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

• Autorzy: Bogdański, S. , Brown, M.

Warianty tytułu

PL

Model wzrostu trójwymiarowej, półeliptycznej powierzchniowej szczeliny zmęczeniowej obciążonej toczącą się rolką

• Konferencja: Krajowa Konferencja Mechaniki Pękania (8 ; 17-19.09.2001 ; Kielce-Cedzyna, Polska)
• Języki publikacji: EN

Abstrakty

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.

• Czasopismo: Zeszyty Naukowe Politechniki Świętokrzyskiej. Mechanika
• Rocznik: 2001
• Tom: Z. 73
• Strony: 11-19
• Opis fizyczny: Bbliogr.16 poz., rys.

Twórcy

autor

Bogdański, S.

• Politechnika Warszawska, Instytut Lotnictwa i Mechaniki, Warszawa, Nowowiejska 24

autor

Brown, M.

• The University of Sheffield, Department of Mechanical Engineering, Mappin Street, Sheffield S1 3JD, UK

Bibliografia

• 1. Way. S., Pitting due to rolling contact, J. App. Mech., 2, 1935, pp. 49-58.
• 2. Kaneta M. & Murakami Y., Propagation of semi-elliptical surface cracks in lubricated rolling/sliding elliptical contacts. J. Trib., ASME. 1991, pp. 270-275.
• 3. Bogdanowicz Z., Kocańda D. & Kocańda S., Experimental and analytical study of fatigue crack behaviour in gear wheels. Proceedings of the International Conference "Eng. Against Fatigue". Sheffield (UK), 17-21 March, 1997, pp. 575-581.
• 4. Bower A.F., The influence of crack face friction and trapped fluid on surface initiated rolling contact fatigue cracks. J. Trib., ASME 110, 1988, pp. 704-711.
• 5. Bogdański S., Olzak M., Stupnicki J., Numerical Modelling of 3D Rail RCF "Squat" - Type Crack Under Operating Load. The Int. Journ. of Fatigue & Fracture of Eng. Materials & Structures. 21, 1998, pp. 923-935.
• 6. Beynon J.H., Brown M.W. & Kapoor A., Initiation, growth and branching of cracks in railway track. Engineering Against Fatigue. Eds. J.H. Beynon, M.W. Brown et al., Balkema 1999, pp. 461-472.
• 7. Bogdański S. & Brown M.W., Modelling the Growth of Rolling Contact Fatigue Cracks in Rails, Proceedings of the 7th National Conference on Fracture Mechanics Vol. I, 23-35 September 1999, Cedzyna, Poland, pp. 53-58.
• 8. Bogdański S. & Brown M.W., Modelling the Three Dimensional Behaviour of Shallow Rolling Contact Fatigue Cracks in Rails, proceedings of the 5th International Conference on "Contact Mechanics and Wear of Rail/Wheel Systems". Tokyo, Japan, July 2000, pp.9-16.
• 9. Brown M.W. and Bogdański S., A Model for Growth of a Three-Dimensional Crack in Rolling Contact Fatigue. Paper submitted for "Sixth International Conference on Biaxial/Multiaxial Fatigue and Fracture. Lisbon 2001, Portugal.
• 10. Bogdański S., Finite element modelling of surface fatigue crack in EHD contact. Elastohydrodynamics - 96 - Fundamentals and Applications in Lubrication and Traction. Trib. Ser., Ed.: D. Dowson, Els. pp. 325-336.
• 11. Bogdański S., The behaviour of surface breaking contact fatigue crack in EHL conditions. Proceedings of the "5th Int. Conf. On Biaxial/Multiaxial Fatigue & Fracture". Vol. II, Cracow 8-12 Sept. 1997, pp. 9-28.
• 12. Bogdański S., Growth of the rolling contact fatigue cracks in the presence of liquid (in polish). Habilitation Dissertation. Warsaw University of Technolog), Prace Naukowe. Mechanika, Zeszyt Nr 171, 1999.
• 13. Bold P.E., Brown M.W. & Allen R.J., Shear crack growth and rolling contact fatigue. Wear, 144, 1991, pp. 307-317.