Trwałość stali konstrukcyjnych przy uwzględnieniu kąta fazowego przesunięcia pomiędzy zginaniem i skręcaniem

• Autorzy: Gasiak G.

Warianty tytułu

EN

Fatigue life of constructional steel including the phase shift angle between bending and torsion

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Przeprowadzone w pracy badania próbek (rys. 2) wykonanych ze stali konstrukcyjnych 10HNAP i 18G2A przy cyklicznym zginaniu ze skręcaniem umożliwiły poznanie wpływu kąta fazowego przesunięcia φ pomiędzy amplitudą momentu zginającego Mag a amplitudą momentu skręcającego Mas na ich trwałość zmęczeniową Nf. Wykazano, że zwiększenie stosunku amplitudy momentu zginającego do amplitudy momentu skręcającego od wartości Mag/Mas = 1,33 do 2 przy stałej wartości początkowej amplitudy momentu zginającego Mag = 15 N·m i przyjętych kątach przesunięcia fazowego φ = 0°, 30°, 45°, 60° powoduje zwiększenie trwałości zmęczeniowej Nf próbek wykonanych zarówno ze stali 10HNAP, jak i ze stali 18G2A. Dalsze zwiększenie stosunku Mag/Mas do wartości 4 powoduje zmniejszenie wartości zmęczeniowej Nf (tab. 1÷3). Związki opisujące trwałość zmęczeniową otrzymane na podstawie wzorów Parisa i Formana bez udziału kąta fazowego przesunięcia φ oraz te same związki z wprowadzonym katem fazowego przesunięcia φ oraz ekwiwalentnym zakresem współczynnika intensywności naprężeń Δ Keq pozwalają w zadowalający sposób oszacować trwałość próbek wykonanych ze stali 10HNAP i 18G2A i obciążonych amplitudami momentu zginającego i skręcającego z przesunięciem fazowym (rys. 4÷7).

EN

The specimens (Fig. 2) made of 10NHAP and 18G2A steels were tested under cyclic bending with torsion. Determination of influence of the phase shift angle φ between the bending moment amplitude Mag and the torsional moment amplitude Mas on the steel fatigue life Nf was the aim of the tests. It has been shown that increase of the ratio Mag/Mas from 1.33 to 2 under the constant initial bending moment amplitude Mag = 15 N·m and the assumed phase shift angles φ = 0°, 30°, 45°, and 60° causes increase of the fatigue life Nf of the specimens made of both considered steels. Further increase of the ratio Mag/Mas to 4 causes decrease of the fatigue lifeN f (Tab. 1, 2, 8). The relations describing the fatigue life obtained from the formulas proposed by Paris and Forman with no participation of the phase shift angle φ, and the same relations with the included phase shift angle and the equivalent range of the stress intensity ratio ΔKeq allow to estimate the fatigue life of the specimens made of 10HNAP and 18G2A steels under the amplitudes of bending moment an torsional moment with phase shift (Fig. 4÷7).

Słowa kluczowe

PL

nieproporcjonalne zginanie ze skręcaniem; modelowanie trwałości zmęczeniowej; ekwiwalentny zakres współczynnika intensywności naprężeń; propagacja pęknięcia zmęczeniowego

EN

non-proportional bendig with torsion; simulation of fatigue life; equivalent range of stress intensity factor; fatigue crack propagation

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Inżynieria Materiałowa
• Rocznik: 2012
• Tom: Vol. 33, nr 2
• Strony: 95--100
• Opis fizyczny: Bibliogr. 20 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Gasiak G.

• Katedra Mechaniki i PKM, Wydział Mechaniczny, Politechnika Opolska, Opole

Bibliografia

• [1] Baran S., Gasiak G.: Trwałość stali konstrukcyjnych w zakresie propagacji pęknięć zmęczeniowych przy nieproporcjonalnym zginaniu ze skręcaniem. XXIII Sympozjon Podstaw Konstrukcji Maszyn, Rzeszów- Przemyśl (2007) Tom IV 19÷26.
• [2] Chen X., Xu S., Huang D.: A critical plane-strain energy density criterion for multiaxial low-cycle fatigue life under non-proportional loading. Fatigue Fract. Engng Mater. Struct. 22 (8) (1999) 679÷686.
• [3] Łagoda T., Macha E.: Modele trwałości zmęczeniowej w zakresie dużej liczby cykli przy obciążeniach nieproporcjonalnych. XVIII Sympozjon PKM, Kielce-Amielówka (1997) Vol. II 225÷230.
• [4] Itoh T., Sakane M., Ohnami M., Socie D. F.: Nonproportional low-cycle fatigue criterion for type 304 stainless steel. Trans. ASME, J. Engng Mater. Technol., 117 (3) (1995) 285÷292.
• [5] Witt M., Zenner H.: Multiaxial fatigue behaviour of welded fatigue tube connections under conbined loading. Experimentals and lifetime prediction. Proc. of the 5th Int. Conference on Biaxial/Multiaxial Fatigue and Fracture, Cracov (1997) Vol. I 421÷434.
• [6] Socie D.: Multiaxial fatigue damage models. Trans. ASME, J. Eng. Mater. Technol. 109 (1987) 293÷298.
• [7] Wu Han C., Yang C. C.: On the influence on strain-path in multiaxial fatigue failure. Trans. ASME, J. Eng. Mater. Technol. 109 (1987) 107÷115.
• [8] Plank R., Kuhn G.: Fatigue crack propagation under nonproportional mixed mode loading. Eng. Fract. Mech. 62 (1999) 203÷229.
• [9] Douqet V., Pommer S.: Fatigue crack growth under nonproportional mixed mode loading in ferritic-perlitic steel. Fatigue Fract. Engng Mater. Struct. 27 (2004) 1051÷1060.
• [10] Shukayev S., Gladskii M., Zakhovaiko A., Panasovskii K.: A metod for low-cycle fatigue life assessment of metallic materials under multiaxial loading. Int. J. Strength of Materials 1 (2008) 56÷59.
• [11] Shaniavski A. A.: Modelling of fatigue cracking of metals. Synergetics for Aviation. Publ. House of Scientific and Technical Literature, „Monography”, Ufa (2007) 216 (in Russian).
• [12] Baran S.: Trwałość wałków skrętnych przy obciążeniach nieproporcjonalnych. Praca doktorska. Politechnika Opolska, Opole (2007) 147.
• [13] Paris P. C., Erdogan F.: A critical analysis of crack propagations laws. Journal of Basic Engineering, Trans. American Society of Mechanical Engineers 85 (4) (1963) 528÷534.
• [14] Forman R. G., Kearney V. E., Engle R. M.: Numerical analysis of crack propagations in cycling-loaded structures. International J. Basic Engng. (1967) 456÷463.
• [15] Kocańda S.: Zmęczeniowe pękanie metali. WNT, Warszawa (1985).
• [16] Gasiak G., Robak G.: Simulation of fatigue life of constructional steels within the mixed modes I and III loading. Fatigue Fract. Engng Mater. Struct. 34 (6) (2011) 389÷402.
• [17] Hellier A. K., Corderoy D. J. H., Mcgirr M. B.: A practical mixed mode II/III fatigue test rig. Int. J. Fatigue 9 (1987) 95÷101.
• [18] Achtelik H., Baran S., Gasiak G.: Metodyka badań prędkości rozwoju pęknięć zmęczeniowych przy nieproporcjonalnym zginaniu ze skręcaniem próbek z karbem. XXII Sympozjum PKM, Jurata (2005) 9÷17.
• [19] Robak G., Gasiak G.: Zestaw badawczy do pomiaru rozwoju pęknięć zmęczeniowych przy obciążeniach złożonych. Przegląd Mechaniczny 2 (2008) 34÷35.
• [20] Gasiak G., Grzelak J., Robak G.: Modelowanie trwałości w zakresie rozwoju pęknięć zmęczeniowych przy zginaniu ze skręcaniem. Zeszyty Naukowe Politechniki Opolskiej, Seria: mechanika z. 82, nr 304 (2005) 297÷304.