BazTech - Yadda

1

Study on tensile fracture failure of a steel plate with a surface crack

Chong Zhewen, Tao Jing, Xie Yuehui, Wu Dongrong, Li Tao

Journal of Theoretical and Applied Mechanics

|

2023

|

Vol. 61 nr 2

343--354

EN

In order to study the effect of different surface crack parameters on the fracture failure of steel plate, the model was established by FEM. The results showed that the edge surface crack has the greatest influence on the fracture failure of the steel plate, and for non-edge surface cracks, the central surface crack has the greatest influence on the fracture failure of the steel plate. The larger the a/t and the smaller the a/c, the easier the steel plate fracture failure occurs. The a/c has a certain influence on the variation law of K and the position where Kmax appears.

2

Study of the behavior of the Al 2017-A aluminium plate corroded and with horizontal cracks treated by the technique of composite materials

Berrahou Mohamed, Benzineb Hayet

Advances in Materials Science

|

2023

|

Vol. 23, nr 2(76)

5--24

EN

This work presents a comprehensive study consisting of two aspects: a numerical analytical aspect and a laboratory experimental aspect. The numerical study was a three-dimensional finite element numerical analysis of performance of corroded and horizontally cracked aluminium plates, which were repaired by composite patching. The effect of the composite types on the variance of the damaged area of the adhesive (FM-73) and their efficiency on the stress intensity factor were studied. In the experimental study, corroded aluminium plates were prepared and repaired them using technology of the composite. The results showed that the panels that were repaired with composite (boron/epoxy) give values of stress intensity factor (KI) and damaged area ratio (DR) less than the other two studied composites (glass/epoxy and graphite/epoxy), and increase the ultimate strength of plates damage, and this leads to the conclusion that (Boron/epoxy) increases the performance and durability of (Al 2017-A) plates.

3

Static and dynamic stress intensity factors of branched cracks

Fedeliński P., Holek M.

Modelowanie Inżynierskie

|

2017

|

T. 34, nr 65

23--28

EN

The boundary element method (BEM) is applied to analysis of static and dynamic stress intensity factors (SIF) of branched cracks. The numerical solution is obtained by discretization of external boundaries and crack surfaces. The problem of coincident crack boundaries is solved by the dual BEM in which for nodes on crack surfaces simultaneously the displacement and the traction boundary integral equations are applied. The dynamic problem is solved by using the Laplace transform method. Static stress intensity factors (SIF) are computed by the path independent J-integral and dynamic SIF by the crack opening displacement (COD) method. Numerical examples of a single crack and two interacting branched cracks in rectangular plates are presented. The influences of dimensions and shapes of voids in the centers of the branched cracks and the orientations and distances between two interacting cracks on SIF are analyzed.

PL

Zastosowano metodę elementów brzegowych (MEB) do analizy statycznych i dynamicznych współczynników intensywności naprężeń (WIN) pęknięć rozgałęzionych. Rozwiązanie numeryczne otrzymano w wyniku dyskretyzacji brzegów zewnętrznych tarczy i krawędzi pęknięć. Zastosowano sformułowanie dualne MEB do analizy pokrywających się krawędzi pęknięcia, w którym stosuje się jednocześnie dla węzłów pęknięcia brzegowe równanie całkowe przemieszczeń i sił powierzchniowych. Zagadnienie dynamiczne analizowano metodą transformacji Laplace’a. Statyczne współczynniki intensywności naprężeń (WIN) obliczono za pomocą J-całki niezależnej od konturu całkowania, a dynamiczne WIN na podstawie rozwarcia krawędzi pęknięcia. Przedstawiono przykłady numeryczne pojedynczego pęknięcia i dwóch oddziałujących pęknięć rozgałęzionych w tarczach. Badano wpływ wielkości i kształtu pustek w środku pęknięcia rozgałęzionego oraz orientacji i odległości między dwoma pęknięciami na WIN.

4

Dynamically loaded branched and intersecting cracks

Fedeliński P.

Czasopismo Inżynierii Lądowej, Środowiska i Architektury / Journal of Civil Engineering, Environment and Architecture

|

2017

|

z. 64, nr 2/I

17--26

EN

The boundary element method (BEM) is applied to analysis of statically and dynamically loaded plates with branched and intersecting cracks. The numerical solution is obtained by discretization of external boundaries and crack surfaces using quadratic three-node boundary elements. The problem of coincident crack boundaries is solved by the dual BEM in which for nodes on crack surfaces simultaneously the displacement and the traction boundary integral equations are applied. The dynamic problem is solved by using the Laplace transform method and the solution in the time domain is computed by the Durbin numerical inversion method. The Laplace transform method gives very stable and accurate results and requires small computer memory. Static stress intensity factors (SIF) are computed by the path independent J-integral and dynamic SIF by the crack opening displacement (COD) method. Numerical examples of a branched crack in a rectangular plate and a star-shaped crack in a square plate are presented. Static SIF are compared with available results presented in literature showing good agreement. The maximum dynamic SIF are approximately two times larger than the corresponding static SIF. The influences of angles between branches of the crack and dimensions of the plate for the star-shaped crack on dynamic SIF are analyzed.

PL

Metodę elementów brzegowych (MEB) zastosowano do analizy obciążonych statycznie i dynamicznie tarcz z pęknięciami rozgałęzionymi i przecinającymi się. Rozwiązanie numeryczne otrzymano w wyniku dyskretyzacji brzegów zewnętrznych tarczy i krawędzi pęknięć z zastosowaniem kwadratowych trójwęzłowych elementów brzegowych. Zastosowano sformułowanie duale MEB do analizy pokrywających się krawędzi pęknięcia, w którym stosuje się jednocześnie dla węzłów pęknięcia brzegowe równanie całkowe przemieszczeń i sił powierzchniowych. Zagadnienie dynamiczne analizowano metodą transformacji Laplace’a, a rozwiązanie w dziedzinie czasu wyznaczono metodą numerycznej transformacji odwrotnej Durbina. Metoda transformacji Laplace’a pozwala na wyznaczenie stabilnego i dokładnego rozwiązania i wymaga małej pamięci komputerowej. Statyczne współczynniki intensywności naprężeń (WIN) obliczono za pomocą J-całki niezależnej od konturu całkowania, a dynamiczne WIN na podstawie rozwarcia krawędzi pęknięcia. Przedstawiono przykłady numeryczne rozgałęzionego pęknięcia w tarczy prostokątnej i pęknięcia gwiaździstego w tarczy kwadratowej. Statyczne WIN porównano z wynikami dostępnymi w literaturze, wykazując dobrą zgodność rozwiązań. Maksymalne wartości dynamicznych WIN są około dwukrotnie większe niż odpowiednie statyczne WIN. Badano wpływ kąta między pęknięciami rozgałęzionymi i wielkości tarczy z pęknięciem gwiaździstym na dynamiczne WIN.

5

Możliwości nahełmowego systemu prezentacji danych w zakresie zobrazowania informacji przekazywanych z systemu identyfikacji statku powietrznego

Siekierska E., Pazur A., Szelmanowski A.

TTS Technika Transportu Szynowego

|

2012

|

R. 19, nr 9

1023--1030, CD

PL

W referacie omówiono rolę elementów Systemu Wtórnej Radiolokacji jako urządzeń identyfikacji w zakresie rodzaju znakowania wykrytych celów na “swój-obcy” oraz rozdziału “swoich” celów na podstawie zasady indywidualnej (selektywnej) identyfikacji SIF (Selective Identification Feature) w oparciu o ekrany naziemnych stacji radiolokacyjnych. Przeanalizowano możliwości nahełmowego zobrazowania informacji pozyskiwanej z interrogatora, w których dzięki nowoczesnemu systemowi awionicznemu i możliwości przedstawienia informacji pozyskiwanych z systemu identyfikacji, pilot (załoga) w trakcie realizacji różnych etapów zadania będzie informowany o najważniejszych i niezbędnych danych dotyczących rozpoznania innych statków powietrznych (obiektów, celów). Powyższa propozycja zobrazowania informacji pozwoli załodze skoncentrować się na wykonaniu misji bez konieczności przenoszenia wzroku na tablice przyrządów pilotażowo-nawigacyjnych, co wpłynie pozytywnie na bezpieczeństwo lotu i skróci czas reakcji na podjęcie decyzji w czasie wykonywania zadania lotniczego. Na podstawie wyników wstępnych analiz prac prowadzonych przez ITWL w ramach śmigłowca W-3PL „Głuszec”, przedstawiono koncepcję zobrazowania wyniku identyfikacji statku powietrznego (obiektu, celu) w oparciu o nahełmowy system celowniczy.

EN

The part aviation transponders play as identification devices used to designate identified targets as ‘friend’ and ‘foe’ ones, and to select and separate the friendly ones using the Selective Identification Feature (SIF) (the collected information being then displayed on the screens of radar ground stations) has been presented in the paper. Capabilities to display information from aviation transponders on a helmet-mounted display system have been analysed. Owing to the integrated avionics system that processes information from the transponder, a pilot will receive the most essential data necessary to identify other aircraft/targets/objects while performing various stages of his mission. Making use of effects of work performed by ITWL under the W-3PL “Głuszec” project, the conception of how to display results of the aircraft/target/object identification using the joint helmet mounted cueing system has been presented.

6

Improvement of algorithm for numerical crack modelling

Jovicic G., Zivkovic M., Jovicic D., Milovanovic D.

Archives of Civil and Mechanical Engineering

|

2010

|

Vol. 10, no 3

19-35

EN

For numerical simulation of crack modelling in fracture mechanics the eXtended finite element method (Xfem) has been recently accepted as a new powerful and efficiency methodology. In the paper we present the details of implementation of the Xfem algorithm in our in-house finite elements based software. Also, in this study, we investigated the impact of the node enrichment variations on results of the developed numerical procedure. In this study, objective was to examine the properties of standard Xfem algorithm without using of Near Tip enriching functions in order to create possibilities for future application Xfem in the zone of plasticity. In order to evaluate the computational accuracy, numerical results for the Stress Intensity Factors are compared with both theoretical and conventional finite element data. Obtained numerical results have shown a good agreement with the benchmark solutions. For calculation of the Stress Intensity Factors (SIF), we used the J-Equivalent Domain Integral (J-EDI) Method. Computational geometry issues, associated with the representation of the crack and the enrichment of the finite element approximation, are discussed in detail.

PL

Rozszerzona metoda elementów skończonych eXtended (XFEM) jest ostatnio uznawana, jako skuteczne i efektywne narzędzie do modelowania numerycznego w mechanice powstawania pęknięć. W artykule przedstawiono szczególe zastosowania algorytmu XFEM we własnym oprogramowaniu bazującym na metodzie elementów skończonych. Celem badań było zweryfikowanie standardowego algorytmu XFEM w celu stworzenia możliwości przyszłej aplikacji tego algorytmu w obszarze plastycznym. W celu oceny dokładności obliczeń, wyniki liczbowe współczynników intensywności naprężeń zostały porównane z teoretycznymi i danymi z elementów skończonych. Uzyskane wyniki liczbowe wykazały dobrą zgodność ze wzorcami rozwiązań. Do wyliczenia wskaźników intensywności naprężeń użyta została metoda równoważnej całki J. Szczegółowo omówiono zagadnienia geometrii obliczeniowej związane z przedstawieniem pęknięcia i ulepszeniem aproksymacji w metodzie elementów skończonych.

7

Theoretical analysis of plastic zone of a circle crack under gigacycle fatigue regime

Wu T., Mo T., Chen W., Bayraktar E.

Archives of Computational Materials Science and Surface Engineering

|

2009

|

Vol. 1, nr 4

245-251

EN

Purpose: Different kinds of alloys used in industry for structures and engine components are subjected to very high cycle fatigue (gigacycle regime) damage under the service conditions. In this study, fatigue damage evolution of some metallic-industrial alloys was investigated on very high cycle fatigue regime and calculation of the stress intensity factor (SIF) using finite element method (FEM) was realized under the ultrasonic vibration conditions. A formula of SIF vs. Cracks size and position of the crack has been developed. In fact, calculation of the SIF under ultrasonic vibrating fatigue has to be a function of amplitude instead of nominal stress as frequently used in traditional fatigue from Woehler. Design/methodology/approach: The specimens are tested at ultrasonic fatigue frequency of 20 kHz with a stress ratio of R=-1 (tension-compression) under load control. In order to control the displacement amplitude at the end of the amplifier was calibrated by optical sensor before each fatigue test. Failure mechanisms have been studied by means of the scanning electron microscope (SEM). The fracture origin and/or inclusions were identified by use of energy disperse analysis. Findings: An analytical approach was validated to calculate the stress intensity factor, KI, for the specimen specially designed for Gigacycle fatigue test. Practical implications: This heat source will be useful to position and size the small crack inside the specimen according to surface temperature variation with further heat transfer analysis. The relation between energy power and stress intensity factor helps to determine crack size and position from the temperature field on the specimen surface. Originality/value: Based on the SIF calculation and from classical fracture mechanics, dissipated energy of the plastic zone of the crack is derived and considered as heat source when the crack initiates.

8

Interaction of surface and internal cracks in railhead

Dhanasekar M., Han J., Qin Q. H.

Computer Assisted Mechanics and Engineering Sciences

|

2007

|

Vol. 14, No. 1

79-89

EN

This paper presents a two-dimensional model for the analysis of interaction between surface and internal cracks in the railheads subjected to wheel loading. The shape of the railhead, the surface crack and the internal crack are modelled as curved cracks defined by the theory of continuous distribution of dislocation in an infinite body. From the boundary conditions along these cracks, a system of singular integral equations is deduced. Influence functions in these singular integral equations are first expanded into the Cauchy kernel multiplying normal functions and later are reduced to a system of linear equations and solved numerically. Stress intensity factors (SIFs) of the surface crack tip are calculated from the numerical solution of distribution function along these cracks directly, eliminating need for any indirect integral method. The method does not require meshing and hence idealisation of the shapes of the cracks, thereby improving accuracy and reducing pre- and post processing efforts. Interaction between the internal crack and the surface crack is examined in detail through several examples.