CEL PRACY ZAKRES PRACY

Transkrypt

1 CEL PRACY. Analiza energetycznych kryteriów zęczenia wieloosiowego pod względe zastosowanych ateriałów, rodzajów obciążenia, wpływu koncentratora naprężenia i zakresu stosowalności dla ałej i dużej liczby cykli.. Modyfikacja kryteriów wytężenia pod kąte uwzględnienia typu obciążenia, rodzaju badanego ateriału i wpływu obciążenia średniego na trwałość zęczeniową ateriału konstrukcyjnego. 3. Porównanie trwałości zęczeniowej uzyskanej według zodyfikowanych kryteriów i otrzyanej doświadczalnie w przypadku obciążenia próbek gładkich i z karbe przy zginaniu, skręcaniu i równoczesny zginaniu ze skręcanie. ZAKRES PRACY. Przeprowadzenie analizy literatury ze szczególny uwzględnienie etod i odeli opisu wpływu wartości średniej naprężenia na trwałość zęczeniową.. Analiza związków, opisujących zęczenie ateriału w warunkach obciążeń zginających i skręcających, określenie ateatycznego odelu opisującego wpływ wartości średniej naprężenia w analizowanych przypadkach obciążenia. 3. Modyfikację energetycznego kryteriu wytrzyałości zęczeniowej z uwzględnienie zaproponowanego odelu uwzględniającego wpływ wartości średniej naprężenia.. Analiza wyników badań zęczeniowych i porównanie trwałości eksperyentalnej z trwałością obliczoną przy poocy proponowanych odeli zęczenia wieloosiowego. - -

2 WPŁYW OBCIĄŻENIA ŚREDNIEGO Jedny z paraetrów opisujących zachowanie się ateriału pod wpływe naprężeń średnich jest współczynnik ψ, określający wrażliwość ateriału na asyetrię cyklu. Najczęściej wykorzystuje się go przy opisie wytrzyałości zęczeniowej ateriału na pozioie granicy zęczenia i jego wartość uzależniona jest od rodzaju ateriału. W pracy przyjęto założenie, że wartość współczynnika wrażliwości ateriału na asyetrię cyklu zależy nie tylko od rodzaju ateriału, lecz także od liczby cykli N niszczących ateriał. a N..55 Wykres zależności ψ = f (N) Stal GA zginanie γ.5 skręcanie γ N ψ = f (N).5. ψ =,9 N -,.35 N < N.3 ψ = 3, N -, dla N ψ = tgγ dla N ψ = tgγ N [cykle] Na podstawie wyników badań doświadczalnych zawartych w pracy do opisu ziany wartości współczynnika zaproponowano funkcję w postaci ψ( N) = ηn λ gdzie: η, λ - paraetry, których wartości są wyznaczane na podstawie badań zęczeniowych przy obciążeniach wahadłowych (R = -) i odzerowo tętniących (R = ). Rysunek powyżej przedstawia scheatyczne ujęcie przyjętego założenia oraz przykładowy wykres zian współczynnika ψ wraz z liczbą cykli N dla próbek ze stali GA poddanych zginaniu i skręcaniu. Wyraźnie widoczny jest silniejszy wpływ obciążenia średniego dla trwałości N = 5 cykli, co potwierdza przyjęte założenie. - -

3 PARAMETR ENERGETYCZNY W oparciu o wyznaczoną funkcję ziany współczynnika ψ = ψ(n) zaproponowano zodyfikowaną postać liniowej zależności transforacyjnej ze względu na udział obciążeń średnich a (N) = a + ψ(n) = a + ηn λ a (N) gdzie : - aplituda naprężenia przebiegu wahadłowego (R = -), równoważnego pod względe zęczenia przebiegowi niesyetryczneu (R ). Wykorzystując tę zależność do opisu pętli histerezy krzywej cyklicznego odkształcenia dla przebiegów zęczeniowych z wartością średnią naprężenia ożey obliczyć jej pole, co pozwala na wyznaczenie energii W p odkształcenia plastycznego rozpraszanej w ateriale podczas jednego cyklu obciążenia. ε = f (, ) A ( ε A, A ) ε = f (, ) f f ψ(n) = + + E E n A + + ψ(n) K n n A ψ(n) = + E E + ψ(n) + K n O ε ε ε W p = f d( ) f d( ) Przyjując energię odkształcenia W* jako paraetr energetyczny opisujący wytężenie ateriału przy obciążeniach zęczeniowych, uzyskujey ożliwość przedstawienia przebiegów o różnych współczynnikach asyetrii cyklu na jedny wykresie (W*-N). Paraetr W* jest liczony jako sua energii właściwej odkształcenia sprężystego, energii odkształcenia sprężystego pochodzącego od naprężenia średniego i energia właściwej odkształcenia plastycznego: W * = W e + W + W p = E + E ψ(n) + f d( ) f d( ) - 3 -

4 POWIERZCHNIA AMPLITUD GRANICZNYCH Wytrzyałość zęczeniowa ateriału z uwzględnienie naprężenia średniego oże być opisana za poocą funkcji a = f(, N), gdzie a jest dopuszczalną (graniczną) aplitudą obciążenia ziennego dla zadanej wartości średniej i trwałości N ateriału. Uwzględniając wcześnie przedstawione zależności w pracy zaproponowano opis powierzchni aplitud granicznych w postaci: a (, N) = Z G N N ηn λ gdzie:, Z G, N - stałe ateriałowe, η,λ - paraetry równania opisanego wcześniej. Rysunki poniżej przedstawiają przykład powierzchni uzyskanej eksperyentalnie, odpowiadający jej kontur teoretyczny wyznaczony według powyższego równania i rozkład błędu względnego dopuszczalnych aplitud obliczony z odelu i wyznaczony eksperyentalnie Rozkład błędu względnego R Wyniki badań dla próbek cylindrycznych gładkich poddanych zginaniu - - N [cykle]

5 BADANIA EKSPERYMENTALNE Badany ateriał stanowiły stale niskostopowe GA i HNAP Stal Skład cheiczny [%] Własności wytrzyałościowe GA.C.Mn.Si R e =357 [MPa], R =535 [MPa],.9P.S.9Cr E=. 5 [ MPa], ν=.3,.ni.7cu n` =.7, K` = 9 [MPa] HNAP.C.9P.35Ni.5Mn.S.Cu.Si.5Cr R e = [MPa], R =5 [MPa], E=.5 5 [ MPa], ν=.9, n` =.33, K` = 3 [MPa] Próbki użyte do badań zęczeniowych przedstawiono na rysunku poniżej. Próbka gładka Próbka z karbe Warunki badań zeczeniowych: Testy zęczeniowe obejowały obciążenia proporcjonalne, sinusoidalnie zienne z udziałe wartości średniej naprężenia. Stosunki naprężeń średnich w badanej próbce były takie sae, jak stosunki aplitud naprężeń ziennych. Przeprowadzone badania obejowały swy zakrese cztery stany obciążenia próbek, ustalone wartością kąta α określającego kobinację zginania ze skręcanie: α = [rad] (czyste zginanie), α = π/ [rad] (kobinacja zginania ze skręcanie), M ; t = τ t M sα = gα α () α () M = M () t = τ () t α =,7 [rad] (kobinacja zginania ze skręcanie), ;, α = π/ [rad] (czyste skręcanie). W przypadku próbek ze stali HNAP badania zęczeniowe przeprowadzono dla ustalonych wartości naprężenia średniego (, τ = const ), zaś dla próbek ze stali GA zastosowano procedurę badań, w której paraetre deterinujący wartość średnią był współczynnik asyetrii cyklu R - badania zęczeniowe przeprowadzono dla R const = -; -,5;. sα gα α α - 5 -

6 STANOWISKO DO BADAŃ ZMĘCZENIOWYCH Badania zęczeniowe wykonano na stanowisku MZGS-*. Stanowisko uożliwia realizację badań zęczeniowych według przyjętego prograu badań. Widok stanowiska przedstawiono na rysunku poniżej. * (Achtelik H., Jaroz L.: Patent PRL nr 97, CSR nr 3 i HDR nr 35) - -

7 WYNIKI BADAŃ EKSPERYMENTALNYCH Rysunek poniżej przedstawia przykładowe wykresy porównania trwałości zęczeniowej uzyskanej eksperyentalnie z trwałością obliczoną według różnych odeli znanych w literaturze. Zaproponowany w pracy własny odel obliczeniowy został oznaczony jako Model PG. N obl [cykle] Stal GA Zginanie ze skręcanie R = Zalezność transf. Model PG Goodan Gerber Marin Morrow Klian N exp [cykle] N obl [cykle] Stal HNAP Zginanie: = 5 [MPa] Zależność transf. Model PG Goodan Gerber Marin Morrow Klian N exp [cykle] Stosując zaproponowany w pracy paraetr energetyczny W* opisano różne przypadki obciążeń na jedny wykresie zęczeniowy w układzie współrzędnych W* - N. Rysunki poniżej przedstawiają przykładowe wykresy opisu trwałości zęczeniowej z zastosowanie paraetru energetycznego W*. Stal GA R = ( = a ) Stal HNAP Zginanie, = 75 [MPa] W* [MJ/ 3 ] Zginanie Skręcanie Zginanie ze skręcanie Linia bazowa R = - ( = Przedział N exp / N obl = 3 (/3) W* [MJ/ 3 ] Skręcanie, τ = 75 [MPa] Zginanie ze skręcanie, = τ = 3 [MPa] 5 7 N [cykle] N [cykle] - 7 -

8 PODSUMOWANIE I WNIOSKI Przedstawione w pracy wyniki badań zęczeniowych próbek wykonanych ze stali GA oraz HNAP, poddanych synchroniczny, cyklicznie zienny obciążenio zginający i skręcający przy różnych wartościach obciążenia średniego pozwalają sforułować następujące wnioski:. Wartość średnia naprężenia w istotny sposób wpływa na wartości dopuszczalnych aplitud naprężenia deterinując ty say trwałość zęczeniową ateriału. Zwiększenie wartości średniej naprężenia powoduje spadek wartości aplitudy naprężenia.. Wpływ wartości średniej naprężenia na dopuszczalne aplitudy naprężenia zależy od rodzaju ateriału. Dla danego ateriału wrażliwość ateriału na asyetrię cyklu zienia się wraz z liczbą cykli do zniszczenia. Efekt ten został opisany przy poocy funkcji ziany współczynnika wrażliwości ateriału na asyetrię cyklu. 3. Zaproponowano algoryt obliczania trwałości zęczeniowej z uwzględnienie wpływu obciążenia średniego przy poocy zodyfikowanej, liniowej zależności poiędzy aplitudą naprężenia i wartością średnią naprężenia. Modyfikacja polega na uwzględnieniu zależności określającej zianę wpływu wartości średniej naprężenia na dopuszczalne aplitudy naprężenia wraz z liczbą cykli do zniszczenia.. Spośród analizowanych odeli, uwzględniających wpływ wartości średniej naprężenia na trwałość zęczeniową, najlepsze wyniki oceny trwałości zęczeniowej uzyskano za poocą odelu PG, uwzględniającego założenia i wyniki analiz zawartych w pracy. 5. Model PG posłużył do odyfikacji kryteriu energii odkształcenia całkowitego w celu uwzględnienia wartości średniej obciążenia, co pozwoliło w sposób efektywny odnieść przypadki obciążeń niesyetrycznych do obciążeń o zerowej wartości naprężenia średniego. - -