Wyniki wyszukiwania - Biblioteka Nauki

1

Thermomechanical modeling on the crack initiation of NiTi shape memory alloy

100%

Jiang D. , Xiao Y.

|

tom Vol. 22, No. 1

31--42

EN

The fracture of shape memory alloys is distinct from that of conventional metals, owing to the coexistence and interaction of multiple special features such as martensitic transformation, dislocation-induced plasticity, thermomechanical coupling and others. In this paper, the impact of thermomechanical behavior upon the crack initiation of a NiTi shape memory alloy under Mode I loading is investigated numerically and verified experimentally. A constitutive model incorporating phase transformation, plasticity and thermomechanical coupling is established. Via backward Euler integration and finite-element implementation, the longitudinal strain, martensite volume fraction and temperature field in the vicinity of the crack tip are furnished. The effects of grain size and loading rate on J-integral are revealed. The grain size dependence of crack initiation is non-monotonic. For the samples with grain sizes of 1500 nm, 18 nm and 10 nm, the shielding effect takes place in front of the crack. Additionally, the anti-shielding effect is detected for samples with grain sizes of 80 nm and 42 nm. The parametric study shows that loading rate imposes limited influence on J-integral, which is attributed to a small scale transformation. The decrement of yield stress and the increment of transformation hardening modulus can alleviate the anti-shielding effect and arouse the shielding effect upon crack initiation. The presented results shed light on the design and fabrication of high toughness phase transformable materials.

2

Application of spectral method in fatigue application life assessment - determination of crack initiation

100%

Niesłony A. , Bohm M.

Journal of Theoretical and Applied Mechanics

|

2012

|

tom Vol. 50 nr 3

819-829

EN

The purpose of this paper is to provide a simple approach for indication of those places of machine parts, where the fatigue crack initiation begins. This method uses FEM and the cyclic stress-strain curve for calculating the stress state on specimens. The multiaxial fatigue failure criterion based on the critical plane approach was used for reduction of the random spatial stress state into the equivalent uniaxial one. The critical plane position was established with the use of the variance method, and fatigue life was determined with assumption of linear damage accumulation. Experimental verification of the proposed method was performed with the use of results of fatigue tests for St52.3 structural steel subjected to biaxial random tension-compression. Cruciform specimens with four holes were tested. During the tests, the place and time of crack initiation were observed. It was shown, that the proposed method for determination of the places of fatigue crack initiation gave results well correlated with the data obtained from experiments. The proposed method could be applied by engineers in order to identify the places and time of fatigue cracks initiation.

PL

Celem niniejszej pracy jest przedstawienie prostego podejścia w wyznaczaniu tych miejsc w elementach maszyn, gdzie nastąpi inicjacja pęknięć. Niniejsza metoda wykorzystuje metodę elementów skończonych (MES) i krzywą cyklicznego odkształcenia w celu obliczenia stanu naprężenia w próbkach. Wieloosiowe kryterium zmęczenia oparte na założeniach płaszczyzny krytycznej zostało zastosowane w celu redukcji przestrzennego losowego stanu naprężenia na ekwiwalentny jednoosiowy. Położenie płaszczyzny krytycznej zostało zdefiniowane przy pomocy metody wariancji, natomiast trwałość zmęczeniowa została wyznaczona zgodnie z założeniami liniowej hipotezy sumowania uszkodzeń. Weryfikacja eksperymentalna zaproponowanej metody została przeprowadzona na podstawie wyników badań zmęczeniowych stali konstrukcyjnej St52.3 poddanej dwuosiowym losowemu obciążeniu rozciąganiem-ściskaniem. W niniejszych badaniach zostały zastosowane próbki krzyżowe z czterema otworami. W trakcie badań były rejestrowane miejsca oraz czas inicjacji pęknięcia. Wykazano, że proponowana metoda wyznaczania miejsc inicjacji pęknięć dała wyniki pokrywające się z otrzymanymi w trakcie eksperymentu. Proponowana metoda może zostać zastosowana przez inżynierów w celu identyfikacji miejsc oraz czasu, w którym nastąpi inicjacja pęknięć zmęczeniowych.

3

Assessment of the technical state of large size steel structures under cyclic load with the acoustic emission method – IADP

100%

Goszczyńska B. , Świt G. , Trąmpczyński W.

|

2014

|

tom Vol. 52 nr 2

289--299

EN

In this paper, a global monitoring system based on the measurement of acoustic emission (AE) due to active deterioration processes within steel structures is presented. This Allowi one to locate and identify deterioration processes (initiation and development of cracks) under cyclic load for large size structures as bridges, gantries, etc. The resulting data can be used to locate damage zones that are dangerous for construction, to assess the general condition of the structure and to serve for structural health monitoring.

4

Research on Fretting Fatigue of Tungsten Carbide Coating Based on Strain Energy Density Methods

88%

Zeng X. , Wang X. , Ping X. , Wang R. , Hu T.

|

tom Vol. 68, iss. 1

21--30

EN

The numerical solutions of stress and strain components on the critical plane of tungsten carbide coating were solved based on the critical plane method in three-dimensional coordinate system, and accordingly three strain energy density parameters (Smith-Watson-Topper, Nita-Ogatta-Kuwabara and Chen parameters) were determined to reveal the fretting fatigue characteristics of tungsten carbide coating. In order to predict the fretting fatigue life based on the strain energy density criterion, the expressions between the strain energy density parameter and the fretting fatigue life was obtained experimentally. After the comparison of the three strain energy parameters, it was found that all three parameters could accurately predict the crack initiation position, but only the Smith-Watson-Topper parameters could accurately predict the crack initiation angle. The effects of cyclic load, normal load and friction coefficient on fretting fatigue damage behaviors were discussed by using the Smith-Watson-Topper criterion. The results show that the fretting fatigue life decreases with the increase of cyclic load; an increase in the normal contact load will cause the Smith-Watson-Topper damage parameters more concentrated at the outer edge of the bridge foot; a decrease in the friction coefficient will increase the Smith-Watson-Topper damage parameters in the middle of the contact surface.

5

Modelling fatigue crack growth in HAZ of welded area

71%

Gliha V. , Hutsaylyuk V. , Śnieżek L. , Vuherer T. , Gliha V. , Hutsaylyuk V. , Śnieżek L. , Vuherer T.

|

nr 4

6

Numerical analysis of crack initiation and propagation in an aluminium sample

63%

Różyło P.

Technical Transactions

|

2018

|

tom Vol. 115, iss. 1

187--194

EN

This paper reports an analysis of simulated crack propagation in an aluminium sample depending on the direction of external loads. The objective of the study was to perform a numerical analysis of crack propagation as well as to determine regions which are most susceptible to failure. The object of study was created from numerical analysis of material failure due to fibre separation using Abaqus 6.14. The modelling of crack propagation was performed using the numerical xFEM method for separating material fibres irrespective of the finite element mesh.

PL

W ramach pracy przeprowadzono symulację numeryczną procesu propagacji pękania aluminiowej próbki, w zależności od kierunku obciążeń zewnętrznych. Celem pracy było wykonanie badania numerycznego propagacji pękania materiału oraz wykazanie obszarów najbardziej newralgicznych. Przedmiot badań przygotowano w ramach analizy numerycznej zniszczenia materiału na skutek rozdzielenia włókien w oparciu o środowisko Abaqus 6.14. Propagacja procesu pękania materiału została przeprowadzona na podstawie metody badań numerycznych xFEM, stanowiącej metodę rozdzielania włókien materiału niezależnie przebiegającego od siatki elementów skończonych.

7

Experimental study on uniaxial mechanical properties and crack propagation in sandstone containing a single oval cavity

63%

Huang Y. H. , Yang S. Q. , Hall M. R. , Tian W. L. , Yin P. F.

Archives of Civil and Mechanical Engineering

|

2018

|

tom Vol. 18, no. 4

1359--1373

EN

The geometry and orientation of cavities in a rock mass has a significant influence on the failure mechanism and fracture propagation. The theoretical study of these behaviors is of great importance to enable fundamental understanding of unstable failure in rock mechanics. A very limited number of experimental studies have been conducted for sandstone specimens containing oval cavities. Sensitive parameters include the short axis (b) to long axis (a) ratio. Here, we enhance the present understanding of crack coalescence behavior around an oval cavity by applying uniaxial compression tests to sandstone cores containing manually inserted single oval cavity, combined with photographic and acoustic emission monitoring. The b:a ratio was varied from 1/4 to 1/1, thus the cross-sectional cavity shape evolved from oval to a fully circular opening. The experimental results showed that the stress–strain curves of specimens containing cavities exhibited multiple stress reductions prior to peak strength, which led to a sudden increase in the accumulated AE count-rate. As the b:a ratio was increased, the uniaxial compressive strength, crack initiation stress and peak strain of cavity specimens all decreased linearly. Tensile fractures, shear fractures, and compound shear-tensile fractures were all observed to emanate from the cavities. Compared to the intact specimen, the failure mode of cavity specimens comprised a mixture of tensile and shear cracks, emanating from the tips (or surfaces) of the oval cavity. For specimen with a cavity angle of 45°, when the b:a ratio was below 1/2, no tensile crack from the surface of short axis was initiated, whereas tensile crack was observed clearly after b:a = 1/2. This study not only increases our understanding of mechanical failure behavior in fractured rock, but also enhances our knowledge of underground tunneling or roadway stability.

8

Numerical analysis of geometrical parameters effect on contact zone under fretting fatigue loading

63%

Ikhlef Chaouch M. , Baltach A. , Benhamena A.

|

tom Vol. 22, nr 4(74)

5--20

EN

The fatigue process under fretting conditions is characterized by small oscillatory movements due to vibrating or cyclic loads between two surfaces in contact. Two phenomena can arise as a consequence: the surface wear of the bodies in contact, giving rise to the so-called fretting wear. The second phenomenon concerns crack nucleation in the contact region, causing a reduction in the fatigue strength of the component subjected to cyclic loading. This process is called “fretting fatigue”. In the present study, finite element models (2D-FEM) are provided to demonstrate the effect of pad radius on the contact parameters such as: contact pressure, shear traction, stresses, sliding, size of contact line and crack nucleation and its location along the contact line of aeronautical Al2024 alloy under fretting fatigue loading. Six numerical models are utilized to describe the effect of changing pad radii on contact stresses and damage of crack nucleation. The Ruiz parameter criterion should be used to predict the location of crack initiation in the contact zone. Comparison of the finite element results shows that there is a good agreement between the numerical modeling predictions with those analytical results. The stress field, relative slip, and damage parameters in fretting fatigue loading were highlighted. The pad radius substantially affects the distribution of contact parameters. Particular attention must be taken into consideration to this variable when analyzing the structure in fretting fatigue.

9

Crack initiation and propagation in a press column under compressive load.

63%

Olmi G. , Freddi A.

Archive of Mechanical Engineering

|

2005

|

tom Vol. LII, nr 4

323-340

EN

One of the worst accidents that can take place in industrial presses is related to the risk of generating cracks in the columns. In order to avoid press columns from being subjected to tensile stress in the loading phase, the columns are sometimes assembled precompressed, so that nominal stress maintains negative values throughout the work cycle. Previous researches have considered cracks propagating under cyclic compressive loads in notched specimens. In these cases, the fatigue cracks are initiated at the notch root due to residual tensile stresses and grew at a progressively decreasing speed before arresting. The subject of the present paper is to give a paradigmatic example of crack initiation and propagation also in a general compressive field.

PL

Jedna z najgroźniejszych awarii, jaka może wystąpić w prasach przemysłowych, jest związana z ryzykiem powstawania pęknięć w kolumnach. By uniknąć narażenia kolumn prasy na naprężenia rozciągające w fazie obciążenia, przy montażu kolumn wprowadza się niekiedy kompresję wstępną, dzięki czemu nominalne naprężenia zachowują wartości ujemne przez cały cykl roboczy. Poprzednie badania dotyczyły rozwoju pęknięć powstających w próbkach z nacięciem pod wpływem obciążenia okresowo zmiennego. W tych przypadkach pęknięcia zmęczeniowe są inicjowane u podstawy nacięcia jako wynik resztkowego naprężenia rozciągającego i rozwijają się z prędkością malejącą stopniowo aż do zatrzymania. Przedmiotem obecnej pracy jest pokazanie paradygmatycznego przykładu powstawania i rozwoju pęknięć także w ogólnym polu naprężeń ściskających.

10

Onset of crack initiation in uniaxial and triaxial compression tests of dolomite samples

63%

Cieślik J.

Studia Geotechnica et Mechanica

|

2014

|

tom Vol. 36, nr 1

23--27

EN

The paper presents results of laboratory investigation and analysis of crack initiation threshold identification of dolomite samples. First, selected methods for determining crack initiation thresholds are briefly described with special attention paid to four methods: crack volume strain method [14], change in Poisson’s ratio [8], lateral strain response method [16], and dilatancy method [4]. The investigation performed on dolomite samples shows that for the uniaxial and conventional triaxial compression tests, the above mentioned methods give quite similar values, except for the crack volume strain method. Crack initiation threshold determined by this method has a distinctively lower value than that obtained by the other methods. The aim of the present paper was to review and assess these methods for identifying crack initiation threshold based on laboratory tests of dolomite samples.

11

Criterion for crack initiation from notch located at the interface of bi-material structure

63%

Mieczkowski G.

Eksploatacja i Niezawodność

|

2019

|

tom Vol. 21, no. 2

301--310

EN

The fracture process of bi-material structure with the notch was analysed in this work. For fracture prediction, a criterion based on the Theory of Critical Distances was used. Under analysis were elements made of aluminium alloy and polymer combination (with a various structural notch-tip angle), which then were subjected to the three-point bending test. Values of critical loads resulting from the used hypothesis were compared with values obtained from the experiment. Validation of the selected criterion required defining a qualitative and quantitative description of singular stress fields present around the structural notch-tip area. Therefore, such solutions were obtained and methodology of their determining was discussed.

PL

W pracy przedstawiono wyniki badań dotyczących pękania struktury bi-materiałowej z karbem usytuowanym na interfejsie. Do prognozowania inicjacji procesu pękania zastosowano kryterium oparte na punktowej teorii krytycznych dystansów. Analizowano elementy wykonane ze stopu aluminium i polimerów (PC, PMMA), które poddane były trójpunktowemu zginaniu. Wartości obciążeń krytycznych wynikających z wykorzystanej hipotezy porównano z wartościami uzyskanymi z eksperymentu. Walidacja wybranego kryterium wymagała określania jakościowego i ilościowego opisu osobliwych pól naprężeń, występujących w okolicy wierzchołkowej karbu strukturalnego. W związku z tym, uzyskano takie rozwiązania i omówiono metodykę ich otrzymywania.

12

Observations on fatigue crack growth and fatigue life of riveted lap joints

63%

Skorupa A. , Skorupa M. , Machniewicz T. , Korbel A.

Mechanics and Control

|

2012

|

tom Vol. 31, no. 3

108--114

EN

Effects of variables related to design and production of riveted lap joints representative of longitudinal sheet connections for a pressurized transport aircraft fuselage were experimentally investigated. The specimens from an aircraft Al alloy D16 Alclad sheets of three different thicknesses (1.9, 1.2 and 0.8 mm) were assembled under load control using round head rivets and rivets with the compensator from a P24 Al alloy. For the joints from 1.9 mm thick sheets fatigue tests indicated a dependency of the crack initiation site and crack path on the squeeze force level and on the rivet type. At the same time, increasing the squeeze force led to improved fatigue properties of the joints, specimens assembled using the rivets with the compensator showing fatigue lives consistently longer than joints with the round head rivets. All observed trends have been explained based on hole expansion and load transfer measurements. For thin sheets connected using the round head rivets, local deformations and indentations under the driven rivet head promoted crack initiation and failure in the adjacent sheet. Fatigue test results indicated that the detrimental effect of this type imperfections could outweigh the benefits associated with a decrease in secondary bending due to thinning the sheets. The rivets with the compensator were observed to cause significant local imperfections beneath the manufactured head, which adversely affected the joint fatigue performance.

PL

Sposób zniszczenia i wytrzymałość zmęczeniowa połączeń zakładkowych stosowanych w lotnictwie zależy od wielu czynników technologicznych i konstrukcyjnych, a w szczególności od rodzaju nitu i siły jego zakuwania oraz grubości łączonych blach. W artykule omówiono te zagadnienia na przykładzie blach o różnych grubościach z lotniczego stopu aluminium D16, połączonych zakładkowo za pomocą nitów z łbem kulistym ze stopu PA24. Próbki połączeń poddawane były stałoamplitudowym obciążeniom zmęczeniowym przy różnych poziomach naprężeń nominalnych. Wykazano, że wraz ze wzrostem siły zakuwania nitów rośnie trwałość zmęczeniowa połączenia, a tor pęknięcia oddala się od przekroju netto blachy. Zaobserwowano, że pęknięcia zmęczeniowe pojawiają się w blasze, w której ekspansja otworów nitowych jest mniejsza, co z kolei zależy od rodzaju nitu. Trendy te wyjaśniono na podstawie wyników pomiarów ekspansji otworów nitowych wypełnionych nitami zakutymi przy użyciu różnych sił oraz z uwzględnieniem wyznaczonego eksperymentalnie względnego udziału poszczególnych rzędów nitów w transferze obciążenia. Stwierdzono, że nity z kompensatorem nie są odpowiednie do łączenia cienkich blach; w trakcie zakuwania powstają znaczne deformacje złącza obniżające jego własności zmęczeniowe.

13

Modelling fatigue crack growth in HAZ of welded area

63%

Gliha V. , Hutsaylyuk V. , Sniezek L. , Vuherer T.

Archive of Mechanical Engineering

|

2008

|

tom Vol. LV, nr 4

389-403

EN

The small artificial surface defects in the coarse-grain steel are studied. The size of the used defects is smaller than the most relevant microstructural unit of steel, i.e. the average grain size. The samples of coarse-grain steel are prepared using a welding thermal-cycle simulator and a laboratory furnace. The defects are made by indenting with a Vickers pyramid. One of the final results of the defect making is the existence of local residual stresses. The influence of residual stresses on the crack initiation from those artificial defects is discussed in the article.

PL

W pracy dokonano analizy inicjacji pęknięć zmęczeniowych w obrębie defektu powierzchniowego w zamodelowanej strefie wpływu ciepła złącza spawanego elementów ze stali konstrukcyjnej. Próbki z pasmami ziaren o strukturze martenzytycznej wykonano z wykorzystaniem termocyklicznego symulatora spawania oraz pieca laboratoryjnego. Inicjator pękania wykonano w obszarze struktury gruboziarnistej za pomocą wgłębnika twardościomierza Vickersa, uzyskując lokalne spiętrzenie naprężeń. Wielkość uzyskanego odcisku nie przekraczała wielkości pojedynczego ziarna. Badane próbki poddano stałoamplitudowemu zginaniu z częstotliwością f podobne do 115 Hz, przy współczynniku asymetrii R podobne do 0. Otrzymane wyniki badań poddano analizie a pracę zakończono wnioskami.

14

The peculiarities of fatigue process zone formation of structural materials

51%

Chepil R. , Vira V. , Kulyk V. , Kharchenko Y. , Duriagina Z.

Diagnostyka

|

2018

|

tom Vol. 19, No. 4

27--32

EN

It is shown that with a cyclic loading in the vicinity of the stress concentrator within the static and cyclic plastic zones, a specific volume of material is gradually formed - the fatigue process zone. Its size d* determines the length of non-propagated cracks or safety defects in the material and can be a determining factor in the diagnosis of material damage. For these materials, the size d* does not depend a lot on the type and geometric characteristics of the stress concentrator. It can be determined by laboratory conditions. While detecting the defects which are longer than d* , it is decided to reduce the intervals between inspections of the construction element, repair or replace it.

PL

Pokazano, że cykliczne obciążenie w pobliżu koncentratora naprężeń w statycznych i cyklicznych strefach plastycznych stopniowo tworzy specyficzną objętość materiału - strefę procesu zmęczeniowego. Jej rozmiar d* określa długość nierosnących pęknięć lub innych bezpiecznych defektów i może być czynnikiem decydującym w diagnozie uszkodzeń materiału. Dla badanych materiałów rozmiar d* mało zależy od rodzaju i geometrycznych charakterystyk koncentratora naprężeń. Można go wyznaczyć w warunkach laboratoryjnych. Po ujawnieniu defektów, dłuższych niż d* , podejmuje się decyzję o skróceniu czasu między przeglądami elementów konstrukcji, jego remoncie lub zamianie.