Trwałość zmęczeniowa oraz analiza stanu naprężenia cienkiej płyty ze szczeliną w warunkach cyklicznego rozciągania

• Autorzy: Kopecki T. , Zacharzewski J.

Warianty tytułu

EN

Fatigue life and stress state analysis of cracked thin-walled plate under cycles axial tension

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Przedmiot badań stanowi cienka, prostokątna płyta ze szczeliną o grubości 0.7mm poddana cyklicznie zmiennemu obciążeniu rozciągającemu. Wskutek tego rodzaju obciążenia następuje propagacja szczeliny w czasie, aż do osiągnięcia długości krytycznej. W trakcie obciążania obserwuje się w obszarze szczeliny zjawisko lokalnej utraty stateczności, zwane marszczeniem konstrukcji (wrinkling). W wyniku, w obszarze szczeliny oprócz wywołanego rozciąganiem błonowego stanu naprężenia pojawia się stan giętny. Nie pozostaje to bez wpływu na proces propagacji szczeliny, rozkład naprężeń na jej froncie, a w konsekwencji na trwałość zmęczeniową. Celem niniejszej pracy jest jakościowa i ilościowa analiza wspomnianych powyżej zjawisk, zmierzająca do określenia krytycznej długości szczeliny, a tym samym trwałości zmęczeniowej konstrukcji. Płyta wykonana jest z poliwęglanu o znanych: charakterystyce natychmiastowej oraz właściwościach polaryzacyjno-optycznych. Równolegle z badaniami doświadczalnymi przeprowadzono obliczenia numeryczne metodą elementów skończonych mające na celu określenie rozkładu naprężeń w warunkach wyboczenia, począwszy od szczeliny o długości 30mm oraz dla dalszych zaawansowanych stanów deformacji. W celu rozwiązania geometrycznie i fizycznie nieliniowego zadania wykorzystano procedurę Riksa w programie ABAQUS. Obliczenia przeprowadzono dla trzech stanów deformacji odpowiadających długościom szczeliny: 30mm, 50mm, 70mm.

EN

The object of investigation constitutes rectangular, cracked thin-walled the plate subjected to axial cycles tension. As a result of such loading follows the crack propagation in time, all the way to critical length achieve. In the middle of cycles changing tension the plate sustains the local buckling wrinkling), as a result apart of membrane stress appears bending state as well. Growth of the crack length in time causes increasing of wrinkling area. It has an influence on the value of the stress, and in result on the speed of crack propagation and fatigue life. The purpose of the paper is qualitative and quantitative analysis of above described phenomene, since assumed an initial length to the critical value. The plate is made of polycarbonate, known of instantaneous characteristics and photo-elastics properties. At the same timewerede termineted, numerical calculations of critical loading and stress distribution in the buckling state, for initial crack 30mm and the next steps of deformation were det. Contemporaneous to experiments, numerical calculation were executed by FEM method. For the purposethe the geometricallynonlinear problemswas applied the Riks procedure by using ABAQUS program. Computations were carried out for three phases of deformation, at three next lengths of the crack: 30mm, 50mm, 70mm. Forms of deformation and effective stress distribution are presented.

Słowa kluczowe

PL

zmęczenie; szczelina; wyboczenie; badania elastooptyczne; analiza numeryczna

EN

fatigue; crack; wrinkling; photoelasticity; Moiré method; FEM analysis

• Wydawca: Polskie Naukowo-Techniczne Towarzystwo Eksploatacyjne
• Czasopismo: Eksploatacja i Niezawodność
• Rocznik: 2006
• Tom: nr 3
• Strony: 19--26
• Opis fizyczny: bibliogr. 7 poz.

Twórcy

autor

Kopecki T.

autor

Zacharzewski J.

• Politechnika Rzeszowska, Wydział Budowy Maszyn i Lotnictwa, 35-959 Rzeszów Al. Powstańców Warszawy 8, Tel.[phone], fax [phone],

Bibliografia

• [1] Guz A. N. , Dyshel M. Sh.: Fracture and buckling of thin panels with edge crack in tension. Theoretical and Applied Fracture Mechanics, 36, 2001.
• [2] Brighenti R.: Buckling of cracked thin-plates under tension or compression. Thin-Walled Structures 43, 2005.
• [3] Baryt A., Madenci E., Britt V. O. Starnes J.H.: Buckling of a thin, tension-loaded, composite plate with an inclined crack. Engineering Fracture Mechanics 58, 3, 1997.
• [4] Mróz Z. Seweryn A.: Damage description with related crack initiation and propagation conditions. J. de Physique (6) 1996.
• [5] Seweryn A., Tomczyk A., Mróz Z.: Opis rozwoju szczeliny w warunkach jednoosiowych obciążeń zmęczeniowych. Przegląd Mechaniczny Zeszyt 7-8/2002.
• [6] Forman R.G., Kearney V.E., Engle R.M.: Numerical analysis of crack propagation in cycles loaded structures, Journal of Basic Engineering, Trans. ASME, 89, 1967.
• [6] Kocańda S., Szala J.: Podstawy obliczeń zmęczeniowych, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 1997.
• [7] Paris P., Erdogan F.: A critical analysis of crack propagation laws. Journal of Basic Engineering, Trans. ASME 1963.