Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Research on metal fatigue of rail vehicle wheel considering the wear intensity of rolling surface

Vaičiūnas G., Bureika G., Steišūnas S.

Eksploatacja i Niezawodność

|

2018

|

Vol. 20, no. 1

24--29

EN

The article overviews scientific research studies that examine the interaction between railway vehicle wheel and rail, and the phenomena of wear on wheel rolling surface. Unique experimental research has been conducted, in which regularity of weariness on rolling surface of exploitable locomotive wheel and phenomena of metal fatigue on wheel were researched. A hypothesis is made, that according to the differences in weariness intensity of wheel rolling surface it is possible to determine the start of metal fatigue. The inequality of wear intensity of different locomotive wheels is assessed by the Sharpe ratio, adapting it to describe the wheel wear intensity criteria. Based on the results of research, the authors propose a simplified and reliable methodology for determining metal fatigue on locomotive wheels at initial stages. The uneven wear on rolling surface of different wheels of wheelset inevitably changes the values of Sharpe ratio, which can accurately describe the conditions in which the critical metal fatigue on wheels begins to emerge.

PL

W artykule omówiono badania naukowe dotyczące wzajemnych oddziaływań między kołem pojazdu szynowego a szyną oraz zjawiska zużycia powierzchni tocznej kół. Przeprowadzono nowatorskie badania eksperymentalne, w których zbadano prawidłowości dotyczące zużywania się powierzchni tocznej eksploatowanego koła lokomotywy oraz zjawisko zmęczenia metalu koła. Założono hipotezę, że na podstawie różnic w intensywności zużycia powierzchni tocznej kół można określić początek procesu zmęczenia metalu. Różnice w intensywności zużycia różnych kół lokomotywy oceniano na podstawie współczynnika Sharpe'a, dostosowując go do opisu kryteriów intensywności zużycia kół. Na podstawie wyników badań autorzy zaproponowali uproszczoną, rzetelną metodologię określania zmęczenia metalu kół lokomotywy na początkowym etapie tego procesu. Nierównomierne zużycie powierzchni tocznej różnych kół zestawu kołowego zmienia wartości współczynnika Sharpe'a, które można wykorzystać do precyzyjnego opisu warunków, w jakich dochodzi do krytycznego zmęczenia metalu kół.

2

Modelowanie wpływu naprężenia średniego na trwałość zmęczeniową w zakresie wysokocyklowego zmęczenia

Gołoś K., Gołoś A.

Logistyka

|

2014

|

nr 6

4008--4014

PL

W pracy przeprowadzono analizę wpływu naprężenia średniego cyklu przy proporcjonalnym obciążeniu cyklicznym na trwałość zmęczeniową metali i stopów, w zakresie wysokocyklowego zmęczenia.Za parametr zniszczenia przyjęto gęstość energii odkształcenia postaciowego. Przedstawiono nowe kryterium umożliwiające obliczanie amplitudy zastępczej na trwałości zmęczeniowej elementu poddanego obciążeniu cyklicznemu z występującym naprężeniem średnim, w warunkach wysokocyklowego wieloosiowego obciążenia.Parametry występujące w kryterium mogą być wyznaczone na podstawie badań w cyklicznym jednoosiowym stanie obciążenia. Dla szczególnych wartości parametrów przedstawione kryterium redukuje się do modeli Goodmana, Soderberga, Morrowa lub Gerbera. Wyniki analiz porównano z wynikami badań doświadczalnych przedstawionych w literaturze dla 6 metali i stopów. Dla analizowanych metali i stopów uzyskano dobrą zgodność wyników doświadczalnych i otrzymanych na podstawie przedstawionego kryterium.

EN

The paper analyzes the effect of mean stress cycle with a proportional load cyclic fatigue life of metals and alloys, in terms of high-cycle fatigue. The density of distortional strain energy was used as a damage parameter. The paper presents a new criterion to enable the calculation of the amplitude of the replacement on the fatigue life of the element subjected to multiaxial cyclic load of stress with mean stress for high-cycle range. The parameters involved in the criterion can be determined on the basis of the cyclicuniaxial load condition. For specific values of the parameters presented criterion is reduced to the Goodman, Soderberg, MorroworGerber models. The results of the analysis were compared with the experimental results for the six metals and alloys, presented in the literature. For analyzed metals and alloys, obtained good agreement of the experimental results and received on the basis of this criterion.

3

Elasto-plastic material model with damage parameter in metal fatigue

Bednarek T., Sosnowski W., Szolc T.

Computer Methods in Materials Science

|

2009

|

Vol. 9, No. 4

409-415

EN

In this paper the numerical method for prediction of fatigue life of structure is presented. The finite element modelling and damage parameter calculation are based on the algorithm de-scribed originally by Chanoche (1987), Luccioni et al. (1996) and Oller et al. (2005). This al-gorithm is simplified, i.e. the Goodman relationships between the mean and stress amplitude are included. It is extended and applied for simulation of crack propagation in the rotor shaft. The material constitutive model includes plastic effects and damage. The S–N fatigue func-tions taken from experiment are modified as dependent on the real ratio between minimum and maximum stress in the critical zones. So the coupling between damage, plasticity and fatigue is taken into account.

PL

W pracy zaproponowano metodę oceny trwałości zmęczeniowej konstrukcji przy pomocy metody elementów skończonych oraz sprężysto-plastycznego modelu materiału z izotropowym parametrem uszkodzenia. Sformułowano prawa konstytutywne dla materiału na podstawie teorii plastyczności i mechaniki uszkodzeń wykorzystując wyniki prac Chaboche'a (1987), Luccioni'ego i innych (1996), Ollera i innych (2005) oraz własne, uproszczone modele obliczeniowe (Marczewska et al., 2006). Zaproponowano analityczną postać krzywej zmęczeniowej dla stali z uwzględnieniem współczynnika asymetrii cyklu obciążenia oraz funkcję degradacji materiału związaną ze zmęczeniem. Parametry materiałowe dopasowano do rzeczywistych badań eksperymentalnych. Opracowany algorytm obliczeń wykorzystano do symulacji procesu pękania zmęczeniowego wału maszyny wirnikowej.

4

Frequency optimization based on “exact” sensitivity and fatigue life estimation

Bednarek T., Sosnowski W.

Computer Methods in Materials Science

|

2007

|

Vol. 7, No. 2

243-249

EN

In this paper exact sensitivity and optimization together with fatigue calculations of vibrating structures are considered. The finite element formulation of natural frequencies, its sensitivity and application are presented. It is known that natural frequencies of free vibrations can be treated as eigenvalues of some generalized eigenproblem [1,2]. Reduction algorithms of the eigensystem and eigenvalues sensitivity are used. Sensitivities are calculated “exactly” by Direct Differentiation Method (DDM). Results are compared with theoretical values and with other approximate methods of sensitivity calculation (Finite Difference Method and semi–analytical method)[2]. DDM is implemented by the first author into the finite element program FEAP. Optimization algorithm based on sensitivity analysis is also included in the form of external code [3]. A clamped beam, stiffened plate and double – disk rotor shaft system are taken as examples. The objective of optimization is to avoid resonance which may be caused by external varying load. Resonance can be followed by big stress fluctuations in structure, which result in shortening of fatigue life and leads to collapse of the structure. Positive and negative secondary effects of optimization are considered. Dynamic fatigue analysis of the structures before and after optimization are done. Some idea related to equivalent fatigue life of materials and structures loaded by different stress ratio R and counting rainflow algorithm are also implemented into the FEAP code [4]. Frequency optimization can be useful in design process to assist to the engineer. Optimization with objective to avoid resonance can eliminate undesirable noise, vibrations etc. Is specific structures this kind of optimization produce additional positive effect: reduction of the weight of the system with simultaneous decreasing of stress level. Also some possible negative influence of optimization on consecutive eigenpairs (not taken previously into account during optimization) are considered. Resonance elimination may increase fatigue life of the structure. [1] T. D. Hien, Deterministic and Stochastic sensitivity in computational structural mechanics, IFTR Reports 46/1990, Warsaw 1990. [2] M. Kleiber, H. Antunez, T. D. Hien, P. Kowalczyk, Parameter sensitivity in nonlinear mechanics, John Wiley & Sons, Chichester, 1997 [3] J. S. Arora, Introduction to optimum design, McGraw Hill Book Company, 1988 [4] I. Marczewska, T. Bednarek, A. Marczewski, W. Sosnowski, H. Jakubczak and J. Rojek, Practical fatigue analysis of hydraulic cylinders and some design recommendation, Int. Journal of Fatigue (in press, available online).

PL

Przedmiotem artykułu jest optymalizacja ze względu na częstotliwości drgań własnych dowolnych konstrukcji z wykorzystaniem ścisłych metod analizy wrażliwości. Zbadany został wpływ optymalizacji na wytrzymałość zmęczeniową. Celem optymalizacji było uniknięcie rezonansu, który może prowadzić do wzrostu naprężeń w konstrukcji i przedwczesnego zniszczenia zmęczeniowego. Wrażliwość wartości własnych ze względu na parametry projektowe została obliczona Metodą Bezpośredniego Różniczkowania (Direct Differentiation Method, DDM) wcześniej rozwijaną przez Sergeyeva i Mroza, (2000), Kleibera i innych (1997) oraz Sosnowskiego i Kleibera (1996). Jako przykład wybrany został wał wirnikowy z dwoma dyskami sztywnymi, podparty na dwóch łożyskach ślizgowych. Parametrami projektowymi były średnice poszczególnych sekcji wału. Proces optymalizacji miał na celu oddalenie częstotliwości drgań własnych wału tak daleko jak to możliwe (przy zachowaniu odpowiednich ograniczeń) od założonej częstotliwości wymuszenia. Następnie optymalny wał został obciążony siłą zmienną w czasie. Zmiany naprężenia w czasie zostały zapisane, cykle naprężeń zostały zliczone algorytmem "rainflow". Następnie dokonano porównawczej analizy zmęczeniowej wału przed i po optymalizacji.

5

Magnetic evaluation of cyclic mechanical loading and fatigue damage progression using the Preisach formalism

Vandenbossche L., Dupre L., Melkebeek J.

Przegląd Elektrotechniczny

|

2005

|

R. 81, nr 5

14-18

EN

The application of magnetic hysteresis measurements to the evaluation of metal fatigue damage progression is investigated. Cyclic mechanical loading is applied to ferromagnetic samples and at predetermined interruptions of the cyclic load the quasi-static and dynamic magnetic behaviour is measured and analysed using the Preisach hysteresis model and the statistical loss theory. The variation of the magnetic behaviour throughout the fatigue lifetime is evaluated for fatigue tests executed on two steels: the results depend on the initial microstructure and composition.

PL

Zbadano możliwości zastosowania badania pętli histerezy do oceny zmęczenia metali. Po cyklicznym obciążeniu próbki ferromagnetycznej i po pewnej określonej przerwie badano właściwości quasi-statyczne i dynamiczne próbek, a następnie analizowano przy wykorzystaniu modelu Preisacha i teorii strat. Zmiany właściwości magnetycznych próbek poddanych próbom zmęczeniowym zależą od mikrostruktury materiału i jego składu.

6

Pęknięcia zmęczeniowe w elementach z karbem ze stopu tytanu WT3-1

Kocańda D., Kocańda S., Mierzyński J.

Biuletyn Wojskowej Akademii Technicznej

|

2000

|

Vol. 49, nr 5

35-55

PL

Zbadano powstawanie i rozwój krótkich i długich pęknięć zmęczeniowych w elementach z karbem ze stopu tytanu WT3-1, poddanych symetrycznemu skręcaniu i symetrycznemu zginaniu. Opisano źródła pęknięć i charakterystyczne cechy ich rozwoju. Podano wykresy prędkości pękania. Do analizy mechanizmu rozwoju pęknięć posłużono się elektronooptycznymi badaniami powierzchni pęknięć.

EN

Fatigue short and long crack growth in notched specimens made of the VT3-1 titanium alloy was investigated. Test were conducted under reversed cyclic torsion and cyclic bending. Crack initation sites and characteristic features of crack growth were revealed. The plots of crack growth rate against the cycles ratio were presented in the paper. The observations of fracture surfaces made by using the electron microscope allowed to establish mechanism of the cracking.

7

Efekt termosprężysty w para- i ferromagnetykach obciążonych cyklicznie

Kaleta J., Moczko P.

Zeszyty Naukowe Politechniki Świętokrzyskiej. Mechanika

|

1999

|

Z. 68, t. 1

197--204

PL

W pracy przedstawiono możliwości aplikacyjne efektu termosprężystego do badań procesu zmęczenia metali. Obiektem badań był wybrany ferromagnetyk (żelazo Armco) i paramagnetyk (stal austenityczna 1H18N9T). Wykorzystując termopary nowej generacji o małej bezwładności cieplnej sprawdzono poprawność prawa Kelvina. Wykazano jego odstępstwo w przypadku ferromagnetyków oraz zgodność w przypadku paramagnetyków. Uzyskane rezultaty wykorzystano następnie do badania przemiany martenzytycznej w metastabilnej stali austenitycznej, w następstwie odkształcenia plastycznego. Dodatkowo rejestrowano energię odkształcenia plastycznego ΔW oraz sygnał magnetyczny H. Na potrzeby eksperymentu zestawiono układ pomiarowy, którego głównymi elementami był 16 - kanałowy analizator widma HP E1421A oraz pakiet oprogramowania HP-VEE 4.

EN

The paper presents possible applications of thermoelastic effect in fatigue tests of metals. The chosen ferromagnetic (type of ingot iron) and paramagnetic (austenitic steel 1H18N9T) were examined. Making use of the new generation, low inertia thermocouples, the Kelvin law was verified. The law holds for paramagnetic materials but the deviations were found for ferromagnetics. In subsequent the derived results were applied in examinations of plastic strain induced martensitic transformation (PIMT) in the metastable austenitic steel. In addition the plastic strain energy ΔW as well as magnetic signal H were registered. For the purpose of experiment the multichannel measurement system was completed. The main elements of it were: 16 channels spectrum analyser HP E1421A and the program system HP-VEE 4.