Trwałość i niezawodność elementów urządzeń energetycznych

• Autorzy: Drewniak J. , Rysiński J.

Warianty tytułu

EN

Fatigue life and reliability of power engineering machines and their elements

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Konstruktorzy maszyn i urządzeń, w tym energetycznych, w czasie projektowania szczególną uwagę zwracają na wytrzymałość doraźną oraz zmęczeniową. Jest to jednak niewystarczające podejście do zagadnienia konstruowania, gdyż dla użytkownika bardzo ważnymi parametrami są trwałość i niezawodność. Parametry te bowiem przekładają się bezpośrednio na koszty związane z eksploatacją oraz planowaniem remontów. Trwałość zmęczeniową elementów maszyn i urządzeń energetycznych, a przede wszystkim kół zębatych, określa się najczęściej na podstawie badań zmęczeniowych. Z takich badań otrzymuje się bowiem wykres Woehlera, który wykorzystuje się w połączeniu z jedną z hipotez zmęczeniowych, jak np. Palmgrena–Minera, Haibacha lub Cortena-Dolana. W artykule przedstawiono metodę wyznaczania trwałości zmęczeniowej przy wykorzystaniu mechaniki pękania. Zastosowanie metody elementów brzegowych umożliwiło wyznaczenie propagacji pęknięcia zmęczeniowego . Po podstawieniu tej zależności np. do wzoru Parisa–Erdogana otrzyma się trwałość zmęczeniową mierzoną w liczbach cykli obciążeń. Ponieważ jest to najprostszy wzór na przyrost pękania zmęczeniowego, dla porównania wykorzystano inne zależności, np. wzory Formana i Nasgro2/3. Mając już wyznaczone trwałości zmęczeniowe (od początku inicjacji pęknięcia, poprzez propagację aż do zniszczenia), możliwe będzie określenie niezawodności dowolnego elementu maszyny lub urządzenia energetycznego.

EN

The designers of machines and devices, especially the ones working for the needs of power engineering, must pay a special attention during the design process to ultimate and fatigue strengths. However, it is not the only and sufficient approach to a design task because, for the users, the fatigue life and reliability of machinery are also very important parameters as they have direct influence on operating costs and maintenance planning. The fatigue life of machines and their parts, especially toothed wheels, used in power engineering is usually determined on the basis of fatigue tests, as the result of which we get the Woehler curve applicable in combination with one of the fatigue hypotheses e.g. Palmgren-Miner, Haibach or Corten-Dolan ones. This article presents a method of fatigue life evaluation based on fracture mechanics. Application of the boundary elements method allowed determination of fatigue crack propagation. After inserting the obtained data into the Paris-Erdogan equation we get the value of fatigue life measured in the amount of loading cycles. Due to the fact that this formula is the simplest one that can be used for determination of fatigue crack growth, some other equations e.g. Forman equation and Nasgro2/3 were used for comparison purposes. Once having the determined values of fatigue lives (since crack initiation, through propagation until the fatigue failure) one is able to evaluate reliability of any element of power engineering machines and appliances.

Słowa kluczowe

PL

urządzenia energetyczne; trwałość elementów urządzeń; niezawodność urządzeń

EN

power engineering machines and appliances; durability of elements of power engineering machines; reliability of machines and their elements

• Wydawca: Oficyna Wydawnicza Energia [Stowarzyszenie Elektryków Polskich - COSiW]
• Czasopismo: Energetyka
• Rocznik: 2013
• Tom: nr 10
• Strony: 729--736
• Opis fizyczny: Bibliogr. 12 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Drewniak J.

• Akademia Techniczno-Humanistyczna, Bielsko-Biała, Katedra Podstaw Budowy Maszyn

autor

Rysiński J.

• Akademia Techniczno-Humanistyczna, Bielsko-Biała, Katedra Podstaw Budowy Maszyn

Bibliografia

• [1] Wyrzykowski W. J., Pleszakow E., Sieniawski J., Odkształcenie i pękanie metali, WNT, Warszawa 1999.
• [2] Zang W. L., Gudmunson P., Contact problems of kinked cracks modelled by a boundary integral method; Int. J. Numer. Meths Engng. 29, 847860, 1990.
• [3] Kocańda S., Kocańda A., Niskocyklowa wytrzymałość zmęczeniowa metali, PWN, Warszawa 1989.
• [4] Knott J. F., Fundamentals of fracture mechanics, Butterworths. London 1975.
• [5] Drewniak J., Probabilistyczny model obliczeniowy trwałości zmęczeniowej elementów i zespołów maszyn, Wydawnictwo Politechniki Łódzkiej Filii w Bielsku-Białej, 1992
• [6] Tracey D. M., Finite elements for determination of crack tip elastic stress intensity factors, Eng. Fract. Mech. 1971, 3, s. 255-265.
• [7] Neimitz A., Mechanika pękania, PWN, Warszawa 1998.
• [8] Kujawski D., Modelowanie trwałości zmęczeniowej i propagacji pęknięcia w metalach, Wydawnictwa Politechniki Warszawskiej, 1991.
• [9] Gołoś K., Trwałość zmęczeniowa stali w ujęciu energetycznym, Wydawnictwa Politechniki Warszawskiej, 1989.
• [10] Kujawski D., Trwałości zmęczeniowa metali, Wydawnictwa Politechniki Warszawskiej, 1991.
• [11] Wojciech S., Elementy metod numerycznych, Wydawnictwo Politechniki Łódzkiej Filii w Bielsku-Białej, Bielsko-Biała 1998.
• [12] Rysiński J., Ocena trwałości i wytrzymałości zmęczeniowej na złamanie zęba prostego walcowego koła zębatego: rozprawa doktorska, Akademia Techniczno-Humanistyczna, Wydział Budowy Maszyn i Informatyki, 19 grudnia 2003.