Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Eddy current techniques for detecting hidden subsurface defects in multilayer aircraft structures

Uchanin Valentyn

Transactions on Aerospace Research

|

2022

|

Nr 2 (267)

69--79

EN

In-service non-destructive inspection (NDI) is a very important part of the aircraft maintenance program that minimizes aircraft breakdowns due to the fracture of critical components. The eddy current (EC) NDI method is one of the most applicable methods for this purpose, due to its high sensitivity to fatigue cracks and corrosion damage in the main structural materials. In this paper, selective double differential type EC probes characterized by the enhanced possibility of detecting subsurface cracks initiated by fatigue or stress corrosion phenomena are presented. For different applications, a family of double differential type EC probes was developed with different sizes (from 5 to 33 mm) and different spatial resolutions. These types of probes are characterized by different operational frequencies in a wide frequency range (from 0.2 kHz to 1.0 MHz), high penetration depth and unique sensitivity to subsurface defects of different types (like elongated fatigue cracks or local corrosive pitting), and a high level of specific noise suppression concerned with the scanning inspection procedures. The EC probes proposed were investigated as effective tools for characteristic aircraft applications concerned with subsurface defect detection in multilayer structures, such as the detection of cracks in the second layer of a riveted two-layer structure or cracks initiated on the side surface of a multilayer structure with the suppression of the reinforcing hoop influence; the detection of subsurface defects in arc welding with a rough surface; the detection of cracks through repair patches fabricated from aluminum alloy or carbon fiber reinforced plastic, etc. These techniques create remarkable possibilities for the well-timed detection of dangerous damage without disassembling the aircraft structure or removing protective coating.

2

Research on the Causes of Cracking of Pipes Derived from Recirculated Polyethylene

Samujło Bronisław, Longwic Filip, Lavorgna Marino

Advances in Science and Technology. Research Journal

|

2022

|

Vol. 16, no 2

19--25

EN

The objectives of the research was to determine the causes of cracks in pipes made of high-density polyethylene (HDPE) regranulate during their storage. A visual assessment of the cracks was carried out and their fatigue nature was found. Due to the insufficient information on the composition and properties of the processed regranulate, tests were carried out on the density distribution and mass flow rate of plastic samples taken from various areas of the pipe wall. Comparative tests were performed using infrared spectrophotometry of a plastic sample taken from a pipe, commercial HDPE and commercial polypropylene (PP) by attenuated total reflection/Fourier-transform infrared spectroscopy (ATR-FTIR), thermogravimetry (TG) and differencial scaning calorimetry (DSC) method. There were differences in density and flow rate depending on the distance from the outer surface of the pipe, reaching several percent. Based on the conducted spectroscopic, thermogravimetric and differential scanning calorimetry studies, none of the expected plastics contamination, mostly PP, has been found in recirculated polyethylene. Futhermore, the expected decrease in the temperature of phase transformations and the beginning of decomposition of polyethylene (PE) after recycling, compared to the original one, were visible. Possible causes of cracks were considered to be differences in the PE structure in the pipe wall and the occurrence of possible porous structures, which when storing pipes in variable load and temperature conditions could cause the propagation of microcracks.

3

Enhanced Eddy Current techniques for detection of surface-breaking cracks in aircraft structures

Uchanin Valentin

Transactions on Aerospace Research

|

2021

|

Nr 1 (262)

1--14

EN

Well-timed detection of the defects (e.g., fatigue cracks and corrosive damages) in aircraft structures is the question of vital importance. Periodic in-service non-destructive inspection (NDI) is necessary to prevent expensive aircraft breakdowns during in-service life. Eddy current (EC) NDI method have many advantages for in-service aircraft inspection due to high mobility and the possibility to detect fatigue cracks without direct contact with the inspected surface (even through a protective coating withou tremoval). Last decades some enhanced EC techniques were developed for aircraft in-service inspection in the Karpenko Physico-Mechanical Institute of National Academy of Sciences (Lviv) in collaboration with Ukrainian and foreign aircraft companies. Proposed earlier EC efficiency coefficient was applied for the selection of the ferrite-core EC probe parameters. Investigations concerned with the crack detectability for single-coil EC probes of different sizes were carried out to improve the inspection procedures. The sensitivity of the developed single-coil EC probe was experimentally investigated. The possibility to distinguish the signals associated with detected defect and lift-off was shown. The new inspection procedure was proposed for full suppression of the noise concerned with the rivet edge influence. The high-frequency EC flaw detector of Leotest VD 3.03 type based on self-generator mode andminiature single-coil EC probes application was developed for detection of the surface-breaking fatigue cracks. The original scheme of double-circuit self-generator with intermittent oscillations was invented and investigated. The pulse-repetition frequency of high-frequency oscillations was used as an informative parameter. The important feature of the developed self-generating scheme is the effective suppression ofthe lift-off influence (the changes of the clearance between the EC probe and the inspected object surface during the scanning). Developed EC flaw detectors of Leotest VD 3.03 type and inspection procedures were successfully implemented into the maintenance practice for detection of the fatigue cracks initiated in the wing and the fuselage structures and aviation engines in many companies such as ANTONOV AIRCRAFT, Lviv State Aircraft Repair Plant, Konotop aircraft repair plant «AVIAKON», Ukrainian International Airlines, MOTOR-SICH, State Enterprise “IVCHENKO-PROGRESS”, etc.

PL

Odpowiednio wczesne wykrywanie defektów (np. pęknięć zmęczeniowych i uszkodzeń korozyjnych) w strukturach lotniczych jest zagadnieniem o kluczowym znaczeniu. Okresowa eksploatacyjna kontrola nieniszcząca (NDI) jest konieczna, aby zapobiec kosztownym awariom samolotu w trakcie jego eksploatacji. Metoda wiroprądowa (EC) NDI ma wiele zalet dla kontroli samolotów w trakcie eksploatacji ze względu na wysoką mobilność i możliwość wykrywania pęknięć zmęczeniowych bez bezpośredniego kontaktu z badaną powierzchnią (nawet przez powłokę ochronną bez jej usuwania). W ostatnich dziesięcioleciach w Instytucie Fizyko-Mechanicznym Narodowej Akademii Nauk im. Karpenki (Lwów), we współpracy z ukraińskimi i zagranicznymi firmami lotniczymi, opracowano udoskonalone techniki EC do kontroli eksploatacyjnej samolotów. Zaproponowany wcześniej współczynnik efektywności EC został zastosowany do doboru parametrów ferrytowo-rdzeniowej sondy EC. Przeprowadzono badania dotyczące wykrywalności pęknięć dla jednocewkowych sond EC o różnych rozmiarach w celu poprawy procedur kontroli. Doświadczalnie zbadano czułość opracowanej sondy jednowstęgowej EC. Wykazano możliwość rozróżnienia sygnałów związanych z wykrytym defektem i lift-off. Zaproponowano nową procedurę inspekcyjną umożliwiającą pełne wyeliminowanie szumów związanych z oddziaływaniem krawędzi nitów. Opracowano wysokoczęstotliwościowy detektor wad EC typu Leotest VD 3.03 oparty na trybie samogeneratora i zastosowaniu miniaturowych jednocewkowych sond EC do wykrywania pęknięć zmęczeniowych pękających powierzchniowo. Wynaleziono i zbadano oryginalny schemat dwuobwodowego samogeneratora z przerywanymi oscylacjami. Jako parametr informacyjny wykorzystano częstotliwość powtarzania impulsów oscylacji o wysokiej częstotliwości. Istotną cechą opracowanego schematu samogenerującego jest skuteczne tłumienie wpływu zjawiska lift-off (zmiany prześwitu pomiędzy sondą EC a powierzchnią badanego obiektu podczas skanowania). Opracowane wykrywacze wad EC typu Leotest VD 3.03 oraz procedury kontrolne zostały z powodzeniem wdrożone do praktyki obsługowej w celu wykrywania pęknięć zmęczeniowych inicjowanych w strukturach skrzydeł i kadłuba oraz silnikach lotniczych w wielu firmach, takich jak ANTONOV AIRCRAFT, Lwowskie Państwowe Zakłady Remontu Samolotów, Konotopskie Zakłady Remontu Samolotów "AVIAKON", Ukraińskie Międzynarodowe Linie Lotnicze, MOTOR-SICH, Przedsiębiorstwo Państwowe "IVCHENKO-PROGRESS", itp.

4

Fatigue life prediction for Ni-based superalloy GH4169 considering machined surface roughness and residual stress effects

Wu Z. R., Wang S. Q., Yang X., Pan L., Song Y. D.

Journal of Theoretical and Applied Mechanics

|

2021

|

Vol. 59 nr 2

215--226

EN

Establishing a fatigue life prediction model considering the machined surface state is of great significance to improve fatigue life prediction accuracy. Fatigue tests with different machined surface states of GH4169 alloy were conducted firstly. The influence of surface state parameters on the fatigue life was analyzed. Then, the machined surface stress concentration factor and residual stress were introduced into the fatigue crack initiation and propagation models. Finally, the fatigue life prediction model of GH4169 material considering the surface states was established. The prediction results based on the proposed model are almost within a factor of two scatter band of the test results.

5

Analiza obliczeniowa metodą elementów skończonych pęknięć zmęczeniowych w złączu stalowym doczołowym z jednostronnymi nakładkami rombowymi

Wichtowski Bernard, Konecki Krzysztof

Inżynieria i Budownictwo

|

2021

|

R. 77, nr 3

107--113

PL

Badane zmęczeniowo konkretne doczołowe złącza mostowe z nakładkami pękały w przekroju przechodzącym przez ostre krawędzie nakładek; zgodnie z literaturą w sposób trzystopniowy: zarodkowanie, rozwój szczeliny i końcowe dołamanie. Dotychczas nie ustalono ścisłego kryterium rozprzestrzeniania się tych pęknięć, prowadząc badania jedynie na poziomie mikrostruktury. Autorzy artykułu przedstawili analizę naprężeń metodą elementów skończonych dla tych złączy. Uzyskano zaskakujące wyniki, godne dyskusji.

EN

The fatigue-tested butt joints with cover plates kept breaking in the areas located by the sharp edges of the cover plates; as the literature describes it, in a three-step way: crack initiation, growth and final fracture. To date, no strict criterion for the crack propagation has been established as the research has been conducted only at the microstructure level. The authors of the article presented the FEM stress analysis for these joints. The results achieved came as a surprise and they merit further discussion.

6

Detection of the Fatigue Cracks Initiated Near the Rivet Holes by Eddy Current Inspection Techniques

Uchanin Valentin

Transactions on Aerospace Research

|

2020

|

Nr 2 (259)

47--58

EN

Eddy current (EC) method is considered as most applicable for in-service detection of fatigue subsurface cracks initiated in aircraft multilayer structures near the rivet holes. At the same time, the successful solution of this problem is obstructed by additional noise created by defect-free rivets. All EC inspection techniques for the detection of subsurface cracks around the rivets can be classified into three main groups: 1) static mode – carried out by placing the EC probe concentrically on the rivet head; 2) rotational mode – when the EC probe is rotated around the rivet axle and 2) sliding mode – performed by the movement of EC probe along the rivet line or near it. All these approaches have some advantages and limitations. In this study, known EC techniques for the detection of cracks in multilayer aircraft structures are analyzed. New advanced EC techniques for the detection of fatigue cracks in internal layers of the riveted structures based on different types (ring, sliding, and rotational) probes are presented. The static EC method with developed low-height ring-type probe creates the possibility to detect cracks in the difficult of access areas. The possibility to estimate the length of detected cracks by a ring-type probe is shown. The proposed rotational remote field EC probe can detect as small as 1.0 mm long cracks under the button-head rivet and 2 mm thick upper skin with a high signal-to-noise ratio. Therefore, in many aircraft structures, fatigue cracks will be detected before a critical threshold achieved. New EC sliding techniques based on remote field and double differential probes were proposed for the rapid detection of cracks in internal layers of riveted aircraft structures. Remote-field EC probe for reliable detection of fatigue cracks in third and fourth layers of five-layer units was proposed. Another sliding technique based on a double differential EC probe gives the possibility to detect transverse cracks in the second layer without the rivet row area access. The main advantage of developed techniques is high inspection reliability due to the possibility to discriminate the signals created by cracks and defect-free rivets. Presented inspection procedures include the selective signal analysis in the complex plane diagram. Proposed EC inspection techniques were successfully implemented into the aircraft maintenance practice.

PL

Metodę wiroprądową (EC) uważa się za najbardziej odpowiednią do wykrywania pęknięć podpowierzchniowych zmęczeniowych zapoczątkowanych w konstrukcjach wielowarstwowych w pobliżu otworów nitów stosowanych w statkach powietrznych. Jednocześnie skuteczne rozwiązanie tego problemu jest utrudnione przez dodatkowy hałas wytwarzany przez nity pozbawione wad. Wszystkie techniki inspekcji EC do wykrywania pęknięć podpowierzchniowych wokół nitów można podzielić na trzy główne grupy: 1) tryb statyczny - przeprowadzany poprzez umieszczenie sondy EC koncentrycznie na głowicy nitu; 2) tryb rotacyjny - gdy sonda EC obraca się wokół osi nitu oraz 3) tryb ślizgowy - wykonywany przez ruch sondy EC wzdłuż linii nitu lub w jej pobliżu. Wszystkie te sposoby mają pewne zalety i ograniczenia. W tym badaniu analizowane są znane techniki EC do wykrywania pęknięć w wielowarstwowych strukturach samolotów. Przedstawiono nowe zaawansowane techniki EC do wykrywania pęknięć zmęczeniowych w wewnętrznych warstwach nitowanych konstrukcji opartych na różnych typach (pierścieniowych, przesuwnych i obrotowych) sond. Statyczna metoda EC z opracowaną sondą pierścieniową daje możliwość wykrywania pęknięć w trudno dostępnych obszarach. Pokazano możliwość oszacowania długości wykrytych pęknięć za pomocą sondy typu pierścieniowego. Proponowana sonda obrotowa EC z odległym polem może wykrywać pęknięcia o długości zaledwie 1,0 mm pod nitem z grzybkiem i górną powłokę o grubości 2 mm z wysokim stosunkiem sygnału do szumu. Dlatego w wielu konstrukcjach lotniczych pęknięcia zmęczeniowe zostaną wykryte przed osiągnięciem progu krytycznego. Zaproponowano nowe techniki przesuwania EC oparte na zdalnych sondach polowych i podwójnych sondach różnicowych do szybkiego wykrywania pęknięć w wewnętrznych warstwach nitowanych konstrukcji lotniczych. Zaproponowano sondę EC z odległym polem do niezawodnego wykrywania pęknięć zmęczeniowych w trzeciej i czwartej warstwie pięciowarstwowych konstrukcji. Inna technika przesuwna oparta na podwójnej różnicowej sondzie EC daje możliwość wykrycia pęknięć poprzecznych w drugiej warstwie bez dostępu do obszaru rzędu nitów. Główną zaletą opracowanych technik jest wysoka niezawodność inspekcji dzięki możliwości rozróżnienia sygnałów wytwarzanych przez pęknięcia i nity wolne od wad. Przedstawione procedury inspekcji obejmują selektywną analizę sygnału na złożonym schemacie płaszczyzny. Proponowane techniki inspekcji EC zostały pomyślnie wdrożone w praktyce obsługi technicznej statku powietrznego.

7

Wybrane aspekty zmęczeniowych uszkodzeń okrętowych wałów napędowych

Marszałkowski Konrad

Journal of Polish CIMEEAC

|

2020

|

Vol. 15, no 1

77--88

PL

Problem zmęczeniowego pękania konstrukcji okrętowych w sposób istotny dla eksploatacji tychże obiektów ujawnił się na przełomie lat 70. i 80. ubiegłego stulecia. Ponieważ pęknięcia zmęczeniowe dotyczą głównie kadłubów statków i są szczególnie dotkliwe dla dużych jednostek (zbiornikowców, masowców i kontenerowców), dlatego też cała uwaga towarzystw klasyfikacyjnych i biur projektowych skupia się głównie na tym aspekcie uszkodzeń zmęczeniowych. Odrębną grupą uszkodzeń o charakterze zmęczeniowym, są wciąż odnotowywane przez armatorów uszkodzenia elementów konstrukcyjnych układu napędowego. Mimo ogólnej świadomości istnienia tego problemu odczuwalny jest brak metod badawczych pozwalających na wczesną i jednoznaczną lokalizację inicjacji mikropęknięć zmęczeniowych w materiałach konstrukcyjnych linii napędowej statku. W artykule przedstawiono w syntetycznym skrócie podłoże teoretyczne tego zagadnienia.

8

Rozkład naprężeń w stalowym złączu doczołowym z jednostronnymi nakładkami rombowymi określony metodą elementów skończonych

Wichtowski Bernard, Konecki Krzysztof

Inżynieria i Budownictwo

|

2020

|

R. 76, nr 12

594--599

PL

W większości mostów blachownicowych wybudowanych do roku 1953 złącza doczołowe pasów „wzmacniano” jedno- lub dwustronnymi nakładkami. Określona nieograniczona wytrzymałość zmęczeniowa takich złączy wyniosła Zrj = 79 MPa. Dla tych złączy przedstawiono analizę rozkładu naprężeń metodą MES. Uzyskano zaskakujące wyniki, które pozwalają wyjaśniać powstawanie pęknięć zmęczeniowych. Wzmocnienie okazało się fikcją.

EN

In the majority of the plate girder bridges, built before 1953, the butt joints of the chords were "strengthened" with one or two-sided cover plates. The determined unlimited fatigue strength of such joints was Zrj = 79 MPa. For such joints, the analysis of the stress distribution using the FEM method is presented in this article. Thanks to the surprising results it was possible to explain the formation of fatigue cracks. The intended "strengthening" turned out to be a fiction.

9

Mechanical Tests Applied to Structural Health Monitoring: An Overview of Previous Experience

Baran Marta, Nowakowski Dominik, Lisiecki Janusz, Kłysz Sylwester

Fatigue of Aircraft Structures

|

2020

|

Iss. 12

123--135

EN

Laboratory for Materials Strength Testing (LMST) has been conducting accredited mechanical research for aviation from 2003. Among accredited procedures are e.g. low and high cycle fatigue tests, fracture toughness tests and fatigue crack growth rate tests. The main goal of them is obtaining materials constants and characteristics. However knowledge how to conduct these tests could be used also in other applications, for instance in the work on development of Structural Health Monitoring systems (SHM). When cracks propagate in a controlled way in laboratory conditions, it allows verifying the operation of a single sensor or a network of sensors. In this paper, an overview of mechanical tests carried out at the Laboratory for Materials Strength Testing within Air Force Institute of Technology (AFIT) work on research and development of SHM systems is presented. Specimens prepared from materials such as aluminum alloys (among other withdrawn PZL-130 Orlik TC-II aircraft) and CFRP composite were tested under different mechanical loads, i.e., cycle and impact loads. In the presented research, both constant amplitude and spectrum loads were applied.

10

Effectiveness of diagnosing damage to an industrial pump rotor by analysing its vibrations

Zachwieja Janusz

Diagnostyka

|

2019

|

Vol. 20, No. 1

33--39

EN

The paper presents the issue of effectiveness of diagnosing imperfections of high performance industrial pumps. At present, the most commonly applied diagnostic method for such machines is based on an analysis of the rotor vibration spectrum. Measurements of vibrations over time are not often performed on a continuous basis, they are rather carried out periodically, according to a defined inspection schedule. The reliability of this diagnostic method is based on an assumption that damage to a rotor does not occur rapidly, but it is a process stretched over a longer period of time resulting in a change of rotor movement dynamics. The most frequently occurring type of pump rotor damage is a fatigue crack of a shaft, the propagation of which actually proceeds in a finite period of time. However, there is also damage caused by a rapid pump load increase leading to stresses in rotor or disc sections, which exceed permissible values resulting from mechanical properties of material used to manufacture the rotor. Some imperfections are not related to rotor damage but result from the nature of cooperation between the pump and a pipeline connected thereto.

PL

W pracy omówiono problematykę skuteczności diagnozowania imperfekcji pomp przemysłowych o dużej wydajności. Obecnie najczęściej spotykana metoda diagnozowania tych maszyn jest oparta na analizie widma drgań wirnika. Pomiary przebiegów czasowych drgań są wykonywane rzadziej w sposób ciągły, częściej okresowo, według przyjętego harmonogramu przeglądów. Wiarygodność tego sposobu diagnozowania oparta jest na założeniu, że uszkodzenie wirnika nie wystąpi nagle, lecz jest procesem rozciągniętym w czasie i ma wpływ na zmianę dynamiki ruchu wirnika. Najczęstszym rodzajem uszkodzenia wirnika pompy jest pęknięcie zmęczeniowe wału, którego propagacja rzeczywiście przebiega w skończonym przedziale czasu. Zdarzają się jednak również uszkodzenia spowodowane nagłym wzrostem obciążenia pompy powodującym powstanie w przekrojach wału lub tarczy naprężeń przekraczających wartości dopuszczalne wynikające z własności mechanicznych materiału użytego do wytworzenia wirnika. Niektóre imperfekcje nie są związane z uszkodzeniem wirnika lecz wynikają z charakteru współpracy pompy z połączonym z nią rurociągiem.

11

Phase field modeling of cyclic fatigue crack growth under mixed mode loading

Schreiber Christoph, Kuhn Charlotte, Müller Ralf

Computer Methods in Materials Science

|

2019

|

Vol. 19, No. 2

50--56

EN

For the numerical handling of nucleation and extension of cracks within different materials, phase field modeling of fracture was shown to be a very beneficial technique in the past decade. Within numerous studies the framework was successfully applied even to complex crack problems. However, a phenomenon, which has not been much in the focus of research in terms of phase field modeling, is cyclic fatigue crack growth. Within technical developments this phenomenon is crucial as it has been found to be the source of several devastating accidents in the past. Within this work we introduce a phase field model capable of capturing fatigue crack growth under unidirectional as well as mixed mode loading. The driving force of the fatigue mechanism is controlled by cyclic damage evaluated from Miner's rule, a very famous and robust phenomenological law within fatigue simulations. Among the prediction of realistic crack growth curves, the accuracy of the model is verified by comparison with analytic results regarding the crack growth direction.

PL

W pracy wykazano, że w ostatnim dziesięcioleciu model pola faz okazał się efektywnym narzędziem do opisu zarodkowania i wzrostu pęknięć w różnych materiałach. Wielu badaczy skutecznie zastosowało ten model nawet do złożonych warunków obciążenia. Z drugiej strony problem wzrostu pęknięć w warunkach cyklicznych obciążeń zmęczeniowych nie był dotąd dogłębnie analizowany. To zjawisko było przyczyną wielu katastrof w przeszłości i stąd zasługuje na szczególną uwagę. W niniejszej pracy przedstawiono model pola faz pozwalający na opis wzrostu pęknięcia zarówno przy jednoosiowym jak i złożonym charakterze obciążeń. Siła pędna mechanizmu pękania jest kontrolowana przez cykliczne zniszczenie wyznaczane z reguły Minera, która jest znanym i skutecznym prawem stosowanych w modelowaniu pękania. Poza przewidywaniem realiztycznych krzywych pękania, przeprowadzono weryfikację modelu poprzez porównanie z wynikami analitycznymi dla przewidywania kierunku wzrostu pęknięcia.

12

Trwałość teowych połączeń spawanych wykonanych ze stali S355 przy cyklicznym zginaniu ze skręcaniem z uwzględnieniem obróbki cieplnej

Lewandowski J., Rozumek D.

Przegląd Spawalnictwa

|

2018

|

R. 90, nr 4

52--55

PL

W pracy przedstawiono wyniki badań trwałości, inicjacji oraz wzrostu pęknięć zmęczeniowych próbek ze stali S355 z pachwinowymi spoinami w dwóch wariantach lica spoin (wklęsłych oraz wypukłych), poddanych zginaniu ze skręcaniem. Badania przeprowadzono przy stałej wartości współczynnika asymetrii cyklu R = -1. W zaprezentowanych wynikach uwzględniono wpływ obróbki cieplnej na trwałości badanych próbek.

EN

The paper presents the test results of lifetime, initiation and fatigue crack growth of specimens, from steel S355 with fillet welds in two variants of the welds face (concave and convex), subjected to bending with torsion. The tests were carried out at a constant value of stress ratio R = -1. The results presented included the influence of heat treatment on lifetime of the specimens tested.

13

Eddy Current System for Complex Geometry Inspection in High Speed Application

Camerini C., Rebello J. M. A., Braga L., Santos R., Santos J. M., Pereira G.

Badania Nieniszczące i Diagnostyka

|

2018

|

nr 2

6--10

EN

Rigid pipelines installed in offshore structures for oil and gas production are built from pipe sections connected by circumferential welds. Such welds are generally points of stress concentration and therefore the regions that most demand periodic inspection. The weld geometry and the inspection speed required for in service inspection are the main challenges associated to the inspection procedure. In the present work an eddy current transducer with sensing coils placed orthogonally and connected in differential mode was introduced to evaluate fatigue cracks in weld root. A dedicated embedded electronic hardware was developed to drive the transducer and measure the electrical complex impedance of the coils and was specifically designed for operation under autonomous in-line inspection tool in a speed range between 0.5 – 1.0 m/s. The achieved results have confirmed that the introduced eddy current transducer is a potential solution for fatigue crack detection in irregular surfaces like weld root, while the hardware developed presented a reasonable SNR and achieved the data rate required to be incorporated in an autonomous in-line inspection tool.

PL

Sztywne rurociągi instalowane w morskich konstrukcjach do produkcji ropy i gazu budowane są z odcinków rur połączonych spoinami obwodowymi. Takie spoiny są zwykle punktami koncentracji naprężeń, a zatem regionami, które w największym stopniu wymagają okresowej kontroli. Geometria spoiny i prędkość kontroli wymagana do przeprowadzenia badania serwisowego stanowią główne wyzwania związane z procedurą inspekcji. W niniejszej pracy, w celu oceny pęknięć zmęczeniowych w rdzeniu spoiny, zaproponowano przetwornik wiroprądowy z cewkami pomiarowymi umieszczonymi ortogonalnie i połączonymi różnicowo. Opracowano specjalny wbudowany system elektroniczny do sterowania przetwornikiem i pomiaru impedancji złożonych cewek elektrycznych. System został zaprojektowany specjalnie do pracy jako autonomiczna jednostka inspekcji linii w zakresie prędkości od 0,5 do 1,0 m/s. Uzyskane wyniki potwierdziły, że wprowadzony przetwornik wiroprądowy jest potencjalnym rozwiązaniem umożliwiającym wykrywania pęknięć zmęczeniowych na nieregularnych powierzchniach, takich jak rdzeń spoiny. Ponadto opracowany sprzęt zapewnia odpowiedni współczynnik stosunku sygnału do szumu SNR i osiąga prędkość transmisji wymaganą dla zastosowania w jednostkach niezależnej kontroli w linii.

14

Wpływ wyżarzania normalizującego na rozwój pęknięć zmęczeniowych oraz właściwości materiałów platerowanych stopami niklu

Kwiatkowski G., Rozumek D.

Przegląd Spawalnictwa

|

2017

|

R. 89, nr 7

26--30

PL

W pracy opisano rozwój pęknięć zmęczeniowych dla dwóch różnych materiałów zgrzewanych wybuchowo. W obu przypadkach wykorzystano jednakowy materiał podstawowy – stal niestopowa P355NH zaś materiałami nakładanymi są stopy niklu alloy 625 i C-276. Przeprowadzono badania zmęczeniowe przy cyklicznym zginaniu i współczynniku asymetrii cyklu wynoszącym R = -1 oraz amplitudzie momentu Ma = 19.41 N·m. Rozwój pęknięć zmęczeniowych mierzony był przy pomocy przenośnego mikroskopu o powiększeniu 25x znajdującego się przy maszynie zmęczeniowej MZGS-100. W pracy przedstawiono również wyniki badań statycznych oraz badania rozkładu twardości na przekroju poprzecznym bimetalu przed i po obróbce cieplnej.

EN

The work describes the development of fatigue cracks for two different materials by explosive welding. ln both cases, was used the same base material carbon steel - P355NH and clad materials are nickel alloys 625 and C-276. Fatigue tests were carried out at cyclic bending with stress ratio R = -1 and amplitude of the moment Ma = 19.41 N·m. The fatigue cracks growth was measured by a 25x magnification microscope located at the fatigue test stand MZGS-100. The paper also presents the study of strength tests and hardness distribution in bimetal cross section before and after heat treatment.

15

Mode I and mode II fatigue crack growth resistance characteristics of high tempered 65G steel

Lenkovskiy T. M., Kulyk V. V., Duriagina Z. A., Kovalchuk R. A., Topilnytskyy V. H., Vira V. V., Tepla T. L.

Archives of Materials Science and Engineering

|

2017

|

Vol. 84, nr 1

34--41

EN

Purpose: To investigate the fatigue crack growth at normal tension and transverse shear of 65G steel with the high tempered martensite microstructure and to build an appropriate fatigue crack growth rate curves. To determine the main and auxiliary fatigue crack growth resistance characteristics, which are necessary for machine parts life-time estimation at rolling contact fatigue conditions. Design/methodology/approach: For determination of fatigue crack growth resistance at normal tension a standard compact specimens with edge crack were tested using a hydraulic testing machine and fatigue testing at transverse shear were performed on the I-beam specimens with the edge longitudinal crack using the original testing setup. For crack growth measurement an optical cathetometer B-630 was used. The crack growth rate V was calculated as crack length increment during loading cycles. The stress intensity factor range K was determined by dependence "K = (1 – R)Kmax accordingly to the standard test methods. To establish crack faces friction factor at transverse shear fragments of fractured beam specimen containing crack faces were cut out and tested as a friction pair according to Amontons Coulomb's law. On the base of test results the fatigue crack growth rate curves in logarithmic coordinates "K vs. V were built. These graphical dependencies for normal tension and transverse shear were used for determination of fatigue crack growth resistance characteristics: fatigue threshold "Kth, fracture toughness "Kfc, "K1-2 and "K2-3 which indicates the beginning and the end of middle-amplitude region of curve, "K*, parameters C and n of Paris’s equation. Metallographic and fractographic analyses were performed on the scanning electronic microscope Zeiss EVO 40XVP. Findings: Empirical dependences of the stress intensity factor range on fatigue crack growth rate at normal tension and transverse shear of 65G steel with the high tempered martensite microstructure are obtained. Based on these graphical dependencies the fatigue thresholds and fracture toughness as well as the parameters of Paris’s equation are determined. Research limitations/implications: The fatigue crack growth on 65G steel under low-, medium- and high-amplitude cyclic loading at normal tension and transverse shear was investigated. The fatigue crack growth rate values for a wide range of stress intensity factor are estimated. On the base of fractographical analysis the features of fracture of high tempered martensite in 65G steel at transverse shear are studied. It is shown that the transverse shear crack faces friction factor for high tempered martensite structure is less than for low tempered martensite. Practical implications: Using the fatigue crack growth resistance characteristics of 65G steel at normal tension and transverse shear and related fatigue crack growth rate curves it is possible to predict the life-time of machine parts made of steels with high tempered martensite structure, working at rolling contact fatigue conditions. Originality/value: Complete fatigue crack growth rate curves of 65G steel with tempered martensite structure at normal tension and transverse shear are built and the fatigue crack growth resistance characteristics for both modes of fracture are determined for the first time.

16

Badania połączeń spawanych poddanych wahadłowemu zginaniu

Lewandowski J., Rozumek D., Hepner M.

Przegląd Spawalnictwa

|

2016

|

R. 88, nr 4

23--26

PL

W pracy zaprezentowano wyniki badań próbek z pachwinowym złączem spawanym, wykonanych ze stali S355, poddanych wahadłowemu zginaniu. Badania przeprowadzono przy stałej wartości amplitudy momentu i współczynnika asymetrii cyklu z częstotliwością obciążenia wynoszącą 28,4 Hz. Próbki posiadały koncentrator naprężeń w postaci zewnętrznego, dwustronnego karbu i pachwinowych złączy spawanych.

EN

The paper presents the results of tests on specimens of fillet welded joint, made of steel S355 subjected to oscillatory bending. Tests were performed at a constant amplitude of moment and stress ratio at a frequency of 28.4 Hz load. Specimens had a stress concentrator in the form of external bilateral notch and fillet welds.

17

Measurement method of crack length in compact tension type specimens made from the Al/Ti layered material

Boroński D., Kotyk M., Maćkowiak P.

Problemy Eksploatacji

|

2016

|

no. 3

17--25

EN

This study presents a measurement method of fatigue crack length for compact tension specimens (hereinafter called as CT) used for the determination of a material fracture toughness and for fatigue crack growth rate tests. For this purpose, FatigueVIEW consisting of two high-resolution video cameras, completed with a dedicated software, has been used. In order to detect a fatigue crack in a specimen of the CT type and to monitor its length, in the function of the number of load cycles, a method of digital image correlation has been used. The applied research-measurement system enables the operation control of the machine for fatigue tests in relation to the crack length, e.g., through stopping the cyclically variable loading after the specimen reaches the intended length.

PL

W artykule zaprezentowano metodę pomiaru długości pęknięcia zmęczeniowego w próbkach zwartych typu CT stosowanych do wyznaczania odporności materiału na pękanie i w badaniach prędkości pękania zmęczeniowego. Do tego celu użyto systemu FatigueVIEW ze zmodyfikowanym układem pozycjonowania dwóch kamer o wysokiej rozdzielczości, uzupełnionego dedykowanym oprogramowaniem. W celu detekcji pęknięcia zmęczeniowego w próbce typu CT oraz monitorowania jego długości w funkcji liczby cykli obciążenia zastosowano metodę cyfrowej korelacji obrazu. Zastosowany układ badawczo-pomiarowy umożliwia kontrolowanie pracy maszyny do badań zmęczeniowych w zależności od długości pęknięcia, np. poprzez zatrzymanie cyklicznie zmiennego obciążenia próbek po uzyskaniu przez pęknięcie założonej długości.

18

Analysis of fatigue crack growth in ship structural details

Leheta H. W., Elhewy A. M. H., Younes H. A.

Polish Maritime Research

|

2016

|

nr 2

71--82

EN

Fatigue failure avoidance is a goal that can be achieved only if the fatigue design is an integral part of the original design program. The purpose of fatigue design is to ensure that the structure has adequate fatigue life. Calculated fatigue life can form the basis for meaningful and efficient inspection programs during fabrication and throughout the life of the ship. The main objective of this paper is to develop an add-on program for the analysis of fatigue crack growth in ship structural details. The developed program will be an add-on script in a pre-existing package. A crack propagation in a tanker side connection is analyzed by using the developed program based on linear elastic fracture mechanics (LEFM) and finite element method (FEM). The basic idea of the developed application is that a finite element model of this side connection will be first analyzed by using ABAQUS and from the results of this analysis the location of the highest stresses will be revealed. At this location, an initial crack will be introduced to the finite element model and from the results of the new crack model the direction of the crack propagation and the values of the stress intensity factors, will be known. By using the calculated direction of propagation a new segment will be added to the crack and then the model is analyzed again. The last step will be repeated until the calculated stress intensity factors reach the critical value.

19

Mechanism of fatigue crack growth of bridge steel structures

Zhu H.

Archives of Civil Engineering

|

2016

|

Vol. 62, nr 4/I

153--169

EN

This study was carried out on the background of Sutong Bridge project based on fracture mechanics, aiming at analyzing the growth mechanism of fatigue cracks of a bridge under the load of vehicles. Stress intensity factor (SIF) can be calculated by various methods. Three steel plates with different kinds of cracks were taken as the samples in this study. With the combination of finite element analysis software ABAQUS and the J integral method, SIF values of the samples were calculated. After that, the extended finite element method in the simulation of fatigue crack growth was introduced, and the simulation of crack growth paths under different external loads was analyzed. At last, we took a partial model from the Sutong Bridge and supposed its two dangerous parts already had fine cracks; then simulative vehicle load was added onto the U-rib to predict crack growth paths using the extended finite element method.

PL

Ostatnimi laty, wraz z gwałtownym rozwojem chińskiego przemysłu transportowego, budowa mostów w Chinach weszła w nowy etap rozwoju robiąc duży krok naprzód i coraz więcej mostów rzecznych i morskich wyrasta z ziemi, a mosty te stały się niezastąpioną osią chińskiej sieci transportowej. Konstrukcja stalowa jest głównym komponentem budowy mostu; jednakże, może ulec zniszczeniu poprzez ciągłe obciążanie doprowadzając w ten sposób do pęknięć zmęczeniowych. Wraz ze wzrostem budowy mostów zwiększa się liczba fatalnych wypadków spowodowanych pęknięciami zmęczeniowymi, prowadząc do wysokich praktycznych wymagań dotyczących bezpieczeństwa i niezawodności konstrukcji. Współczynnik intensywności naprężenia (WIN) i kryteria rozwoju pęknięć to dwa kluczowe problemy w mechanice pęknięć. Metody obliczania WIN obejmują metodę analityczną i numeryczną, przy czym numeryczna metoda obejmuje metodę elementów skończonych, metodę objętości skończonej oraz metodę elementów brzegowych itd. Metoda elementów skończonych jest najczęściej stosowana do obliczania WIN, a metody obliczania WIN obejmują metodę zależną od przemieszczeń, wirtualną metodę zamykania szczelin, metodę całki J itd. Teoretyczny proces dedukcji WIN jest skomplikowany. Dla różnych modeli pęknięć zmiany warunków brzegowych spowodują brak przydatności pierwotnej metody obliczeniowej, tak więc należy wydedukować nową metodę obliczeniową. Dlatego symulacja elementów skończonych jest obecnie szeroko stosowana do modelowania obliczeń różnych modeli, ponieważ może znacząco skrócić czas tradycyjnych obliczeń, jak również poprawić ich wydajność. Na podstawie mechaniki pękania przestudiowano WIN oraz ścieżki rozwoju pęknięć biorąc za przykład model mostu „Sutong”, zasymulowano małe pęknięcia na dwóch niebezpiecznych częściach mostu oraz zastosowano obciążenie pojazdem względem ceownika, aby przewidzieć ścieżki rozwoju pęknięć.

20

Wykorzystanie czujników przyspieszeń do detekcji inicjacji pęknięcia zmęczeniowego

Owsiński R.

Zeszyty Naukowe. Mechanika / Politechnika Opolska

|

2015

|

z. 105

179-182

EN

The paper presents test stand for fatigue testing. The method allows to determine the time of the fatigue crack is described. Acceleration sensors for this purpose have been used. Measurement and control system has been described. The proposed test stand has a good repeatability of results.