Elasto-plastic material model with damage parameter in metal fatigue

• Autorzy: Bednarek T. , Sosnowski W. , Szolc T.

Warianty tytułu

PL

Sprężysto-plastyczny model materiału z uszkodzeniem w analizie zmęczeniowej metali

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

In this paper the numerical method for prediction of fatigue life of structure is presented. The finite element modelling and damage parameter calculation are based on the algorithm de-scribed originally by Chanoche (1987), Luccioni et al. (1996) and Oller et al. (2005). This al-gorithm is simplified, i.e. the Goodman relationships between the mean and stress amplitude are included. It is extended and applied for simulation of crack propagation in the rotor shaft. The material constitutive model includes plastic effects and damage. The S–N fatigue func-tions taken from experiment are modified as dependent on the real ratio between minimum and maximum stress in the critical zones. So the coupling between damage, plasticity and fatigue is taken into account.

PL

W pracy zaproponowano metodę oceny trwałości zmęczeniowej konstrukcji przy pomocy metody elementów skończonych oraz sprężysto-plastycznego modelu materiału z izotropowym parametrem uszkodzenia. Sformułowano prawa konstytutywne dla materiału na podstawie teorii plastyczności i mechaniki uszkodzeń wykorzystując wyniki prac Chaboche'a (1987), Luccioni'ego i innych (1996), Ollera i innych (2005) oraz własne, uproszczone modele obliczeniowe (Marczewska et al., 2006). Zaproponowano analityczną postać krzywej zmęczeniowej dla stali z uwzględnieniem współczynnika asymetrii cyklu obciążenia oraz funkcję degradacji materiału związaną ze zmęczeniem. Parametry materiałowe dopasowano do rzeczywistych badań eksperymentalnych. Opracowany algorytm obliczeń wykorzystano do symulacji procesu pękania zmęczeniowego wału maszyny wirnikowej.

Słowa kluczowe

EN

metal fatigue; damage mechanics

• Wydawca: Wydawnictwa AGH
• Czasopismo: Computer Methods in Materials Science
• Rocznik: 2009
• Tom: Vol. 9, No. 4
• Strony: 409--415
• Opis fizyczny: Bibliogr. 12 poz., rys.

Twórcy

autor

Bednarek T.

autor

Sosnowski W.

autor

Szolc T.

• Institute of Fundamental Technological Research of the Polish Academy of Sciences, 02-106 Warszawa, ul. Pawińskiego 5b,

Bibliografia

• Cauvin, A., Testa, R., 1999, Elastoplastic material with isotropic damage, Int. J. Solids Struct., 36(5), 727-746.
• Chaboche, J., 1987, Continuum damage mechanics and its application to structural life time prediction, Rech. Aerosp., 4, 37-54.
• Kachanov, L.M., 1958, Time of the rapture process under creep conditions, IVZ Akad. Nauk SSR, Otd Tech Nauk, 8, 26-31.
• Lemaitre, J., 1992, A Course on Damage Mechanics, Springer-Verlag, Heidelberg.
• Luccioni, B., Oller, S., Danesi, R., 1996, Coupled plastic-damaged model, Comput. Methods Appl. Mech. Engrg., 129,81-89.
• Marczewska, L, Bednarek, T., Marczewski, A., Sosnowski, W., Jakubczak, H., Rójek, J., 2006, Practical fatigue analysis of hydraulic cylinders and some design recommendations, Int. J. Fatigue, 28, 1739-1751.
• Oller, S., Salomon, O., Onate, E., 2005, A continuum mechanics model for mechanical fatigue analysis, Comput. Mat. Sci.,32, 175-195.
• Ostrowska-Maciejewska, J., 1994, Mechanika ciał odkształcalnych, PWN, Warsaw (in Polish).
• Sosnowski, W., 2003, Symulacja numeryczna, analiza wrażliwości i optymalizacja nieliniowych procesów deformacji konstrukcji, Wydawnictwo Akademii Bydgoskiej, Bydgoszcz (in Polish).
• Szala, J., 1998, Hipotezy sumowania uszkodzeń zmęczeniowych, Wydawnictwo Uczelniane ATR Bydgoszcz, Bydgoszcz (in Polish).
• Szolc, T., Bednarek, T., Marczewska, L, Marczewski, A., Sosnowski, W., 2006, Fatigue analysis of the cracked rotor by means of the one- and three dimensional dynamical model, Proc. of the 7th IFToMM Conference on Rotor Dynamics, Vienna, Austria, on CD.
• Taylor, R.L., 1999, FEAP - A Finite Element Analysis Program - Version 7.1 Programmer Manual, available from: http://www.ce.berkeley.edu/~rlt/feap/, accessed: 25 September2008.