Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Dynamika obciążenia i rozwój pęknięć zmęczeniowych w strefie kontaktu tocznego elementów z defektami powierzchni

Pietrzyk M., Bogdański S.

Przegląd Mechaniczny

|

2011

|

nr 7-8

39-45

2

Analiza oddziaływania płynu w fazie otwierania trójwymiarowego, półeliptycznego pęknięcia zmęczeniowego w strefie kontaktu tocznego

Bogdański S., Szymaniak M.

Zeszyty Naukowe. Mechanika / Politechnika Opolska

|

2005

|

z. 83

21-28

PL

Artykuł przedstawia analizę oddziaływania płynu na ścianki półeliptycznego, przypowierzchniowego, pęknięcia zmęczeniowego przechodzącego przez strefę kontaktu tocznego przeprowadzoną z wykorzystaniem 3D modelu MES pęknięcia i modelu tzw. "filmu ściskanego" zastosowanego do warstwy płynu zawartej między ścianami pęknięcia. W wyniku analizy MES określono geometrię pęknięcia i kinematykę jego otwierania w postaci prędkości przemieszczeń ścian i profili rozwarcia pęknięcia, które posłużyły do wyznaczenia ciśnienia płynu zawartego w jego wnętrzu. Przedstawiono wyniki obliczeń dla trzech rodzajów olejów i wody.

EN

The paper presents an analysis of interaction between liquid and solid in rolling contact fatigue (RCF) cracks at the opening phase. It was modelled by coupling the 3D FE model of shallow angle crack and the theoretical squeeze fluid film (SFF) model of liquid contained between the crack faces. As a result of numerical FE analysis, the kinematics of motion of the crack faces was determined, which was the input data to the analysis aiming at determining the pressure distribution along the crack faces. The results for three kinds of oils and water are presented.

3

Analiza oddziaływania płynu zamkniętego w pęknięciu metodą poszukiwania stanów równowagi

Bogdański S., Lewicki P.

Przegląd Mechaniczny

|

2005

|

nr 3

40-44

PL

W pracy przedstawiono analizę oddziaływania płynu zamkniętego w pęknięciu z wykorzystaniem metody poszukiwania stanów równowagi. W celach porównawczych wykonano również obliczenia dla pęknięcia bez płynu oraz ze śladową ilością płynu, wystarczająca jedynie na zwilżenie ścianek pęknięcia. Dla każdego przypadku wyznaczono przewidywaną prędkość rozwoju pęknięcia.

EN

This paper presents analysis of reaction of liquid closed in the crack using equilibrium state searching method. In order to comparison there are also presented calcula-tions for crack without liquid and with the small amount of liquid sufficient only for crack walls re-wetting. Expected crack propagation velocity was determined for each considered case.

4

Quasi-statyczny model płynu zamkniętego w pęknięciu w strefie kontaktu

Bogdański S., Lewicki P.

Zeszyty Naukowe Politechniki Świętokrzyskiej. Mechanika

|

2003

|

Z. 78

27-36

PL

W pracy przedstawioni quasi-statyczny model płynu zamkniętego usytuowanego w strefie kontaktu toczno-ślizgowego. Model ten wykorzystany został do wyznaczenia oddziaływania płynu na ścianki pęknięcia i w dalszej kolejności do określenia wpływu tego oddziaływania na wytężenie jego frontu. W obliczeniach zastosowano interacyjną metodę poszukiwania stanów równowagi pomiędzy płynem i strukturą dla kolejnych położeń obciążenia względem pęknięcia. Wyniki w postaci historii zmian ciśnienia w płynie zamkniętym oraz zmian współczynników intensywności naprężeń, a także wyznaczonych prędkości rozwoju pęknięcia przedstawiono dla dwóch długości pęknięcia.

EN

The paper presents an analysis of the influence of fluid entrapment effect on the growith of RCF crack with the use of a new method basing on the consecutive equilibrium states of crack. The stress intensity factors and crack propagation rates were calculated for different volumes of entrapped fluid. The results were obtained for two crack lengths.

5

Eksperymentalne badania prędkości propagacji pęknięć zmęczeniowych w obecności płynu

Bogdański S., Szymaniak M.

Zeszyty Naukowe Politechniki Świętokrzyskiej. Mechanika

|

2003

|

Z. 78

37-46

PL

W niniejszej pracy podjęto próbę doświadczalnego określenia oddziaływania płynu penetrującego pęknięcie na jego prędkość propagacji. Prowadzone badania miały charakter porównawczy, w których ocenie podlegała prędkość propagacji w próbkach "suchych" bez płynu oraz w próbkach z zapewnioną obecnością płynu w obszarze pęknięcia. Testy prowadzono przy obciążeniu jednoosiowym, rozrywającym, sinusoidalnie zmiennym o stałej częstotliwości 8 Hz. Badania przeprowadzono dla wody, oleju transformatorowego DIAL-B (SHELL) oraz oleju przekładniowego HIPOL GL-5 80W/90 (ORLEN).

EN

The paper presents the results of fatigue tests, which were carried out in order to determine an influence of the presence of liquid in the interior on the crack growth rate. The purpose of the experimental part of research is to monitor and measure the differences in the rate of crack propagation for dry and wet conditions. The tests are accompanied by the numerical analyses based on the precise FE model of a specimen and loading conditions.

6

A model for fatique growth of 3D cracks in rolling contact for dry, wet and liquid pressurised conditions

Bogdański S., Brown M.

Zeszyty Naukowe Politechniki Świętokrzyskiej. Mechanika

|

2001

|

Z. 73

11-19

EN

A model for growth of 3D semi-elliptical surface breaking fatique cracks in rolling contact is presented. The model combines the results of 3D FE analysis with the fatigue tests data for non-proportional mixed-mode loading. The FE analysis was used to simulate loading conditions and determine the LEFM crack front stress intensity histories including the efects of residual stress and crack face friction for dry and wet conditions. For estimating the enhancement of the SIF ranges caused by the fluid entrapment mechanism, the adequate results obtained from the 2D FE analysis were utilised. The values determined from the 2D model were scaled and superposed on the 3D solutions. 3D full solotions of the rolling contact history in the presence of entrapped fluid are laborious and time consuming to perform. In the paper, an approximate method is presented, which allows relatively rapid estimates of fatigue crack behaviour to be made providedthat the model I, II and III stress intensity histories are known along the whole crack front for complete cycle of loading.

PL

Zaprezentowano model wzrostu trójwymiarowej, półeliptycznej, powierzchni szczeliny zmęczeniowej obciążonej toczącą się rolką. Model stanowi połączenie wyników obliczeń prowadzonych za pomocy meyody elementów skończonych oraz badań doświadczalnych na próbkach poddanych mieszanemu sposobowi obciążenia. Obliczenia numeryczne wykorzystano do symulowanoa warunków obciążenia i określenia historii stanu naprężeń przed frontem szczeliny z uwzględnieniem naprężeń szczątkowych i różnych warunków tarcia między powierzchniami szczeliny. Do określenia wzrostu współczynnika intensywności naprężeń wywoływanego przez płyn uwięziony między powierzchniami szczeliny wykorzystano wyniki uzyskane dla rozwiązań dwuwymiarowych. Wartości uzyskane na podstawie zagadnienia dwuwymiarowego były skalowane i dodane do rozwiązania dla przypadku trójwymiarowego. Obliczenia pełnego zagadnienia trójwymiarowego toczącej się rolki z płynem uwięzionym między powierzchniami szczeliny są bardzo praco- i czasochłonne. W artykule pokazano metodę przybliżoną, pozwalającą na szybkie określenie zachowania szczeliny zmęczeniowej pod warunkiem, że znany jest stan obciążenia wzdłuż frontu szczeliny dla pełnego cyklu obciążenia.

7

A 3D model for growth of dry and liquid-filled "SQUAT" type cracks - a tool for estimating thr scale of damage in rails

Bogdański S., Brown M.W.

Zeszyty Naukowe Politechniki Białostockiej. Mechanika

|

2001

|

Z. 24

57--65

EN

A model of the fatigue growth of 3D semi-elliptical rolling contact fatigue (RCF) cracks was developed by combining the results of numerical (3D FEM) loading simulations with mixed-mode fatigue crack growth rate data. The model was applied for the "squat" type of crack, which is typical for rail RCF failure, to predict shape development and the directions of crack extension. The following kinds of crack behaviour were distinguished; co-planar extension, spalling and branching to transverse defects. The results obtained from the model indicated that propagation of "squats" is feasible when a fluid interaction inside the crack is introduced, encouraging a mixed-mode shear dominated growth. However cracks may branch to a Mode I direction when various components of loading create favourable conditions. In certain conditions, branching to transverse defects can lead to catastrophic rail damage.

PL

Praca przedstawia model rozwoju półeliptycznych pęknięć zmęczeniowych usytuowanych w strefie kontaktu tocznego opracowany z wykorzystaniem wyników numerycznej symulacji obciążenia (3D MES) skojarzonych z wynikami pomiarów prędkości propagacji pęknięć dla dwuosiowego nieproporcjonalnego obciążenia. W pracy przedstawiono też przykładowe zastosowanie tego modelu do przewidywania prędkości, kierunków rozwoju i modyfikacji kształtu pęknięć typu "squat" będących typowym przykładem tej klasy pęknięć dla szyn kolejowych. W wyniku zastosowania modelu rozróżnione zostały następujące sposoby rozwoju pęknięcia; rozwój wzdłuż płaszczyzny pęknięcia, rozwidlenie w kierunku powierzchni szyny powodujące wykruszanie materiału oraz rozwidlenie w głąb szyny prowadzące do pęknięcia poprzecznego. Wykazano, że efektywny rozwój pęknięć typu "squat" jest możliwy wtedy jeśli w ich wnętrzu znajduje się płyn, którego oddziaływanie stwarza warunki do wystąpienia mieszanego zdominowanego ścinaniem sposobu obciążenia. Jednakże, tego typu pęknięcia mogą się również rozgałęziać w kierunku, w którym dominuje pierwszy sposób obciążenia, jeśli tylko konfiguracja obciążenia zewnętrznego stworzy sprzyjające temu warunki. Rozwidlenia pęknięcia w głąb szyny mogą w niektórych konfiguracjach obciążenia prowadzić do niebezpiecznego pęknięcia szyny na wskroś.

8

Modelowanie 3D, parametryzacja, wirtualny montaż oraz analiza MES jako zaawansowane metody CAD/CAE w nauczaniu konstruowania

Bogdański S.

Zeszyty Naukowe. Mechanika / Politechnika Opolska

|

2001

|

z. 68

95-102

PL

Tematem pracy jest zastosowanie zintegrowanych systemów CAD/CAM/CAE najwyższej generacji w nauczaniu konstruowania, a zwłaszcza metod tworzenia wirtualnych obiektów przestrzennych reprezentujących elementy składowe maszyn i urządzeń oraz ich wirtualnego montażu w podzespoły i kompletne złożenia. Omawiane są też sposoby wykorzystania zintegrowanych z narzędziami CAD w powyższych systemach elementów analizy inżynierskiej (CAE) w postaci MES, badania interferencji części czy też analizy powierzchni zastosowanych na ściany projektowanych obiektów. Dyskutowane są też zalety stosowania techniki projektowania współbieżnego w zespole, w kontekście tzw. koncepcji "master model". Praca ilustrowana jest przykładami studenckich projektów wykonanych indywidualnie i w zespołach w powyższy sposób, ze wskazaniem sposobów parametryzacji, montażu za pomocą odbierania kolejnych stopni swobody, sposobów tworzenia siatek elementów skończonych oraz wyników analiz MES i ich wykorzystania do poprawienia projektu.

EN

The paper discusses the means of applying the integrated CAD/CAM/CAE advanced systems in teaching of the design; in particular the methods of creating and assembling models of machine elements in a virtual space are discussed. The ways of introducing into the teaching process the tools of CAE incorporated into the systems, such as FEM analyses, part interference analyses in assemblies or checking the quality of face surfaces are also discussed. The methods of the team co-operation under the concurrent engineering system with the use of the "master model" concept are introduced and the advantages of such way of work are pointed out. The paper presents the examples of the student's projects prepared individually and in the teams. In the projects, the ways of parameterisation, methods of assembling as adding the consecutive constraints to the mounted elements as well as FEM meshing methods and the utilisation of the FEM analysis results for improving the project.

9

Rozwój pęknieć zmęczeniowych w strefie kontaktu w obecności płynu

Bogdański S.

Prace Naukowe Politechniki Warszawskiej. Mechanika

|

1999

|

z. 171

3-122

PL

W pracy podjęto próbę kompleksowego ujęcia zagadnienia rozwoju powierzchniowych pęknięć zmęczeniowch powstających w strefie kontaktu toczno-ślizgowego w obecności płynu. Obecność płynu w strefie kontaktu odnosi się do warunków elasto-hydro-dynamicznego smarowania (EHD) i tarcia mieszanego (PEHD), występujących na bieżniach łożysk tocznych i powierzchniach roboczych: zębów kól zębatych, elementów tocznych łożysk, krzywek i popychaczy, narzędzi stosowanych w niektórych rodzajach obróbki mechanicznej oraz walców w walcowniach metali. Ponadto, odnosi się to także do nominalnie suchych warunków styku, takich jak np. w parze kontaktowej koło / szyna kolejowa, w których okazjonalnie może dojść do obecności płynu (np. wody deszczowej czy smaru) w sasiedztwie obszaru zawierającego pęknięcie, który jest poddawany cyklicznemu obciążeniu kontaktowemu od kół kolejowych. W pierwszym przypadku, wirujące EHD czy PEHD, obciążenie kontaktowe może prowadzić do pęknięć zmęczeniowych, rozwijających się płytko pod powierzchnią bieżni wzdłuż płaszczyzn lekko pochylonych w głąb materiału. W przypadku rozgałęzienia w kierunku powierzchni bieżni, pęknięcia te prowadzą do oddzielania się cienkich warstw materiału w postaci drobnych wykruszeń ( "pitting" ) lub charakterystycznego łuszczenia powierzchni ( "spalling" ). Rozgałęzienia w głąb materiału mogą prowadzić do pęknięć całych elementów przenoszących obciążenie kontaktowe. Podobnie w szynach kolejowych, cykliczne obciążenie kontaktowe od kół przemieszczającego sie taboru generuje pole naprężeń, którew strefie szczeliny przybiera formę nieproporcjonalnych cykli mieszanego (mixed-mode) obciążenia zmęczeniowego typu I i II. W efekcie, pęknięcia w szynach rozwijają się również płytko pod powierzchnią, zwykle w kierunku ruchu kól , a po rozgałęzieniu do góry prowadzą do wykruszeń. Rozgałęzienia pęknięć w głąb szyny mogą prowadzić do jej pęknięcia na wskroś. Obserwacje eksploatacyjne, wyniki badań eksperymentalnych oraz anaIizy toretyczne przeprowadzone w okresie ostatniego dziesięciolecia - w tym analizy indywidualne , autora oraz analizy z jego udziałem - wykazują, że rozwój pęknięć w szynach płytko pod powierzchnią jest możliwy tylko w obecności płynu. W pracy omawiane są trzy znane z literatury mechanizmy oddziaływania płynu na cykl obciążenia pęknięć w strefie kontaktu oraz jeden nowy, zaproponowany przez autora. Mechanizmy znane to: zmniejszanie tarcia w ruchu względnym ścian pęknięcia, parcie płynu penetrującego wnętrze szczeliny na jej ścianki oraz tzw. efekt zamknięcia płynu w szczelinie, powodujący rozrywanie jej wierzchołka. Nowy mechanizm polega na sprzężonym działaniu zewnętrznego obciążenia kontaktowego (np. ciśnienia w EHD filmie smarowym) z oddziaływaniem filmu ściskanego płynu (SOF) tworzącego się wewnątrz pęknięcia w przypadku obecności płynu w obszarze kontaktu (oleju w warunkach EHL i np. wody w przypadku pary kontaktowej: koło-szyna).

EN

An attempt at a complex approach to the problem of RCF crack growth in the presence of liquid was undertaken. The presence of liquid in the vicinity of the crack refers here to the conditions typical for EHD or PEHD contact couples, as well as for the occasional (incidental) presence of liquid in nominally dry conditions (rain water in rail-wheel contact, for instance). In EHL conditions, cracks are observed to propagate under hardened bearing surfaces, leading to spaIling if the cracks branch up- wards to separate a chip from the surface, or to fracture if a crack branches downwards. Similarly in rails the cyclic contact load of wheels generates a driving stress field, which interacts with the inclined surface-breaking cracks to produce a mixed-mode non-proportionaI stress history. In rails, typicaI cracks propagate at a shallow angle under the rail's running surface, primarily in the dircction of vehicle travel. These cracks may branch either up or down; the former case leading mostly to surface spalling and the latter to predominantly mode I driven cracks Iying close to the rail's transverse plane and, in the absence of corrective maintenance action, rail fracture may occur. ShaIlow cracks appear to grow only whcn the crack is filled with fluid. It was raised in 1935 by Way, that liquid can play important role in rolling contact fatigue, and it is now widely believed that liquid significantly influences the mechanisms that create the crack tip stress histories during cyclic contact loading. This role is attributed very often in literature to the three following ways: * by reducing friction between crack faces * by pressure on the crack faces as fluid fIows into the crack from the EHD film; * by the so-called "fluid entrapment effect" exerting hydrostatic pressure at the crack tip. Additionally, for comparison dry conditions are sometimes assumed, i.e. no liquid between the crack faces, which results in high friction. In the first and second ways liquid is present in the crack, but for the first case its only role is to lubricate the crack faces, which reduces the friction. The third way of modelling allows a certain volume of liquid to enter the crack interior in its initial phase of opening, becoming entrapped inside the crack during the locking phase. In this paper, the influence of liquid on crack growth is described through the four mechanisms. Three of them incorporate the ways of liquid interaction mentioned above, which have been already presented in world-wide literature including the author's individual papers, and papers which co-authors. The fourth one is a new model recently introduced by the author: This is the model of: * A coupled interaction of elastohydrodynamic oil (liquid) film (EHDOF) with squeeze oil (liquid) film (SOF). These mechanisms were used to model the response of shallow-angle RCF cracks through fracture mechanics analysis, using 2D and 3D f-lnite element stress analalysis and multi-axial (under mixed-modeI and II non-proportional load) fatigue tests to simulate the rolling contact history. The results of the FE analyses together with the empirical crack growth model derived from the above mentioned fatigue tests were used to predict the crack growth directions and rates in rails, gears and bearings. These were compared with observations from practice and experiment. Influences of rolling directions, traction, crack slope, crack lenght and friction between the crack faces have been investigated. The predicted results are encouraging in that they comply with of RCF in rails. Such cracks may branch to a mode I direction, either upwards to give surface spalling or downwards to produce a transverse fracture. Shallow cracks are able to grow when filled with fluid, due to the fluid entrapment mechanism which forces the crack faces apart, thereby permitting free shear displacement , at the crack tip, which drives the mixed-mode coplanar mechanism. As cracks dry out they arrest or branch, and on branching they propagate slowly according to the mechanisms for dry conditions. When the coplanar crack tip falls below the surface compressive layer, branching is likely if encouraged by a dry spell. In EHL conditions, the EHDOF-SOF model gives the sequence of the crack tip stress histories similar to that of fluid entrapment mechanism in rails. As the crack lenghts in these conditions are usually much smaller than in rails, the range of the SIF cycles sufficient for driving such cracks must be larger. This appears to be possible only within the model of the coupled action of EHDOF-SOF.