Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Possibilities to modify the properties of the AW7075 aluminum alloy for the automotive industry

Jasiński Robert, Chruścielski Grzegorz

Combustion Engines

|

2024

|

R. 63, nr 2

9--14

EN

The paper investigated the AW7075 aluminum alloy that is used in the automotive industry. The alloy is widely used, among others, in the production of heads and engine blocks. The possibility of obtaining various properties of the alloy (material states) by appropriate heat treatment (saturation and aging) was demonstrated. The results of strength, hardness, abrasion, and fracture toughness tests of the alloy in the T73, RRA, and HTPP aging treatments, in comparison with the T651 reference state, are presented. The need to select the appropriate parameters of heat treatment in relation to the load conditions of the structural element, especially in elements with notches, was indicated. Depending on the state of the AW7075 alloy, the results prove the wide and diverse possibilities of its use and should be used consciously in the design and production processes of modern automotive drivetrain components.

2

The Investigation on flexural performance of prestressed concrete-encased high strength steel beams

Wang Jun, Jiao Yurong, Cui Menglin, Yang Wendong, Fang Xueqi, Yan Jun

Archives of Civil Engineering

|

2024

|

Vol. 70, nr 1

405--420

EN

This paper reports an experimental on the flexural performance of prestressed concrete-encased high-strength steel beams (PCEHSSBs). To study the applicability of high-strength steel (HSS) in prestressed concrete-encased steel beams (PCESBs), one simply supported prestressed concrete-encased ordinary strength steel beam (PCEOSSB) and eight simply supported PCEHSSBs were tested under a four-point bending load. The influence of steel strength grade, I-steel ratio, reinforcement ratio and stirrup ratio on the flexural performance of such members was investigated. The test results show that increasing the I-steel grade and I-steel ratio can significantly improve the bearing capacity of PCESB. Increasing the compressive reinforcement ratio of PCEHSSB can effectively improve its bearing capacity and ductility properties, making full use of the performance of HSS in composite beams. Increasing the hoop ratio has a small improvement on the load capacity of the test beams; setting up shear connectors can improve the ductile properties of the specimens although it does not lead to a significant increase in the load capacity of the combined beams. Then, combined with the test data, the comprehensive reinforcement index considering the location of reinforcement was proposed to evaluate the crack resistance of specimens. The relationship between the comprehensive reinforcement index and the crack resistance of specimens was given.

3

Crack resistance of RC columns strengthened by CFRP under 30% of uls loading

Blikharskyy Yaroslav, Khmil Roman, Selejdak Jacek, Katunský Dušan, Tytarenko Roman, Blikharskyy Zinoviy

System Safety : Human - Technical Facility - Environment

|

2023

|

Vol. 5, iss. 1

36--45

EN

Nowadays, among many existing reinforced concrete (RC) columns, it is impossible to find samples that work only as centrally compressed members – their vast majority work as eccentrically compressed members. On the other hand, the significant volumes of reconstruction in Ukraine will require studies of the work of various RC structures strengthened under different load levels. In addition to choosing the method of strengthening itself, the relevant tasks will be studies of bearing capacity, crack resistance, reliability (including residual resource) of structures, etc. This article presents the method of crack resistance experimental study of eccentrically compressed RC members. The proposed method was tested on unstrengthened (ordinary) and strengthened (in a stretched zone) RC columns; the results of experimental studies for ordinary and strengthened samples were also obtained. The columns were strengthened with a composite material (from many carbon-fiber-reinforced polymers) – the Sika Carbodur S512 strip. The feature of the crack resistance study of columns was that they were strengthened under the initial load level of 30 %. As a result of experimental research on the samples strengthened under load, we stated that the width of the crack decreased on average by about 36 % (at the comparable values of the active load). In turn, the average maximum length of cracks decreased to about 50 % of the height of the cross-section (for unstrengthened samples, this value was approximately 80 %), and the eccentric compressive ultimate load was increased by about 33 %.

4

Badanie właściwości mechanicznych stali S355JR o różnych typach budowy mikrostruktury

Lipiec Sebastian

Stal, Metale & Nowe Technologie

|

2023

|

nr 1-2

36--40

PL

W artykule analizowana jest stal S355JR o różnych typach budowy mikrostruktury: poddana normalizacji, ze strukturą ferrytyczno-perlityczną (FP), oraz po wygrzewaniu austenityzującym, następnie chłodzona z dużą prędkością poprzez hartowanie w oleju, ze strukturą ferrytyczno-bainityczną (FB).

XX

An important aspect in the engineering design process is to know the true material characteristics of steels used in specific microstructures. These steels, depending on, among other things, heat treatment or working conditions and regimes, are characterised by a different microstructure. It is important to know the levels of both strength, ductility and fracture toughness of steels with different microstructure. This paper presents the results of an experimental study of S355JR steel with two types of microstructure: ferritic-perlitic and ferritic-bainitic. The basic strength and ductility characteristics of the steel determined by uniaxial tensile test and the results of fracture toughness tests are presented.

5

Cracking resistance of recycled mineral-cement-emulsion mixtures

Skotnicki Łukasz, Kuźniewski Jarosław

Roads and Bridges - Drogi i Mosty

|

2023

|

Vol. 22, no. 1

19--39

EN

Recycling enables reduction in usage of natural resources in road construction, positively affecting its environmental aspects. Construction materials obtained through recycling include mineral-cement-emulsion (MCE) mixtures, which are used in road pavements as base courses. MCE mixture consists of aggregate, added aggregate that improves gradation, bituminous emulsion and cement. Aggregate may be substituted with reclaimed asphalt material obtained from deteriorated pavements. Use of cement in pavement structure generates cracks that propagate upwards through the upper layers. When innovative binders are used instead of pure cement, the number of cracks may be reduced, improving the life of the entire pavement structure. The article presents selected problems pertaining to MCE mixtures produced using an innovative cement-based binder incorporating cement by-pass dust (CBPD). The performed laboratory tests encompassed fatigue life and fracture toughness. The innovative cement-based binders displayed significant influence on the obtained results. Used in combination with reclaimed asphalt pavement material, they reduced cracking in MCE mixtures, improving their fatigue life.

PL

Recykling pozwala na ograniczenie użycia w budownictwie drogowym surowców naturalnych, pozytywnie wpływając na aspekty ochrony środowiska. Do materiałów budowlanych powstających dzięki recyklingowi zalicza się mieszanka mineralno-cemen- towo-emulsyjna (MCE), która jest stosowana do warstw podbudowy konstrukcji nawierzchni drogowych. MCE składa się z kruszywa, kruszywa doziarniającego oraz emulsji asfaltowej i cementu jako spoiw. Kruszywo można zastąpić destruktem asfaltowym ze zdegradowanych nawierzchni drogowych. Zastosowanie cementu w warstwach podbudowy generuje pojawienie się spękań propagujących w kierunku górnych warstw nawierzchni drogowej. Poprzez zastosowanie innowacyjnych spoiw zamiast cementu można zredukować liczbę spękań, a tym samym pozytywnie wpłynąć na trwałość całej konstrukcji nawierzchni. W artykule przedstawiono wybrane zagadnienia dotyczące zastosowania w mieszankach MCE innowacyjnego spoiwa cementowego, wykorzystującego uboczne produkty pylaste pochodzące z cementowni (UCPP). Badania laboratoryjne prowadzone były w zakresie analiz trwałości zmęczeniowej i odporności na pękanie. Innowacyjne spoiwa cementowe wykazały istotny wpływ na rezultaty badań. W połączeniu z destruktem asfaltowym zapewniły redukcję zjawiska pękania w mieszankach typu MCE, co poprawiło ich trwałość zmęczeniową.

6

Analysis of selected mechanical properties of mineral-cement-emulsion mixtures (MCE)

Dołżycki Bohdan, Jaczewski Mariusz, Szydłowski Cezary, Bańkowski Wojciech, Gajewski Marcin

Roads and Bridges - Drogi i Mosty

|

2023

|

Vol. 22, no. 1

41--61

EN

In recent years mineral-cement-emulsion (MCE) mixtures have been increasingly used in rehabilitation and reconstruction of pavements. The material gains popularity due to the fact that it enables rational and ecological reuse of reclaimed material from old bituminous pavements, including material containing tar binders. Testing of basic properties of mineral-cement-emulsion mixtures – such as air void content, indirect tensile strength or stiffness modulus – enables determination of the required proportion of added new aggregate and the content of binding agents used. While such tests are sufficient at the stage of MCE mixture design, they do not enable wider analysis of the behavior of the material – particularly of its future performance in pavement structure. This paper presents advanced testing of MCE mixtures, encompassing tests that reflect performance of the material in pavement. Properties that were determined in order to better understand the character of behavior of MCE mixtures included: fracture parameters in semi-circular bending (SCB) test, stiffness moduli in SPT device and fatigue characteristics. The performed tests provide better insight into behavior of MCE mixtures in pavement structures and enable formulation of useful conclusions for MCE mixture design.

PL

W ostatnich latach mieszanki mineralno-cementowo-emulsyjne (MCE) stają się materiałem znajdującym coraz częściej zastosowanie przy projektowaniu remontów i przebudów nawierzchni z wykorzystaniem recyklingu. Materiał ten zyskuje coraz większą popularność, ponieważ pozwala w sposób racjonalny i bez uszczerbku dla środowiska naturalnego ponownie wykorzystać materiały pochodzące z rozbiórki starych nawierzchni bitumicznych, w tym również materiały zawierające lepiszcze smołowe. Badanie podstawowych cech mieszanek MCE, takich jak zawartość wolnych przestrzeni, wytrzymałość na pośrednie rozciąganie, czy też moduł sztywności pozwalają na określenie niezbędnego doziarnienia materiałem mineralnym oraz określenie ilości niezbędnych środków wiążących. Badania podstawowe na etapie opracowywania składu mieszanki MCE są wystarczające do określenia cech podstawowych, ale nie pozwalają na szerszą analizę zachowania badanego materiału, a w szczególności na ocenę jego przyszłej pracy w konstrukcji nawierzchni. W publikacji przedstawiono zaawansowane badania mieszanki MCE, które wykraczają poza badania uznane za standardowe i określają cechy mieszanki MCE istotne ze względu na pracę tego materiału w nawierzchni. Cechy, które określono dla lepszego poznania charakteru pracy mieszanek MCE, to parametry mechaniki pękania w badaniu zginania próbek półwalcowych SCB, moduły sztywności określone w aparacie SPT oraz charakterystyka zmęczeniowa mieszanek MCE. Przeprowadzone badania pozwalają lepiej zrozumieć zachowanie mieszanek MCE w nawierzchni oraz określić wnioski przydatne na etapie projektowania składów mieszanek MCE.

7

Analiza wybranych własności mechanicznych i tribologicznych medycznego stopu Ti24Nb4Zr8Sn

Dąbrowski Robert, Sułowski Maciej

Inżynieria Materiałowa

|

2023

|

Vol. 44, nr 5

11--15

PL

W artykule zaprezentowano wyniki badań twardości, odporności na pękanie oraz odporności na zużycie ścierne stopu Ti24Nb4Zr8Sn po obróbce cieplnej, tj. przesycaniu z temp. 850°C i starzeniu w 350, 450 i 600°C. Wykazano, że w stanie przesyconym, gdy w mikrostrukturze jest obecna jedynie faza β, stop charakteryzuje się najmniejszą twardością i największą odpornością na pękanie. Zastosowanie zabiegu starzenia, skutkujące wydzielaniem fazy α z przesyconej fazy β, silnie zmniejsza jego odporność na pękanie. Badany stop wykazuje istotnie różną odporność na zużycie ścierne i różny współczynnik tarcia, zależnie od mikrostruktury i twardości. Minimalną wartość współczynnika tarcia odnotowano po starzeniu w temp. 450°C, w której dochodzi do wydzielania w mikrostrukturze fazy α o dużej dyspersji, tj. przy maksymalnej twardości stopu.

EN

The article presents the results of hardness, fracture toughness and abrasive wear resistance tests of the Ti24Nb4Zr8Sn alloy. These results were obtained after its heat treatment, i.e. solution from 850°C and aging at 350, 450 and 600°C. It has been shown that in the supersaturated state, when only the β phase is present in the microstructure, the alloy is characterized by the lowest hardness and the highest fracture toughness. The application of the aging treatment, resulting in the separation of the α phase from the supersaturated β phase, strongly reduces its fracture toughness. The tested alloy shows significantly different resistance to abrasive wear and a different friction coefficient, depending on the microstructure and hardness. The minimum value of the friction coefficient was noted after aging at 450°C, at which the α phase with high dispersion was precipitated in the microstructure, i.e. at the maximum hardness of the alloy.

8

Influence of hydrogen blended gas transmission under transient flow on L485ME steel grade fracture toughness

Uilhoorn Ferdinand, Witek Maciej

Gaz, Woda i Technika Sanitarna

|

2023

|

Nr 12

2--9

EN

In the present study, the L485ME low-alloy steel grade, widely used in the last few decades in the natural gas transmission pipelines, subjected to hydrogen was investigated with respect to material degradation. A fracture toughness parameter such as the calculated conditional stress intensity factor was compared to the threshold stress intensity factor for the plane strain hydrogen-assisted cracking derived from the experimental data. Based on macroscopic and microscopic evaluation and measurements, the hydrogen-assisted crack size propagation in steel specimens was compared to the subcritical crack growth. The hydrogen content in the tube wall for the base metal and heat-affected zone was estimated, whereas the pressure and temperature conditions in the pipeline were calculated from a non-isothermal transient gas flow model. The results were used to estimate the fracture toughness of the pipe wall material exposed to the hydrogen-blended natural gas.

PL

W niniejszej pracy została przebadana, pod kątem degradacji materiału na skutek działania wodoru, stal niskostopowa gatunku L485ME, szeroko stosowana w ostatnich dziesięcioleciach do budowy rurociągów przesyłowych gazu ziemnego. Parametr odporności na kruche pękanie, taki jak obliczeniowy warunkowy współczynnik intensywności naprężeń, porównano z granicznym współczynnikiem intensywności naprężeń dla wydłużenia płaskiego, który wyznaczono z danych doświadczalnych dla pękania wywołanego wodorem. Na podstawie oceny oraz pomiarów makroskopowych i mikroskopowych, porównano wspomaganą wodorem propagację wielkości podkrytycznego wzrostu pęknięć w próbkach stalowych. Oszacowana została zawartość wodoru w ściance rury dla metalu podstawowego oraz strefy wpływu ciepła. W oparciu o nieizotermiczny model przepływu gazu w stanie nieustalonym, obliczono warunki ciśnienia i temperatury w rurociągu. Uzyskane wyniki wykorzystano do oszacowania odporności na pękanie materiału ścianki rury poddanego działaniu gazu ziemnego z dodatkiem wodoru.

9

Badanie właściwości mechanicznych stali S355JR o różnych typach budowy mikrostruktury

Lipiec Sebastian

Fastener : rynek elementów złącznych

|

2023

|

nr 1

16--20

PL

W artykule analizowana jest stal S355JR o różnych typach budowy mikrostruktury: poddana normalizacji, ze strukturą ferrytyczno-perlityczną (FP), oraz po wygrzewaniu austenityzującym, następnie chłodzona z dużą prędkością poprzez hartowanie w oleju, ze strukturą ferrytyczno-bainityczną (FB).

10

Monte Carlo simulations of the fracture resistance degradation of asphalt concrete subjected to environmental factors

Szydłowski Cezary, Smakosz Łukasz, Stienss Marcin, Górski Jarosław

Archives of Civil Engineering

|

2023

|

Vol. 69, nr 1

245--257

EN

The paper presents the results of laboratory tests of SCB (semi-circular beam) samples of asphalt concrete, subjected to the destructive effect of water and frost as well as the aging processes. The determined values of material parameters show significant dispersions, which makes the design of mixtures difficult. Statistical analysis of the test results supplemented by computer simulations made with the use of the proprietary FEM model was carried out. The main distinguishing feature of the model is the assignment of material parameters of coarse aggregate and bituminous mortar to randomly selected finite elements. The parameters of the mortar are selected by trial and error to match the numerical results to the experimental ones. The stiffness modulus of the bituminous mortar is, therefore, a substitute parameter, taking into account the influence of many factors, including material degradation resulting from the aging and changing environmental conditions, the influence of voids, and contact between the aggregate and the bituminous mortar. The use of the Monte Carlo method allows to reflect the scattering of the results obtained based on laboratory tests. The computational algorithm created in the ABAQUS was limited only to the analysis of the global mechanical bending response of the SCB sample, without mapping the failure process in detail. The combination of the results of laboratory tests usually carried out on a limited number of samples and numerical simulations provide a sufficiently large population of data to carry out a reliable statistical analysis, and to estimate the reliability of the material designed.

PL

Odziaływanie czynników środowiskowych zmienia parametry mieszanek mineralno-asfaltowych mających wpływ na odporność na pękanie. W celu oceny zjawiska wykonano badania laboratoryjne z uwzględnieniem niszczącego oddziaływania wody i mrozu oraz procesów starzenia eksploatacyjnego mieszanek. Weryfikacji poddano również wpływ obu czynników występujących jednocześnie. Wyniki badań laboratoryjnych charakteryzują się rozrzutami. Zmienność cech powinna być uwzględniona w modelu materiałowym. Zaproponowany autorski model materiałowy pozwala uwzględnić tę cechę w symulacjach numerycznych poprzez wykorzystanie losowego rozkładu kruszywa grubego oraz zaprawy asfaltowej. Na podstawie otrzymanych wyników laboratoryjnych stworzono algorytm losowo zmieniający parametry materiałowe zaprawy asfaltowej. W rezultacie umożliwiło to uzyskanie rozwiązań numerycznych uwzględniających jednocześnie rozrzuty wyników spowodowane niejednorodnością materiału oraz degradacją betonu asfaltowego pod wpływem oddziaływania czynników środowiskowych. Z uwagi na różne metody oceny odporności na oddziaływanie wody i mrozu badania przeprowadzono według kilku wybranych wariantów kondycjonowania próbek. Oceny wpływu starzenia mieszanek na odporność na pękanie dokonano na podstawie metody AASHTO R 30-02. Dla oceny jednoczesnego wpływu obu czynników część próbek poddano starzenieu długoterminowemu przed symulacją oddziaływania wody i mrozu. Badania zostały przeprowadzone na próbkach betonu asfaltowego do warstwy ścieralnej AC 11 S 50/70 KR3÷4. Ocenę zmian odporności na pękanie przeprowadzono na podstawie badania próbek SCB z nacięciem 10 mm w temperaturze +10°C, przy prędkości deformacji 1 mm/min.

11

Cracking control technique for continuous steel-concrete composite girders under negative bending moment

Cai Min, Li Wenjie, Wan Zhiyong, Sheng Jianjun, Tan Juliang, Ma Chao

Archives of Civil Engineering

|

2023

|

Vol. 69, nr 3

239--251

EN

Continuous steel-concrete composite girder can fully utilize material strength and possess large spanning ability for bridge constructions. However, the weak cracking resistance at the negative bending moment region of the girder seriously harms its durability and serviceability. This paper investigates practical techniques to improve the cracking performance of continuous steel-concrete composite girders subjected to hogging moment. A real continuous girder was selected as the background bridge and introduced for numerical analysis. Modeling results show that under the serviceability limit state, the principle stress of concrete slabs near the middle piers of the bridge was far beyond the allowable material strength, producing a maximum tensile stress of 10.0 MPa. Approaches for strengthening concrete decks at the negative moment region were developed and the effectiveness of each approach was assessed by examing the tensile stress in the slabs. Results indicate that the temporary counterweight approach decreased the maximum tensile stress in concrete slabs by 22%. Due to concrete shrinkage and creep, more than 65% of the prestressed compressive stresses in concrete slabs were finally dispersed to the steel beams. A thin ultra-high performance concrete (UHPC) overlay at the hogging moment region effectively increased the cracking resistance of the slabs, and practical engineering results convicted the applicability of the UHPC technique.

12

Effect of the addition of basalt fiber on life-cycle anti-cracking behavior of concrete

Li Yue, Shen Aiqin, Guo Yinchuan

Archives of Civil and Mechanical Engineering

|

2023

|

Vol. 23, no. 2

art. no. e92, 2023

EN

To evaluate the cracking resistance of basalt fiber reinforced concrete (BFRC) in different periods, including the curing period and the service period, restrained slab, restrained ring and three-point bending tests were conducted. In this investigation, various fiber lengths (i.e., 6 mm, 12 mm, and 18 mm) and fiber contents (ranging from 0.07% to 0.09%) were used to prepare BFRC. The plastic shrinkage behavior of BFRC was characterized by monitoring evaporation, bleeding, capillary pressure and plastic shrinkage strain, and the mechanism of the effect of the fibers in reducing plastic cracking was subsequently revealed. The restrained shrinkage strain in the steel ring was measured, and the cracking potential index (ΘCR) was assessed for all BFRC specimens. Furthermore, the fracture behavior, including the strain distribution and cracking process, was monitored by the digital image correlation (DIC) technique. The results showed that long basalt fibers (12 mm and 18 mm) effectively delayed the occurrence of the plastic settlement and reduced capillary pressure, resulting in a decreased crack width of concrete. The basalt fibers also led to a pronounced decrease in the ΘCR of the concrete, particularly at an early curing age (3 d). Moreover, the DIC test revealed that the crack occurrence was accompanied by a fuctuation in the strain field during the fracture process. Basalt fibers considerably slowed the formation and evolution of the strain stripes of the concrete under load, and consequently, the fracture energy and cracking resistance capacity of concrete can be improved by the addition of basalt fibers.

13

Ocena odporności wyrobów stalowych na pękanie wywołane wodorem (HIC)

Czupski Marek, Kasza Piotr, Masłowski Mateusz, Moska Rafał

Wiadomości Naftowe i Gazownicze

|

2022

|

R. 25, Nr 1 (277)

14-17

PL

Pękanie wodoropochodne (Hydrogen Induced Cracking, HIC) jest poważnym problemem w eksploatacji infrastruktury przesyłowej węglowodorów oraz zbiorników do magazynowania paliw zawierających wodór. Rozmiary atomów wodoru sprawiają, że dyfunduje on łatwo i wnika w strukturę metalu, co może być przyczyną obniżenia jego wytrzymałości. W artykule przedstawiono wyniki laboratoryjnych badań pękania wodoropochodnego HIC dwóch rodzajów płyt stalowych, wykonanych zgodnie z obowiązującymi normami. Badania przeprowadzono na zmodernizowanym stanowisku badawczym Instytutu Nafty i Gazu - Państwowego Instytutu Badawczego w Krakowie. Zidentyfikowano łącznie 67 pęknięć wodoropochodnych o wymiarach od 0,1 mm do ponad 15 mm. Wykazano, że próbki obu płyt stalowych nie spełniają kryteriów norm w odniesieniu do współczynników CLR i CTR.

EN

Hydrogen Induced Cracking (HIC) causes a serious problem in the operation of hydrocarbon transmission infrastructure and hydrogen storage tanks. Due to size of hydrogen atoms, it diffuses easily and penetrates into metal structure, which may be a cause of reduce its strength. This paper presents results of laboratory HIC tests of two types of steel plates, carried out in the accordance with the applicable standards. The tests were performed on upgraded research stand in Oil and Gas Institute - National Research Institute (Krakow, Poland) laboratory. A total of 67 hydrogen induced fractures, ranging in size from 0.1 mm to greater than 15 mm have been identified. It has been shown, that the samples of both steel plates do not meet the standards criteria especially regarding to the CLR and CTR coefficients.

14

Wpływ temperatury starzenia na mikrostrukturę i wybrane właściwości mechaniczne stopu Ti24Nb4Zr8Sn

Dąbrowski Robert

Inżynieria Materiałowa

|

2022

|

Vol. 43, nr 5

9--15

PL

Celem pracy była ocena mikrostruktury i wybranych własności mechanicznych stopu Ti24Nb4Zr8Sn w stanie po przesycaniu, tj. oziębianiu w wodzie z wybranej temperaturze wygrzewania (800°C) i starzeniu w zakresie temp. 350–600°C. Wyniki badań wskazały na obecność w mikrostrukturze stopu fazy β w stanie przesyconym oraz wydzieleń fazy α, począwszy od temperatury starzenia 400°C. Twardość próbek stopu wyznaczono w stanie po przesycaniu oraz w całym zakresie temperatur starzenia. W stanie przesyconym (oziębionym w wodzie od 800°C) odnotowano minimalną twardość stopu, tj. 236 HV, której odpowiadała największa odporność na pękanie (KV = 109,5 J). Wraz ze wzrostem temperatury starzenia w zakresie 350–600°C obserwowano spadek odporności na pękanie stopu. Wykazano, że w stanie po przesycaniu oraz przesycaniu i starzeniu przełomy próbek są quasi-kruche, o różnym udziale objętościowym przełomu międzykrystalicznego i transkrystalicznego.

EN

The aim of the study was to evaluate the microstructure and selected mechanical properties of the Ti24Nb4Zr8Sn alloy in the state after supersaturation, i.e. cooling in water from the selected annealing temperature (800°C) and ageing in the temperature range 350–600°C. The test results indicated the presence of the β phase in the supersaturated state in the alloy microstructure and the α phase precipitates – starting from the ageing temperature of 400°C. The hardness of the alloy samples was determined in the state after supersaturation and throughout the entire ageing temperature range. In the supersaturated state (cooled in water from 800°C), the minimum hardness of the alloy was recorded, i.e. 236 HV, which corresponds to the highest impact energy (KV = 109.5 J). A decrease in the fracture toughness of the alloy was observed with the increase in the ageing temperature in the range of 350–600°C. It has been shown that in the state after supersaturation, supersaturation and ageing, the fractures of the samples are quasi-brittle with a different volume fracture of the intercrystalline and transcrystalline fracture.

15

Simulation of the effect laminate sequence on delamination mode-I with elastic couplings

Alhussein Mustafa Abd, Ameer Zuhair Abdul, Hamzah Ahmed Fadhil

Diagnostyka

|

2022

|

Vol. 23, No. 2

no. art. 2022211

EN

A numerical study using the ANSYS 19.R3 environment is discussed in this research. This environment depends on the Virtual Crack Closure Technique (VCCT) method to test a double cantilever beam (DCB) according to the ASTM D5528 standard. Four kinds of laminate stacking sequences were considered. According to the results, the distribution of the strain energy release rates obtained along the delamination front in bending-extension and extension-twisting coupling had a good affinity with bending-extension coupling. At the same time, critical fracture toughness values were estimated to be around 87.9% of critical fracture toughness values bending-extension coupling. These results are proof of the bending-extension and extensiontwisting coupling success while testing the proximity to bending-extension coupling results of the DCB beam. These findings are compatible with the standard ASTM D5288. Therefore, the bending-extension and extension-twisting coupling provide a good indication of the delamination resistance during buckling tests of the composite.

16

Experimental investigation on mode II fracture performance of old-new concrete

Liu Shuang, Shi Zhenwu, Jiang Tao, Wang Huili

Archives of Civil Engineering

|

2022

|

Vol. 68, nr 3

469--480

EN

The old-new concrete interface is the weakest part in the composite structure, and there are a large number of microcracks on the interface. In order to study the mode II fracture performance of the bonding surface of old-new concrete, the effect of planting rebar and basalt fiber is investigated. Nine Z-shaped old-new concrete composite specimens with initial cracks are made. Nine shear fracture load-displacement curves are obtained, and the failure process and interface fracture are discussed. On this basis, the mode II fracture toughness and fracture energy are obtained. The regression equations for fracture toughness and fracture energy are deduced with analysis of variance (ANOVA). The results show that fracture toughness and fracture energy increase with the increase of planting rebar number and basalt fiber content. With the increase of the planting rebar number, mode II fracture toughness and fracture energy increase more significantly. Planting rebar is the major factor for mode II fracture performance.

17

Mixed-mode fracture toughness of high strength FRC: a realistic experimental approach

Hussien M. A., Moawad M., Seleem M. H., Sallam H. E. M., El-Emam H. M.

Archives of Civil and Mechanical Engineering

|

2022

|

Vol. 22, no. 4

art. no. e168, 2022

EN

Unfortunately, fibrous composite materials' mixed-mode fracture toughness (Keff) was measured using inappropriate through-thickness cracked (TTC) specimens. The problem with such specimens is the ignorance of the fibers in the pre-notch surfaces, i.e., no fiber bridging behind the crack tip. In the present paper, a real Keff of fiber-reinforced concrete (FRC) was experimentally determined using matrix cracked (MC) specimens. Traditional (TTC) specimens were also adopted for comparison. The effect of fiber length (35 mm, 50 mm, and hybrid fibers, 50% from each length) and mode of mixity (Me), Me = 0, 1/4, and 1/2 were studied. Hooked end steel fibers of a volume fraction equal to 1% were used. All cracked beams with a crack-length-to-beam-depth ratio equal to 0.3 were tested under three-point bending in mode I and mixed-mode. The span/depth ratio was equal to two for all specimens. Since there is no equation to predict the Keff of MC specimens and the inapplicability of Griffith's theory to predict the Keff due to the difference in crack paths, new realistic procedures were suggested to overcome this dilemma. The results indicated that MC specimens recorded a lower crack initiation load than the peak load. In contrast, the crack initiation load coincides with the peak load in the case of TTC specimens. This reflected the role of steel fibers behind the crack tip in retarding the specimens to reach their ultimate capacity after crack initiation. Keff increased with increasing Me. Although long fibers recorded higher peak load and energy, their effect on Keff of MC FRC specimens was marginal due to the minor effect of fiber length on the crack initiation loads. The MC specimen is a realistic approach for estimating the Keff of FRC.

18

Fracture toughness, wear, and microstructure properties of aluminum/titanium/steel multi-laminated composites produced by cross-accumulative roll-bonding process

Wang Yaping, Tayyebi Moslem, Assari Amirhossein

Archives of Civil and Mechanical Engineering

|

2022

|

Vol. 22, no. 1

art. no. e49, 2022

EN

For more than a decade many researchers have been developing new ways to produce laminated composites. In this paper, aluminum/titanium/steel multi-laminated composites were fabricated by the cross accumulative roll bonding (CARB) process, and effects of different rolling passes on microstructure, and mechanical properties were investigated. As the number of rolling passes increased, in spite of having no voids and cracks, more instabilities were observed on titanium and steel layers. With regard to mechanical properties, by increasing the rolling passes, the values of ultimate and yield strength, as well as elongation fell, because of the non-uniform distribution of hard layers within the aluminum matrix. Based on scanning electron microscopy (SEM) images, both ductile and cleavage modes of fracture were observed on fracture surfaces. Furthermore, with an increase in the number of rolling passes, the values of fracture toughness pertaining to the crack initiation declined on account of the increased probability of delamination. Plus, the trend of the R-curves was mainly downward due to the growing number of interfaces within the matrix by increasing the number of passes; nonetheless, the upward trend of these curves may be attributed to the ductile Al matrix in which the path of cracks can be bridged. Also, based on the results of wear tests, different wear mechanisms such as adhesion, abrasion, and delamination were observed, and with an increase in the number of rolling passes, the amount of weight loss showed a decline which was due to the rise of hardness concerning the strain-hardened layers.

19

Analysis of deformation and forms of destruction of coating-substrate systems

Chronowska-Przywara Kinga

Tribologia

|

2021

|

nr 4

7--14

EN

The paper presents the results of fracture testing of a coating-substrate system subjected to a concentrated contact load and during a scratch test. A diamond indenter with rounding radii in the range 20-500 µm was used under the tests. Systems with CrN coatings in the range of 1 to 5 µm applied to austenitic steel X5CrNi18-10 were analysed. In the paper, the effect of coating thickness on deformation and fracture of the coating and substrate in the load range of 1 and 3 N is analysed. Cohesion and adhesion sites of the coating to the substrate were determined. Optical profilometer images, scanning microscope images, and Micro Combi Tester images – CSM Instruments were used to analyse Lc1, Lc2, and crack locations. It was observed that, as the indenter radius increases, cracks in the coating-substrate system develop at increasing loads. Average critical forces are also higher with indenters of 200–500 µm. In the case of indentation only, with the indenter’s radius of 500 um, it is 750 Nm for the thinnest 1 µm coating and 1750 Nm for the 5.2 µm coating.

PL

W artykule przedstawiono wyniki badań pękania układu powłoka–podłoże poddanych obciążeniu działającym w styku skoncentrowanym oraz podczas testu zarysowania. Do badań użyto diamentowego wgłębnika o promieniach zaokrąglenia z zakresu 20–500 µm. Analizowano układy z powłokami CrN w zakresie od 1 do 5 µm nałożone na stal austenityczną X5CrNi18-10. W artykule analizowano wpływ grubości powłok na deformacje i pękanie powłoki i podłoża w zakresie obciążenia 1 i 3 N. Wyznaczono miejsca kohezji i adhezji powłoki do podłoża. Do analizy Lc1, Lc2 oraz lokalizacji pęknięć użyto obrazów z profilometru optycznego, zdjęć z mikroskopu skaningowego i zdjęć z Micro Combi Testera – CSM Instruments. W wyniku przeprowadzonych badań zauważono, że wraz ze wzrostem promieniem zaokrąglenia wgłębnika, pęknięcia układu powłoka–podłoże powstają przy coraz większych obciążeniach. Średnie wartości sił krytycznych również jest większe przy stosowaniu wgłębników 200–500 µm. W przypadku samej indentacji przy promieniu wgłębnika 500 µm wynosi 1 µm, 750 Nm, natomiast dla powłoki 5,2 µm 1750 Nm.

20

Analiza porównawcza własności dwóch niekonwencjonalnych superwytrzymałych stali typu maraging do zaawansowanych zastosowań konstrukcyjnych

Pawlak Stanisław Jerzy

Stal, Metale & Nowe Technologie

|

2021

|

nr 1-2

32--36

PL

W artykule analizowano własności i mikrostrukturę dwóch wytapianych próżniowo niekonwencjonalnych stali typu maraging: wysokokobaltowej (0,23C-11,5Ni-13,4Co-1,5Mo) i bezkobaltowej (19Ni-4Mo-1Ti). Obie stale miały granicę plastyczności wynoszącą powyżej 1600 MPa i odporność na pękanie (K1C) wyższą od 70 MPa·m1/2. Bardzo wysokie wartości wytrzymałości i odporności na pękanie uzyskane dla badanych stali umożliwiają wykorzystywanie ich do wielu zaawansowanych zastosowań konstrukcyjnych.

EN

The article analyses the properties and microstructure of two unconventional vacuum melted maraging steels: high-cobalt (0.23C-11.5Ni- -13.4Co-1.5Mo) and cobalt-free (19Ni-4Mo-1Ti). Both steels had the yield strength of above 1600 MPa and the fracture toughness (K1C) of over 70 MPa·m1/2. The very high strength and fracture toughness values obtained for the tested steels make them suitable for many advanced structural applications.