Analiza zmian histerezy cyklicznej w badaniach trwałości niskocyklowej stali.

• Autorzy: Kłysz S.

Warianty tytułu

EN

Analysis of the cyclic hysteresis variations in the test of the low-cycle durability of steel.

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Poddano analizie wyniki badań wytrzymałościowych i trwałości niskocyklowej próbek ze stali 18G2A oraz St3SY, opisując je równaniem Mansona-Coffina. Badania wykonano na próbkach klepsydrowych przy sterowaniu odkształceniem Delta epsilon=const. Oceniono zmiany pól powierzchni pętli histerezy uzyskanych w tych badaniach i przedstawiono algorytm numeryczny do obliczania pól powierzchni tych pętli. Analizowano zależności zmiany pól powierzchni pętli histerezy w procesie niskocyklowego zmęczenia, istotne z punktu widzenia kryteriów energetycznych trwałości.

EN

Low cycle fatigue (LCF) data are very important for estimation of structural components durability both in design or operating time stages and in service life extension analysis. The hysteresis loops recorded during cyclic loading contain some information about the fatigue fracture of tested material. Their shape and characteristic dimensions during low cycle fatigue testing depend on the type of material and loading conditions. The loop width at stress level equal zero corresponds to plastic strain range determining life in low cycle fatigue - according to Manson-Coffin equation. Changes of material properties under cyclic load conditions (also under overloads) are among the topics of many conferences and papers and are necessary for fatigue analysis, especially damage cumulation and durability analysis. In this paper some results of strength tests and low cycle fatigue tests of two type of constructional steel in transverse strain Delta epsilon=const conditions are presented. A calculation algorithm for analysis of hysteresis areas, one based on the recorded LCF tests data has been shown. Some trends of changes of the hysteresis-loop areas during the LCF tests have been evaluated. Tensile tests were conducted on 6,4x12,5 mm plate specimens and fatigue tests carried on the 6 mm diameter hour-glass specimens. The hydraulic MTS Systems, type 810.23 was used in this investigation. The assumed stress ratio R was -1, frequency was 1 Hz. Longitudinal strains were measured with the 632.02F-30 extensometer and transverse strains with the 632.31F-24 one. To compare two investigated steels, a statistical analysis of difference significance by means of the T-Student tests was conducted using the tensile test results. The low cycle fatigue test results for the range of transverse strain from 0.167% to 1% have been shown for two types of steels. The Manson-Coffin curve was plotted for this data. The change of stress amplitude vs. number of cycles relationships and some specific quality of the LCF tests were presented. On the grounds of these results a cyclic stress-strain curve was estimated. For both tested steels the changes of sum of hysteresis-loop areas vs. number of cycles during the LCF tests and some effects of material softening phenomena were presented. The relations between fatigue life and size of hysteresis-loop areas or sum of hysteresis loop areas were estimated. The presented results are useful to analyse the energy criteria of fracture.

Słowa kluczowe

PL

niskocyklowe zmęczenie; pętla histerezy; próbki klepsydrowe; analiza numeryczna pól powierzchni

EN

low-cycle fatigue; hysteresis loop; hourglass specimens; area of hysteresis loops analysis

• Wydawca: Komitet Budowy Maszyn PAN
• Czasopismo: Zagadnienia Eksploatacji Maszyn
• Rocznik: 2002
• Tom: Vol. 37, nr 2
• Strony: 79--93
• Opis fizyczny: Bibliogr. 17 poz.

Twórcy

autor

Kłysz S.

• Instytut Techniczny Wojsk Lotniczych, Zakład Niezawodności i Bezpieczeństwa Systemów Lotniczych, ul. Księcia Bolesława 6, 01-494 Warszawa

Bibliografia

• [1] Problemy badań i eksploatacji techniki lotniczej, pod red. Lewitowicza J., Borgonia J., Ząbkowicza W., t. 2, Wyd. ITWL, 1993.
• [2] Mishnaevsky, L.L. jr: Methods of the theory of complex system in modelling of fracture: a brief review. Engng. Fract. Mech., 1997, 56, 1, 47.
• [3] Fuchs, H.O., Stephens, R.I.: Metal fatigue in engineering. A Wiley-Interscience Publication, 1980.
• [4] Kocańda, S., Szala, J.: Podstawy obliczeń zmęczeniowych. PWN, Warszawa 1985.
• [5] Polák, J.: Cyclic plasticity and low cycle fatigue life of metals. Materials Science Monographs. Vol.63. Elsevier, Amsterdam, 1991.
• [6] Polák, J., Klesnil, M., Heleśik J.: The hysteresis loop.2. Analysis of the loop shape. Fatigue Fract. Engng. Mater. Struct., 5, 33-44.
• [7] Kaleta, J.: Cykliczne odkształcenie plastyczne jako przyczyna przemiany martenzytycznej w stalach austenitycznych. XVI Sympozjum nt. „Zmęczenie i mechanika pękania materiałów i konstrukcji”, Wyd. ATR Bydgoszcz 1996, s. 99-102.
• [8] Lee, M.H., Wang, Z.J., Zhon A.H., Wu F.F.: Effect of proportional overloading on the life of low cycle fatigue crack initiation of strain-controled member. Mechanical Behaviour of Materials-V, Fifth Int.Conf., Beijing 1987, China, pp. 671-676.
• [9] Mroziński, S.: Przewidywanie trwałości zmęczeniowej w zakresie niskocyklowego zmęczenia podczas obciążeń nieregularnych. XVII Sympozjum Zmęczenia Materiałów i Konstrukcji, Bydgoszcz-Pieczyska 1998, s. 199-204.
• [10] Kłysz, S.: Wpływ przeciążeń i sekwencji obciążeń na własności niskocyklowe stali 18G2A i St3SY. ZEM 2000, 4(124), s. 139-154, 2000.
• [11] Kocańda, S., Kocańda, A.: Niskocyklowa wytrzymałość zmęczeniowa metali. PWN, Warszawa 1989.
• [12] Goss, Cz.: Doświadczalna i teoretyczna analiza własności stali o podwyższonej wytrzymałości w zakresie małej liczby cykli obciążenia. Biuletyn WAT Nr 11, Warszawa 1982.
• [13] Sobczykiewicz W.: Metoda oszacowania okresów przeglądowych silnie obciążonych węzłów konstrukcji stalowej na przykładzie połączenia skrzydło-kadłub wybranego samolotu. Praca n-b. PW nr 121/501/119/9, Warszawa 1983.
• [14] Gassner, E., Schutz, W.: The significance of constant load amplitude tests for the fatigue evaluation of aircraft structures. Pergamon Press, 1961.
• [15] Szala, J.: Ocena trwałości zmęczeniowej elementów maszyn w warunkach obciążeń losowych i programowalnych. Zeszyty Naukowe ART, Mechanika 2, 1980.
• [16] Recommended practices for monitoring gas turbine engine life consumption. RTO/AGARDWG 1999, 28.
• [17] ASTM Description E 606-80: Standard recommended practice for constant-amplitude low-cycle fatigue testing.