JR steel subjected at biaxial load

• Autorzy: Konieczny M. , Gasiak G.

Identyfikatory

DOI

10.15199/28.2018.6.5

Warianty tytułu

PL

Analiza wpływu geometrii szczeliny na rozkład naprężeń w tarczy ze stali S235JR poddanej dwuosiowemu obciążeniu

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

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.

Słowa kluczowe

EN

plate; slot; stress concentration factor; maximum reduced stress

PL

tarcza; szczelina; stal S235JR; współczynnik koncentracji naprężeń; maksymalne naprężenie redukowane

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Inżynieria Materiałowa
• Rocznik: 2018
• Tom: Vol. 39, nr 6
• Strony: 228--235
• Opis fizyczny: Bibliogr. 27 poz., fig., tab.

Twórcy

autor

Konieczny M.

• Opole University of Technology, Department of Mechanics and Machine Design, Opole, Poland

autor

Gasiak G.

• Opole University of Technology, Department of Mechanics and Machine Design, Opole, Poland

Bibliografia

• [1] Achtelik H., Gasiak G., Grzelak J.: Strength tests of axially symmetric perforated plates for chemical reactors: Part 1 — The simulation of stress state. Int. J. of Pressure Vessels and Piping 85 (2008) 248÷256.
• [2] Achtelik H., Gasiak G., Grzelak J.: Strength tests of axially symmetric perforated plates for chemical reactors: Part 2 — Experiments. Int. J. of Pressure Vessels and Piping 85 (2008) 257÷264.
• [3] Lee Yi-Che, Chen Fuh-Kno: Yield criterion for a perforated sheet with a uniform triangular pattern of round holes and a low ligament ratio. Journal of Materials Processing Technology 103 (2000) 355÷361.
• [4] Gokul P. V., Kuriakose B.: Numerical analysis of thin plates with holes. Applied Mechanics and Materials 857 (2017) 154÷158.
• [5] Gunwant D., Singh J. P.: Stress and displacement analysis of a rectangular plate with central elliptical hole. International Journal of Engineering and Innovative Technology (IJEIT) 3 (3) (2013) 387÷392.
• [6] Mallikarjun B., Dinesh P., Parashivamurthy K. I.: Finite Element Analysis of elastic stresses around holes in plate subjected to uniform tensile loading. Bonfring International Journal of Industrial Engineering and Management Science 2 (4) (2012) 136÷142.
• [7] Abdullah A.: Comparison the stresses and deflections of an isotropic and orthotropic rectangular plates with central circular hole under tension load. Al-Rafidaing Enginering 20 (4) (2004) 137÷153.
• [8] Rani S. A., Sireesha S. C.: Effect of orientation angle of elliptical hole in thermoplastic composite plate at different loads. International Journal of Computational Engineering Research (IJCER) 4 (10) (2014) 16÷20.
• [9] Sharma D.: Stress concentration around circulae/elliptical/triangular cutouts in infinite composite plate. Proceedings of the World Congress on Engineering, Vol 3, London (2011).
• [10] Toubal L., Karama M., Lorrain B.: Stress concentration in a circular hole in composite plate. Composite Structures 68 (2005) 31÷36.
• [11] Konieczny M. Gasiak G.: Numeryczna analiza stanu naprężenia w tarczy ze szczeliną przy dwuosiowym obciążeniu. XXVIII Sympozjon PKM, Koszalin–Darłowo 19÷25.09.2017, Wydawnictwo Uczelniane Politechniki Koszalińskiej (2017).
• [12] Nikolić V., Dolicanin Ć., Radojković M.: Application of finite element analysis of thin steel plate with holes. Technical Gazette 18 (1) (2011) 57÷62.
• [13] Konieczny M.: Analiza wpływu otworu na rozkład naprężeń w szerokiej tarczy przy dwuosiowym obciążeniu. Badania i Rozwój Młodych Naukowców w Polsce, Materiały Konferencyjne, Wrocław (2018) 50.
• [14] Woo J., Won-Bae Na: Effect of cutout orientation on stress concentration of perforated plates witch various cutouts and bluntness. International Journal of Ocean System Engineering 1 (2) (2011) 95÷101.
• [15] Saroha M.: Analyse the stress concentration effect of a perforated plate under uniaxial loading using Ansys. International Journal of All Research Education and Scientific Methods 5 (2) (2017) 8÷16.
• [16] Kazberuk A., Savrug M.: Współczynniki intensywności naprężeń w wierzchołku rombowego otworu w rozciąganej płycie. Acta Mechanica at Automatica 1 (2) (2007) 45÷48.
• [17] Herrera F.: Stress concentration factor for a flat plate with fillets and notches under axial load using ANSYS Software. International Journal of Innovative Research in Science, Engineering and Technology 4 (5) (2015) 3061÷3070.
• [18] Watsar S. D., Bharule A.: Stress analysis of finite plate with special shaped cutout. International Journal of Scientific Engineering and Research 3 (4) (2015) 145÷150.
• [19] Aharya H.: Stress reduction using semi elliptical slots in axially loaded plate having circular hole. International Journal of Mechanical Engineering and Technology (IJMET) 5 (9) (2014) 374÷378.
• [20] Tiwari A., Alyadwar K.: Stress analysis of plate with elliptical hole. International Journal for Innovative Research in Science and Technology (IJIRST) 3 (1) (2016) 183÷190.
• [21] Enab T.: Stress concentration analysis in functionally graded plates with elliptic holes under biaxial loadings. Ain Shams Engineering Journal 5 (2014) 839÷850.
• [22] Pawar P., Ballav R., Kumar A.: Finite element method analysis of rectangular plate with circular hole using Ansys. International Journal Chem. Sci. 14 (4) (2016) 2787÷2798.
• [23] Khechai A., Tati A.: Finite element analysis of stress concentrations in isotropic and composite plates with elliptical holes. Mechanical Engineering (2015) 427÷436.
• [24] Gasiak G., Rozumek D.: ΔJ — integral range estimation for fatigue crack growth rate description. International Journal of Fatigue 26 (2004) 135÷140.
• [25] Szala G., Ligaj B.: Zastosowanie metody hybrydowej w obliczeniach trwałości zmęczeniowej elementów konstrukcyjnych na przykładzie stali C45. Zeszyty naukowe Politechniki Opolskiej, seria: Mechanika z. 106, nr 356, Opole (2015) 87÷88.
• [26] https://gmsystem.pl/femap/
• [27] Jakubowicz A., Orłoś Z.: Wytrzymałość materiałów. WNT, Warszawa (1984).

Uwagi

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