Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Tests of damage to Inconel 718 alloy used in aviation

Krysztofik J., Socha G.

Prace Instytutu Lotnictwa

|

2017

|

Nr 1 (246)

104--116

EN

Inconel 718 alloy was tested. A new type of specimens of variable cross-sectional area measuring part was used for the tests. This provided a continuous distribution of plastic strain in that part of the sample. The proposed method enables to replace a series of specimens by one specimen. The degradation of the material u:as obtained by static tensile test and the creep test. The permanent deformation that varies along the specimen axis allows for an analysis of damage induced by a plastic deformation. The degradation of the alloy corresponds with the changes of acoustics properties of the material - attenuation of ultrasonic waves. It allows to determine the degree of damage to the material using a non-invasive - ultrasonic method. Using the damage parameter proposed by Johnson allows to obtain correlation between the non-destructive results and a damage degree of the material. The presented testing method delivers information about changes in the material structure caused by permanent deformation.

PL

Badaniom materiałowym poddano stop Inconel 718. Do badań użyto nowy rodzaj próbki o zmiennym polu przekroju części pomiarowej. Dzięki temu uzyskano ciągły rozkład odkształceń plastycznych w tej części próbki. Zaproponowana metoda badania uszkodzenia struktury prowadzi do zastąpienia w badaniach serii próbek jedną próbką. Degradację materiału zadano poprzez statyczną próbę rozciągania i próbę pełzania. Deformacja trwała, która zmienia się wzdłuż osi próbek, umożliwia analizę uszkodzenia wywołanego odkształceniem plastycznym. Z degradacją badanego stopu wiążą się zmiany jego właściwości akustycznych -współczynnika tłumienia materiału. Pozwala to na określenie stopnia uszkodzenia materiału za pomocą bezinwazyjnej metody nieniszczącej -metody ultradźwiękowej. Stosując parametr uszkodzenia zaproponowany przez Johnsona uzyskano korelację pomiędzy wynikami pomiarów nieniszczących a stopniem uszkodzenia materiału. Zastosowana w przedstawionym artykule metoda badawcza dostarcza informacji na temat zmian struktury materiału wywołanych deformacją trwałą.

2

Calibration of the Ductile Failure Criterion for Nickel-Based Superalloys taking into Account the Localization of the Strain

Madejski B., Socha G.

Fatigue of Aircraft Structures

|

2017

|

Iss. 9

27--37

EN

Static tension test allows characterization of material strength properties. This simple test provides input data for numerical calculation of structural components made of the tested alloy. Elastic, plastic and failure behavior of the structural component in question is simulated, using, for example, the FEM package, based on parameters obtained as the result of tensile testing. When using the results of the tensile test for modeling the material failure it is important to estimate correctly plastic strain corresponding to failure. It is common practice to use elongation of the specimen gage part for the calculation of failure strain. On the other side, the most popular ductile failure criterion used by engineers performing numerical simulation of the material’s behavior relies on the equivalent plastic strain as the criterial quantity. Those two parameters can differ significantly. In order to calculate the equivalent plastic strain correctly, we have to remember about strain localization (necking) appearing during tensile tests and take into account the fact that during tensile testing we have three non-zero strain tensor components. Ignoring this fact, and using only elongation as the criterial quantity can lead to enormous simulation error. This error is analyzed in this paper for nickel based superalloy tested at elevated temperatures.

3

Study on deformation-induced damage evolution for Inconel718 superalloy with the use of an innovative single-specimen method

Socha G., Madejski B., Malicki M.

Journal of Theoretical and Applied Mechanics

|

2016

|

Vol. 54 nr 4

1379--1390

EN

An innovative method for investigation of deformation-induced damage of elastic-plastic materials is proposed. A static tension test, performed on a specimen with a variable cross- -section gage part enabled analysis of degradation of the material structure for all stages of permanent deformation. Modified Johnson model has been used to quantify damage. Analysis of the damage of the specimen surface as well as observations of the damage induced inside the gage part of the specimen has been performed using SEM observations. Debonding at the interface between a hard inclusion and a ductile matrix has been found to be responsible for initiation of cracks on the specimen surface as well as inside the gage part of the specimen. Analysis of the subsequent void growth has been performed. Surface cracks are associated with plastic deformation resulting in an increase of the surface roughness. Variations of the specimen surface roughness have been found to be in good correlation with the damage parameter. This correlation enables the use of surface roughness as the relative damage indicator for the investigated material and deformation mode.

4

Ocena stopnia uszkodzenia stopu Inconel 718 z zastosowaniem prądów wirowych

Krysztofik J., Kukla D., Socha G.

Przegląd Spawalnictwa

|

2015

|

R. 87, nr 12

24--26

PL

Zaprezentowane wyniki wskazują na możliwość ilościowej oceny stopnia uszkodzenia, opisanego miarą skumulowanego odkształcenia plastycznego, uzyskanego w statycznej próbie rozciągania, z wykorzystaniem prądów wirowych. Badaniom poddano próbkę o zmiennym polu przekroju w całym zakresie części pomiarowej. Użycie próbki o takiej geometrii umożliwia uzyskanie pola deformacji, której wartość zmienia się wzdłuż osi próbki. Znajomość wartości odkształcenia trwałego w danym przekroju próbki w połączeniu z analizą struktury w tym miejscu pozwala na prześledzenie ewolucji uszkodzenia struktury materiału wywołanej jego deformacją trwałą. Na takiej próbce, poddanej próbie rozciągania, wykonano profil zmian kąta fazowego sygnału prądowirowego w kolejnych obszarach o zmiennym stopniu uszkodzenia. Dokonując korelacji pomiędzy stopniem uszkodzenia wyrażonym miarą parametru uszkodzenia oraz wartością mierzonego kąta fazowego, determinowaną lokalnymi zmianami przewodności elektrycznej i przenikalności magnetycznej uzyskano zależność wskazującą na możliwość nieniszczącej oceny stopnia degradacji materiału poddanego obciążeniom przekraczającym wartość granicy plastyczności.

EN

Presented results indicate the possibility of a quantitative evaluation of the damage, described by measure of plastic deformation, obtained in the static tensile test using eddy currents. Samples with variable cross-sectional area throughout the range of the measuring section have been tested. Such geometry of the sample allows to obtain the area of deformation which varies along the axis of the sample. Knowledge of the permanent deformation in the given cross-section of the sample in combination with the analysis of the structure at this point allows to investigate the structure of the material damage caused by permanent deformation. On a sample subjected to a tensile test the profile changes of the phase angle of the eddy current signal were performed. Correlation between the degree of damage, expressed by measure of deformation, and the value of the measured phase angle, determined by local changes in electrical conductivity and magnetic permeability was conducted. On the basis of it, the dependence indicating the ability to nondestructive evaluation of the degradation degree of the material, subjected to loads exceeding the yield limit was obtained.

5

Experimental investigation of thin brass sheets under tension-compression cyclic loading

Kowalewski Z. L., Dietrich L., Socha G.

Journal of Theoretical and Applied Mechanics

|

2015

|

Vol. 53 nr 3

757—762

EN

Strength and durability of thin-walled structures are usually calculated with the use of computer simulations. To perform such simulations using Finite Element Method, characteristics of a material subjected to monotonic tension or compression and tension-compression cyclic loading are necessary. Experimental determination of such kind of characteristics is usually performed on specimens cut out from a metal or composite thin sheet. Problems associated with testing on flat specimens under large deformation are discussed in this paper. A new design of fixture proposed by the authors for this kind of testing is shortly described. The results of investigations carried out on brass using the new fixture for flat specimens testing are also presented.

6

The Application of Acoustic Anisotropy to Evaluation of Material Properties

Krysztofik J., Manaj W., Socha G.

Fatigue of Aircraft Structures

|

2015

|

Iss. 7

5--11

EN

Structural properties of materials change under stress, temperature and work environment. These changes are generally unfavorable. They cause a reduction in strength of materials. This has an impact on the safety and service life of machines and constructions. In the chemical and petrochemical industry the destruction of a structure can be activated by chemical substances. In the energy industry, a key element in assisting the destruction is temperature. In aviation, the typical cause of damage is the process of fatigue. Regardless of the differences regarding/concerning the mechanisms of degradation, typical of the sectors of industry, the end result is the emergence of microvoids and microcracks in the material. In the final phase of the process, dominant cracks are formed. The term of measure of material damage, introduced by Kachanov and Rabotnow, can be effectively used also when considering the impact of microdamages on measurable macroscopic acoustic quantities. A damage parameter proposed by Johnson allows to correlate changes in acoustic birefringence of the material with the parameter describing the degree of damage. In this article the authors presented the nondestructive tests results concerning Inconel 718 alloy subjected to damage caused by plastic deformation. This paper focuses on the evaluation of acoustic properties in relation to the degradation of the materials tested.

7

Changes of the yield condition due to accumulation of damage of metal alloys

Socha G.

Engineering Transactions

|

2008

|

Vol. 56, iss. 3

227-245

EN

The results of the experimental investigations of fatigue damage accumulation and redistribution of residual stresses are reported in this paper. Local measurements of the inelastic response under constant stress amplitude were used to observe two phenomena for selected alloys. It was found that fatigue damage accumulation and redistribution of residual stress affect the yield condition for the investigated materials. Yield condition with damage parameter and the parameter representing residual stress state are proposed. The damage parameter is calculated, basing on the definition given in the author's previous paper. It was also found that the yield condition and damage parameters are different for dynamic (cyclic loading) and for static (for unloaded material) conditions. Physical interpretation for the observed experimental results is given in this paper. Fatigue damage accumulation is divided into three phases: cyclic stabilisation, local increase of crystal defects density, formation and propagation of the crack. Local methods of strain measurements, together with dynamic measurements of damage parameter, were found to be crucial for proper observation of fatigue damage accumulation.

8

Nowa metoda wczesnego wykrywania i monitorowania kumulacji uszkodzeń stali konstrukcyjnych

Socha G.

Prace Instytutu Lotnictwa

|

2007

|

Nr 2 (189)

1-104

PL

Zasadniczą częścią prezentowanej rozprawy jest opis nowej metody badania kumulacji uszkodzeń sprężysto-plastycznych materiałów konstrukcyjnych poddanych obciążeniom cyklicznie zmiennym i możliwości jej wykorzystania do poprawy bezpieczeństwa i obniżenia kosztów eksploatacji konstrukcji. Opis ten jest poprzedzony w pierwszej części pracy wstępem i prezentacją wybranych badań autora dotyczących kumulacji uszkodzeń w prostym i złożonym stanie naprężenia. W drugiej części pracy zaprezentowano obecnie stosowane metody badania zjawiska degradacji materiałów konstrukcyjnych. Omówiono tradycyjnie stosowane w przemyśle metody określania trwałości materiału i wytrzymałości na zmęczenie. Dwa następne rozdziały zawierają opis wybranych modeli kumulacji uszkodzeń materiału oraz opis parametrów uszkodzenia definiowanych przez zmiany właściwości mechanicznych, właściwości fizycznych lub parametrów metalograficznych. Następny rozdział zawiera opis proponowanej metody pomiaru uszkodzenia materiału. Metoda ta opiera się na lokalnym pomiarze odkształceń niesprężystych gładkich próbek poddanych wahadłowym cyklom naprężenia. Podczas sterowanego naprężeniem testu o stałej amplitudzie mierzony jest lokalnie zakres odkształceń niesprężystych w cyklu obciążenia. Zmiana mierzonego zakresu odkształceń niesprężystych jest uważana za objaw postępującej degradacji badanego materiału. Analiza otrzymanych wyników badań pozwala na podział procesu degradacji na trzy fazy: stabilizacji odpowiedzi cyklicznej materiału, wzrost uszkodzenia struktury krystalicznej oraz propagację dominującego pęknięcia zmęczeniowego. Te trzy fazy oddziela moment nukleacji pierwszych uszkodzeń oraz uformowania pęknięcia dominującego. W kolejnym rozdziale opisana jest propozycja nowego rodzaju charakterystyki materiałów konstrukcyjnych - Krzywej Szybkości Kumulacji Uszkodzenia (KSKU). Krzywa ta przedstawia szybkość procesu degradacji materiału dD/dn jako funkcję amplitudy naprężenia. Na podstawie zaproponowanej charakterystyki (KSKU) została oszacowana trwałość trzech gatunków stali konstrukcyjnych poddanych obciążeniom o zmiennej amplitudzie. Rezultat oszacowania porównano z wynikami odpowiednich testów otrzymując bardzo dobrą zgodność. Względny błąd oszacowania nie przekracza 10%, co jest wynikiem znacznie lepszym niż uzyskiwany przy zastosowaniu tradycyjnego podejścia. Ostatni rozdział opisuje inne, bardzo ważne w praktyce inżynierskiej możliwości wykorzystania proponowanej metody badawczej: metodę pomiaru uszkodzenia materiału oraz metodę kalibracji nieniszczących metod badania uszkodzenia materiałów konstrukcyjnych.

EN

A new experimental method for the investigation of damage development in elastic plastic materials subject to oscillating load forms the essential part of this dissertation. Before the description of the method is given, a state-of-art for cumulative damage testing of structural materials is described. The first part of the dissertation consists of the in simple and complex stress state. In the following chapter review of methods used traditionally for the material damage investigations is given. The next two parts include review of selected cumulative damage models used for the life prediction and review of mechanical, physical and metallurgical damage parameters used for damage measurements. In the following paragraph the new method is presented. This method is based on the local observations of the inelastic strain of smooth specimens subject to oscillating, fully reversible load. The local changes of inelastic strain range during the tress-controlled, constant amplitude tests are considered to be manifestation of the material degradation process. Analysis of the obtained data allows dividing life of the investigated structural steel into three periods differing in damage rate. These periods are separated by crack nucleation and small crack coalescence (formation of dominant crack) moments. As the result, relations between crack nucleation or coalescence time and life of material were found for the range of applied stress amplitudes. In the next part new concept of Damage Progress Rate Curve (DPRC) is introduced. These curves were determined experimentally for three grades of structural steels used for high-pressure installations working in extreme service conditions. Damage Progress Rate Curve shows the rate of the degradation process dD/dn as a function of the stress amplitude. On the basis of experimentally determined Damage Progress Rate Curves, fatigue life was predicted for variable amplitude experiments performed on the three structural steels investigated. Results were found to be in very good agreement with the prediction in the range of applied stress amplitudes. Accuracy of the prediction is much better than using traditional, most popular approach (S-N curve and Linear Damage Rule). Last chapter describes other potential applications of the proposed method: semi-destructive measurement of the damage in structural components and calibration of the existing non-destructive methods of damage inspection. At the end of the dissertation short summary concerning the proposed method is given.

9

Nieniszczące metody badania degradacji zmęczeniowej stali Cr-Mo

Kukla D., Dietrich L., Socha G., Kurzydłowski K. J., Manaj W.

Dozór Techniczny

|

2003

|

z. 6

135--138

PL

Współczesne instalacje przemysłowe, eksploatowane są często w ekstremalnych warunkach, co podnosi ryzyko awarii i powoduje, że mogą stanowić źródło zagrożenia dla otoczenia. Dla zapewnienia bezpieczeństwa ich użytkowania, wprowadzono szereg przepisów z zakresu dozorowania technicznego, które określają czas eksploatacji, po którym wymagany jest remont instalacji lub wymiana ich poszczególnych elementów. Działania te, mogą istotnie ograniczać wydajność instalacji, co uzasadnia optymalizację liczby odstawień oraz zakres ingerencji w poszczególne aparaty, co można osiągnąć poprzez systematyczną ocenę stopnia degradacji materiałów, z których wykonane są instalacje. Monitorowanie procesów degradacji materiałów, zasadniczo powinno opierać się na wynikach kompleksowych badań, obejmujących: strukturę (badania metodą replik, metodą PMS), pomiar twardości, pomiar współczynnika tłumienia fal ultradźwiękowych, analiza szumu Barkhausena, pomiary naprężeń szczątkowych oraz ocena ewentualnych uszkodzeń wewnętrznych (prądowirowe, magnetyczne). Niezbędne jest także prowadzenie badań właściwości mechanicznych na próbkach pobranych z obszarów o najwyższym stanie wytężenia materialu [1]. Z wymienionych technik badawczych, w niniejszej pracy skupiono się na wybranych metodach nieniszczących, możliwych do zastosowania w warunkach przemysłowych. Skuteczność tych metod oceniono na przykładzie stali Cr-Mo, powszechnie stosowanych do budowy instalacji w przemyśle chemicznym i rafineryjnym. Badane próbki stali poddano degradacji zmęczeniowej. Uzyskane wyniki mają ogólniejszy sens i mogą być wykorzystane do oceny stanu instalacji pracujących w warunkach obciążeń zmęczeniowych.

10

Nowa metoda pomiaru zniszczenia zmęczeniowego materiałów konstrukcyjnych

Socha G.

Dozór Techniczny

|

2002

|

z. 6

121--124

PL

W artykule opisano nową metodę pomiaru zniszczenia zmęczeniowego materiałów konstrukcyjnych. Metoda ta oparta jest na obserwacji zmian odkształceń niesprężystych w próbce materiału poddanej cyklicznie zmiennym obciążeniom o stałej amplitudzie. Zmiany amplitudy odkształceń nieprężystych w trakcie sterowanego naprężeniem testu są uważane za objaw zniszczenia zmęczeniowego materiału próbki. Otrzymane wyniki zilustrowano w postaci wykresu przedstawiającego amplitudę odkształceń niesprężystych jako funkcję numeru cyklu obciążenia w skali logarytmicznej, dla wszystkich badanych próbek. Analiza przedstawionych w ten sposób danych pozwala na podział procesu zniszczenia zmęczeniowego na trzy fazy: sprężystą deformację cykliczną niezniszczonego materiału, nukleację i stabilny wzrost mikropęknięć oraz propagacje dominującej szczeliny zmęczeniowej w materiale próbki. Wymienione trzy fazy procesu zniszczenia zmęczeniowego rozdziela moment nukleacji pierwszych mikropęknięć oraz uformowania się dominującej szczeliny zmęczeniowej.

11

Fracture toughness of laser stake welds in shipbuilding industry

Socha G., Kujala P.

Engineering Transactions

|

2000

|

Vol. 48, iss. 2

135-151

EN

A new technology of stake welding with the use of high power lasers was developed in the framework of EU research program "Advanced Welding for Closed Structures". This technology enable welding from outside of closed profiles due to high penetration of laser beam into the material. More than 650 static, fracture toughness and fatigue tests were performed during the research program to investigate strength of such welds. In this paper, investigations of static strength and fracture toughness are presented, results of fatigue testing will be reported elsewhere. As the result of the tensile and bend tests, very good strength and ductility of fusion zone (FZ) and heat-affected zone (HAZ) were found. Also the fracture toughness in lowered temperature was found to be satisfactory. Both traditional impact (Charpy) test and modern methods of measuring the crack tip opening displacement (CTOD) were utilised, and their results in the form of tearing energy per unit surface were compared. Also fatigue crack growth rate (FCGR) tests were performed at the constant DK value, the crack was propagating in the direction transversal to the weld midline. This technique allowed the observation of FCGR variations in different zones of the welded joint.

12

Weryfikacja wytrzymałościowa połączeń laserowych stosowanych w przemyśle stoczniowym

Socha G.

Przegląd Mechaniczny

|

1999

|

nr 7

22-25

PL

Opisano badania wytrzymałościowe spoin teowych wykonanych za pomocą lasera dużej mocy, przeprowadzone w ramach projektu badawczego Unii Europejskiej 'Advances Welding for Closed Structures'; celem wymienionego projektu badawczego była poprawa konkurencyjności stoczni europejskich poprzez opracowania technologii spajania laserowego zamkniętych profilii kadłuba okrętu; technologia ta ma zapewnić obniżenie kosztów produkcji poprzez osiągnięcie dużych prędkości oraz automatyzację procesu spajania, a także wyeliminowania operacji spawania w warunkach szkodliwych dla zdrowia.

EN

Description of strength testing of tee welds made with the aid of a high power laser performed according to the research projekt of the European Union 'Advanced Welding for Closed Structures'. The purpose of the a.m. project was an improvement of the competitiveness of European shipyards through the preparation of the process of laser welding of closed structure of a ship hull. This process is to reduce production costs through achieving high speeds and automatization of welding and also eliminating welding operations harmful to health.

13

Experimental methodology for TiNi shape memory alloy testing under complex stress state

Raniecki B., Dietrich L., Kowalewski Z., Socha G., Miyazaki S., Tanaka K., Ziółkowski A.

Archives of Mechanics

|

1999

|

Vol. 51, nr 6

727-744

EN

The experimental method and preliminary results of multiaxial proportional loadings at a range of different temperatures are discussed for the TiNi shape memory alloy. The results are limited to the R-phase reorientation and transformation pseudoelasticity of the material tested at the selected constant temperatures. The main objective of the paper is to develop experimental knowledge of the shape memory alloy properties under complex stress states which would allow better understanding of the material behaviour and create a basis for theoretical modelling.