Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Predictions of fracture resistance of spruce wood under mixed mode loading using non-local fracture theory and numerical modelling

Romanowicz Marek

Journal of Theoretical and Applied Mechanics

|

2023

|

Vol. 61 nr 1

147--162

EN

A novel analytical model to predict fracture resistance of a quasi-brittle material, like wood, is presented. The model is based on a scaling parameter introduced into the non-local fracture theory to take into account the specimen size effect on the development of the damage zone. An expression for length of the critical process zone, which can be used in damage tolerant design of wooden structures is derived from this theory. The model is validated with mixedmode bending tests. A numerical analysis using cohesive elements is performed to understand the role of specimen size in the development of the damage zone. The analytical predictions of the fracture resistance and the critical process zone length for wood are compared with numerical results and experimental data available in the literature.

2

Prediction of fracture onset in flashless warm forging Mg alloy AZ61

Skubisz Piotr, Lisiecki Łukasz

Computer Methods in Materials Science

|

2019

|

Vol. 19, No. 3

100--106

EN

The paper presents an innovative precision forging process, highlighting the use of advanced simulation of net forging process in multiple-tool die set with consideration of counter-pressure and interaction of components so as to control speed and displacement of metal flow. In addition to the use of finite element method in optimization of process conditions, damage criteria have been formulated to investigate the effect on plasticity and tendency of formation of defects and define process conditions which contribute to cracking occurrence in warm forging of magnesium alloy AZ61. Both forged samples and numerical simulation prediction indicate minimization of cracking hazard in lower work-temperature range at relatively high strain rate by employing counter-pressure imposing hydrostatic component into state of stress.

PL

Praca dotyczy analizy wpływu zastosowania przeciwnacisku w procesie kucia dokładnego przy zastosowaniu bezwypływkowej metody opartej na równowadze ciśnień. Przedstawiona koncepcja narzędzi do kucia dokładnego metodą bezwypływkową jest innowacyjnym rozwiązaniem, które nie jest jeszcze dobrze rozeznane, zwłaszcza w zakresie optymalnego doboru parametrów kinematycznych procesu. Odpowiednia konstrukcja matryc z ruchomymi wkładkami oraz dobór prędkości poszczególnych narzędzi, jak również wartości przeciwnacisków wywieranych przez elementy matryc składanych zapewniają zwiększenie plastyczności materiału, umożliwiając kucie bezwypływkowe w jednej operacji kucia. Pozwala to wytwarzać odkuwki porównywalne do kształtów uzyskiwanych na urządzeniach wielooperacyjnych typu Hatebur, eliminując obróbkę skrawaniem do niezbędnego minimum. Zapewniając poprawę plastyczności, umożliwia również kształtowanie materiałów trudnoodkształcalnych, takich jak stopy magnezu. Przedstawione wyniki kucia stopu magnezu potwierdzają możliwości wykorzystania tej techniki do kucia odkuwki cienkościennej ze stopu AZ61 w zakresie temperatur przeróbki na ciepło oraz jednoczesnych dużych prędkościach odkształcania. Powodzenie kucia bezwypływkowego w układzie wielonarzędziowym, w przeciwieństwie do typowych procesów kucia bezwypływkowego nie zależy tylko od dokładnego doboru masy wsadu do kucia. Aby zapewnić optymalny schemat płynięcia metalu, prędkości narzędzi, wartość nacisków i przeciwnacisków kompensatora oraz jego położenie muszą być ściśle określone i kontrolowane w całym cyklu odkształcania. Stąd przedstawiona technika kucia, wymaga dokładnego sterowania parametrami procesu kucia. Z uwagi na obiektywne trudności kontrolno-pomiarowe, optymalizacja procesu w oparciu o próby fizyczne jest trudna. Zastosowanie technik komputerowych umożliwia analizę powiązań ciśnienia podtrzymującego kompensator ze zmianami plastyczności oraz zapewnia informacje poznawcze dotyczące wpływu przeciwnacisku na rozkład naprężeń i stanu naprężeń, pozwalając tym samym na parametryzację zmiennych procesowych. Jednocześnie, analiza numeryczna w programie QFormVX, umożliwiła powiązanie warunków procesowych z prognozowaniem ryzyka powstawania pęknięć w oparciu o kryteria Cockcrofta-Lathama i Freudenthala, które potwierdziły zasadność założeń konstrukcyjnych, wskazując zakresy najkorzystniejszych wartości przeciwnacisków.

3

O kryteriach pękania materiałów sprężysto-plastycznych

Graba M.

Mechanik

|

2017

|

R. 90, nr 12

1174--1179

PL

Przedstawiono przegląd wybranych kryteriów pękania materiałów sprężysto-plastycznych. Kryteria te – jako jedne z wielu – mogą zostać wykorzystane do oceny rzeczywistej odporności na pękanie różnych materiałów konstrukcyjnych, o ile użytkownik dysponuje wymaganymi parametrami, definiowanymi z wykorzystaniem mechaniki pękania.

EN

The paper presents a brief overview of selected fracture criteria of elastic-plastic materials. These criteria, ones of many, can be used to assess the real fracture resistance of different construction materials, provided the user has the required parameters defined by the fracture mechanics.

4

Prediction and investigation of fracture initiation in warm forging of martensitic stainless steel with aid of FEM simulation

Lisiecki Ł., Skubisz P., Karwan J.

Computer Methods in Materials Science

|

2015

|

Vol. 15, No.2

346--352

EN

Warm forging brings together advantages of hot (e.g. forging load reduction) and cold (e.g. no scale) metal forming operations. However, due to decreasing the process temperature, the risk of fracture occurrence increases. In this paper the risk of cracking initiation during warm forging of surgical forceps made of martensitic stainless steel is estimated. The investigations assume the analysis of the fracture initiation point in the component during forging and attempt to define the critical value of process parameters by means of laboratory tests and FEM numerical simulation.

PL

Kucie na ciepło łączy ze sobą zalety procesów przeróbki plastycznej na gorąco (np. zmniejszenie siły nacisku narzędzi) oraz na zimno (np. brak zgorzeliny). Jednakże obniżeniu temperatury procesu towarzyszy zwiększone ryzyko powstawania pęknięć. W artykule oszacowano ryzyko występowania pęknięć podczas kucia na ciepło kleszczy chirurgicznych z martenzytycznej stali nierdzewnej. Badania zakładają analizę miejsca inicjacji pęknięcia podczas kucia oraz próbę określenia krytycznych wartości para-metrów procesu przy pomocy metody łączącej testy laboratoryjne oraz symulację numeryczną MES.

5

Verification of brittle fracture criteria for bimaterial structures

Mieczkowski G., Molski K.

Acta Mechanica et Automatica

|

2014

|

Vol. 8, no. 1

44--48

EN

The increasing application of composite materials in the construction of machines causes strong need for modelling and evaluat-ing their strength. There are many well known hypotheses used for homogeneous materials subjected to monotone and cyclic loading conditions, which have been verified experimentally by various authors. These hypotheses should be verified also for composite materials. This paper provides experimental and theoretical results of such verifications for bimaterial structures with interfacial cracks. Three well known fracture hypotheses of: Griffith, McClintock and Novozhilov were chosen. The theoretical critical load values arising from each hy-potheses were compared with the experimental data including uni and multi-axial loading conditions. All tests were carried out with using specially prepared specimens of steel and PMMA.

6

Application of workability test to SPD processing

Kvačkaj T., Kočiško R., Tiža J, Bidulská J., Kováčová A, Bidulský R, Bascó J, Vlado M.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2013

|

Vol. 58, iss. 2

407--412

EN

The aluminium alloy with chemical conception AlMgSi prepared by PM (powder metallurgy) technology was used. The experiments such as a ring and compression test, ECAR (equal channel angular rolling) for determination of friction coefficient, stress-strain curves and material workability based on analytical methods (Freudenthal, Cockcroft-Latham and normalized Cockcroft-Latham criteria) were performed. Numerical simulations of sample processed by ECAR was carried out by a software Deform 3D with focus on the description of stress, strain fields and workability criteria (Cockcroft-Latham and normalized Cockcroft-Latham). The prediction of fracture formations in a real ECAR sample during processing conditions was also done.

PL

Stop aluminium o składzie chemicznym AlMgSi przygotowano metodą proszkową. Wykonano badania takie jak próba ściskania swobodnego pierścieni i walcowatych, ECAR (wyciskanie w kanale kątowym z walcowaniem) w celu wyznaczenia współczynnika tarcia, krzywych naprężenie-odkształcenie oraz podatności materiału na odkształcenie z użyciem metod analitycznych (kryterium Freudenthal, Cockcroft-Latham i znormalizowane Cockcroft-Latham). Symulacje numeryczne dla próbki poddawanej procesowi ECAR przeprowadzono przy pomocy oprogramowania Deform 3D z naciskiem na opis pól sił i naprężeń oraz kryteriów obrabialności (Cockcroft-Latham i znormalizowane Cockcroft-Latham). Przeprowadzono również symulacje mozliwości tworzenia się pęknięć w rzeczywistej próbce poddanej procesowi ECAR.

7

Opracowanie za pomocą metody elementów brzegowych, kalibracja i weryfikacja modelu utraty spójności specjalnych stopów magnezu w skali mikro

Milenin A., Byrska-Wójcik D. J., Grydin O., Schaper M.

Rudy i Metale Nieżelazne

|

2011

|

R. 56, nr 11

581-587

PL

Specjalne stopy magnezu (MgCa0.8, Ax30) o podwyższonej biozgodności mogą być zastosowane do produkcji resorbowalnych nici chirurgicznych. Problem stanowi ich niska plastyczność w temperaturze pokojowej. Proponowany model numeryczny pozwoli dobrać parametry procesu ciągnienia i określić graniczne możliwości produkcji. Model numeryczny odkształcenia w skali mikro został wykonany za pomocą metody elementów brzegowych. Procedurę kalibracji modelu oparto na eksperymentalnych badaniach w skali mikro, przeprowadzonych w mikrokomorze do SEM. Jako funkcję celu zaproponowano kwadrat różnicy porowatości próbki obliczonej w modelu i otrzymanej eksperymentalnie. Do kalibracji wykorzystano wyniki testów na rozciąganie, natomiast do weryfikacji modelu przeprowadzono inny rodzaj badań in situ opartych o ścinanie próbki. Powstałe narzędzie numeryczne może być połączone z modelem procesu ciągnienia w skali makro, dzięki czemu możliwa będzie optymalizacja procesu, uwzględniająca mechanizmy, zachodzące w mikrostrukturze.

EN

Special magnesium alloys (MgCa0.8, Ax30) with high biocompatibility can be applied for production of soluble surgical threads. The problem is low plasticity of these alloys at room temperature. The proposed model allows to set the drawing process parameters and to determine the maximum of production possibility. The numerical model of deformation in mi croscale is developed by boundary element method. The procedure of model calibration is based on experiments in microtensile/compression stage for a SEM. As a goal function the square of difference between theoretical and experimental values of porosity was proposed. The results of "in situ" tensile tests were used for calibration purpose and shear test was prepared for verification of model. The developed numerical tool can be coupled with macroscale drawing process model, so the optimization of drawing process will be possible with considering microstructural mechanisms.

8

Weryfikacja doświadczalna nielokalnego naprężeniowego kryterium pękania drewna w dwuosiowym stanie obciążenia

Seweryn A., Romanowicz M.

Zeszyty Naukowe Politechniki Świętokrzyskiej. Nauki Techniczne

|

2007

|

Z. 4

111-113

PL

Liczne doświadczenia pokazują, że propagacja szczeliny w jednorodnym, izotropowym materiale, w warunkach złożonego stanu obciążenia, następuje często w innej płaszczyźnie niż pierwotna płaszczyzna szczeliny. Inaczej jest w przypadku materiału ortotropowego, dla którego kryterium pękania powinno uwzględniać fakt, że w materiale istnieją uprzywilejowane kierunki propagacji szczeliny (kierunki wzmocnienia), wzdłuż których najczęściej następuje pękanie. W związku z tym, odporność na pękanie materiału ortotropowego silnie zależy od układu propagacji szczeliny. Ortotropię drewna charakteryzują trzy osie symetrii, oznaczone odpowiednio literami: L (kierunek wzmocnienia, wzdłuż osi pnia drzewa), R (prostopadle do kierunku tzw. słojów, widocznych w przekroju pnia) i T (stycznie do kierunku tzw. słojów).

EN

Numerous fracture tests shows, that a crack propagation in a homogeneous, isotropic body under complex loading condition takes place in a direction, that don’t coincide with a crack direction. Contrary to that, it is known, that a crack oriented along the reinforcement direction in a orthotropic body propagates self–similarly, i.e. it don’t leave its original direction, even though the mode II load component may be significant. The fracture toughness of orthotropic material is highly dependent on both the crack propagation direction and the crack plane orientation. In other words, due to the large difference in fracture toughness between systems of principal material axes, cracks are often found in some of them, whereas they are extremely rare in other systems. The described above fracture phenomenon is well known in fracture mechanics of orthotropic materials such as wood or unidirectional reinforced fibrous composites. At a macroscopic level, wood is treated as a cylindrically orthotropic material with three main directions of the symmetry, namely longitudinal L, along the tree trunk, radial R, perpendicular to the year rings and tangential T, parallel to the year rings. The objective of the present work is to apply the non-local stress fracture criterion to mixed mode fracture in wood in the RL system for arbitrary oriented cracks. On the basis of a failure model taking into account the occurrence of microcracks and a assumption of the existence of the critical plane, the non-local stress fracture criterion of wood was derived for the RL extension system (the first letter alludes to the crack plane normal, the second one indicates the direction of crack propagation). In the most general terms, when the crack is notched with a inclination to the main orthotropy axis, the non–local stress fracture criterion in the system of critical stress intensity factors KI, KII is a rotated ellipse that is located in the center of the KI, KII system. Only when the crack is oriented along the main orthotropy axis, the non-local stress fracture criterion in the KI, KII system is a plain ellipse, whose semimajor and semiminor axes coincide with axes of the KI, KII system. In order to evaluate the derived non-local fracture criterion, a experimental investigation of the mixed mode fracture toughness of pine wood was made. Experiments have been carried out using specimens with single-edge crack. The mixed mode conditions were controlled by varying of the quotient between the stress intensity factors associated with mode I and mode II. This quotient depended both on the inclination of single-edge crack respect to main orthotropy axis and on the tensile and shear components of the loading force applied by machine. The mode I and II stress intensity factors used to characterize singular stress field near the crack tip have been evaluated using the finite element method and singular elements. Experimental data in terms of critical applied force were recalculated with respect to critical stress intensity factors associated with mode I and mode II and next they were compared with results obtained with the derived non-local fracture criterion. In this way, a high efficiency of the proposed fracture criterion of wood was demonstrated and proved.

9

Application of the formability limit function in prediction of the material fracture

Grosman F., Tkocz M.

Archives of Civil and Mechanical Engineering

|

2004

|

Vol. 4, no 3

77-84

EN

The known criteria for predicting the ductile fracture during bulk-metal forming operations and their disadvantages are discussed. Then the authors present their own damage model that is based on the strainpath dependent ductile fracture criterion and the use of a formability limit function. The computation procedure is implemented into the Forge3 finite-element package and tested by performing the simulations of cold upsetting of austenitic-steel cylindrical billet.

PL

Opisano znane z literatury kryteria plastycznego pękania podczas operacji kształtowania objętościowego oraz ich wady. Zaprezentowano własny model zniszczenia oparty na odkształceniowym kryterium plastycznego pękania oraz wykorzystujący funkcję odkształcalności granicznej. Procedura obliczeniowa modelu została wprowadzona do kodu programu Forge3, którego podstawą jest metoda elementów skończonych, a następnie przetestowana przez przeprowadzenie symulacji numerycznych spęczania na zimno wsadu w postaci walca wykonanego ze stali austenitycznej.