Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Influence of Surface Roughness on the High Temperature / High Strain Low Cycle Fatigue Behavior of Nickel-Based Superalloy Rene®80

Barjesteh Mohammad Mehdi

Archives of Metallurgy and Materials

|

2023

|

Vol. 68, iss. 2

507--516

EN

Since fatigue cracks nucleate and initiate generally at the surface of the rotary components such as blades and discs, the surface condition is the most important factor affecting the fatigue life. Surface scratches are suitable sites for stress concentrations and therefore the nucleation stage of fatigue cracks will be shortened. In the present work, the influence of surface roughness on the low cycle fatigue life behavior of nickel-based superalloy Rene®80 at the temperature of 900°C was evaluated. Results of low cycle fatigue tests (LCF) under strain-controlled condition at 900°C for R = εmin/εmax = 0 and strain rate of 2×10-3 s-1, at a total strain range of 1.2% showed an inverse relationship between fatigue strength and surface roughness of the specimens. In this study, increasing the surface roughness of Rene®80 from 0.2 μm to 5.4 μm led to the decline in the final LCF life from 127 cycles to 53 cycles which indicated a 58.3% reduction in fatigue life at the same condition. Fractography evaluation also exhibited that fatigue cracks initiated from the notch in the rough specimens, whereas in the smooth specimen fatigue cracks nucleated from the internal imperfections and carbides.

2

Approach to Impact Assessment of the Rated Power Uprate of NPP Unit on the Service Life of the Turbine Critical Elements

Chernousenko Olga, Nikulenkova Tetyana, Peshko Vitaliy, Nikulenkov Anatolii

Rocznik Ochrona Środowiska

|

2020

|

Tom 22, cz. 1

105--116

EN

Nuclear power plants play an important role in power systems of many countries. Ability to reasonable increase installed capacity of nuclear power units allow to reduce the cost for building of new power plants. When increasing NPP capacity to 104% there is a need to estimate the residual life of plant’s typical elements and continue their operation. The mathematical model of estimation of service life indicators of steam turbine K-1000-60/3000 is developed. The effect of increasing the capacity of a nuclear reactor on the heat transfer coefficients of a steam in the nozzle segments of high-pressure cylinder was established by using CFD modeling. The thermal and stress-strain state of the high-pressure rotor for the most typical operating modes are calculated. Using the correlation dependences of low-cycle fatigue, the rate of accumulation of cyclic damage of the base metal is established. The resistance of the metal to the exhaustion of long-term strength is also determined. On the example of the high pressure rotor of the 3rd power unit of Rivne NPP the service life indicators are calculated. The validity of increasing the installed capacity of the power unit was also confirmed.

3

Influence of material heat treatment on low cycle fatigue of austenitic steel at working conditions of gas turbine exhaust structures

Zielaskowski Michał, Bielecki Marcin, Pawlicki Jakub

Inżynieria Materiałowa

|

2019

|

Vol. 40, nr 5

111--119

EN

The paper presents a statistical analysis based on more than 500 fatigue tests available in the scientific literature, for which the influence of thermal treatment of austenitic steel on the low-cycle life of gas turbine exhaust elements is shown. The confidence range of regression parameters for test data is shown and an analysis of variance for different groups of parameters was carried out. Conducted statistical analysis allows to select important parameters affecting the life of the material, while allowing to reject non-essential parameters, which in effect allows correct description of the phenomenon. The collected data from fatigue tests was limited to those whose parameters correspond to the typical work conditions of gas turbine exhaust elements. The tested material is austenitic steel type AISI240 TP304 in various states of heat treatment: aging, tempering and in an as-fabricated condition. The tests were carried out in isothermal conditions with a fast-changing cycle or a cycle with tensile load hold during stretching.

PL

W pracy zaprezentowano analizę statystyczną wykonaną na podstawie ponad 500 wyników prób zmęczeniowych dostępnych w literaturze naukowej, dla których pokazano wpływ obróbki cieplnej stali austenitycznej na trwałość niskocyklową stali austenitycznej. Przeprowadzono analizę regresji dla zgromadzonych danych oraz analizę wariancji dla różnych grup parametrów obróbki cieplnej. Przeprowadzona analiza statystyczna pozwala na wyselekcjonowanie istotnych parametrów wpływających na trwałość materiału, pozwalając jednocześnie odrzucić parametry nieistotne, co w efekcie pozwala na poprawne opisanie zjawiska. W pracy ograniczono użyte dane do odpowiadających typowym parametrom pracy elementów odprowadzających spaliny w turbinach gazowych.

4

Experimental study of low cycle fatigue properties for epoxy resins with dibutyl phthalate (DBP)

Wang Z., Zhou J., Song L., Li L.

Archives of Civil Engineering

|

2018

|

Vol. 64, nr 2

147--159

EN

In order to improve the toughness of traditional epoxy resin, dibutyl phthalate (DBP) was introduced into the epoxy resin. The static mechanical performance of plasticized and unplasticized epoxy resin was evaluated. The test results showed that the DBP modified epoxy resin can obtain a higher toughness than conventional epoxy resin, but the elastic modulus and the tensile strength were slightly reduced. The low cycle fatigue test results indicated that the stress ratio and the stress level were two critical factors of fatigue life, which was increased with the growth of stress ratio. It was also found that the fatigue life of plasticized specimen was much less than that of the unplasticized specimen because of the plastic deformation. A logarithmic linear relationship was then established to predict the fatigue life for plasticized epoxy resin. The strain energy density was also applied to demonstrate the accumulation of energy loss. In addition, the fatigue toughness can be obtained by the hysteresis loop area method.

PL

W artykule przedstawiono właściwości zmęczeniowe żywicy plastyfikowanej z ftalanem dibutylu (DBP) oraz niemodyfikowanej żywicy epoksydowej. W celu zwiększenia wytrzymałości tradycyjnej żywicy epoksydowej, do źywicy epoksydowej wprowadzono ftalan dibutylu (DBP). Oceniono statyczną wytrzymałość mechaniczną plastyfikowanej oraz nieplastyfikowanej żywicy epoksydowej. Wyniki badania wykazały, że wydłużenie plastyfikowanej oraz nieplastyfikowanej żywicy wynosi odpowiednio 4,61% i 3,55%, co oznacza, że modyfikowana żywica epoksydowa z ftalanem dibutylu (DBP) może uzyskać wyższą wytrzymałość niż zwykła żywica epoksydowa. Jednakże moduł sprężystości i wytrzymałość na rozciąganie plastyfikowanej żywicy zostały nieznacznie zmniejszone. Niskocyklowe badanie zmęczeniowe w trzech różnych współczynnikach oraz poziomach naprężenia przeprowadzono w celu porównania wytrzymałości zmęczeniowej żywicy epoksydowej. Wyniki badania wykazały, że współczynnik oraz poziom naprężenia stanowiły dwa krytyczne czynniki trwałości zmęczeniowej, która została zwiększona wraz ze wzrostem współczynnika naprężenia. Stwierdzono również, że trwałość zmęczeniowa plastyfikowanej próbki była znacznie mniejsza niż w przypadku nieplastyfikowanej próbki z powodu odkształcenia plastycznego. Następnie ustalono logarytmiczną zależność liniową, aby przewidzieć trwałość zmęczeniową plastyfikowanej żywicy epoksydowej. Gęstość energii odkształcenia została również zastosowana w celu wykazania nagromadzenia strat energii. Ponadto wytrzymałość zmęczeniową można uzyskać za pomocą metody pola pętli histerezy. Obszar pętli histerezy oraz odpowiednia gęstość energii odkształcenia maleją wraz ze wzrostem współczynnika naprężenia zarówno dla plastyfikowanej i nieplastyfikowanej żywicy. Gęstość energii odkształcenia plastyfikowanej żywicy jest większa niż gęstość nieplastyfikowanej żywicy dla tego samego współczynnika naprężenia. Analiza szkód zmęczeniowych przy użyciu pętli histerezy może być uważana za jedną ze skutecznych metod dla żywicy.

5

Low cycle fatigue studies of WCLV steel (1.2344) used for forging tools to work at higher temperatures

Hawryluk M., Dolny A., Mroziński S.

Archives of Civil and Mechanical Engineering

|

2018

|

Vol. 18, no. 2

465--478

EN

The paper presents the results of low cycle fatigue studies of WCLV tool steel aimed at determining the diagrams of low cycle fatigue and verifying them based on the analysis of durability of the selected forging tool. Based on the macro- and microstructural tests as well as numerical modelling of industrial forging processes, the conditions for the implementation of laboratory fatigue tests were determined. The samples underwent periodical uniaxial loading (tension–compression conditions) at four levels of amplitude of total strain (0.5; 0.8; 1.0; 2.0%), at three temperatures (20, 300 and 600 °C), based on the macro- and microstructural tests as well as numerical modelling of industrial forging processes. For the determination of the hysteresis loop based on the obtained fatigue results, the Ramberg–Osgood equation was applied. The fatigue diagrams in the bilogarithmic system were approximated by the Manson–Coffin–Basquin equation, and the diagrams of low cycle fatigue in the ɛa–Nf and σa–Nf system were obtained. The results of the laboratory tests concerning the fatigue strength of WCLV tool steel were preliminarily verified based on the analysis of the punch used to forge a lid forging, exhibiting a good agreement. The performed comparative analysis of the results of the fatigue tests and the numerical analysis combined with the studies of the microstructure revealed the possibility of their application in the aspect of forging tools’ durability as well thermo-mechanical fatigue strength.

6

Advanced lifetime assessment of steam turbine components based on long-term operating data

Banaszkiewicz M., Radulski W., Dominiczak K.

Archive of Mechanical Engineering

|

2018

|

Vol. LXV, nr 4

579--597

EN

The paper presents a new method of lifetime calculations of steam turbine components operating at high temperatures. Component life is assessed on the basis of creep-fatigue damage calculated using long-term operating data covering the whole operating period instead of representative events only. The data are analysed automatically by a dedicated computer program developed to handle big amount of process data. Lifetime calculations are based on temperature and stress analyses performed by means of finite element method and using automatically generated input files with thermal and mechanical boundary conditions. The advanced lifetime assessment method is illustrated by an example of lifetime calculations of a steam turbine rotor.

7

Modeling of cyclic thermo-elastic-plastic behaviour of P91 steel

Sulich P., Egner W., Mroziński S., Egner H.

Journal of Theoretical and Applied Mechanics

|

2017

|

Vol. 55 nr 2

595--606

EN

Thermomechanical low cycle fatigue behaviour of P91 steel used in power industry applications has been extensively investigated. The constitutive model of Armstrong-Frederick, extended with temperature rate effects, has been applied to describe the behaviour of the thermo-elastic-plastic material. The proposed model has been successfully implemented in simulation of low cycle fatigue of the examined steel in two different temperatures.

8

Development of an on-line damage detection, discrimination and tracking system for the spin rig facility

Przysowa R., Bereś W., Carnegie C.

Journal of KONES

|

2017

|

Vol. 24, No. 2

197--209

EN

The main goal of the work reported here was to expand the capability of the NRC-Aerospace spin rig by adding an on-line damage detection, discrimination and tracking system, and to develop necessary expertise that will allow for optimizing the NDE inspection periods of gas turbine engine components in this facility and minimizing undetected crack nucleation and growth and possibility of catastrophic failures. Passive eddy-current sensors and a data acquisition system able to simultaneously measure blade deflection and tip clearance were selected to monitor health of rotating components. Before application of the system in the spin rig, the system was tested with a rotor rig to check sensor responses to deliberately induced changes in blade tip positions in both radial and circumferential directions. The monitored disc had 12 bolts simulating aerofoils that could be turned into threaded holes to extend or shorten the protruding parts of the bolts. On the other hand, bolt vibration was not excited and analysed during the experiment. Lessons learned on the rotor rig are used to prepare and plan spin tests in vacuum chamber.

9

Influence of elevated temperature on low cycle properties of WCLV/1.2344 steel

Mroziński S., Dolny A., Hawryluk M., Jakubik J.

Problemy Eksploatacji

|

2016

|

no. 4

7--16

EN

In this paper the results of low cycle fatigue tests of hot-work tool WCLV (1.2344) steel carried out at the temperatures of 20ºC and 600°C were presented. These results are used for numerical modelling of the wearing course of forging tools. This analysis was performed by means of hysteresis loop parameters recorded during tests. It was stated that the elevated temperature influences fatigue life and changes of hysteresis loop parameters in the function of loading cycles. At the temperature of 600°C, changes in the parameters were significantly higher than at 20°C. It make mare difficult to calculate the fatigue life of objects operating at elevated temperatures, because materiał data determined during tests reflects only the momentary properties of steel.

PL

W pracy zamieszczono wyniki niskocyklowych badań zmęczeniowych stali WCL V 1.2344 w temperaturze 20°C oraz 600°C. Analizę wyników prowadzono przy wykorzystaniu parametrów pętli histerezy rejestrowanych w trakcie badań. W pracy stwierdzono, że podwyższona temperatura ma wpływ na trwałość zmęczeniową oraz zmiany parametrów pętli w funkcji liczby cykli obciążenia. W temperaturze 600°C zmiany parametrów są zdecydowanie większe niż w temperaturze 20°C. Utrudnia to prowadzenie obliczeń trwałości obiektów poddanych eksploatacji w temperaturze podwyższonej. Wyznaczone podczas badań dane materiałowe odzwierciedlają bowiem jedynie chwilowe właściwości stali.

10

Wpływ technologii wykonania łuków rurowych ze stali 14MoV6-3 na ich prognozowaną trwałość eksploatacyjną

Mutwil K., Cieśla M., Junak G., Kawała T.

Energetyka

|

2016

|

nr 11

685--688

PL

W procedurach projektowania instalacji energetycznych zakłada się, że własności mechaniczne wszystkich elementów, z których zbudowana jest instalacja odpowiadają własnościom mechanicznym materiału w stanie dostawy. Typowym elementem rurociągów wymagającym kształtowania plastycznego na gorąco są łuki rurowe produkowane różnymi metodami. Obecnie do gięcia rur o dużych średnicach ze stosunkowo niewielkimi promieniami coraz częściej stosuje się giętarki z zastosowaniem strefowego nagrzewania indukcyjnego. Proces kształtowania łuku związany jest z dużą niejednorodnością rozkładu naprężenia i odkształcenia w obszarze wytwarzanego łuku, co może mieć znaczący wpływ na jego właściwości mechaniczne. W artykule przedstawiono wyniki badań podstawowych właściwości mechanicznych materiału rury i łuku wykonanego ze stali14MoV6-3. Dokonano również oceny jego właściwości użytkowych na podstawie badań symulujących warunki pracy ustalonej (pełzanie) i nieustalonej (zmęczenie niskocyklowe) instalacji rurociągowej. Stanowiło to podstawę do prognozowania trwałości wykonanego łuku w warunkach eksploatacji.

EN

Procedures used to design electric power systems are based on an assumption that mechanical properties of all elements the given system is made of correspond to the mechanical properties of the relevant material in the as-delivered condition. Typical pipeline elements which require hot plastic working are tube bends manufactured by application of diverse methods. At present, large diameter tubes are increasingly often bent to relatively small radii by means of a bending machine and using zonal induction heating. The tube bending process involves considerable non-uniformity of stress and strain distribution in the bend forming area, which may exert significant impact on its mechanical properties. What is required of tube bends is that their strength parameters are sufficiently high, similar to those of non-deformed tube sections. This article provides results of studies of basic mechanical properties of the tube material as well as a tube bend made of the 14MoV6-3 steel. For testing purposes, the material was sampled from an as-delivered tube and from selected tube bend zones characterised by diversified degree of deformation.

11

Finite element modeling of material fatigue and cracking problems for steam power system HP devices exposed to thermal shocks

Pawlicki J., Marek P., Zwoliński J.

Archive of Mechanical Engineering

|

2016

|

Vol. LXIII, nr 3

413--434

EN

The paper presents a detailed analysis of the material damaging process due to lowcycle fatigue and subsequent crack growth under thermal shocks and high pressure. Finite Element Method (FEM) model of a high pressure (HP) by-pass valve body and a steam turbine rotor shaft (used in a coal power plant) is presented. The main damaging factor in both cases is fatigue due to cycles of rapid temperature changes. The crack initiation, occurring at a relatively low number of load cycles, depends on alternating or alternating-incremental changes in plastic strains. The crack propagation is determined by the classic fracture mechanics, based on finite element models and the most dangerous case of brittle fracture. This example shows the adaptation of the structure to work in the ultimate conditions of high pressure, thermal shocks and cracking.

PL

W pracy przedstawiono szczegółową analizę rozwoju pęknięć w wyniku niskocyklicznego zmęczenia materiału w warunkach szoków cieplnych i oddziaływania ustalonych obciążeń statycznych. Przeprowadzono analizę przebiegu procesu pękania na przykładzie korpusu zaworu redukcyjnego pary w elektrowni węglowej i wału wirnika turbiny parowej. Głównym czynnikiem w obydwu przypadkach są mniej lub bardziej gwałtowne powtarzalne cykle zmian temperatury .W przypadku inicjacji pęknięcia po stosunkowo małej liczbie cykli zmian obciążenia mechanizm zmęczenia zależy od naprzemiennej lub naprzemienno-przyrostowej zmiany odkształceń plastycznych. Propagację pęknięcia w głąb materiału wyznaczono metodami klasycznej mechaniki pękania na podstawie modeli MES i najbardziej niebezpiecznego modelu pękania kruchego. Przedstawiono przypadek przystosowania się konstrukcji do pracy w warunkach szoków cieplnych i pękania.

12

Low cycle fatigue of steel in strain controled cyclic bending

Kulesa A., Kurek A., Łagoda T., Achtelik A., Kluger K.

Acta Mechanica et Automatica

|

2016

|

Vol. 10, no. 1

62--65

EN

The paper presents a comparison of the fatigue life curves based on test of 15Mo3 steel under cyclic, pendulum bending and tension-compression. These studies were analyzed in terms of a large and small number of cycles where strain amplitude is dependent on the fatigue life. It has been shown that commonly used Manson-Coffin-Basquin model cannot be used for tests under cyclic bending due to the impossibility of separating elastic and plastic strains. For this purpose, some well-known models of Langer and Kandil and one new model of authors, where strain amplitude is dependent on the number of cycles, were proposed. Comparing the results of bending with tension-compression it was shown that for smaller strain amplitudes the fatigue life for both test methods were similar, for higher strain amplitudes fatigue life for bending tests was greater than for tension-compression.

13

Porównanie klasycznych metod szacowania niskocyklowej trwałości zmęczeniowej z podejściem CDM

Burak M., Skibicki D.

Postępy w Inżynierii Mechanicznej

|

2014

|

nr 3(2)

5--12

PL

W pracy skupiono się na porównaniu podejść szacowania trwałości zmęczeniowej metodami tzw. klasycznymi (Morrow, Morrow (σm), SWT) – szeroko wykorzystywanymi w obliczeniach zmęczeniowych – z podejściem kontynualnej mechaniki uszkodzenia (Continuum Damage Mechanics – CDM).

EN

The study focused on a comparison of approaches for estimating the fatigue life of the so-called classical methods (Morrow, Morrow (σm), SWT) widely used in the fatigue calculation with the approach of Continuum Damage Mechanics (CDM).

14

Influence of High Pressure and High Temperature Hydrogen on Fracture Toughness of Ni-Containing Steels and Alloys

Balitskii A., Ivaskevich L., Mochulskyi V., Eliasz J., Skolozdra O

Archive of Mechanical Engineering

|

2014

|

Vol. LXI, nr 1

129--138

EN

The effect of hydrogen on short-term strength, low-cycle durability and planestress fracture toughness of 10Cr15Ni27 steel, 04Cr16Ni56 and 05Cr19Ni55 alloys at pressure up to 35 MPa and temperature 293. . . 773 K was investigated. The modes of hydrogen action for which the elongation , reduction of area , low-cycle durability N and crack resistance parameters Kc of alloys are minimal were established: hydrogen pressure above 10 MPa (non-hydrogenated specimens of 04Cr16Ni56 alloy) and above 15 MPa (hydrogenated specimens of 10Cr15Ni27 steel and 05Cr19Ni55 alloy, hydrogen concentration 15 and 19 wppm, respectively).

PL

W ramach przeprowadzonych badan określono wpływ wodoru na krótkotrwałą wytrzymałość i płasko-naprężeniową ciągliwość stali 10Cr15Ni27 oraz stopów niklu 04Cr16Ni56, 05Cr19Ni55 przy wielkościach ciśnienia do 35 MPa i zakresie temperatury od 293 do 773 K. Wpływ wodoru wysokiego ciśnienia powoduje, że wydłużenie, plastyczność, wytrzymałość nisko cyklowa N i parametr odporności na pękanie Kc przyjmują minimalne wartości dla próbek stopu 04Cr16Ni56 przy ciśnieniu wynoszącym 10 MPa, natomiast dla nasyconych wodorem próbek stali 10Cr15Ni27 i stopu 05Cr19Ni55 minimum wartości tych parametrów występuje przy ciśnieniu 15 MPa, dla koncentracji wodoru wynoszącej odpowiednio 15 i 19 wppm.

15

Comparison of two models of numerical simulation of low cycle fatigue of a plastic material with small rigid inclusions

Temis J M, Azmetov K Kh, Fleming W J

Journal of Theoretical and Applied Mechanics

|

2013

|

Vol. 51 nr 2

463--474

EN

Theory of Cells and a numerical FE method based on strain cyclic plasticity, damage model and technology of died elements were used for a prediction of the fatigue life of a metal matrix composite material. Results of calculations were compared with experimental fatigue data. It was shown that the predicted fatigue life of MMC using the method of cells was in close agreement with the experimental results for life outside of low cycle fatigue regime of 1000 cycles or less. The results obtained from the mathematical simulation procedure show that the failure occurs in several steps – the process of damage accumulation in the material and the process of crack growth. The results of prediction of time of the composite material full fracture are in good agreement with experimental data. The comparison show that both the numerical method and the theory of cells can be used to predict fatigue life of MMC to within an acceptable degree of accuracy.

PL

W pracy zastosowano teorię komórkową i numeryczną metodę elementów skończonych opartą na odkształceniowo cyklicznej plastyczności, wprowadzono model zniszczenia oraz uwzględniono technologię wytłaczania do określenia trwałości zmęczeniowej kompozytów metalowo-ceramicznych. Wyniki obliczeń porównano z badaniami doświadczalnymi. Zaobserwowano, że wyniki teoretyczne uzyskane z zastosowaniem teorii komórkowej były w zgodzie z eksperymentem dla niskocyklowego obciążenia zmęczeniowego, tj. dla 1000 cykli i poniżej. Rezultaty otrzymane w drodze symulacji numerycznych modelu matematycznego wskazały, że zniszczenie zmęczeniowe przebiega w kilku etapach – w wyniku akumulacji uszkodzeń i wskutek wzrostu szczeliny. Obliczenia czasu do pełnego pęknięcia kompozytu pokryły się z wynikami doświadczalnymi w dobrym stopniu. Po porównaniu efektywności metody numerycznej oraz teorii komórkowej stwierdzono w podsumowaniu, że obydwie metody mogą być stosowane do wyznaczania trwałości zmęczeniowej metalowo-ceramicznych materiałów kompozytowych z uzyskaniem zadawalającej dokładności.

16

Badania możliwości wystąpienia uszkodzeń w stentach naczyniowych z nitinolu metodą cyklicznych odkształceń

Marchlewski P., Jeleńkowski J.

Inżynieria Materiałowa

|

2013

|

Vol. 34, nr 6

749--751

PL

W podjętych pracach zaprojektowano i wykonano stanowisko do diagnostyki mechanicznej stentów kardiologicznych oraz przeprowadzono na tym stanowisku wstępne badania porównawcze metodą zmęczenia przy małej liczbie cykli odkształceń sprężystych. Stanowisko diagnostyczne zostało zaprojektowane i wykonane w Instytucie Mechaniki Precyzyjnej w Warszawie. Budowę stanowiska diagnostycznego oparto na założeniu, że stent naczyniowy jest obciążony na całej długości obciążeniem prostopadłym do osi. Badanie miało również charakter treningu stosowanego do elementów z materiałów z pamięcią kształtu z możliwością regulacji stopnia odkształcenia sprężystego i częstotliwości obciążenia. Podczas badania ażurowy stent wykonuje niewielkie dyskretne ruchy wzdłuż swojej osi. Do rejestracji czasu pojedynczego cyklu i siły obciążenia przy zadanym stopniu odkształcenia wykorzystano dedykowany program komputerowy działający w środowisku Windows. Rejestrowane dane pozwalają na stworzenie profili obciążenia dla każdego z badanych stentów. Badania skoncentrowano na stentach wykonanych z nitinolu z pamięcią kształtu, pochodzących z różnych etapów cyklu produkcyjnego, mających różny stopień dokładności wykończenia powierzchni. Rejestrowane zmiany obciążenia dla poszczególnych cykli tworzą graficzny profil obciążenia w ramach pełnej próby do założonej liczby cykli. Analiza profili obciążenia pozwala na śledzenie reakcji materiału stentu na wymuszone odkształcenie sprężyste, imitujące krytyczne odkształcenia stentu w naczyniach krwionośnych człowieka. Wykazano różnice w zachowaniu materiału stentów w zależności od stanu powierzchni, będącej konsekwencją zastosowanych zabiegów technologicznych, takich jak wycinanie laserowe oraz czyszczenie chemiczne. Pozwoliło to na określenie, na którym z etapów produkcji stenty są najbardziej narażone na zainicjowanie mikropęknięć, które mogą rozwijać się w kolejnych etapach produkcji, jak również w trakcie i po zabiegu implantacji.

EN

In the work the diagnostic stand for mechanical diagnosis of cardiac stents has been designed and manufactured. Preliminary, comparative studies of fatigue at low number of cycles of elastic deformation have been performed. The diagnostic stand has been designed and made at the Institute of Precision Mechanics in Warsaw. The construction of the diagnostic stand based on the assumption that the vascular stent is loaded with the entire length of the load perpendicular to the axis. The study was the nature of training applied to the elements made of the shape-memory materials with the possibility of adjusting the degree of elastic deformation and load frequency. During the test, openwork stent partly performs small movements along its axis. Time registration and a single cycle of the load force at a given degree of deformation used a dedicated computer program running in Windows environment. The recorded data allows the creation of load profiles for each of the stents. The study focused on stents made of Nitinol shape memory alloy originating from different stages of the production cycle, with different degrees of accuracy of surface finishing. The recorded changes in load for individual cycles form graphic load profile in the context of the full sample to a predetermined number of cycles. Analysis of load profiles allows to track the stent material response on forced elastic deformation, imitating the critical strain of the stent in human blood vessels. Differences in the behaviour of the material, depending on the stent surface state as a consequence of treatments applied technology, such as cutting Laser and cleaning, have been shown. This made it possible to determine in which stages of the production stents are most likely to initiate microcracks that may develop in successive stages of production, as well as during and after implantation.

17

Damage modeling in graded layer system

Petaś M., Mróz K., Doliński K.

Acta Mechanica et Automatica

|

2013

|

Vol. 7, no. 2

99--106

EN

The simplified approach to the modelling of low cycle fatigue (LCF) of functionally graded materials (FGM) based on the continuum mechanics is presented. The fatigue damage model takes into account the mechanical part of the load and a constant service temperature. The concept of FGM as a particle-reinforced metal-matrix composite with gradual change of the reinforcement fraction is used. The FGM is considered as a material consisting of homogeneous layers containing different volume fractions of the reinforcement. The variation of the reinforcement fraction changes the material properties for each layer. The different material properties are obtained according to modified rule of mixture. Since the fatigue damage of metal matrix composites is strongly influenced by the inelastic deformation of the metallic matrix, the constitutive equations of LCF damage model are taken into consideration. The combined isotropic/kinematic hardening model with linear behaviour of isotropic and kinematic parts of hardening is adopted. The damage scalar parameter is associated with the plastic energy dissipation which is used to update the material properties. The fatigue damage model presented in this paper is applied to the fatigue damage analysis of the cooling channel of thruster used in space shuttles and rockets.

18

Influence of temperature on the course of strain energy accumulation in GX12CrMoVNbN9-1 cast steel under low cycle loading conditions

Golański G., Mroziński S.

Inżynieria Materiałowa

|

2012

|

Vol. 33, nr 2

90--94

EN

The paper determines the influence of controlled strain and temperature on the fatigue life of martensitic GX12CrMoVNbN9-1 cast steel. The fatigue life of the examined cast steel has been shown from the energy-based point of view. Fatigue tests were carried out for five levels of total strain amplitude εac amounting to: 0.25; 0.30; 0.35; 0.50 and 0.60% and for three temperatures (room temperature, 550 and 600°C). Performed research has proved that in the energy-based approach the investigated cast steel is characterized by changes in the cyclic properties. Moreover, it has been shown that the temperature of study influences the elementary value of strain energy significantly. This influence is slight in the area of large strains and increases as the level of cyclic strains decreases. It has also been noted that the value of cumulated energy depends on the temperature of study and level of strain. This effect is observable for the examined cast steel at room temperature and disappears at elevated temperature.

PL

W pracy określono wpływ kontrolowanego odkształcenia i temperatury na wytrzymałość zmęczeniową martenzytycznego staliwa GX12CrMo-VNbN9-1. Wytrzymałość zmęczeniową badanego staliwa przedstawiono w ujęciu energetycznym. Badania zmęczeniowe przeprowadzono dla pięciu poziomów amplitudy odkształcenia całkowitego εac wynoszących: 0,25; 0,30; 0,35; 0,50 i 0,60% oraz trzech wartości temperatury (pokojowej, 550 i 600°C). Przeprowadzone badania wykazały, że w ujęciu energetycznym badane staliwo cechują zmiany cyklicznych właściwości. Ponadto wykazano, że temperatura badania istotnie wpływa na wartość jednostkową energii odkształcenia. Wpływ ten jest niewielki w obszarze dużych odkształceń i wzrasta w miarę obniżania poziomu odkształceń zmiennych. Stwierdzono, że wartość energii skumulowanej zależy od temperatury badania i poziomu odkształcenia. Efekt ten dla badanego staliwa jest widoczny w temperaturze pokojowej, natomiast w temperaturze podwyższonej zanika.

19

Niskocyklowa trwałość zmęczeniowa w temperaturze 550 °C wyżarzonego staliwa GX12CrMoVNbN9-1

Golański G., Mroziński S.

Hutnik, Wiadomości Hutnicze

|

2012

|

Vol. 79, nr 12

949--951

PL

W pracy przedstawione zostały wyniki badań trwałości zmęczeniowej w zakresie niskocyklowym staliwa GXl2CrMoVNbN9 - 1 (GP91) w temperaturze 550 °C. Badaniu poddane zostało staliwo w stanie wyjściowym (po obróbce cieplnej) oraz po 8 000 godzinach wyżarzania w temperaturze 600 °C. Przeprowadzone badania wykazały, że staliwo GP91 podlega silnemu cyklicznemu osłabieniu i nie wykazuje wyraźnego okresu stabilizacji. Wykazano także, że proces wyżarzania wpływa na podstawowe parametry pętli histerezy, m.in. amplitudę odkształcenia całkowitego Eac, amplitudę odkształcenia plastycznego Eap i amplitudę naprężenia σa oraz trwałość zmęczeniową Nf. Wyżarzanie badanego staliwa powoduje wyraźne obniżenie jego trwałości zmęczeniowej, której wielkość zależy od wartości odkształcenia całkowitego Eac.

EN

The paper presents the results of research on low cycle fatigue life of GX12CrMo VNbN9 - 1 (GP91) cast steel at the temperature of 550 °C. The cast steel subject to investigation was in the as-received condition (after heat treatment) as well as after 8 000 hours of ageing at the temperature of600 °C. The tests carried out have proved that the GP91 cast steel is subject to strong cyclic softening and does not show a clear period of stabilization. lt has also been demonstrated that the process of annealing inﬂuences the basic parameters of hysteresis loop, such as the amplitude of total strain Eac, the amplitude of plastic strain Eap and the amplitude of stress σa, as well as fatigue life. Annealing in the examined cast steel causes an evident decrease in its fatigue life, which depends on the value of total strain.

20

Charakterystyki użytkowe materiału komór wylotowych przegrzewacza pary po przekroczeniu obliczeniowego czasu pracy

Cieśla M., Dobrzański J., Junak G.

Energetyka

|

2012

|

nr 1

28-38

PL

Artykuł poświęcono ocenie wpływu długotrwałej eksploatacji na właściwości mechaniczne stali X20CrMoV11.1 stosowanej na komory przegrzewacza pary. Materiał do badań stanowiła stal w stanie wyjściowym i po wieloletniej eksploatacji (>100 tys. godzin). Wyznaczono podstawowe właściwości mechaniczne, próg kruchości badanych materiałów i ich odporności na kruche pękanie (?u). Przeprowadzono badania laboratoryjne symulujące procesy niszczenia zachodzące w warunkach pracy obiektu. Wyznaczono charakterystyki krótkotrwałego (przyspieszonego) pełzania, zmęczenia niskocyklowego oraz zmęczenia cieplno-mechanicznego materiału. Próby zmęczenia niskocyklowego wykonano w temperaturze pokojowej oraz 550oC, natomiast zmęczenia cieplno-mechanicznego w zakresie zmiany temperatury 250oC-550oC. Wiedza zdobyta w tym zakresie może być pomocna przy prognozowaniu trwałości obiektów wykonanych ze stali X20CrMoV11.1 eksploatowanych w warunkach obciążeń cieplno-mechanicznych.

EN

The paper focuses on evaluating the effect of long-term service on mechanical properties of the X20CrMoV11.1 steel used for superheater chambers. The test material consisted of the steel in its initial state and after long-term service (> 100k hours. The principal mechanical properties, the thresholds of brittleness and resistance to brittle cracking (?u) were determined for the investigated material. Laboratory tests simulating the failure processes which take place in normal operating conditions were carried out. Also, the characteristics of short-term (accelerated) creep, low-cycle fatigue and thermo-mechanical fatigue of the material were determined. The low-cycle fatigue tests were performed at room temperature and at 550oC, and the thermo-mechanical fatigue tests, at a temperature range of 250oC-550oC. The knowledge acquired in this field may be useful while forecasting the life cycle of objects made from the X20CrMoV11.1 steel, which operate under thermo-mechanical loading conditions.