The peculiarities of fatigue process zone formation of structural materials

• Autorzy: Chepil R. , Vira V. , Kulyk V. , Kharchenko Y. , Duriagina Z.

Identyfikatory

DOI

10.29354/diag/94754

Warianty tytułu

PL

Osobliwości tworzenia strefy procesu zmęczeniowego w materiałach konstrukcyjnych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

It is shown that with a cyclic loading in the vicinity of the stress concentrator within the static and cyclic plastic zones, a specific volume of material is gradually formed - the fatigue process zone. Its size d* determines the length of non-propagated cracks or safety defects in the material and can be a determining factor in the diagnosis of material damage. For these materials, the size d* does not depend a lot on the type and geometric characteristics of the stress concentrator. It can be determined by laboratory conditions. While detecting the defects which are longer than d* , it is decided to reduce the intervals between inspections of the construction element, repair or replace it.

PL

Pokazano, że cykliczne obciążenie w pobliżu koncentratora naprężeń w statycznych i cyklicznych strefach plastycznych stopniowo tworzy specyficzną objętość materiału - strefę procesu zmęczeniowego. Jej rozmiar d* określa długość nierosnących pęknięć lub innych bezpiecznych defektów i może być czynnikiem decydującym w diagnozie uszkodzeń materiału. Dla badanych materiałów rozmiar d* mało zależy od rodzaju i geometrycznych charakterystyk koncentratora naprężeń. Można go wyznaczyć w warunkach laboratoryjnych. Po ujawnieniu defektów, dłuższych niż d* , podejmuje się decyzję o skróceniu czasu między przeglądami elementów konstrukcji, jego remoncie lub zamianie.

Słowa kluczowe

EN

fatigue; durability; fatigue process zone; crack initiation; crack growth; defects of materials

PL

zmęczenie; trwałość; strefa procesu zmęczeniowego; inicjacja pęknięcia; propagacja pęknięcia; defekty materiałowe

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Diagnostyki Technicznej
• Czasopismo: Diagnostyka
• Rocznik: 2018
• Tom: Vol. 19, No. 4
• Strony: 27--32
• Opis fizyczny: Bibliogr. 19 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Chepil R.

• Karpenko Physico-Mechanical Institute of the NAS of Ukraine Naukova Str. 5, 79060 Lviv, Ukraine

autor

Vira V.

• Lviv Polytechnic National University, S. Bandery Str. 12, 79013 Lviv, Ukraine

autor

Kulyk V.

• Lviv Polytechnic National University, S. Bandery Str. 12, 79013 Lviv, Ukraine

autor

Kharchenko Y.

• Lviv Polytechnic National University, S. Bandery Str. 12, 79013 Lviv, Ukraine
• University of Warmia and Mazury in Olsztyn, Faculty of Technical Science, Oczapowskiego str. 11D, 10-736 Olsztyn, Poland

autor

Duriagina Z.

• Lviv Polytechnic National University, S. Bandery Str. 12, 79013 Lviv, Ukraine
• The John Paul II Katholic Uniwersity of Lublin, Faculty of Physical Chemistry and Physicochemical Fundamentals of Environmental Engineering, Racławickie Al. 14, 20-950 Lublin, Poland

Bibliografia

• 1. Tsyrul’nyk OT, Nykyforchyn HM, Petryna DY, Hredil’ MI, Dz’oba IM. Hydrogen degradation of steels in gas mains after long periods of operation. Materials Science. 2007; 43(5): 708-717. https://doi.org/10.1007/s11003-008-9010-5
• 2. Krechkovs’ka HV, Mytsyk AB, Student OZ, Nykyforchyn HM. Diagnostic indications of the inservice degradation of the pressure regulator of a gastransportation system. Materials Science. 2016; 52(2): 233-239. https://doi.org/10.1007/s11003-016-9949-6
• 3. Ostash OP, Andreiko IM, Kulyk VV, Uzlov IH, Babachenko OI. Fatigue durability of steels of railroad wheels. Materials Science. 2007; 43(3): 403-414. https://doi.org/10.1007/s11003-007-0046-8
• 4. Markashova LI, Poznyakov VD, Gaivoronskii AA, Berdnikova EN, Alekseenko TA. Estimation of the strength and crack resistance of the metal of railway wheels after long-term operation. Materials Science. 2012; 47(6): 799-806. https://doi.org/10.1007/s11003-012-9458-1
• 5. Ostash OP, Andreiko IM, Kulyk VV, Vavrukh VI. Influence of braking on the microstructure and mechanical behavior of railroad wheel steels. Materials Science. 2013; 48(5): 569-574. https://doi.org/10.1007/s11003-013-9539-9
• 6. Nesterenko BG, Nesterenko GI. Fatigue and damage tolerance of aging airplane structures. Advanced Materials Research. 2014; 891-892: 1669-1674. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/AM R.891-892.1669
• 7. Dziendzikowski M, Dragan K, Kurnyta A, Klysz S, Leski A. Health monitoring of the aircraft structure during a full scale fatigue test with use of an active piezoelectric sensor network. Solid State Phenomena. 2015; 220-221: 328-332. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/SSP.220- 221.328
• 8. Frost NE, Dugdale DS. Fatigue test of notched mild steel plates with measurements of fatigue cracks. Journal of the Mechanics and Physics of Solids. 1957; 5(3): 182-192. https://doi.org/10.1016/0022- 5096(57)90004-2
• 9. Kitagawa H, Takahashi S. Applicability of fracture mechanics to very small cracks or the crack in the early stage. 2-nd Int. Conf. On Mechanical Behaviour of Materials, ICM2, ASM Metal Park, Ohio. 1976: 627-631.
• 10. El Haddad MH, Topper TH, Smith KN. Prediction of non-propagating cracks. Engineering Fracture Mechanics. 1979; 11(3): 573-584. https://doi.org/10.1016/0013-7944(79)90081-X
• 11. El Haddad MH, Dowling NF, Topper TH, Smith KN. J-integral applications for short fatigue cracks at notches. International Journal of Fracture. 1980 16(1): 15-30. https://doi.org/10.1007/BF00042383
• 12. Abdel-Raouf H., Topper T. H., Plumtree A. A model for the fatigue limit and short crack behaviour related to surface strain redistribution. Fatigue and Fracture of Engineering Materials and Structures 1992, 15(9): 895-909. https://doi.org/10.1111/j.1460-2695.1992. tb00065.x
• 13. Irvin GR. Fracture. Handbuch der Physic. 1958, 6: 551-590.
• 14. Tobler RI, Shu OS. Fatigue crack initiation from notches in austenitic stainless steel. Cryogenic. 1986, 26(7): 396-401. https://doi.org/10.1016/0011-2275(86)90083-4
• 15. Devaux JC, D'escantha J, Rabbe P, Pellissier-Tanon A. A criterion for analysing fatigue crack initiation geometrical singularities. Trans. 5th Int. Conf. Struct. Mech. React. Technol., Berlin, 1979. G8 (1): 1-8.
• 16. Ostash OP, Panasyuk VV, Kostyk EM. A phenomenological model of fatigue macrocrack initiation near stress concentrators. Fatigue and Fracture of Engineering Materials and Structures. 1999, 22(2): 161-172. https://doi.org/10.1046/j.1460- 2695.1999.00098.x
• 17. Ostash OP, Panasyuk VV. Fatigue process zone at notches. International Journal of Fatigue. 2001, 23(7): 627-636. http://doi.org/10.1016/S0142-1123(01)00004-4
• 18. Ostash OP, Muravs’kyi LI, Voronyak TI, Kmet’ AB, Andreiko IM, Vira VV. Determination of the size of the fatigue prefracture zone by the method of phaseshifting interferometry. Materials Science. 2011; 46(6): 781-788. https://doi.org/10.1007/s11003-011-9353-1
• 19. Ostash OP, Chepil RV, Andreiko IM, Vira VV, Prokopets VI. Patent of Ukraine № 69067. Method of determining the size of the fatigue process zone. Published: 25.04.2012, Bulletin 8.

Uwagi

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2019).