W artykule przedstawiono problem mikrostrukturalnej degradacji XIX-wiecznych stali zgrzewnych. Zaprezentowano wyniki badań materiałowych i wytrzymałościowych XIX-wiecznych elementów konstrukcyjnych. Wykazano, że obecność przejawów mikrostrukturalnych procesów degradacyjnych wpływa negatywnie na proces rozwoju zmęczeniowego pękania. Zaproponowano nową zależność opisującą kinetykę pękania zmęczeniowego otrzymaną na drodze analizy wymiarowej.
EN
The subject of the Authors research were elements of steel structures (of puddled steel) coming from the turn of the 19th and 20thcenturies. Material for the investigation comes from the main hall of the Main Wroclaw Railway Station. The works were focused on the phenomenon of microstructural degradation of those steels and its potential influence on their strength properties from the mathematical point of view. The obtained results of own tests and those presented in work [19] indicate for proportionality of the fatigue cracking kinetics equation to the member ∆K5. By means of dimensional analysis approach, the initial functional form of the model was fixed, and supplementing it with the asymptotic member ∆Kth 5enables relatively good (in relation to the existing models), universal description of fatigue cracking kinetics based at one identifiable parameter. The author shave verified the possibility of reconstruction of the fatigue cracking kinetics for two steel types in the non-degraded state (normalised) based at the empirical data from the after operation state. Such situation can be useful while attempting quantitative evaluation of the microstructural degradation processes, in the aspect of the remained safe operating period of a structural part containing a crack.
Polimetakrylan metylu (PMMA) jest obecnie jednym z najpopularniejszych przedstawicieli polimerów powszechnie stosowanych zarówno w technice jak i np. w medycynie. Ze względu na swoją dużą wytrzymałość oraz przeźroczystość jest szczególnie wykorzystywany w budownictwie np. w konstrukcjach osłon przeciwwiatrowych, w przemyśle lotniczym np. jako osłony kabin pilotów [1,2], czy też do produkcji rozmaitych przedmiotów użytku domowego [3]. Ma on również swoje bardziej „subtelne” zastosowania zwłaszcza w ortopedii gdzie jest wykorzystywany do budowy sztucznych zespoleń kości biodrowych czy kolanowych [4,5]. W wielu przypadkach rzeczywistych warunków eksploatacji elementy wykonane z polimetakrylanu metylu mogą być poddane działaniu obciążeń zmęczeniowych w tym również cyklicznie zmiennych. W niniejszej pracy przedstawiono wyniki badań doświadczalnych wzrostu szczeliny zmęczeniowej w jedno- i dwuosiowym stanie obciążenia.
W trakcie rozwarcia szczeliny zmęczeniowej obciążonego elementu metalowego w przedniej jej części odsłania się świeża, czysta powierzchnia wraz z elektryczną warstwą podwójną EWP o polaryzacji ujemnej, będąca katalizatorem w reakcji wejścia wodoru z pary wodnej do wnętrza metalowej konstrukcji. Para wodna wchodząca do szczeliny w czasie tej reakcji katalitycznej ulega dysocjacji, wodór przechodzi do metalu, a tlen tworzy związki powierzchniowe na jej powierzchni.
EN
During the opening out of the fatigue crack of the loaded metal element, in its front part the new and clean surface appears together with Electric Double Layer (EDL) of negative polarity. This layer is the catalyst for the reaction of hydrogen moving from water vapor into the metal structure. The water vapor that enters the crack during the catalytic reaction is dissociated, hydrogen passes to the metal and oxygen forms surface compounds.
This paper presents results of the numerical stress and fracture analysis of the turbine disc. Using the finite element method, the stress state, J-integral and stress intensity factor were obtained for the disc rotated with the operational speed.
W pracy przedstawiono wyniki badań eksperymentalnych wzrostu szczeliny zmęczeniowej w płaskich prób- kach wykonanych z materiału kruchego – polimetakrylanu metylu. Rozważono przy tym jednoosiowy (mode I) i dwuosiowy (mode I + mode II) stan obciążenia. Zbadano wpływ wartości obciążenia na prędkość propagacji szczeliny jak również efekt udziału rozrywania i ścinania poprzecznego zarówno na prędkość pękania jak i na kąt inicjacji oraz propagacji szczeliny.
EN
The paper presents the results of experimental investigations of crack growth in PMMA V-notched plane specimens. A uniaxial (mode I) and biaxial (mode I + mode II) loading conditions are considered. It is described the effect of various loading values and also the effect of biaxiality of loading on crack growth rate and crack initiation and propagation directories. It was ob- served a three-stages process of crack propagation in brittle PMMA glass.
W pracy zastosowano metodę osobliwych równań całkowych do rozwiązania zagadnienia, w którym paraboliczny stempel kontaktuje się z powierzchnią półprzestrzeni sprężystej osłabionej szczeliną. Wykorzystana metoda umożliwiła jednoczesne określanie rozkładu ciśnienia kontaktowego pod stemplem oraz obliczanie wartości współczynników intensywności naprężeń KI iKII przed wierzchołkiem szczeliny. Zbadano wpływ odległości szczeliny od stempla, długości szczeliny, jej orientacji oraz współczynnika tarcia między stemplem a powierzchnią półprzestrzeni na wartości współczynników intensywności naprężeń oraz na rozkład ciśnienia kontaktowego.
EN
This work makes use of a singular integral equations method to solve a plane contact problem where a parabolic punch is acting on a surface of an elastic half-space wakened by a single edge crack. Used method gives possibility for simultaneously calculating the contact pressure and the values of stress intensity factors KI and KII ahead of the crack tip. The effect of crack length, the distance between crack and punch, the crack orientation and also the friction coefficient on contact pressure distribution and values of the stress intensity factors were analyzed in detail.
7
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
W artykule dokonano oceny możliwości zastosowania dwóch modeli obliczeniowych MES wykorzystujących elementy powłokowe do oceny stanu naprężeń i odkształceń w obrębie wierzchołka szczeliny zmęczeniowej znajdującej się w środniku dźwigarów stalowych stosowanych w mostach wojskowych. Wyniki z przeprowadzonych analiz numerycznych porównano z rezultatami otrzymanymi z badań doświadczalnych zrealizowanych w warunkach laboratoryjnych przy wykorzystaniu tensometrii elektrooporowej.
EN
The paper is presented the potential applications of the FEM computational models employing shell elements to determine strains and stresses within the vertex of a fatigue crack in the web of a girder. The results of numerical analyses were compared to the results of experimental tests of a real steel girder conducted under laboratory conditions with the use of electric resistance wire strain gauges.
8
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
W artykule przedstawiono wyniki badań własnych rozwoju szczeliny zmęczeniowej w stali zgrzewnej z 1861 r. pochodzących i z elementów konstrukcyjnych Mostu Piaskowego we Wrocławiu. Przedstawiono podstawowe własności wytrzymałościowe tej stali po blisko 150 latach eksploatacji. Wykonano także model numeryczny rozwoju pęknięć w stabilnym zakresie w programk FRANC2D oraz AFGROW. Uzyskano dobrą zgodność pomiędzy wartościami z badań eksperymentalnych i uzyskanymi w modelu numerycznym.
EN
In this paper, the authors have been shown the experimental test results of fatigue crack growth rate in old (puddled steel) from Piaskowy Bridge (erected in 1861 year in Wrocław). Mechanical properties of puddled steel (after 150-years operating) are also presented and described in this issue. Numerical model of the stable fatigue crack growth has been prepared FRANC2D (based on FEMJBEM) and Afgrow software. It is shown below, that the numerical results are in a good conformity with experimental data.
Przedstawiono propozycję użycia powłok z tworzyw sztucznych w celu zminimalizowania wnikania wodoru do metali. Na podstawie analizy literatury oraz dotychczasowych badań własnych omówiono proces nawodorowania metali. W oparciu o zjawisko Donnana przedstawiono jego działanie na powłokach o polaryzacji dodatniej i ujemnej. Wykorzystując to zjawisko, zaproponowano koncepcję pewnego rozwiązania podwyższenia trwałości zmęczeniowej metali, zapobiegając powstawaniu szczelin zmęczeniowych.
EN
The paper contains suggestions on how to use coatings made of plastics in order to minimize the penetration of hydrogen into metals. Following an analysis of literature as well as the authors’ own research, the hydriding process of metals is discussed. On the basis of the Donnan law, its effect on forward and reverse bias coats is presented. By employing the law, a concept of a solution to increase the fatigue life of metals in order to prevent fatigue cracks is put forward.
10
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
W artykule przedstawiono wnioski z badań doświadczalnych dotyczących propagacji pęknięcia zmęczeniowego. Badania związane były z bezpośrednią obserwacją rozwoju pęknięcia oraz analizą rozwarcia wykonanego nacięcia. Obiektem badawczym były dźwigary mostów niskowodnych wykonane z dwuteowników stalowych, a w szczególności połączenie dźwigara i stężeń poprzecznych za pomocą śrub. W badaniach testowano dwuteownik zwykły IPN 400 (wykonany ze stali S235JRG2) o długości całkowitej 5,60 m.
11
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
An energy criterion of fatigue crack propagation in the isotropic body has been formulated. It is based on the first principle of thermodynamics as a balance between energy variation rates (work of external forces, energy of body deformation, fracture energy, heat energy of the body) and the surface change due to fatigue crack under a cyclic loading. Finally, a kinetic equation of fatigue fracture as an analytical relation between the rate of fatigue crack surface propagation and the dissipation energy of [plastic deformation in the precracked zone has been obtained. The method of an approximate solution of such an equation and determination of the period of precritical crack growth has been suggested. This method in based on the assumption that kinetics of the surface variation of the cracks studied is close to the variation of the crack studied is close to the variation of a round crack with the same surface, but the solution for a crack is given in a closed form. The validity of this method has been confirmed is the case of an elliptical crack. A new method of constructing kinetic fatigue fracture diagrams (KFFD) has been presented on the basis of measurement results of hysteresis loop area for the isotropic body with an internal flat crack under cyclic loading. For the experimental verification, the results of fatigue crack propagation studies for 18G2A and 40H steels have been utilized. In contradistinction to the force factor Kmax, the energetic parameter DH describes synonymously the propagation rate of the fatigue crack independently of a cycle asymmetry R. The linear dependence of crack propagation rate da\dN on energy dissipation of plastic deformation before the crack tip for one loading cycle has been discussed with taking into consideration the consequences for fitting models in double logarithmic axes.
PL
Przedstawiono energetyczne kryterium propagacji szczeliny zmęczeniowej w ciele izotropowym. Wyprowadzono analityczną formułę równania kinetycznego rozwoju szczeliny zmęczeniowej. Aby uprościć rozwiązania, proponuje się zastosowanie metody powierzchni ekwiwalentnych. Podstawę tej metody stanowi hipoteza, że płaskie szczeliny z jednakowymi polami powierzchni, znajdujące się w jednorodnym polu naprężeń rozciągających, mają zbliżone wielkości obszarów DF przed frontem szczeliny (całej strefy plastycznej) oraz zbliżone wartości energii Ws i Wc. Z przedstawionych rozważań wynika, że otrzymane równanie kinetyczne wzrostu pola powierzchni i szczeliny zmęczeniowej można rozwiązywać albo bezpośrednio, obliczając trwałość elementu Ng albo z wykorzystaniem metody powierzchni ekwiwalentnych. Wyniki uzyskane dla szczeliny eliptycznej wskazują na przydatność metody powierzchni ekwiwalentnych. Jednym z celów pracy było opracowanie metody eksperymentalnego budowania wykresów kinetycznych pękania zmęczeniowego. W metodzie tej wykorzystuje się pomiar wielkości pętli histerezy, energii odkształcenia próbki ze szczeliną w procesie cyklicznego obciążenia. Przedstawiono rozważania teoretyczne, w których wykorzystano podejście energetyczne, oparte na doświadczalnym wyznaczaniu petli histerezy energii odkształcenia, odpowiadającej dyssypacji energii w jednym cyklu obciążenia. Wielkość wyznaczonej w ten sposób pochłoniętej energii jest bezpośrednio związana z intensywnością powrotnej plastycznej deformacji materiału przy wierzchołku szczeliny. Przedstawiono również samo doświadczalne wyznaczenie pola pętli histerezy i wykorzystanie go zgodnie z rozważaniami teoretycznymi. Pokazano, że zastosowanie opisu energetycznego, w którym wykorzystano uzyskaną eksperymentalnie pętlę histerezy energii odkształcenia materiału przy wierzchołku szczeliny, umożliwia jednoznaczną charakterystykę odporności na zmęczeniowy rozwój szczeliny niezależnie od asymetrii cyklu obciążenia. W przeciwieństwie do wykresów da/dN-DS, zbudowanych dla danego zakresu prędkości rozwoju pękania szczeliny, nie zaobserwowano różnic w kinetyce pękania. Oznacza to, że - w odróżnieniu od siłowego parametru D- parametr energetyczny DS jednoznacznie opisuje prędkość zmęczeniowego rozwoju szczeliny niezależnie od współczynnika asymetrii cyklu R.
12
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
W artykule przedstawiono aktualny stan wiedzy na temat eksploatacji stalowych obiektów mostowych ze szczeliną zmęczeniową. Zaprezentowano również wyniki dotychczasowych analiz, jak i kierunki aktualnie prowadzonych przez autorów badań. Zaproponowano metodę określania trwałości zmęczeniowej mostu niskowodnego w oparciu o podstawowy wzór mechaniki pękania uwzględniający współczynnik asymetrii cyklu - wzór Formana. Zaprezentowano także możliwość wykorzystania do określania wielkości współczynnika intensywności naprężeń programów komputerowych (opartych o metodę elementów skończonych), które w znacznym stopniu mogą zastąpić kosztowne badania doświadczalne.
13
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
: Niniejsza praca stanowi ciąg dalszy rozważań przedstawionych w pierwszej jej części. Zaproponowano w niej model rozrostu szczeliny zmęczeniowej z uwzględnieniem zarówno przesuwania się strefy kumulacji uszkodzeń przed wierzchołkiem pęknięcia jak również rozwoju tej strefy. Model ten z powodzeniem został zaadaptowany do opisu pękania zmęczeniowego w dwuosiowym stanie obciążenia. Adaptacja ta bazuje na zastąpieniu naprężeń normalnych uśrednionych w strefie uszkodzeń przez naprężeniową funkcję pękania. Sformułowano także warunki stabilnego i niestabilnego (kruche pękanie) rozrostu szczeliny w dwuosiowym stanie obciążenia.
EN
The present paper is concerned with modelling of fatigue crack initiation and propagation by applying the non-local critical plane model. Using the linear elastic stress field at the front of crack or sharp notch the damage growth on a physical plane is specified in terms of mean values of stress and strength function. When the damage zone reaches a critical length in any physical plane, crack growth accompanies damage evolution. The model is applied to study crack propagation under cyclically varying combined mode I and mode II loading. The conditions of stable and unstable crack growth are also formulated.
14
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
W literaturze przedmiotu spotyka się różne metody budowy kinematycznych wykresów pękania zmęczeniowego, charakteryzujących odporność materiałów konstrukcyjnych na rozwój szczeliny w warunkach obciążenia cyklicznego. Podejściem najczęściej stosowanym jest liniowa mechanika pękania, umożliwiająca przedstawienie szybkości propagacji szczeliny da/dN jako funkacji zakresu zmian współczynnika intensywności naprężeń. Podstawową wadą kryterium siłowego jest możliwość jednoznacznego określenia zależności kinetyki pękania od Delta K. Dotyczy to w pierwszej kolejności wpływu asymetrii cyklu obciążenia, co należy uwzględniać przy aplikacji wyników badań laboratoryjnych do oceny czasu życia materiałów eksploatowanych w praktyce przemysłowej. Na tle tych ograniczeń obiecująco wygląda podejście energetyczne polegające na doświadczalnym wyznaczeniu pętli histeryzy energii odkształcenia, przedstawiającej dyssypacje energii w jednym cyklu obciążenia. Określona w ten sposób wartość pochłoniętej energii jest bezpośrednio związana z intensywnością powrotnej plastycznej deformacji materiału przy wierzchołku szczeliny. Wobec tego należy oczekiwać jednoznacznej korelacji pomiedzy dyssypacją energii a szybkością zmęczeniowego wzrostu szczeliny. Na podstawie pomiarów wielkości pętli histerezy energii odkształcenia próbki ze szczeliną w procesie cyklicznego obciążenia autorzy przedstawili metodę budowania wykresów kinetycznych pękania zmęczeniowego, wykorzystując do jej weryfikacji wyniki eksperymentalne badania rozwoju szczeliny zmęczeniowej w stali 40H.
EN
Experimental investigations of fatigue process indicate that for the low-cycle fatigue regime there atre the wide ranges of plasticity deformations which determine the hysteresis loop width. When the number of cycles needed for a failuregoes to the infinity the value of plasticity deformation range goes to zero. For the high-cycle fatigue regime the damage process occurs under relatively higher values of elastic stress and strain ranges, higher than the plasticity deformation value. For the uniform description of fatigue properties in both theranges Golos has proposed the application of density of total deformation energy increment of Wt as a failure criterion parameter. This energy increment of Wt is equal to a sum of energy dissipation density due to plastic deformation in one cycle increment W+e and elastic deformation energy density in a half a cycle (during tension) responsible for fatigue crack propagation. A new method of construction of kinetic fatigue fracture diagrams has been worked out by the authors and presented on the basis of experimental results of a hysteresis loop area for the isotropic body with an internal flat crack under cycling loading. For the experimental verification the results of fatogue crack propagation studies for 40H steel have been used.
W artykule opisano nową metodę pomiaru zniszczenia zmęczeniowego materiałów konstrukcyjnych. Metoda ta oparta jest na obserwacji zmian odkształceń niesprężystych w próbce materiału poddanej cyklicznie zmiennym obciążeniom o stałej amplitudzie. Zmiany amplitudy odkształceń nieprężystych w trakcie sterowanego naprężeniem testu są uważane za objaw zniszczenia zmęczeniowego materiału próbki. Otrzymane wyniki zilustrowano w postaci wykresu przedstawiającego amplitudę odkształceń niesprężystych jako funkcję numeru cyklu obciążenia w skali logarytmicznej, dla wszystkich badanych próbek. Analiza przedstawionych w ten sposób danych pozwala na podział procesu zniszczenia zmęczeniowego na trzy fazy: sprężystą deformację cykliczną niezniszczonego materiału, nukleację i stabilny wzrost mikropęknięć oraz propagacje dominującej szczeliny zmęczeniowej w materiale próbki. Wymienione trzy fazy procesu zniszczenia zmęczeniowego rozdziela moment nukleacji pierwszych mikropęknięć oraz uformowania się dominującej szczeliny zmęczeniowej.
16
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
W niniejszej pracy zaproponowano model rozwoju szczeliny zmęczeniowej dla przypadku obciążeń dwuosiowych. Przed wierzchołkiem szczeliny założóno strefę kumulacji uszkodzeń o skończonym wymiarze, w której uśredniono wartości: naprężeniowej funkcji pękania oraz miary kumulacji uszkodzeń. Obliczono kształt strefy kumulacji uszkodzeń przed wierzchołkiem szczeliny dla różnych wartości parametrów modelu.
EN
In present paper model of fatigue crack for biaxial loading case was proposed. It was assumed that there exist the damage accumulation zone of finite length at the crack tip. In this zone stress failure function and damage accumulation measure were averaged. The effective damage zone shapes for varying parameters were
17
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
W pracy przedstawiono krótki przegląd podstawowych metod stosowanych podczas badań uszkodzeń zmęczeniowych. Zaprezentowano własną koncepcję i realizację układu badawczego do współpracy z maszyną INSTRON 8502 PLUS.
EN
The paper gives a short review of the basic methods used for fatigue damages tests. It presents a conception and realization of the system research to cooperation with machine INSTRON 8502 PLUS.
JavaScript jest wyłączony w Twojej przeglądarce internetowej. Włącz go, a następnie odśwież stronę, aby móc w pełni z niej korzystać.