Kalibracja i walidacja procedury Mathara za pomocą Metody Elementów Skończonych

• Autorzy: Augustyniak, M. , Augustyniak, B. , Jaworski, M. , Mężyk, D.

Warianty tytułu

EN

Calibration and validation of Mathara procedure by means of the Finite Element Method (FEM)

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Metoda pomiaru naprężeń powierzchniowych przy pomocy rozet tensometrycznych i kontrolowanych odwiertów (metoda otworkowa) jest stosowana powszechnie w odniesieniu do stali izotropowych oraz silnie anizotropowych laminatów, natomiast nie została rozpoznana jej stosowalność do umiarkowanie anizotropowych stopów metali. W artykule opisano odniesienie wyników pomiarów wykonanych na płytach ze stali duplex do modelu numerycznego MES oraz wzorów normatywnych (norma E837). Obserwowane różnice między wynikami doświadczalnymi a numerycznymi mogą wynikać z przybliżonych stałych kalibracyjnych we wzorze konstytutywnym, a także niedoskonałości geometrycznej układu pomiarowego. Nieregularność geometrii – skręcenie próbki względem głównej osi – okazuje się istotnie wpływać na odkształcenia ścinające, wprowadzając do układu dodatkowe naprężenia. Iteracyjne zastosowanie obliczeń MES pozwala na wykazanie i ilościową korektę obu efektów. Wyznaczone są stałe kalibracyjne dla rozety niestandardowej oraz wielkość błędu popełnianego przy stosowaniu wzorów izotropowych do materiału (stali duplex) o ortotropii modułów Young w zakresie ­190-210 GPa. Stwierdza się, że realne niepewności pomiarowe znacznie przekraczają błąd związany ze stosowaniem wzorów izotropowych, stąd korekta pod kątem ortotropii rzędu 5%, jakkolwiek możliwa przy użyciu modelu MES, nie jest konieczna.

EN

The method of surface stress measuring with the help of tensometric rosettes and controlled drilling (pinhole method) is commonly used for isotropic steels and strongly anisotropic laminates whereas its applicability for moderate anisotropic metal alloys has not yet been recognized. Described is here the reference of results of measurements made on duplex steel plates to a FEM numerical model and normative patterns (E837 standard). The observed differences between experimental and numerical results can arise from approximative calibration constants in the constitutive pattern as well as from geometric imperfection of a measuring system. Geometric irregularity – sample torsion in relation to the main axis – has a significant influence on shear strains by introducing additional strains into the system. Iterative application of FEM calculations enables demonstration and quantity correction of both effects. Determined are calibration constants for a non-standard rosette as well as the magnitude of an error made when there are applied the isotropic formulae for materials (duplex steel) of the Young’s modulus ortotrophy in the range of 190-210 GPa. Ascertained is that the real measurement uncertainties considerably exceed the error connected with the application of isotropic formulae. So, the ortotrophy correction of 5%, though possible with the use of FEM model, is not necesary.

Słowa kluczowe

PL

procedura Mathara; kalibracja i walidacja; metoda elementów skończonych (MES)

EN

Mathar procedure; calibration and validation; Finite Element Method (FEM)

• Czasopismo: Energetyka
• Rocznik: 2015
• Tom: nr 1
• Strony: 21--26
• Opis fizyczny: Bibliogr. 10 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Augustyniak, M.

• Politechnika Gdańska, Wydział FTiMS

autor

Augustyniak, B.

• Politechnika Gdańska, Wydział FTiMS

autor

Jaworski, M.

• Instytut Energetyki

autor

Mężyk, D.

• Instytut Energetyki

Bibliografia

• [1] Hole-Drilling Residual Stress Measurements at 75: Origins, Advances, Opportunities, Proceedings of the SEM Annual Conference, June 1-4, 2009 Albuquerque, New Mexico, USA.
• [2] Methods of measuring residual stresses in components, Materials and Design 2012, 35, p. 572-588.
• [3] Standard Test Method for Determining Residual Stresses by the Hole-Drilling Strain-Gage Method, ASTM E837 Standard, 2008,
• [4] Calibration Coefficients for Residual Stress Measurement in Composite Materials Using inite Element Method, American J. of Engineering and Applied Sciences 2012, 5 (1), p. 25-28.
• [5] Residual-stress measurement in orthotropic materials using the hole-drilling method, Experimental Mechanics 1994, Vol. 34, Iss. 4, p. 324-333.
• [6] Residual Stress Analysis of Orthotropic Materials by the Through-hole Drilling Method, Experimental Mechanics 2007, 47, p. 217-236.
• [7] Full field methods and residual stress analysis in orthotropic material, Part I, II, Internationaljournal of Solids and Structures 2007, 44, p. 8229-8243.
• [8] On the evolution of welding residual stress after milling and cutting machining, Computers and Structures 2006, 84, p. 1965-1976.
• [9] Evolution of the residual stress state in a duplex stainless steel during loading, Acta Mater. 1999, Vol. 47, No. 9, p. 2669-2684.
• [10] http://www.ssina.com/resource_center/data.