Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

The lifetime forecasting of machine elements by fatigue strength criterion

Khomiak Yuriy, Kibakov Oleksandr, Medvedev Stanislav, Nikolenko Ilya, Zheglova Victoria

Diagnostyka

|

2021

|

Vol. 22, No. 4

39--49

EN

The method for assessing the lifetime of structural elements by the criterion of fatigue strength is improved. It includes tests of laboratory material samples, the positions of the statistical theory of similarity of fatigue failure, calculation of the stress state by the finite elements method and takes into account the nature of cyclic loading with variable amplitude. A way for calculating the equivalence coefficient by the cycles μm is proposed, which takes into account the characteristics of fatigue strength and the cyclogram of the loading of the machine elements. Mathematical descriptions of integral distribution functions for typical loading modes (heavy, medium equiprobable, medium normal, light and especially light) are given and on their basis the corresponding loading cyclograms are obtained. The technique is implemented on the example of one of the main parts of an axial piston hydraulic machine (APHM) - a cylinder block (CB) made of tin bronze CuSn12. The possibilities of increasing the working pressure in the APHM by constructive and technological methods are analyzed. It is shown that in the manufacture of CВ from high-strength antifriction brass Zn28Mn3Co2, it is possible to increase the operating pressure in the APHM to 40 MPa, which for heavy duty operation will provide a CВ lifetime more than nine thousand hours.

2

Przegląd możliwości diagnozowania obiektów technicznych ze względu na zmęczeniowe pękanie

Szala Józef

Przegląd Mechaniczny

|

2020

|

nr 9

33--42

PL

Celem badań diagnostycznych jest określenie stanu obiektu technicznego lub procesu w chwili uznanej za ważną. Określenie to jest potrzebne, aby przez porównanie stanu chwilowego ze stanem wzorcowym wydać orzeczenie o stanie zdatności lub niezdatności obiektu technicznego, a także dokonać prognozy przyszłych stanów obiektu. W prezentowanej pracy przedstawione zostały jedynie wybrane zagadnienia z szerokiego obszaru techniki diagnozowania na tle wyników badań procesu zmęczenia materiałów i zmęczeniowego pękania konstrukcji. W opracowaniu ograniczono się do opisu metod określania stanu obiektów, pomijając ważny w diagnostyce problem prognozowania stanów przyszłych.

EN

The purpose of diagnostic tests is to determine the condition of a technical object or process at a time considered important. This determination is necessary in order to issue a decision on the suitability or unfitness of a technical object by comparing the momentary state with the model state, and to make a forecast of future states of the object. The paper presents only selected issues from a wide range of diagnostic techniques against the background of material fatigue and structural fatigue cracking results. The review is limited to the description of methods of determining the condition of objects, omitting the important problem of forecasting future states in diagnostics.

3

Effect of Hole-Forming Technology on the Destruction of Material DD11 Used to Manufacture Wheel Discs

Rychlik A., Ligier K., Kozubel W.

Tribologia

|

2018

|

nr 3

113--121

EN

This study presents the results of comparative tests concerning the destruction process of specimens made of material DD11, for which different hole-forming technologies (i.e. drilling and piercing) were applied. For the analysis of cross-sectional properties of a specimen in the process of destruction, relative vibrations of the specimen’s free end as a function of vibrations of a forcing mechanism (vibration inductor) were selected as the diagnostic signal. The tests were carried out on a test stand on which the destruction process of the material’s cross-section was induced by the specimen’s inertial force. Based on the conducted testing, it was found that the average value of cycles to damage a specimen with holes made using the drilling technique were more durable than the specimens with holes made using the piercing method.

PL

W pracy przedstawiono wyniki badań porównawczych procesu destrukcji próbek wykonanych z materiału DD11, dla których zastosowano różne technologie formowania otworów w postaci wiercenia i wykrawania. Do analizy właściwości przekroju próbki w procesie destrukcji jako sygnał diagnostycznych wybrano drgania względne swobodnego końca próbki w funkcji drgań mechanizmu wymuszającego (wzbudnika drgań). Badania przeprowadzono na oryginalnym stanowisku badawczym, w którym proces destrukcji przekroju materiału wywoływany jest przez siłę bezwładności próbki. Na podstawie przeprowadzonych badań można zauważyć, że próbki z otworami wykonanymi techniką wiercenia charakteryzują się większą trwałością w stosunku do próbek, w których otwory wykonano metodą wykrawania.

4

Finite elements analysis of the side grooved I-beam specimen for mode II fatigue crack growth rates determination

Lenkovskiy T. M., Kulyk V. V., Duriagina Z. A., Dzyubyk L. V., Vira V. V., Dzyubyk A. R., Tepla T. L.

Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering

|

2018

|

Vol. 86, nr 2

70--77

EN

Purpose: Carefully investigate the stress-strain state of the side grooved I-beam specimen with edge crack and determine the effect of crack length and crack faces friction on stress intensity factor at transverse shear. Design/methodology/approach: The finite element method was used to estimate the stress-strain state of I-beam specimen at transverse shear. For this purpose, a fullscale, three-dimensional model of the specimen was created, which precisely reproduces its geometry and fatigue crack faces contact. For the correct reproduction of the stress singularity at the crack tip, a special sub-model was used, which has been tested earlier in solving similar problems of fracture mechanics. In order to improve the accuracy of the calculations, for crack plane and cross-section of the specimen on the crack extension modeling, an algorithm for changing the crack length without changing the total number of elements in the model was developed and applied. Young's modulus and Poisson's ratio of structural steels were specified for the model material. The static loading of the model was realized assuming small scale yielding condition. The stress intensity factor was found through the displacement of nodes in the prismatic elements adjacent to the plane and the front of the crack. Findings: Mathematical dependences, which show an increase of stress intensity factor in the I-beam specimen with an increase in the crack length, and its decrease with an increase of crack faces friction factor at transverse shear, were established. The results are compared with the partial cases known from the literature and their good convergence was shown. Research limitations/implications: By analyzing the obtained graphical dependences, it is established that for relative crack lengths less than 0.4 there is a significant influence of the initial notch on the stress-strain state of the specimen, and for the lengths greater than 0.9 an influence of constrained gripping part took place. For this reason, all subsequent calculations were carried out in the range of relative crack length from 0.4 to 0.9, which represents the applicability range of the final calculation formula. Increasing of the crack faces friction factor from 0 to 1 monotonically reduces the stress at the crack tip. For a short crack, this effect is 1.5 times greater than for a long one, which is reflected by the calculation formula. Practical implications: Using the proposed calculation formula, one can calculate the stress intensity factor in the I-beam specimen, and to determine the crack growth resistance characteristics of structural steels at transverse shear. Originality/value: A new, easy-to-use in engineering calculations formula is proposed for stress intensity factor determination in the I-beam specimen at transverse shear. The formula takes into account crack faces friction for various crack lengths.

5

Influence of microstructure on fatigue fracture of Ti–2.5Cu alloy

Hepner M., Rozumek D.

Inżynieria Materiałowa

|

2018

|

Vol. 39, nr 2

84--89

EN

The paper presents the test results obtained for fatigue crack growth in Ti–2.5Cu alloy subjected to bending in notched specimens. The tested specimens were subjected to various variants of heat treatment. The tests were performed at the fatigue test stand MZGS-100 under loading frequency 28.4 Hz. The study was conducted for a constant amplitude of moment Ma = 11.2 N∙m and different values of stress ratio R = –1 and 0. Influence of the microstructure on the crack paths in plane specimens was observed. The propagation of the main crack in the two-phase structure takes place both transcrystallinely through α phase grains and through the boundaries of the grains in metastable phase precipitation areas, whereas the propagation of the side cracks takes place along the precipitates of the coniferous phase. In the material after supersaturation and ageing at a temperature of 415°C, after Nf = 12 000 cycles (R = 0), no side cracks were observed, and the main crack develops in both phases that form the microstructure shown in Figure 10. A different fracture mechanism occurs for the material after supersaturation and ageing (Nf = 11 000 cycles) at a temperature of 760°C. In this case, an irregular path of the main crack is observed, whose direction in the micro-areas is determined by the precipitates of the intermetallic phase (Fig. 11). From the beginning of the main crack and along its entire length, numerous side cracks develop that are over 150 μm in length. The components of the structure that facilitate the propagation of cracks and determine their direction are clusters of Ti2Cu precipitates on the boundaries of α phase. In case of this alloy, the impact of the mean stress value during cyclic testing decreases fatigue life considerably.

PL

Celem pracy była ocena trwałości zmęczeniowej stopu Ti–2,5Cu (IMI230) po różnej obróbce cieplnej oraz określenie różnic w mechanizmie propagacji pęknięć zmęczeniowych uwarunkowanych odmienną mikrostrukturą.

6

Fatigue growth analysis of multiple coplanar crack using real and substitute crack contour

Grabowski P., Jankowiak A.

Zeszyty Naukowe Instytutu Pojazdów / Politechnika Warszawska

|

2017

|

z. 4/113

51--62

EN

Structural components of construction machinery often contain cracks or crack-like defects initiated at notches under service cycling loading. The notches most exposed to the fatigue degradation process are often welded joints. It is caused by the fact that those joints usually contain initial imperfections (e.g. internal flaws and defects), which may start to grow during the machine’s operation. In many types of machines, those cracks can decide on the process of material destruction and overall operating time. In order to determine the time spent on the stable fatigue growth of such cracks, the crack growth analysis needs to be carried out. The results of such analyses may be very helpful in estimating overall fatigue durability of welded structures. Because of imperfections occurring during a manufacturing process, welded joints are often the locations where multiple cracks may be observed, which means more than one crack growing in one plane. In most cases, for fatigue growth analyses of such cracks, commonly used are the procedures that suggest to replace real crack contours with one substitute contour. Those substitute contours are usually regular shapes (circular, elliptical) that cover the whole considered group of cracks or the major part of their real total area. Furthermore, using such type of a substitute contour allows you to analyze a single crack growth with available methods (e.g. well-known analytical solutions). However, this approach can result in conservative fatigue life assessments. In some cases the level of above mentioned conservatism is very hard to determine, which may result in overdesigning of particular components of the structure (either its dimensions or total weight of the structure), which often is unacceptable from economical point of view. The paper presents selected cases of fatigue growth analyses of multiple cracks, with the usage of method that requires substituting group of cracks with idealized single contour. Some variations of substitute contours are considered. The results are compared to the ones obtained during analyzes of real crack contours. During the assessments of substitute cracks also an attempt to estimate the level of conservatism was taken. The analyses were done for cracks undergoing tensile loading (Mode I) with uniform stress distribution.

PL

Elementy konstrukcji nośnych maszyn roboczych często zawierają pęknięcia lub szczelinopodobne wady inicjujące się w węzłach konstrukcyjnych (karbach) pod działaniem obciążeń eksploatacyjnych. Najbardziej narażone na degradację zmęczeniową węzły konstrukcji nośnych to z reguły połączenia spawane. Jest to spowodowane faktem, że zawierają one po-technologiczne niedoskonałości (wady, niezgodności spawalnicze), które mogą się powiększać w trakcie eksploatacji maszyny. W wielu przypadkach może to decydować o zniszczeniu materiału i całkowitej trwałości elementu. Aby wyznaczyć czas stabilnego wzrostu takich wad, musi być przeprowadzona analiza wzrostu pęknięcia. Wyniki takiej analizy są istotne dla oszacowania całkowitej trwałości zmęczeniowej spawanych konstrukcji nośnych. Niedoskonałości procesów wytwarzania sprzyjają występowaniu wielokrotnych, (czyli więcej niż jednej w tej samej płaszczyźnie) wad czy pęknięć w połączeniach spawanych. Zazwyczaj w takich sytuacjach, przy analizie wzrostu pęknięć zmęczeniowych, stosuje się procedury zastępowania grupy rzeczywistych pęknięć pojedynczą szczeliną zastępczą. Te zastępcze kontury szczelin mają zazwyczaj regularny kształt (kołowy, eliptyczny), który obejmuje całą grupę pęknięć lub zasadniczą część ich sumarycznego pola powierzchni. Zastosowanie szczeliny zastępczej o wyidealizowanym kształcie pozwala na analizę wzrostu pęknięcia z wykorzystaniem dostępnych metod (np. znanych rozwiązań analitycznych). Podejście takie może jednakże prowadzić do istotnego niedoszacowania trwałości zmęczeniowej. W wielu przypadkach poziom tego konserwatyzmu jest niezwykle trudny do określenia, co może skutkować np. przewymiarowaniem elementów konstrukcji nośnej (zarówno w ujęciu wymiarowym, jak i masowym), co najczęściej jest nie do przyjęcia z ekonomicznego punktu widzenia. W pracy przedstawiono wybrane przypadki analiz wzrostu wielokrotnych pęknięć zmęczeniowych, wykonanych metodą zastąpienia pary współpłaszczyznowych pęknięć wyidealizowaną szczeliną zastępczą. Rozpatrzono kilka szczelin zastępczych o różnych kształtach. Wyniki porównano do wyników analizy wzrostu dwóch rzeczywistych pęknięć. W ramach analiz wzrostu dla szczelin o kształtach zastępczych podjęto próbę oszacowania skali konserwatyzmu takiego oszacowania. Analizy przeprowadzono dla pęknięć poddanych działaniu rozciągania przy równomiernym rozkładzie naprężeń (Mode I).

7

Identification of fatigue damage of metal sheets made of material DD11 from an analysis of vibration signals

Rychlik A., Ligier K., Kozubel W.

Tribologia

|

2017

|

nr 6

87--93

EN

This paper presents a method of identifying fatigue cracking of specimens made of material DD11 based on selected characteristics of the vibration signal. Acceleration of vibrations of the free end of a specimen was taken for an analysis of specimen properties during the process of fatigue cracking. Features which enable identification and monitoring of the process of specimen cross-section cracking were indicated for the diagnostic signal. The study was conducted on an original test stand in which the process of the destruction of material cross-section is caused by a specimen’s inertia force. The study results indicated that the presented method of identification of a specimen structure change can be applied to identify the technical condition of a structure in regard to a loss of continuity and structure properties (e.g., mechanical and fatigue cracking). The results of vibration analysis were verified by penetration methods and by microscopic observation.

PL

W pracy przedstawiono metodę identyfikacji procesu pękania zmęczeniowego próbek wykonanych z materiału DD11 na podstawie wybranych cech sygnału drganiowego. Do analizy właściwości przekroju próbki w procesie pękania zmęczeniowego jako sygnał diagnostyczny wybrano przyśpieszenie drgań swobodnego końca próbki. Dla tego sygnału diagnostycznego wskazano cechy umożliwiające identyfikację oraz monitorowanie procesu pękania przekroju próbki. Badania przeprowadzono na oryginalnym stanowisku badawczym, w którym proces destrukcji przekroju materiału wywoływany jest przez siłę bezwładności próbki. Na podstawie przeprowadzonych badań stwierdzono, że prezentowana metoda identyfikacji zmiany struktury próbki może mieć zastosowanie do identyfikacji stanu technicznego konstrukcji w aspekcie utraty ciągłości i właściwości struktury (np. pęknięcia mechaniczne, zmęczeniowe). Wyniki analizy drganiowej weryfikowano metodami penetracyjnymi oraz poprzez obserwacje mikroskopowe.

8

Mode I and mode II fatigue crack growth resistance characteristics of high tempered 65G steel

Lenkovskiy T. M., Kulyk V. V., Duriagina Z. A., Kovalchuk R. A., Topilnytskyy V. H., Vira V. V., Tepla T. L.

Archives of Materials Science and Engineering

|

2017

|

Vol. 84, nr 1

34--41

EN

Purpose: To investigate the fatigue crack growth at normal tension and transverse shear of 65G steel with the high tempered martensite microstructure and to build an appropriate fatigue crack growth rate curves. To determine the main and auxiliary fatigue crack growth resistance characteristics, which are necessary for machine parts life-time estimation at rolling contact fatigue conditions. Design/methodology/approach: For determination of fatigue crack growth resistance at normal tension a standard compact specimens with edge crack were tested using a hydraulic testing machine and fatigue testing at transverse shear were performed on the I-beam specimens with the edge longitudinal crack using the original testing setup. For crack growth measurement an optical cathetometer B-630 was used. The crack growth rate V was calculated as crack length increment during loading cycles. The stress intensity factor range K was determined by dependence "K = (1 – R)Kmax accordingly to the standard test methods. To establish crack faces friction factor at transverse shear fragments of fractured beam specimen containing crack faces were cut out and tested as a friction pair according to Amontons Coulomb's law. On the base of test results the fatigue crack growth rate curves in logarithmic coordinates "K vs. V were built. These graphical dependencies for normal tension and transverse shear were used for determination of fatigue crack growth resistance characteristics: fatigue threshold "Kth, fracture toughness "Kfc, "K1-2 and "K2-3 which indicates the beginning and the end of middle-amplitude region of curve, "K*, parameters C and n of Paris’s equation. Metallographic and fractographic analyses were performed on the scanning electronic microscope Zeiss EVO 40XVP. Findings: Empirical dependences of the stress intensity factor range on fatigue crack growth rate at normal tension and transverse shear of 65G steel with the high tempered martensite microstructure are obtained. Based on these graphical dependencies the fatigue thresholds and fracture toughness as well as the parameters of Paris’s equation are determined. Research limitations/implications: The fatigue crack growth on 65G steel under low-, medium- and high-amplitude cyclic loading at normal tension and transverse shear was investigated. The fatigue crack growth rate values for a wide range of stress intensity factor are estimated. On the base of fractographical analysis the features of fracture of high tempered martensite in 65G steel at transverse shear are studied. It is shown that the transverse shear crack faces friction factor for high tempered martensite structure is less than for low tempered martensite. Practical implications: Using the fatigue crack growth resistance characteristics of 65G steel at normal tension and transverse shear and related fatigue crack growth rate curves it is possible to predict the life-time of machine parts made of steels with high tempered martensite structure, working at rolling contact fatigue conditions. Originality/value: Complete fatigue crack growth rate curves of 65G steel with tempered martensite structure at normal tension and transverse shear are built and the fatigue crack growth resistance characteristics for both modes of fracture are determined for the first time.

9

Fatigue crack growth resistance of welded joints simulating the weld-repaired railway wheels metal

Ostash O. P., Kulyk V. V., Poznyakov V. D., Haivorons’kyi O. A., Markashova L. I., Vira V. V., Duriagina Z. A., Tepla T. L.

Archives of Materials Science and Engineering

|

2017

|

Vol. 86, nr 2

49--55

EN

Purpose: The aim of the paper is to study the structure and fatigue crack growth resistance characteristics of weld metal (WM), and heat affected zone (HAZ) under cyclic loadings for the development of railway wheels weld-repairing technology. Design/methodology/approach: WM and HAZ of the welded joint were investigated. The welded joint of 65G steel (0.65 mass.% C; 0.19 Si; 0,91 Mn), which is a model material for high-strength railway wheels, was received by welding Sv-08HM wire per linear welding energy of 10 kJ/cm. Regimes of welding were selected so that the cooling rate of the metal in the temperature range 500-600°C was 5°C/s. As a result, the bainite structure in WM and bainite-martensite one in HAZ are formed. To eliminate the residual stresses generated after the weld cooling, heat treatment was proposed: holding at 100°C for 2 hour after cooling under temperature below then that at the beginning of martensite transformation. Fracture resistance under cyclic loading was estimated by fatigue crack growth rates diagrams (da/dN vs. ΔK) according to standard method for compact tension samples testing. The microstructure and fracture surface were investigated using an optical, and electronic scanning and transmission microscope. Findings: Microstructure parameters and fatigue crack growth resistance characteristics of WM and HAZ after the proposed heat treatment, and also residual stresses of the second kind and local strains in the bulk of bainite and martensite are obtained. Research limitations/implications: Investigations were conducted on samples that simulate the structure and properties of real renovated railway wheels made of steel with high content (0.65%) of carbon. Practical implications: Service durability and safety of weld-repaired railway wheels under high service loadings is increased. Originality/value: HAZ is the most dangerous zone in terms of fatigue cracks initiation and propagation in elements repaired by surfacing method. The positive result on the proposed heat treatment influence is received since the fatigue crack growth resistance characteristics of HAZ metal with bainite-martensite structure raise to the level of weld metal.

10

Detection of fatigue cracking in steel bridge girders: A support vector machine approach

Hasni H., Alavi A. H., Jiao P., Lajnef N.

Archives of Civil and Mechanical Engineering

|

2017

|

Vol. 17, no. 3

609--622

EN

This study presents an artificial intelligence approach for the detection of distortion-induced fatigue cracking of steel bridge girders based on the data provided by self-powered wireless sensors. The sensors have a series of memory gates that can cumulatively record the duration of the applied strain. The gates are activated as soon as the electrical charge generated by piezoelectric strain transducer exceeds pre-defined thresholds. In the present study, the distribution of the sensor output has been characterized by a Gaussian cumulative density function. For the analysis, extensive finite element simulations were carried out to obtain the structural response of an existing highway steel bridge girder (I-96/M-52) in Webberville, Michigan. Different damage states were defined by extending the lengths of the crack at the web gaps from 10 mm to 100 mm. Damage indicator features were extracted for different data acquisition nodes based on the sensor output distribution. Subsequently, support vector machine (SVM) classifiers were developed to fuse the clustered features and identify multiple damage states. The results indicate that the models have acceptable detection performance, specifically for cracks larger than 10 mm. The best classification performance was obtained using the information from a group of sensors located near the damage zone.

11

Microdamage distribution in fatigue fractures of bone allografts following gamma-ray exposure

Presbítero G., Hernandez-Rodríguez M. A. L., Contreras-Hernandez G. R., Vilchez J. F., Susarrey O., Gutiérrez D.

Acta of Bioengineering and Biomechanics

|

2017

|

Vol. 19, no. 4

43--53

EN

Although clear evidence of significant differences in bone properties have been extensively studied, results vary under the ranges usually used for sterilization purposes (25-35 kGy). Hence, the aim of this work was the study of the mechanical properties and microdamage development of human bones used as allografts following gamma-ray exposure, followed by an extensive statistical analysis of microdamage effects in fatigue behaviour. Methods: Specimens of the cortical region of human femurs were exposed to 15-25 kGy and 26-30 kGy radiation levels, then they were subjected to compression fatigue tests until fracture. The fatigue life was determined in relation to the radiation level, and the evolution of microdamage was assessed through fluorescence microscopy in order to calculate characteristic lengths of microcracks. Results: Significant differences in fatigue life were detected (p < 0.05) between non-radiated (control) and radiated specimens, resulting in a drastic 89.2% fatigue life reduction of the 15-25 kGy group, and 95.3% in the 26-30 kGy group in comparison to the control. Microdamage analysis showed a considerable increase in microcrack lengths when bone was exposed to gamma radiation, which may indicate that bones used as allografts could fracture at some point when subjected to in vivo loading conditions. Conclusions: The results of our research indicate that, even if a range of 15-25 kGy is suggested to sterilize bone allografts, such practice needs to be reconsidered. In addition, with use of Weibull distribution, this work describes the conditions in which microcracks grow towards the fracture of bones in relation to the decrease in their mechanical properties.

12

Preliminary evaluation of possibility of coplanar multiple cracks growth modelling with usage of two-dimensional weight function

Grabowski P., Jankowiak A.

Zeszyty Naukowe Instytutu Pojazdów / Politechnika Warszawska

|

2016

|

z. 4/108

129--146

EN

Structural components of construction machinery are subjected to fatigue degradation, caused mainly by operating conditions. The most sensitive to the phenomenon are welded joints of the structure, where cracks can often initiate. They might be decisive for whole structure’s fatigue resource, so modeling those basing on real operational loading should be considered as an essential part of whole machine’s fatigue resource assessment. In such welded joints may occur more than one two-dimensional crack in a planar section (initiated and propagating of internal flaws after welding process). This paper tries to give the preliminary answer the question about possibility to apply two-dimensional weight function (WF2D) for calculation of stress intensity factors’ values for multiple, coplanar cracks and to model their growth.

PL

Konstrukcje nośne maszyn roboczych, z uwagi na warunki eksploatacji, są narażone na degradację zmęczeniową. Szczególnie wrażliwe na nią są węzły spawane występujące w połączeniach poszczególnych elementów, gdzie często inicjują się pęknięcia zmęczeniowe. To one w dużej mierze decydują o trwałości zmęczeniowej węzłów konstrukcyjnych, a zatem modelowanie ich wzrostu w oparciu o rzeczywiste obciążenia eksploatacyjne stanowi istotny element oceny zasobu eksploatacyjnego maszyny. W rzeczywistych spawanych węzłach konstrukcyjnych, w jednej płaszczyźnie przekroju może występować więcej niż jedno pęknięcie dwuwymiarowe (zainicjowanie pęknięć i ich propagacja może nastąpić np. z występujących w tej płaszczyźnie niezgodności spawalniczych). Niniejsze opracowanie stanowi próbę sprawdzenia możliwości zastosowania metody dwuwymiarowej funkcji wagowej (WF2D) do wyznaczania współczynników intensywności naprężeń dla współpłaszczyznowych pęknięć wielokrotnych i modelowania ich wzrostu.

13

Analiza procesów zużywania łopat w niskroprężnej strefie turbiny parowej

Napadłek W., Chrzanowski W., Woźniak A.

Autobusy : technika, eksploatacja, systemy transportowe

|

2016

|

R. 17, nr 12

1229--1234

PL

W artykule przeprowadzona została analiza procesów zużywania łopat w niskoprężnej strefie (NP) turbiny parowej. Badano topografię powierzchni, skład chemiczny, mikrostrukturę oraz twardość. Z przeprowadzonych obserwacji wynika, że największa intensywność zużywania występowała na końcu krawędzi łopaty (także w strefie zahartowanej), a zwłaszcza w strefie przecinania się krawędzi natarcia z powierzchnią czołową łopaty. Dominujące procesy zużycia występujące na powierzchni badanej łopaty to erozja strefowa (lokalna) oraz korozja. Procesy te prowadzą do bardzo szybkiej degradacji w strefie krawędzi natarcia, które powodują powstawanie charakterystycznego „uskoku geometrycznego” w postaci zmniejszenia przekroju łopaty, co w konsekwencji wpływa na powstanie niebezpiecznej strefy przekroju krytycznego, który ma bardzo istotny wpływ na degradacyjne procesy niszczenia (pękania zmęczeniowego).

EN

In the article, the analysis of processes the wear blades under low pressure (LP) of steam turbine carried out. Surface topography, chemical composition, microstructure and hardness were tested. Observations carried out show, that the largest wear intensity occurred at the end edge of a blade (as in the hardened zone), in particular in the zone of intersection of the leading edge with front surface of the blade. Dominating wear processes occurring on the surface of the tested blades is erosion zone (local) and corrosion. These processes lead to very quick degradation in leading edge zone, causing the formation of characteristic "fault geometric" in the form of a reduced cross section of the blade. As a result, it created dangerous zone of the critical section having significant impact on the degradation processes of destruction (fatigue cracking).

14

Influence of 65G steel microstructure on crack faces friction factor under mode II fatigue fracture

Ivanytskyj Y. L., Lenkovskiy T. M., Molkov Y. V., Kulyk V. V., Duriagina Z. A.

Archives of Materials Science and Engineering

|

2016

|

Vol. 82, nr 2

49--56

EN

Purpose: The aim of the paper is to evaluate the dependence of microstructure parameters, strength and plasticity of steel on crack faces friction factor. Design/methodology/approach: The specimens for the investigation were cut out from the 10 mm thick hot-rolled plate of 65G steel used as a model material for fatigue and durability testing of whole-rolled railway wheels. The mechanical characteristics of the steel were determined according to the state standard using cylindrical specimens of diameter 5 mm and effective length 50 mm. The specimens were heat-treated at the mentioned conditions. Fatigue testing under mode II loading was carried out on a special rigid loading machine in the standard laboratory conditions at symmetric sinusoidal cycle with a frequency of 12 Hz in the range of fatigue crack growth rates da/dN = 5∙10⁻⁸…5∙10⁻⁷ m/cycle until its reaches relative length l/b ≥ 0.8. The obtained microsections were investigated using the optical metallographic microscope Neophot 9 equipped with a digital camera Nikon D50 and electronic scanning microscope Zeiss EVO 40XVP. Hardness of the specimens with different microstructure was determined using durometer TK-2. The crack faces friction factor was determined using original device for fractured surfaces sliding under certain compression force realization. Findings: The dependences of microstructure parameters, strength and plasticity of steel on crack faces friction factor are obtained. Research limitations/implications: The investigation of the influence of microstructure parameters, strength and plasticity of real wheel steels on crack faces friction factor at the mode II fatigue crack growth will be carried out. Practical implications: The value of crack faces friction factor have strong impact on stress intensity at the crack tip and must be taken into account at crack growth rates curves plotting. Originality/value: Mode II fatigue crack faces friction factor of steel is firstly experimentally determined.

15

Numerical analysis of stress and strain in specimens with rectangular cross-section subjected to torsion and bending with torsion

Faszynka S., Lewandowski J., Rozumek D.

Acta Mechanica et Automatica

|

2016

|

Vol. 10, no. 1

5--11

EN

The paper presents an analysis of the state of stress and crack tip opening displacement (strain) in specimens with rectangular cross-section subjected to torsion and combined bending with torsion. The specimens were made of the EN AW-2017A aluminium alloy. The specimens had an external unilateral notch, which was 2 mm deep and its radius was 22.5 mm. The tests were performed at constant moment amplitude MT=MBT= 15.84 N.m and under stress ratio R= -1. The exemplary results of numerical computations being obtained by using the FRANC3D software were shown in the form of stress and crack tip opening displacement (CTOD) maps. The paper presents the differences of fatigue cracks growth under torsion and bending with torsion being derived by using the FRANC3D software.

16

Numeryczna analiza naprężeń w zaworze wydechowym silnika tłokowego pracującym w warunkach obciążenia termo-mechanicznego

Witek L.

Logistyka

|

2015

|

nr 4

6681--6688, CD2

PL

Niniejsza praca opisuje wpływ różnych rodzajów obciążeń na rozkład naprężeń zaworu grzybkowego silnika z zapłonem samoczynnym. W celu rozwiązania zdefiniowanego problemu naukowego zbudowany został model geometryczny oraz uproszczony model dyskretny układu zaworowego. W pracy uwzględniono dwa rodzaje obciążeń: mechaniczne (od siły ugięcia sprężyny, po zamknięciu zaworu) oraz cieplne (od nierównomiernego nagrzania) W pierwszej części pracy analizowano przypadki obciążeń działających niezależnie, co pozwoliło na ocenę wpływu obciążeń składowych na poziom wytężenia materiału zaworu. Rezultaty analizy numerycznej wykazały, że największy wpływ na poziom naprężeń w zaworze ma obciążenie termiczne wynikające z niejednorodnego pola temperatury. W pracy analizowano także naprężenia pochodzące od wszystkich obciążeń działających równocześnie. W ostatniej części pracy sformułowano wnioski końcowe oraz wskazano kierunki dalszych badań.

EN

This paper presents the influence of different kinds of loads on the stress distribution in the valve of combustion engine. In order to solve the research problem, both the geometrical and the discrete model of valve system were defined. Two types of load were taken into consideration: the mechanical load (from valve spring, after valve close) and the thermal load (from non-uniform temperature distribution). In first part of work a separated loads were considered. Results of numerical analysis showed that the most significant influence on the stress levels in the valve has the thermal load related to non-uniform temperature field. In the last part of work the influence of complex thermo-mechanical load on stress state of valve were considered. Results of work showed that the operational stress has a small values. In summary of the work an interesting conclusions were formulated.

17

Rozwój pęknięć zmęczeniowych w stopach Ti-2,5Cu i Ti-6Al-4V w warunkach zginania

Hepner M., Rozumek D.

Inżynieria Materiałowa

|

2015

|

Vol. 36, nr 1

47--51

PL

Praca zawiera wyniki badań rozwoju pęknięć zmęczeniowych w próbkach z karbem wykonanych z dwóch stopów tytanu o zróżnicowanej mikrostrukturze. Do badań wybrano stop Ti-6Al-4V (IMI 318) jako typowy stop dwufazowy α + β oraz stop Ti-2,5Cu (IMI 230) zaliczany do stopów o mikrostrukturze α, zawierający fazę międzymetaliczną Ti2Cu. Przedstawiono wyniki badań mikrostruktury oraz propagacji pęknięć zmęczeniowych w próbkach płaskich z zewnętrznym karbem jednostronnym poddanych zginaniu. Obserwowano wpływ mikrostruktury na ścieżki pękania.

EN

The paper presents the results of research on the development of fatigue crack in notched samples of two titanium alloys with diversified microstructure. The Ti-6Al-4V alloy has been chosen for the research as representative for the two phased alloy α + β as well as Ti-2,5Cu alloy containing intermetallic phase Ti2Cu and rated among alloys with α microstructure. The results of microstructure research and propagation of fatigue crack in flat samples with external, notch one-sided being exposed to bending have been presented. The microstructure influence on the ways of cracking has been observed.

18

Ocena rozwoju uszkodzenia zmęczeniowego na podstawie zmian odkształcenia i parametrów prądowirowych w kolejnych cyklach obciążenia

Kukla D., Grzywna P., Karczewski R.

Przegląd Spawalnictwa

|

2014

|

R. 86, nr 5

23--31

PL

W pracy zaprezentowano wyniki badań nad opracowaniem metodyki ilościowej oceny rozwoju uszkodzenia zmęczeniowego wysokostopowej stali X10CrMoVNb9-1 z wykorzystaniem nieniszczącej techniki diagnostycznej – metody prądów wirowych. W oparciu o procedurę charakteryzowania stopnia degradacji zmęczeniowej na podstawie zmierzonych wartości odkształceń średnich oraz odkształceń plastycznych w kolejnych cyklach obciążenia zdefiniowano odkształceniowy współczynnik uszkodzenia zmęczeniowego (Φ) opisujący dynamikę zmian odkształcenia w kolejnych cyklach. Wyznaczone w ten sposób parametry uszkodzenia skorelowano z wynikami pomiarów kąta fazowego sygnału prądowirowego mierzonego w ustalonych etapach procesu zmęczenia, przy amplitudzie naprężenia w zakresie 360÷420 MPa. Na podstawie opracowanych procedur pomiarowych uzyskano wyniki wskazujące na możliwość identyfikacji i lokalizacji uszkodzenia zmęczeniowego we wczesnym etapie jego rozwoju, jak również na ilościową ocenę stopnia degradacji w oparciu o zdefiniowany parametr uszkodzenia oraz wyniki uzyskane za pomocą nieniszczącej techniki diagnostycznej.

EN

This paper presents the results of the work on the quantitative method for evaluation the fatigue damage development of the high alloy steel X10CrMoVNb9-1 by eddy current testing. The degree of fatigue degradation described by measured values of the deformation (mean deformation and nonelastic deformation) of load cycles. The basis on this measurement defined fatigue damage strain indicator (FDSI-φ), which described changes of strain dynamic in the fatigue tests. The damage parameters determined in this way are correlated with the results of measurements the Eddy current phase angle, which was measured in the selected cycles of fatigue, in the range of stress amplitude 360÷420 MPa. The results indicate the possibility of identification and location of fatigue damage at an early stage of its development, as well as to quantities description of the degree of degradation based on defined damage parameter correlated with the results obtained by using non-destructive diagnostic technique.

19

Inicjowanie pęknięć zmęczeniowych w blachownicowych belkach podsuwnicowych

Rykaluk K., Hotała E.

Materiały Budowlane

|

2014

|

nr 5

84--86

PL

Cykliczne obciążenie użytkowe belek podsuwnicowych, w kierunku pionowymi poziomym,ma rolę dominującą w obciążeniu ogólnym. Przy nieuniknionym narażeniu górnej strefy przekroju belki na skręcanie już po kilku latach eksploatacji mogą pojawić się podłużne pęknięcia środnika pod pasem górnym. Taki typ karbu nie jest sklasyfikowany w normach europejskich. W artykule podano warunki wystarczającej wytrzymałości środnika na inicjowanie pęknięć zmęczeniowych niskocyklowych.

EN

The cyclic working load of crane beams in vertical and horizontal direction constitutes a dominant role in the total load. For an inevitable exposure to torsion of the upper portion of the crosssection, after few years of operation, the longitudinal cracks of the web adjacent to the upper flange might appear. This type of notch is not classified in the European standards. The conditions of required strength of the web due to low-cycle fatigue crack initiations are given herein.

20

Niskocyklowa trwałość zmęczeniowa wałów uzębionych

Kóska M., Drewniak J.

Logistyka

|

2014

|

nr 6

5755-5764

PL

W niniejszej pracy została przybliżona metodyka określania czasów międzyserwisowych i wymiany komponentów przekładni zębatej na nowe, przy pojawieniu się symptomów uszkodzenia jednego z elementów wchodzących w skład jej budowy. Przedmiotem badanym jest wał uzębiony jako element osiowosymetryczny. Wał ten tworzy łańcuch przeniesienia mocy z silnika na rotor w przekładni o konstrukcji zbliżonej do tych występujących w przemyśle lotniczym. Warunki obciążenia wału zostały zdefiniowane poprzez rozpatrzenie charakterystyki pracy przekładni. Przeprowadzono analizę statyczną przy użyciu metody elementów skończonych. Bazując na wynikach z tej analizy została wykonana analiza zmęczeniowa w zakresie niskocyklowym w celu zlokalizowania miejsca krytycznego na wale uzębionym. W lokacji tej została zainicjowana szczelina, a następnie wyznaczona liczba cykli prawidłowej pracy elementu do momentu uzyskania przez szczelinę wielkości krytycznej. Na bazie przeprowadzonych obliczeń konstrukcyjnych określono czas poprawnej pracy przekładni obciążonej pęknięciem. Zaprezentowano wyniki. Wysunięto wnioski.

EN

In the paper methodology of period of time determination between services and replacement of gearboxes components at new one has been shown. Time period between services has been defined as time form crack initiation to element failure. Gearshaft- axisymmetric component has been chosen to durability study in the presented document. The shaft is a part of power transmission chain from engine to rotor in the gearbox with similar construction to aerospace industry gearboxes. Load conditions have been determined based on work characteristic of gearbox. Finite element analysis has been used to compute structural static analysis and the results from it has been input to low cycle fatigue assessment. Aim of LCF analysis was to localize the critical location at the shaft. In this location crack has been initiated. Determined number of cycle when element works correctly to time when crack growing to critical length. Number of cycles for gearboxes with crack has been performed. Results have been presented. The conclusions have been formulated.