Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Fatigue Life Predicting for Nitrided Steel - Finite Element Analysis

Sawicki J., Siedlaczek P., Staszczyk A.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2018

|

Vol. 63, iss. 2

921--927

EN

Thermo-chemical treatments are known to increase the fatigue life of industrial parts. Due to the imprecise consideration of residual stresses in predicting the durability of components subjected to cyclic loading and their effect on the fatigue life, the authors developed a numerical model combining the influence of residual stresses with stresses caused by bending. The authors performed the numerical simulation with the use of Finite Element Method to analyse material behaviour during cyclic loading. The residual stress state developed during nitriding was introduced onto cross-section of the numerical specimen. The goal of this work was better understanding of the real conditions of the nitride steel fatigue processes and improving the knowledge about numerical predicting of the fatigue life for parts with residual stresses. The results of simulation were compared with plane bending fatigue tests. The presented method indicates the possibility of increasing the accuracy of the fatigue analysis of elements after surface treatment, increasing its certainty and the ability to perform better optimization of service life.

2

Numeryczne prognozowanie wpływu naprężeń własnych na wartości granicy zmęczeniowej koła zębatego hartowanego indukcyjnie

Siedlaczek P., Sawicki J., Kubiak T.

Inżynieria Materiałowa

|

2013

|

Vol. 34, nr 6

859--863

PL

Elementy konstrukcyjne o ogólnych kształtach, jak np. elementy krzywikowe czy zębate, po procesie obróbki cieplnej zawierają niejednorodny stan naprężeń własnych. W konstrukcji pracującej pod obciążeniem ten przestrzenny stan naprężeń własnych jest superponowany z przeważnie kierunkowymi naprężeniami pochodzącymi od oddziaływań zewnętrznych. Wywołuje to zmianę w wartości, jak i kierunku składowych amplitudy wynikowego tensora naprężenia efektywnych, a przy dużych obciążeniach prowadzi do redystrybucji naprężeń własnych. W obliczeniach analitycznych często jest zaniedbywany fakt przestrzenności stanu naprężeń. Efektem są rozbieżności między obserwowaną eksperymentalnie a przewidywaną trwałością elementów konstrukcyjnych. Zaproponowano rozszerzenie zakresu stosowanych zwykle analiz wytrzymałościowych o precyzyjną symulację procesu technologicznego hartowania z wykorzystaniem metod numerycznych. Dzięki uzyskanym wynikom rozszerzono wiedzę o rozkładzie i zmienności występujących w komponencie naprężeń. Takie podejście umożliwia zaplanowanie parametrów procesu obróbki i kształtu konstrukcji w celu otrzymania wymaganych właściwości technologicznej warstwy wierzchniej. W pracy przedstawiono metodę numerycznej analizy rozkładu naprężeń własnych po hartowaniu indukcyjnym i ich wpływu na wytrzymałość zmęczeniową. Zaprezentowano wyniki dla przestrzennych modeli walcowych kół zębatych o zębach skośnych i dużym module. Opisana metoda umożliwia prognozowanie rozkładu rzeczywistej granicy zmęczeniowej w elementach konstrukcyjnych z obecnym gradientem naprężeń własnych, jak również określenie ich trwałości zmęczeniowej. Zatem opisana procedura umożliwia wyznaczenie współczynników korygujących, co przekłada się na większe bezpieczeństwo projektowanych elementów i niższy koszt.

EN

Thermally treated general shaped components include non-uniform residual stress state. In the design under working conditions, the spatial residual stress state is superposed with mostly directional stress from external loading. This cause changes of resultant stress tensor values and effective stress angle. Moreover, sufficiently high loads lead to redistribution of residual stress. Often in analytical calculations the stress dimensionality is omitted. As an effect, are observed differences in experimental and expected life of components. It was proposed to extend the scope of commonly made structural analyses by precise simulation of technological process of hardening with the aid of numerical methods. Thanks to this, the knowledge about distribution and variability of acting stress on the components are valuably increased. Presented approach allows planning of the thermal treatment process parameters and adjusting design shape for required properties of the technological surface layer. This paper presents the method of numerical analysis of residual stresses distribution after induction hardening and its effect on the fatigue life. The results for the three-dimensional model of high module gear are presented. The described method allows prediction of fatigue limit distribution across the structural component with residual stress gradient, as well as determination of its fatigue life. It is possible to determine the magnitude and distribution of influence factors. This converts into higher safety of designed components and its lower cost.

3

Prognozowanie trwałości elementów azotowanych za pomocą symulacji numerycznej

Sawicki J., Siedlaczek P., Kubiak T.

Inżynieria Materiałowa

|

2012

|

Vol. 33, nr 5

431--435

PL

Technika obliczeniowa daje obecnie możliwości nieosiągalne wcześniej metodami analitycznymi. Użycie metod numerycznych, a zwłaszcza Metody Elementów Skończonych (MES) pozwala na dokładniejsze określenie wytrzymałości maszyn, a co jest z tym związane, podniesienie jakości produkowanych wyrobów. Do tej pory jednak trudnym zagadnieniem jest prognozowanie trwałości zmęczeniowej, zwłaszcza w złożonych stanach obciążenia. Autorzy, stosując analityczno-numeryczne techniki, starają się poprawić poziom prognozowania dla elementów zawierających naprężenia własne. W prezentowanym artykule podjęto dyskusję konstrukcji naroży elementów ze stali próbki ze stali 42CrMo4 (1.7225) azotowanych próżniowo. Metodami analizy numerycznej przygotowano model i wykonano jego symulacje. Analizę przeprowadzono dla szeregu promieni, przyjmując stałą grubość warstwy azotowanej (0,1 mm). Uzyskane wyniki wskazują na konieczność użycia odpowiednio dużych promieni naroży. Pozwala to na uzyskanie wymaganego przy obciążeniach zmęczeniowych jednorodnego stanu naprężeń własnych w warstwie wierzchniej.

EN

Nowadays computer technology provides opportunities previously unavailable earlier by analytical methods. Using numerical methods, especially Finite Element Method (FEM) allows for the accurate determination of components strength and what is entailed with that, reliability. Until now, however, the prediction of fatigue life is difficult, especially in complex loading conditions. In this paper the authors are using analytical and numerical techniques to improve of forecasting for designs containing residual stress. The simulation methods were tested on prepared model of element corner made from 42CrMo4 steel (1.7225) and nitrided in vacuum using Nitrovac technique. The analysis was performed for a range of radii assuming a constant thickness of the nitrided layer of 0.1 mm. The results indicate the need for a sufficiently large radius corners to prevent the geometry influence. This study shows how to obtain the required homogeneous state of stress in the surface layer important for component fatigue.

4

Prognozowanie trwałości zmęczeniowej elementów po obróbce cieplno-chemicznej za pomocą symulacji numerycznej

Sawicki J., Siedlaczek P., Kubiak T.

Inżynieria Materiałowa

|

2011

|

Vol. 32, nr 4

711-714

PL

W pracy scharakteryzowano trójwymiarowy stan naprężeń własnych występujący na przekroju próbki ze stali 42CrMo4 (1.7225), powstały po procesie azotowania niskociśnieniowego. Wyznaczony profil naprężeń uwzględniono w numerycznej symulacji cyklicznie zmiennych obciążeń. Wykonano dwuwymiarowe symulacje na próbkach zginanych, odwzorowując warunki rzeczywistych badań wytrzymałości zmęczeniowej. Uzyskane wyniki symulacji porównano z rezultatami badań zmęczeniowych przeprowadzonymi na stanowisku do zginania płaskiego. Na tej podstawie sformułowano wnioski.

EN

The optimization of the construction and technology of the pressure die is a complicated problem because of the complex character of wear mechanisms which cover such process as: thermal fatigue, mechanical fatigue, erosion and cavitation, dissolution of the die material by molten metal, adhesion of the casting to the die. The computer aided casting process of pressure die casting is presented in this paper. The conducted computer simulation allowed analyzing the molten metal stream behavior inside the die. To conduct the computer simulation of these phenomena the ANSYS-CFX utilizing advanced calculating techniques i.e. CFD.

5

Weryfikacja konstrukcji zawierającej wady typu pęknięcie wspomagania symulacją komputerową

Siedlaczek P.

Czasopismo Techniczne. Mechanika

|

2011

|

R. 108, z. 4-M/2

449-456

PL

Niniejszy artykuł ma na celu przedstawienie metod badawczo-weryfikacyjnych stosowanych z powodzeniem w przemyśle do analizy ryzyka zniszczenia skomplikowanych elementów konstrukcyjnych zawierających wady i pęknięcia. Opracowanie opiera się na przykładzie analizy rzeczywistej konstrukcji tarczy wirnikowej turbiny parowej.

EN

Following paper threads on examination and verification methods used successfully in energetic industry for failure risk assessment of constructions with flaws and cracks. The example of real solution for blade shield is disused.

6

Odwrotna analiza numeryczna temperatury stalowego podłoża w procesie RF PECVD

Siedlaczek P., Sawicki J., Dudek M.

Inżynieria Materiałowa

|

2010

|

Vol. 31, nr 4

1226-1229

PL

Proces plazmochemiczny (plasma enhanced chemical vapor deposition - cPyECVD) w obecności elektrody częstotliwości radiowej (ang. radio frequen- - RF) jest z powodzeniem stosowany w dziedzinach, takich jak trawienie, wytwarzanie cienkich warstw oraz modyfikacja powierzchni. Interakcja pomiędzy plazmą a podłożem jest jednym z najważniejszych czynników determinujących zmiany zachodzące w warstwie powierzchniowej, a tym samym stosowalność procesu RF PECVD. W prezentowanej pracy analizowany jest wpływ zewnętrznie kontrolowanych parametrów tego procesu (ciśnienie, moc dostarczana do elektrody RF) na zmianę rozkładu temperatury podłoża w trakcie jego trwania. Wyniki otrzymane za pomocą kamery termowizyjnej posłużyły do stworzenia modelu numerycznego na bazie metody elementów skończonych (MES), odtwarzającego rozkład temperatury powierzchni stalowej próbki zanurzonej w plazmie, w dowolnej chwili trwania ustalonego procesu RF PECVD.

EN

The radio frequency plasma enhanced chemical vapor deposition (RF PECVD) process is applied in such fields as etching, thin film deposition and surface modification. Plasma-surface interactions are the one of great importance changes in surface layer and the same the applicability of the process RF PECVD. In the present work, we study the pressure and the value of the electrode RF power to substrate temperature distribution monitoring on the cannulated screw using the infrared technique. Obtained experimental and finite element modeling (FEM) results were used to creation of the numerical model reproducibility of distribution of the surface temperature the cannulated screw in any time of the process RF PECVD.

7

Numeryczna analiza wpływu naprężeń własnych na trwałość zmęczeniową

Siedlaczek P., Sawicki J., Kubiak T.

Inżynieria Materiałowa

|

2010

|

Vol. 31, nr 4

1230-1233

PL

Przemysł wielkoseryjny dużą wagę przykłada do uzyskania możliwe najwyższych własności zmęczeniowych projektowanych konstrukcji, jednocześnie przy najmniejszych kosztach wytwarzania. Niestety, z uwagi na złożoność zjawisk zachodzących podczas obróbki cieplnej i zmęczenia, problem prognozowania trwałości wciąż nie jest wystarczająco zgłębiony. Z tego powodu proces projektowania jest silnie wspomagany symulacją komputerową. Istnieją jednak czynniki, których wpływ na trwałość jest trudny do modelowania. Takim czynnikiem jest wprowadzenie naprężeń własnych na części przekroju, np. wskutek obróbki cieplnej. W artykule przedstawiona została metoda pozwalająca na symulację powstawania naprężeń własnych podczas hartowania oraz uwzględnienie ich wpływu na giętną wytrzymałość zmęczeniową.

EN

In the production process the great weight is attached to obtain the longest fatigue life with the smallest costs of production. The complex of phenomenon proceed during heat treatment and fatigue process are the cause of difficulties with the fatigue life forecasting. Recently, the design process is assisted with the numerical simulation, which helps to model or calculate the internal stress (quenching stress) distribution. The present paper deals with numerical simulation of internal stress generation during quenching and they influence of fatigue life. At the first stage the method of quenching stress distribution was presented and compared with literature. In the next stage the fatigue life for non-quenched and quenched specimen subjected to periodic load were calculated and compared.