Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Numeryczne szacowanie poziomu naprężeń resztkowych w zakuwanym połączeniu nitowym

Derewońko Agnieszka, Szymczyk Elżbieta, Jachimowicz Jerzy

Przegląd Mechaniczny

|

2020

|

nr 2

32--42

PL

Podstawowe warunki projektowania połączenia nitowego wymagają sprawdzenia jego wytrzymałości ze względu na ścinanie nitów oraz dopuszczalne naciski wynikające z obciążeń eksploatacyjnych. W obliczeniach analitycznych przyjmowany jest równomierny rozkład takich obciążeń przypadających na nit oraz nie są uwzględniane naprężenia własne powstałe w procesie zakuwania nitu. Przedstawione w pracy analizy wykazały, że zastosowanie metody elementów skończonych do symulacji procesu zakuwania nitu pozwala zaobserwować zjawiska zachodzące w trakcie tego procesu, a mogące prowadzić do powstawania niebezpiecznych koncentracji naprężeń powodujących inicjację pęknięć. Zastosowanie metody elementów skończonych przy wykorzystaniu programu MSC.Marc umożliwia zamodelowanie złożonego procesu technologicznego, pozwalając określić wartości odkształceń i naprężeń w obszarach kontaktu, co jest utrudnione lub wręcz niemożliwe w przypadku badań doświadczalnych.

EN

The basic conditions for designing a riveted joint require checking its strength due to shear rivets and allowable pressures resulting from operating loads. The analytical calculations assume an even distribution of such loads per rivet and do not take into account the natural stress generated during the riveting process. The analyzes presented in the work have shown that the use of the finite element method to simulate the riveting process allows observing phenomena occurring during this process, which may lead to the formation of dangerous stress concentrations causing crack initiation. The use of the finite element method using the MSC.Marc program allows modeling of a complex technological process, allowing to determine the values of deformations and stresses in contact areas, which is difficult or even impossible in the case of experimental research.

2

Numeryczne modelowanie warstw powierzchniowych na wybranych przykładach w aspekcie wyznaczania naprężeń resztkowych

Szymczyk Wiesław, Włodarczyk Joanna

Przegląd Mechaniczny

|

2020

|

nr 7-8

26--37

PL

Na warstwy powierzchniowe na elementach metalowych stosuje się różnorodne materiały. Warstwy powierzchniowe powstają zazwyczaj w warunkach wysokiej temperatury. Zasadniczy problem w warstwach powierzchniowych stanowią naprężenia resztkowe. Naprężenia resztkowe są pierwotną przyczyną zniszczenia warstwy powierzchniowej i ograniczenia trwałości elementu, na który ją naniesiono. Przyczyną powstania naprężeń własnych są znaczące różnice we właściwościach termomechanicznych łączonych faz materiałowych pokrycia i podłoża. W artykule przedstawiono zestawienie modeli numerycznych, które reprezentują zróżnicowane podejście do modelowania i wyznaczania wartości oraz rozkładów naprężeń resztkowych. Mogą one być stosowane przy zachowaniu świadomości konsekwencji dopuszczanych w nich uproszczeń oraz jakości symulacji uwzględniających określone cechy mikrostruktury.

EN

Various materials are used as a surface layers on metal parts. Surface layers are usually formed under high temperature conditions. Residual stresses are a major problem concerning surface layers. Residual stresses are the primary cause of the surface layer’s deterioration and limit the life span of the component on which it is applied. The cause of residual stresses is the significant differences in the thermomechanical properties of the combined material phases of the coating and substrate. The paper presents a list of numerical models which represent a different approach to modeling and determining values and distributions of residual stresses. They can be used with the awareness of the consequences of simplifications allowed in them and the quality of simulations taking into account specific microstructure features.

3

Influence of Distribution of Residual Stress on Strength Tests

Neugebauer Jürgen, Kasumovic Irma, Blazevic Ivo

Świat Szkła

|

2019

|

R. 24, nr 3

2--5

4

Badania porównawcze z wykorzystaniem efektu Barkhausena i metody trepanacyjnej stanu naprężenia w złączach spawanych odprężonych cieplnie i mechanicznie

Augustyniak Bolesław, Chmielewski Marek, Sędek Piotr, Krasnowski Krzysztof

Badania Nieniszczące i Diagnostyka

|

2019

|

nr 1

12--16

PL

Celem pracy było porównanie stanu naprężenia resztkowego w złączach spawanych wyznaczonego metodą nieniszczącą, która bazowała na pomiarze natężenia efektu Barkhausena (metoda EB) oraz metodą niszczącą, określaną jako metoda trepanacyjna. Obiektem badania były trzy modelowe doczołowe złącza spawane wykonane ze stali S235, oznaczone jako P1, P2 i P3. Próbka P2 została odprężona cieplnie, a próbka P3 była odprężona mechanicznie poprzez naprężanie statyczne do granicy plastyczności. Stan naprężenia wyznaczono metodą EB w szeregu punktów na obu powierzchniach próbek. Badania trepanacyjne metodą Gunnerta pozwoliły wyznaczyć odkształcenia względne dla szeregu wąskich pasków wyciętych w części centralnej złącza równolegle do osi spoiny. Te odkształcenia przeliczono na poziomy naprężenia resztkowego w kierunku osi spoiny. Wartości te zostały zestawione z wartościami składowej stycznej naprężenia wyznaczonego metodą EB dla tej części spoiny. Wykazano, iż odprężanie cieplne praktycznie usuwa naprężenie spawalnicze, a odprężanie mechaniczne zmniejsza to naprężenie znacząco. Wyniki badania obiema metodami okazały się być zgodne jakościowo i także ilościowo – po uwzględnieniu ujawnionego metodą EB efektu wygięcia płyt. To świadczy o skuteczności i użyteczności metody EB dla oceny stanu naprężenia w elementach stalowych.

EN

The aim of the study was to compare the residual stress in welded joints determined by the non-destructive method, which was based on the Barkhausen effect intensity measurement (EB method), and the destructive method, defined as the trepanation method. Three model butt welds made of S235 steel, marked as P1, P2 and P3, were subjected to the test, P2 was heat annealed and P3 was mechanically annealed by static stress up to yield strength. The stress was determined by EB at a number of points on both faces of the specimens. The trepanation tests by Gunnert allowed to determine the relative deformations for a series of narrow strips cut in the central part of the joint parallel to the weld axis. These deformations have been converted to residual stress levels in the direction of the weld axis. These values were compared with the values of the tangential stress component determined by the EB method for this part of the weld. It has been shown that thermal annealing practically removes welding stress and mechanical annealing significantly reduces this stress. The results of both methods proved to be consistent both qualitatively and quantitatively - after taking into account the bending effect of the panels revealed by the EB method. This demonstrates the effectiveness and usefulness of the EB method in assessing stress in steel elements.

5

Efektywność stosowania stali wysokiej wytrzymałości w budowlanych konstrukcjach prętowych

Kuchta K., Tylek I.

Materiały Budowlane

|

2017

|

nr 5

51--52

PL

W artykule przedstawiono podstawowe zagadnienia racjonalnego projektowania konstrukcji budowlanych ze stali wysokiej wytrzymałości. Wskazano obszary, w których zastosowanie stali tego rodzaju jest najbardziej efektywne.

EN

In the paper the basic issues of rational design of high-strength steel structures were described. Areas of most effective applications of this type of steel was pointed out.

6

Wybrane zagadnienia wzmacniania stalowo-betonowych belek zespolonych

Szewczyk P., Szumigała M.

Materiały Budowlane

|

2016

|

nr 11

82--83

PL

W artykule omówiono wybrane zjawiska wynikające z naprężeń rezidualnych powstających w procesie wzmacniania. Zagadnienie przeanalizowano na przykładzie stalowo-betonowej belki zespolonej wzmocnionej przez rozbudowę części stalowej, a w drugim przypadku części żelbetowej.

EN

In the paper the number of effects resulted in residual stress that arose in the strengthening process were pointed out. The issue was analyzed on the example of steel-concrete composite beam strengthened once through enlarging steel part and once through enlarging reinforced part.

7

Post-critical mechanical properties of sedimentary rocks in the Upper Silesian Coal Basin (Poland)

Bukowska M.

Archives of Mining Sciences

|

2015

|

Vol. 60, no. 2

517--534

EN

In this paper, we present the results of a study of the Upper Carboniferous sedimentary rocks of the Upper Silesian Coal Basin (USCB) in Poland. We examined the hard coals, which belong to various stratigraphic units of Upper Carboniferous coal-bearing strata, and waste rocks, i.e., sandstones, mudstones, claystones. We present the results of tests of their post-critical mechanical properties. These results are from tests of the post-critical modulus, residual stress and residual deformation from experiments using a servo-controlled testing machine (MTS) with uniaxial compression and conventional triaxial compression. We applied confining pressures of up to 50 MPa at a strain rate of 10–5 – 10–1 s–1 (0.003-6.0 mm/sec). The confining pressure applied in the triaxial compression tests reflected the conditions of current and future mining activities in the USCB at depths exceeding 1.300 metres. The strain rate applied in the tests reflected the values observed in the rockmass surrounding the mine workings and the rate of certain geodynamic phenomena occurring in the Carboniferous rockmass in the USCB, e.g., rock bursts. We present the values of the sub-critical modulus of coals and waste rocks, the functional relationships between the post-critical modulus and uniaxial compression strength, which are described using an exponential function of high correlation coefficients of the given rocks, and an exponential relationship between the post-critical modulus and the longitudinal elasticity modulus (Young’s modulus). Based on the results of tests of the post-critical properties of the Carboniferous rocks under triaxial compression and at various strain rates, we devised the functional relationships between the properties of the rocks and the confining pressure. The dependence of the post-critical modulus of the sandstones and claystones on the confining pressure is described using a polynomial function of degree 2, and that of the coals is described using an exponential function. The relationship between the residual stress and residual deformation in the rocks and the confining pressure was described using a linear function. The obtained results of tests have a practical application in forecasting behaviour of rocks located deep, and designing safe exploitation of mineral deposits. Confining pressures of up to 50 MPa used in the conventional triaxial compression tests allowed us to predict the behaviour of the rock mass at large depths. These data provide general knowledge of the tendencies in behaviour of rocks at substantial depths and the ability to design safe methods of mining deposits of various raw materials, including energy sources. These deposits are mined from increasingly great depths as the reserves are gradually exhausted and collieries of the largest European coal basins are continuously reconfigured.

PL

Właściwości skał uzyskane z pokrytycznej krzywej naprężeniowo-odkształceniowej opisują pokrytyczne parametry mechaniczne: moduł pokrytyczny, wytrzymałość resztkowa i odkształcenie resztkowe. We współczesnej geomechanice górniczej, znajomość wartości pokrytycznych parametrów mechanicznych skał jest nie do przecenienia. Wartości tych parametrów są, bowiem wykorzystywane do rozwiązywania zadań związanych z projektowaniem i prowadzeniem podziemnej eksploatacji górniczej. Przykładem ich zastosowania jest ocena dynamiki destrukcji skał i górotworu i ocena wystąpienia zagrożeń naturalnych w górotworze spowodowanych prowadzeniem podziemnej eksploatacji górniczej. Dotyczy to głównie zagrożeń geomechanicznych i wodnych, zwłaszcza w kopalniach prowadzących eksploatację w pobliżu zbiorników wodnych utworzonych w zrobach zlikwidowanych kopalń. Ponadto, wartości tych parametrów służą do interpretacji warunków w obrębie źródeł zagrożenia wodnego oraz stanowią podstawę do wyznaczania filarów bezpieczeństwa i stref bezpieczeństwa i mają szerokie zastosowanie w wyznaczaniu zasięgu stref zniszczenia wokół wyrobisk podziemnych i wymiarowania filarów technologicznych w filarowo-komorowym systemie eksploatacji. W artykule przestawiono wyniki badań właściwości pokrytycznych węgli kamiennych należących do różnych ogniw stratygraficznych serii węglonośnej górnego karbonu w Górnośląskim Zagłębiu Węglowym i skał płonnych – piaskowców i mułowców oraz iłowców. Wyniki badań modułu pokrytycznego, naprężenia resztkowego i odkształcenia resztkowego uzyskano z eksperymentów przeprowadzonych w serwosterowanej maszynie wytrzymałościowej MTS-810. Badania przeprowadzano w jednoosiowym ściskaniu na próbkach w kształcie sześcianu i boku podstawy 50 mm i w osiowosymetrycznym stanie naprężenia, gdy spełniony jest warunek naprężeniowy σ1 > 0, σ2 = σ3 = p na próbkach w kształcie walca o średnicy 30 mm i o smukłości 2. Stosowano ciśnienia okólne do wartości 50 MPa. Stosowane w badaniach trójosiowego ściskania ciśnienia okólne były odpowiednie dla warunków prowadzonej i przyszłej eksploatacji w GZW na głębokościach przekraczających 1300 m. Próbki były ściskane w kierunku prostopadłym do uwarstwienia. Sterowanie maszyną wytrzymałościową odbywało się za pomocą prędkości odkształcenia podłużnego mierzonego w systemie pomiarowym prasy przemieszczeniem tłoka. Eksperymenty przeprowadzano z prędkością odkształcenia rzędu 10–5 – 10–1 s–1, co po uwzględnieniu wysokości próbek odpowiada prędkościom przemieszczenia tłoka (0,003-6,0 mm/s). Prędkości odkształcenia stosowane w badaniach odpowiadały prędkości odkształcania się skał w otoczeniu wyrobisk eksploatacyjnych i prędkości niektórych zjawisk geodynamicznych, które zachodzą w górotworze karbońskim w GZW, na przykład tąpnięć. Na podstawie badań skał w warunkach jednoosiowego ściskania podano wartości modułu pokrytycznego węgli i skał płonnych w poszczególnych grupach stratygraficznych górnego karbonu w Górnośląskim Zagłębiu Węglowym. Wartości modułu pokrytycznego zmieniają się w szerokim zakresie (Tab. 1, 2). Sformułowano równania matematyczne zależności geomechanicznych parametrów pokrytycznych od wytrzymałości na jednoosiowe ściskanie i od ciśnienia okólnego. Kluczowymi składnikami opracowanych równań był moduł pokrytyczny, naprężenie resztkowe i odkształcenie resztkowe. Wyniki badań są zróżnicowane w zależności od typu skały, ciśnienia okólnego i prędkości odkształcenia. Zależności funkcyjne modułu pokrytycznego od wytrzymałości na jednoosiowe ściskanie opisano funkcją potęgową o wysokich współczynnikach korelacji dla poszczególnych skał (Tab. 3). Wykazano, że węgle kamienne w GZW w porównaniu ze skałami płonnymi osiągają większe wartości modułu pokrytycznego przy mniejszych wartościach wytrzymałości na jednoosiowe ściskanie. Po przekroczeniu wytrzymałości na jednoosiowe ściskanie dynamika rozpadu węgli jest większa niż dynamika rozpadu skał płonnych. Na podstawie wyników badań skał karbońskich podano zależność potęgową między modułem podkrytycznym a modułem Younga (Tab. 4). W warunkach osiowo-symetrycznego stanu naprężenia, gdy spełniony jest warunek σ1 > σ2 = σ3, wzrost wartości ciśnienia okólnego powoduje przejście skały ze stanu kruchego w stan ciągliwy przy wysokich ciśnieniach okólnych. W części pokrytycznej krzywej naprężeniowo-odkształceniowej zmniejsza się wartość spadku naprężenia, co oznacza, że ze wzrostem ciśnienia okólnego wzrasta wartość naprężenia resztkowego a krzywa pokrytyczna jest łagodniej nachylona w stosunku do osi poziomej. Skutkuje to mniejszymi wartościami modułu pokrytycznego, który obrazuje dynamikę niszczenia skały w obszarze pozniszczeniowym. Badania właściwości pokrytycznych skał karbońskich w trójosiowym ściskaniu wykonano w warunkach wzrastających ciśnień okólnych do 50 MPa, przy różnych wartościach prędkości odkształcenia. Wykazano liczne zmiany wartości parametrów pokrytycznych wynikające ze stosowanych wartości ciśnienia okólnego. Moduł pokrytyczny maleje ze wzrostem ciśnienia okólnego dla piaskowca i węgla zgodnie z funkcją wielomianu drugiego stopnia lub wykładniczą (Tab. 5, Rys. 7, 8). Dla iłowca nie stwierdzono zależności pomiędzy modułem osłabienia a ciśnieniem okólnym 0-50 MPa w zakresie prędkości odkształcenia 10–4 – 10–1 s–1. Wykazano również, że moduł pokrytyczny węgla w warunkach wzrastających ciśnień okólnych jest mniejszy niż dla skał płonnych. Badania wpływu prędkości odkształcenia na wartości modułu pokrytycznego skał karbońskich nie wykazały regularnych jego zmian wraz z prędkością odkształcenia. Zależność naprężenia resztkowego i odkształcenia resztkowego od ciśnień okólnych (0-50 MPa) w zakresie prędkości odkształcenia 10–5÷10–1 s–1 dla badanych skał osadowych karbonu GZW opisano funkcją liniową (Tab. 6, Rys. 9; Tab. 7. Rys. 10). Dla wyższych ciśnień okólnych różnice między wartościami naprężenia resztkowego i odkształcenia resztkowego dla poszczególnych skał są coraz większe. Piaskowce wykazują największe wartości naprężenia resztkowego w miarę wzrostu ciśnienia okólnego a węgle wartości najmniejsze. Z przebiegu krzywych widać również, że skały płonne charakteryzują się mniejszymi wartościami odkształcenia resztkowego w porównaniu z węglem kamiennym. Spośród parametrów geomechanicznych największe zmiany wartości ze wzrostem ciśnienia okólnego wykazuje naprężenie resztkowe, które odzwierciedla nośność pokrytyczną górotworu w rejonach eksploatacji (np. nośne strefy spękanych filarów węglowych). Dla piaskowca, iłowca i węgla zależność naprężenie resztkowe – ciśnienie okólne 0-50 MPa, odpowiadające warunkom eksploatacji w GZW, ma przebieg prostoliniowy. Analiza wpływu prędkości odkształcenia i ciśnienia okólnego na wartości parametrów pozniszczeniowych skał karbońskich GZW wykazała, że ciśnienie okólne w zakresie 0-50 MPa ma większy wpływ na wartość parametrów pozniszczeniowych niż prędkość odkształcenia w zakresie 10–5 – 10–1 s–1 (0,003-6,0 mm/sec). Stosowane w eksperymentach trójosiowego konwencjonalnego ściskania ciśnienia okólne do 50 MPa dają podstawę prognozowania zachowania się górotworu na dużych głębokościach. Daje to ogólną wiedzę o tendencjach zachowania się skał na dużych głębokościach i możliwościach wnioskowania dla celów projektowania bezpiecznej eksploatacji złóż różnych surowców, w tym również surowców energetycznych, których eksploatacja schodzi na coraz to większe głębokości w związku ze stopniowym wyczerpywaniem się złóż bilansowych i postępującą restrukturyzacją kopalń w największych zagłębiach europejskich.

8

Cryogenic machining, surface integrity and machining performance

Kopac J., Krolczyk G.

Archives of Materials Science and Engineering

|

2015

|

Vol. 71, nr 2

83--93

EN

Purpose: Of this paper is to present state-of-the-art on cryogenic machining and delivery principles of liquid nitrogen to the machining/cutting zone. Additionally, the influence of cooling/lubrication conditions on the surface integrity, generated during turning of Inconel 718, are analysed and presented. Design/methodology/approach: Of the paper are to present the design of the cryogenic machining system and how the liquefied nitrogen is delivered to the cutting zone. Additionally, the system is used to evaluate the effect on surface integrity of machined Inconel 718 workpiece. Methodologies used for the surface integrity evaluation are: electro-polishing, X-ray diffraction and micro indentation hardness measurements, with the approach to evaluate the extent of cryogenic influence on machined surface. Findings: The results show that the cryogenic machining process generates larger compressive residual stresses, and prevail at deeper levels beneath the machined surface, thus resulting in improved product quality and performance characteristics in terms of fatigue life and wear resistance. Research limitations/implications: The solutions of the delivery and the evaluation results have been all performed for the turning process, while there is still a challenge for the implementation of findings on the milling and drilling process kinematics. Practical implications: Work shows that cryogenic machining is capable of improving surface integrity and with this, as practical implication, having high potential for improving the sliding conditions, fatigue life of the final product, corrosion resistance, etc. Originality/value: Originality of the paper is shown by novel solutions (patents) on cryogenic machining system (delivery) and in machined surface modification capabilities with alternative cooling/lubrication fluid.

9

Weldability of carbon steel processed by multiple plastic deformation

Ochodek V., Boxan P.

Archives of Materials Science and Engineering

|

2014

|

Vol. 69, nr 2

88--93

EN

Purpose: The paper is focused on experimental verification of weldability of high-carbon steel C55E processed by the SPD DRECE (Dual Rolling Equal Channel Extrusion) process. Design/methodology/approach: A test of basic mechanical properties, metallographic examination and an analysis of residual stresses were performed on these joints. Findings: Acquired results show that the choice of an appropriate technology and the optimization of welding parameters allow to achieve solid welds even in the case of materials rather difficult to weld. The optimized welding process does not significantly degrade the properties acquired by SPD. Research limitations/implications: Mastering a proper coupling technology, welding materials after plastic deformation in particular, is one of key parameters for a successful application of given materials in technical practice. Within experimental works, test welded joints were made from the C55E steel with the use of 141-GTAW pulse welding technologies. Originality/value: The methods of intensive plastic deformation SPD (Severe Plastic Deformation) belong to a group of very attractive means of increasing utility properties of metallic materials (strength and structural characteristics).

10

Simulation of internal stresses coatings deposited onto magnesium alloys by use of FEM

Śliwa A., Tański T., Dziwis R., Kwaśny W., Pancielejko M.

Archives of Materials Science and Engineering

|

2013

|

Vol. 64, nr 1

28--33

EN

Purpose: The goal of this work is to determine residual stresses of coats obtained in PVD and CVD process with the use of finite elements method and comparative analysis with results obtained by laboratory investigations. Design/methodology/approach: Article introduces the usage of finite elements method for simulation of stresses measurement process in Ti/Ti(C,N)/CrN, Ti/Ti(C,N)/(Ti,Al)N, Ti/(Ti,Si)N/(Ti,Si) N, Cr/CrN /CrN, Cr/CrN/TiN and Ti/DLC/DLC coatings of the physical vapour deposition and chemical vapour deposition surface treatment performed on samples of heat treated cast magnesium alloy Modeling of stresses was performed with the help of finite element method in ANSYS environment, and the experimental values of stresses were determined basing on the sin2ψ. Findings: The presented model meets the initial criteria, which gives ground to the assumption about its usability for determining the stresses in coatings, employing the finite element method using the ANSYS program. Research limitations/implications: The computer simulation results correlate with the experimental results. However for achieving better calculation accuracy in further researches it should be developed given model which was presented in this paper. Originality/value: From results of the simulation based on the finite element method is possible to compute the mechanical properties of coatings obtained in PVD process.

11

Wpływ naprężeń czynnych i resztkowych na własne pole magnetyczne ferromagnetyków

Roskosz M.

Przegląd Spawalnictwa

|

2011

|

R. 83, nr 13

46-49

PL

Wpływ naprężeń na zmiany namagnesowania jest jednym z najbardziej złożonych zagadnień magnetyzmu. W artykule analizowano wpływ naprężeń czynnych i resztkowych na zmiany własnego magnetycznego pola rozproszenia WMPR mierzonego na powierzchni elementu oraz możliwości wykorzystania tych zmian jako sygnału diagnostycznego pozwalającego na określenie stanu naprężeń. Stwierdzono wpływ zarówno naprężeń czynnych jak i resztkowych na rozkład składowych WMPR. Wykorzystanie pomiarów WMPR do oceny naprężeń czynnych na obecnym etapie badań wydaje się problematyczne. Ocena makroskopowych naprężeń resztkowych na podstawie pomiarów WMPR jest zagadnieniem nad którym kontynuowane są prace badawcze.

EN

The impact of stress on changes in magnetisation is one of the most complex issues of magnetism. The paper presents an analysis of the impact of active and residual stress on the changes in the residual magnetic field (RMF) measured on the surface of the component, and of the possibility of using the changes as a diagnostic signal which allows the determination of the stress state. It was found that both active and residual stress had an impact on the distribution of the RMF components. The use of the RMF measurements to assess active stress seems debatable at the present stage of research development. Research work now continues on the assessment of macroscopic residual stress based on the RMF measurements.

12

Modeling of the residual stresses and their effects on the TBC system after thermal cycling using Finite Element Method

Ranjbar-Far M., Absi J., Mariaux G., Shahidi S.

Materiały Ceramiczne

|

2010

|

T. 62, nr 3

275-279

EN

The main goal of this work is to study the effects of the residual stresses due to the coating process on the final stress distribution within the Thermal Barrier Coatings system (TBC) after thermal cycling. The thermomechanical Finite Element Model (FEM) was developed to estimate the stress distribution. This model takes into account several phenomena: residual stress generation during the spraying of coatings, morphology of the top-coat/ bond-coat interface, oxidation at the bond-coat/top-coat interface, plastic deformation of the bond-coat and creep of all layers during thermal cycling. As results, we observed a critical stress after coating spraying, corresponding to a low substrate temperature and high cooling rate during spraying of the top-coat material.

PL

Głównym celem tej pracy są badania nad wpływem naprężeń resztkowych wywołanych procesem pokrywania na ostateczny rozkład naprężenia w układzie powłoki bariery cieplnej (TBC) po cyklicznym ogrzewaniu i studzeniu. Opracowano termo-mechaniczny model elementów skończonych (FEM) w celu oszacowania rozkładu naprężenia. Model ten uwzględnia szereg zjawisk: powstawanie naprężenia resztkowego podczas natryskiwania powłoki, morfologię granicy międzyfazowej pomiędzy powłoką wierzchnią i powłoką wiążącą, utlenianie na granicy międzyfazowej pomiędzy powłoką wierzchnią i powłoką wiążącą, deformację plastyczną powłoki wiążącej i pełzanie wszystkich warstw podczas cyklicznego ogrzewania i studzenia. Jako wynik zaobserwowano naprężenie krytyczne występujące po natryskaniu powłoki, korespondujące z niską temperaturą podłoża i dużą szybkością studzenia podczas natryskiwania wierzchniej powłoki materiału.

13

Wpływ rodzaju wtrąceń na stan naprężeń, wytrzymałość i niezawodność kompozytów ziarnistych na osnowie tlenku glinu

Pędzich Z., Grabowski G.

Kompozyty

|

2009

|

R. 9, nr 2

149-153

PL

Opisano różnice w wybranych właściwościach mechanicznych kompozytów ziarnistych na osnowie tlenku glinu (odmiana [alfa], korund), zróżnicowanych ze względu na rozdaj zastosowanych wtrąceń. Badano materiały uzyskane przez dodanie do korundowej osnowy 10% obj. wtrąceń dwutlenku cyrkonu lub węglika wolframu. Porównano mikrostruktury obu wytworzonych kompozytów. Stwierdzono, że morfologia wtrąceń ZrO2 i WC nie jest identyczna - różne są powstające agregaty i wielkość pojedynczych ziaren wtrąceń. Obliczono dla obu typów materiału kompozytowego stan naprężeń resztkowych wywołanych niedopasowaniem współczynników rozszerzalności cieplnej faz składowych. Metodą elementów skończonych określono rozkład naprężeń głównych oraz naprężeń von Missesa w kompozytach. W kompozycie Al2O3/ZrO2 osnowa jest w stanie naprężeń ściskających, a w kompozycie Al2O3/WC osnowa jest w stanie naprężeń rozciągających. Wartości tych naprężeń lokalnie osiągają wartości powyżej 1,5 GPa. Potwierdzono poprzez obserwacje mikrostrukturalne, że istotne różnice w stanie naprężeń w obu materiałach wpływają na sposób rozprzestrzeniania się pęknięć w tworzywach. W kompozycie Al2O3/WC pękanie następuje na granicy międzyfazowej, natomiast w kompozycie Al2O3/ZrO2 droga pęknięcia biegnie poprzez fazę korundową. Wpływa to istotnie na zmierzone parametry wytrzymałościowe i niezawodność kompozytów. W pracy określono wytrzymałość na zginanie i współczynnik Weibulla jako miarę niezawodności dla wytworzonych kompozytów. Wartości te porównano z właściwościami czystej osnowy korundowej. Potwierdzono, że wprowadzenie do osnowy naprężeń ściskających jest elementem wzmacniającym tworzywo. W przypadku kompozytu Al2O3/ZrO2 stwierdzono spektakularny wzrost wytrzymałości na zginanie z 600 do 1200 MPa. Stwierdzono, że zmierzony wzrost wartości modułu Weibulla kompozytów w stosunku do osnowy jest efektem zmniejszenia rozmiarów defektów krytycznych poprzez zmniejszenie wielkości ziaren w spiekach.

EN

The paper describes differences in selected mechanical properties of particulate composites with alumina matrix with different type of inclusions. Materials containing 10 vol. % of zirconia or tungsten carbide were investigated. Microstructures of both composites were compared. I was stated that morphologies of zirconia and tungsten carbide inclusions were not the same. They differ in created aggregates and the size of single inclusion grains. For both types of composite residual stress state caused by thermal expansion coefficients mismatch of constituent phases was calculated. By the finite elements method distribution of the main stresses and the von Misses stresses were calculated. In Al2O3/ZrO2 composite the matrix is under compres-sive stresses and in Al2O3/WC composite the matrix is under tensile stresses. Values of these stresses locally reached even over 1.5 GPa. It was confirmed by microstructural observation that essential differences in the stress state in both compared materials influenced decisively the way of cracking in the composite. In Al2O3/WC composite cracks went along the interphase boundary, while in Al2O3/ZrO2 composite crack went through alumina phase. It influenced essentially measured mechanical properties (bending strength) and reliability. In the paper the bending strength and the Weibull modulus as a reliability measure of composites, were determined. Obtained results were compared to pure alumina properties. It was confirmed that incorporation of compressive stresses into the matrix is the strengthening factor for the material. In Al2O3/ZrO2 composite case, it was stated the spectacular bending strength increased from 600 to 1200 MPa. It was also stated that the increase of the Weibuill modulus value observed for composites was an effect of decrease of critical flaw size by the decreasing of the grains size in sinters.

14

Wybrane kompozyty ceramiczne o fazach ciągłych - analiza stanu naprężeń

Pędzich Z., Grabowski G., Maziarz W.

Materiały Ceramiczne

|

2008

|

T. 60, nr 4

258-261

PL

Praca prezentuje wyniki obliczeń modelowych, wykonanych metodą elementów skończonych (MES) stanu naprężeń głównych w materiałach kompozytowych, w których nie można wyróżnić osnowy. Badano dwa rodzaje materiałów: kompozyt zawierający fazę korundową (AI2O3) i cyrkoniową (ZrO2 stabilizowane 3% mol. Y2O3) w proporcji objętościowej 1:1 oraz kompozyt zawierający trzy fazy, AI2O3, ZrO2 i WC, w proporcjach objętościowych 1:1:1. Wyjściowy model został w trakcie pracy zweryfikowany rzeczywistym obrazem mikrostruktury polikrystalicznych spieków. Obliczono stan naprężeń maksymalnych występujących w kompozytach. Ponadto w pracy przeprowadzono szczegółowe badania stanu granic międzyfazowych w celu weryfikacji założeń przyjętych do modelowania. Badania te wykazały, że wszystkie użyte fazy tworzą spójne, zwarte granice, w których praktycznie nie można wyróżnić obszaru przejściowego.

EN

The paper presents results of model calculations of the stress state for composites without precisely defined matrix. Calculations were performed by the FEM method. Two types of materials were investigated. The composite containing corundum (AI2O3) phase and yttria stabilized zirconia (ZrO2) phase in 1:1 volume ratio. The second material was a tricompound composite containing corrundum, zirconia and tungsten carbide, additionally. The volume ratio of constituent phases was 1:1:1. The starting model has been modified during sintering experiments according to the real image of polycrystalline sintered bodies microstructure. The principal stress state in composites was calculated. Additionally, during the investigations the detail investigation of interphase boundaries was done. It was necessary to verify the main assumption for model calculations. The investigations shoved that all used phases create compact and coherent boundaries, practically without any transition area.

15

Zagadnienie numerycznego modelowania połączeń zgrzewanych

Dalewski R., Jachimowicz J., Pietrzakowski M.

Górnictwo Odkrywkowe

|

2008

|

R. 49/2, nr 4-5

168-172

PL

W artykule zostały opisane zagadnienia związane z modelowaniem procesu zgrzewania umożliwiające określenie poziomu naprężeń resztkowych w punktowym połączeniu zgrzewanym oporowo. Przedstawiona metoda badań symulacyjnych składa się z dwóch etapów - analizy przepływu ciepła, rozwiązywanej metodą stanów chwilowych i krokowej analizy naprężeń. Wyniki symulacji zostały odniesione do wyników pomiarów wykonanych na dyfraktometrze rentgenowskim.

EN

This paper describes numerical simulation of spot welding process employed to assess the level of residual stresses in resistance spot welding joint. Method presented in this paper consists of two steps - thermal analysis, solved in transient scheme and stepped stress analysis. Simulation results were compared with the data obtained using X-ray diffraction method of stress measurement.

16

Thermal residual stress investigation in AS52/ Al18B4O33 magnesium matrix composite by thermal cycling test

Lee W., Park Y., Park B., Park I., Park Y.

Archives of Materials Science and Engineering

|

2008

|

Vol. 32, nr 1

17-20

EN

Purpose: MMCs have microscopic scale thermal residual stress that is generated after cooling from high temperature Because of the difference of thermal expansion coefficient between the matrix and reinforcement. Because of their high service temperature, automobile parts experience thermal cycling between room and service temperature. Those thermal cycles can vary the properties of the MMCs by changing residual stress field. In this study, the relations between residual stresses and hardness were investigated. Design/methodology/approach: For the residual stress investigations, thermal cycling test was performed. After thermal cycling testing, the thermal residual stress of the MMC was investigated using high resolution Xray diffraction test. On the other hand, the residual stress was calculated by the finite elements method and it was compared to the experimental results. Findings: The residual stress relaxed in the matrix with thermal cycling. With the relaxation of the residual stress, the hardness of the composite was decreased. Research limitations/implications: In this study, the relaxation of residual stress of MMCs was observed with thermal cycling. Further investigations for the mechanical properties, like tensile behaviour and wear properties, should be needed in next study. Originality/value: In this study, numerically calculated residual stress in magnesium matrix MMCs was compared with experimental results.

17

Naprężenia resztkowe w kompozytach ziarnistych na osnowach tlenku glinu i tlenku cyrkonu

Pędzich Z., Grabowski G.

Kompozyty

|

2006

|

R. 6, nr 2

76-80

PL

Przedstawiono wyniki symulacji metodą elementów skończonych (MES) naprężeń resztkowych powstających w kompozytach ziarnistych na skutek różnicy w wartości współczynników rozszerzalności termicznej faz składowych. Obliczenia te skonfrontowano ze zmierzonymi wartościami odporności na pękanie oraz obserwacją biegu pęknięcia w rzeczywistych materiałach kompozytowych. Badano kompozyty na osnowach tlenku glinu (odmiany [alfa]) i częściowo stabilizowanego dwutlenku cyrkonu (Y-TZP). Jako fazy zbrojącej używano ziaren węglika WC oraz metalicznego wolframu. Stwierdzono, że różnica w obliczonych wartościach naprężeń w pobliżu granic międzyfazowych może stanowić istotną przyczynę zróżnicowanego sposobu pękania w kompozytach na bazie obu badanych osnów.

EN

The paper summarized calculation of typical stresses caused by the coefficients of thermal expansion (CTE) mismatch in particulate composites with alumina and zirconia matrices containing tungsten carbide and metallic tungsten. Differences in local stress distribution due to matrix and inclusion kind were established (Figs. 3-6). The FEM simulations were compared with results of mechanical tests on mentioned composites (Table 1). Conclusions were assisted by SEM analyze of true composite microstructures, especially focused on a crack path near the interphase boundaries (Figs. 7-10). It was established that the effective improvement of fracture toughness in alumina-based composites is larger than in zirconia-based ones. This fact could be connected with stress state in the materials which influenced the way of cracking. In zirconia-based materials crack is deflected directly on inclusion grains, probably due to extremely high tensile stress value in the interphase boundary area). In materials with alumina matrix crack is deflected before it reaches the interphase boundary. Such way of cracking assures more effective fracture toughness improvement. Observations presented in the paper are only qualitative, but they could help to understand the effect of relatively high level of toughening in alumina based composites.

18

Analiza połączenia nitowego z uwzględnieniem naprężeń resztkowych i eksploatacyjnych

Derewońko A., Szymczyk E.

Górnictwo Odkrywkowe

|

2006

|

R. 48, nr 5-6

114-117

PL

W artykule przedstawiono trójetapową metodę umożliwiającą uwzględnienie naprężeń własnych generowanych podczas procesu zakuwania nitu w analizie rozciąganego zakładkowego połączenia nitowego. Wykorzystując programy oparte na metodzie elementów skończonych oraz dwu- i trójwymiarowe modele, przeprowadzono obliczenia numeryczne i analizy złącza w zakresie dużych przemieszczeń i odkształceń sprężysto-plastycznych.

EN

Three steps nonlinear analysis is performed to obtain stress field in the joint. The influence of residual stresses from riveting for stress state in the lap joint under tensile loading is considered in the paper. Finite element methods is employed to estimate stresses generated during riveting process.

19

Własności pokrytyczne skał karbońskich Górnośląskiego Zagłębia Węglowego w warunkach zmiennych prędkości odkształcenia i ciśnień okólnych

Bukowska M.

Archives of Mining Sciences

|

2003

|

Vol. 48, nr 4

561-575

PL

Określono wpływ prędkości odkształcenia w zakresie 10-5 -10-1s-1 i ciśnień okólnych w zakresie 0-50 MPa na niektóre własności geomechaniczne skał, takie jak naprężenie krytyczne [sigma]kr, naprężenie resztkowe [sigma]r i moduł osłabienia M. Badania prowadzono w maszynie wytrzymałościowej MTS-810 NEW, przy wymuszeniu kinematycznym, za pomocą prędkości odkształcenia podłużnego, w zakresie 10-5 -10-1s-1. Badano skały karbońskie: piaskowiec drobnoziarnisty, iłowiec i węgiel półbłyszczący. Ogółem przebadano 162 próbki o średnicy 30 mm i wysokości 60 mm. Dla określenia wpływu prędkości odkształcenia i ciśnienia okólnego na parametry pokrytyczne zastosowano analizę statystyczną przy. uwzględnieniu populacji próbek dla określonego typu skały. Określono zależności danego parametru jako funkcję prędkości odkształcenia i logarytmu prędkości odkształcenia oraz jako funkcję ciśnienia okólnego. Zależności te wraz ze współczynnikami korelacji przedstawiono na rysunkach 1-7.

EN

The influences of the strain rate ranging from 10-5 -10-1s-1 and of the confining pressure ranging from 0 to 50 MPa on certain geomechanical properties of rocks such as critical stress, [sigma]cr residual stress, [sigma]r, and the moduls of softening M, have been determined. The tests were carried out using the MTS-810 NEW testing machine with a kinematic control by means of longitudinal strain rates of 10-5 -10-1s-1. Confining pressures in the range of 10-50 MPa vcre applied. The following Carboniferous rocks have been tested: - fine-grained sandstone - 72 specimens; - siltstone - 39 specimens; - semi-bright coal - 51 specimens. A total of 162 rock specimens were tested. To determine the effects of the strain rate and confining pressure on the post-critical parameters, a statistical analysis allowing for the sample population of a particular rock type has been performed. Relations between a given parameter and the following factors: - strain rate or logarithm of the strain rate, - confining pressure were determined. These relations and their correlation coefficients are shown in Fig. 1-7. The following arc the conclusions from the analysis of the results of a study performed to investigate the influence of the strain rate and confining pressure on the post-critical parameters: - The magnitude of critical stress as a function of the strain rate for sandstone, siltstone and coal increases in accordance with the power function for all the confining pressures used. Relations between the critical stress and the logarithm of the strain rate for different values of confining pressure are of the rectilinear shape with very high values of correlation coefficient. - The values of residual stress for the confining pressure of p = 0 MPa are low, which is typical of the uniaxial compression, and decrease with the increase in strain rate. However, the residual stress for the values of confining pressure ranging from 10 to 50 MPa increases with the increase in strain rate. The relation between residual stress and confining pressure in the range of 0-50 MPa at strain rates of 10-5 -10-1s-1, can best be defined by the power function having the correlation coefficients indicating very high values of correlation at confining pressures ranging from 0 to 10 MPa for siltstone and coal and from 0 to 20 MPa for sandstone. For the higher values of confining pressure (in excess of 20 MPa), lower values of the correlation coefficient can be distinguished. The relations between the strain rate for different values of confining pressure have been described by the linear functions. - There is a relationship between the critical stress and the confining pressure and between the residual stress and the confining pressure. The relation [sigma]cr = f(p), [sigma]r = f(p) for sandstone, siltstone and coal can best be defined by a linear function. - The investigation of the influence of strain rates of 10-5 -10-1s-1 on the values of modulus of softening M for Carboniferous rocks have not indicated any regular variation of modulus of softening M with strain rate. However, the relation between the modulus of softening and the confining pressure is clear, i.e. the modulus of softening decreases with the increase in confining pressure for sandstone and coal according to the polynomial of the second degree or the exponential function. At the same time, a greater scatter of the values of modulus of softening M for coal relative to strain rates for the lower values of confining pressure can be observed. For the higher values of confining pressure in the range of 20-50 MPa, the differences between values of modulus of softening M for the corresponding strain rates decrease. For siltstone, no relation between modulus of softening M and confining pressure p in the range of 0-50 MPa, at strain rates of 10-4 -10-1s-1, has been found. The extensive studies performed to investigate the influence of the strain rate and confining pressure on the values of modulus of softening for the Carboniferous rocks have confirmed the validity of the test results presented in papers by Bukowska (1996, 2000, 2002a). - Taking into account the influences of the strain rate in the range of 10-5 -10-1s-1 and of the confining pressure in the range of 0-50 MPa can be of use for analysing the stability of underground mine workings and for predicting the loss of stability leading to rockburst potential and occurrence.

20

Effect of residual stresses on frequency of torsional vibration of thin-walled beams

Szymczak C.

Vibrations in Physical Systems

|

2002

|

Vol. 20

278--279