METODOLOGIA ANALIZY DANYCH DOŚWIADCZALNYCH PROPAGACJI PĘKNIĘĆ ZMĘCZENIOWYCH W WARUNKACH OBCIĄŻEŃ Z PRZECIĄŻENIAMI

Podobne dokumenty
Eksperymentalne określenie krzywej podatności. dla płaskiej próbki z karbem krawędziowym (SEC)

MODYFIKACJA RÓWNANIA DO OPISU KRZYWYCH WÖHLERA

Zmęczenie Materiałów pod Kontrolą

prof. dr hab. inż. Tomaszek Henryk Instytut Techniczny Wojsk Lotniczych, ul. Księcia Bolesława 6, Warszawa, tel.

ZMĘCZENIE MATERIAŁU POD KONTROLĄ

ZASTOSOWANIE NAŚWIETLANIA LASEROWEGO DO BLOKADY PROPAGACJI PĘKNIĘĆ ZMĘCZENIOWYCH

OPIS PROPAGACJI PĘKNIĘĆ W STOPIE AL 2024-T4

STATYCZNA PRÓBA ROZCIĄGANIA

Integralność konstrukcji

Metody badań materiałów konstrukcyjnych

ĆWICZENIE 15 WYZNACZANIE (K IC )

Dobór materiałów konstrukcyjnych cz. 10

STATYCZNA PRÓBA ROZCIĄGANIA

Spis treści. Przedmowa 11

Spis treści Przedmowa

Wykład 8: Lepko-sprężyste odkształcenia ciał

13. ZMĘCZENIE METALI *

Drgania poprzeczne belki numeryczna analiza modalna za pomocą Metody Elementów Skończonych dr inż. Piotr Lichota mgr inż.

Wyboczenie ściskanego pręta

Spis treści. Przedmowa... XI. Rozdział 1. Pomiar: jednostki miar Rozdział 2. Pomiar: liczby i obliczenia liczbowe... 16

INSTRUKCJA DO ĆWICZEŃ LABORATORYJNYCH

PEŁZANIE WYBRANYCH ELEMENTÓW KONSTRUKCYJNYCH

LINIOWA MECHANIKA PĘKANIA

Politechnika Białostocka INSTRUKCJA DO ĆWICZEŃ LABORATORYJNYCH

Integralność konstrukcji

OPTYMALIZACJA KSZTAŁTU WYKRESU WÖHLERA Z WYKORZYSTANIEM ALGORYTMÓW EWOLUCYJNYCH W UJĘCIU DIAGNOSTYCZNYM

Politechnika Białostocka INSTRUKCJA DO ĆWICZEŃ LABORATORYJNYCH

Materiały Reaktorowe. Właściwości mechaniczne

LINIOWA MECHANIKA PĘKANIA

Modele materiałów

Badania właściwości zmęczeniowych bimetalu stal S355J2- tytan Grade 1

ANALYSIS OF FATIGUE CRACK GROWTH RATE UNDER MIXED-MODE LOADING

Rys Wykres kosztów skrócenia pojedynczej czynności. k 2. Δk 2. k 1 pp. Δk 1 T M T B T A

Politechnika Białostocka INSTRUKCJA DO ĆWICZEŃ LABORATORYJNYCH

Wyniki badań niskocyklowej wytrzymałości zmęczeniowej stali WELDOX 900

Optymalizacja ciągła

α k = σ max /σ nom (1)

Dopasowanie prostej do wyników pomiarów.

Metoda elementów skończonych

KORELACJE I REGRESJA LINIOWA

Teoria błędów. Wszystkie wartości wielkości fizycznych obarczone są pewnym błędem.

Mechanika i wytrzymałość materiałów instrukcja do ćwiczenia laboratoryjnego

Defi f nicja n aprę r żeń

Wprowadzenie do Techniki. Materiały pomocnicze do projektowania z przedmiotu: Ćwiczenie nr 2 Przykład obliczenia

Mechanika Doświadczalna Experimental Mechanics. Budowa Maszyn II stopień (I stopień / II stopień) ogólnoakademicki (ogólno akademicki / praktyczny)

Wyłączenie redukcji parametrów wytrzymałościowych ma zastosowanie w następujących sytuacjach:

WYKŁAD 8 ANALIZA REGRESJI

Statystyka. Wykład 8. Magdalena Alama-Bućko. 10 kwietnia Magdalena Alama-Bućko Statystyka 10 kwietnia / 31

ROZWIĄZYWANIE UKŁADÓW RÓWNAŃ NIELINIOWYCH PRZY POMOCY DODATKU SOLVER PROGRAMU MICROSOFT EXCEL. sin x2 (1)

ĆWICZENIA LABORATORYJNE Z KONSTRUKCJI METALOWCH. Ć w i c z e n i e H. Interferometria plamkowa w zastosowaniu do pomiaru przemieszczeń

CEL PRACY ZAKRES PRACY

Metoda określania pozycji wodnicy statków na podstawie pomiarów odległości statku od głowic laserowych

Metodyka budowy modeli numerycznych kół pojazdów wolnobieżnych wykorzystywanych do analiz zmęczeniowych. Piotr Tarasiuk

POLITECHNIKA ŚLĄSKA W GLIWICACH Wydział Mechaniczny Technologiczny PRACA DYPLOMOWA MAGISTERSKA

Dopasowywanie modelu do danych

Wydział Inżynierii Mechanicznej i Robotyki PROBLEMY ZWIĄZANE Z OCENĄ STANU TECHNICZNEGO PRZEWODÓW STALOWYCH WYSOKICH KOMINÓW ŻELBETOWYCH

8. PODSTAWY ANALIZY NIELINIOWEJ

WSKAZÓWKI DO WYKONANIA SPRAWOZDANIA Z WYRÓWNAWCZYCH ZAJĘĆ LABORATORYJNYCH

WYZNACZANIE MODUŁU YOUNGA METODĄ STRZAŁKI UGIĘCIA

Wprowadzenie do analizy korelacji i regresji

Wyniki pomiarów okresu drgań dla wahadła o długości l = 1,215 m i l = 0,5 cm.

Karta (sylabus) modułu/przedmiotu Mechatronika Studia pierwszego stopnia. Wytrzymałość materiałów Rodzaj przedmiotu: obowiązkowy Kod przedmiotu:

Wyznaczanie modułu Younga metodą strzałki ugięcia

3. Modele tendencji czasowej w prognozowaniu

KARTA INFORMACYJNA PRZEDMIOTU

WYZNACZANIE WYTRZYMAŁOŚCI BETONU NA ROZCIĄGANIE W PRÓBIE ZGINANIA

MODELOWANIE POŁĄCZEŃ TYPU SWORZEŃ OTWÓR ZA POMOCĄ MES BEZ UŻYCIA ANALIZY KONTAKTOWEJ

CHARAKTERYSTYKA MECHANIZMÓW NISZCZĄCYCH POWIERZCHNIĘ WYROBÓW (ŚCIERANIE, KOROZJA, ZMĘCZENIE).

Tutaj powinny znaleźć się wyniki pomiarów (tabelki) potwierdzone przez prowadzacego zajęcia laboratoryjne i podpis dyżurujacego pracownika obsługi

Podstawowe przypadki (stany) obciążenia elementów : 1. Rozciąganie lub ściskanie 2. Zginanie 3. Skręcanie 4. Ścinanie

INSTRUKCJA DO ĆWICZEŃ LABORATORYJNYCH

Rys Przykładowe krzywe naprężenia w funkcji odkształcenia dla a) metali b) polimerów.

Wyznaczanie przyspieszenia ziemskiego za pomocą wahadła prostego

Ćw. nr 31. Wahadło fizyczne o regulowanej płaszczyźnie drgań - w.2

Podstawy opracowania wyników pomiarów z elementami analizy niepewności pomiarowych

INSTRUKCJA DO CWICZENIA NR 4

Ćw. nr 1. Wyznaczenie przyspieszenia ziemskiego za pomocą wahadła prostego

Statystyka opisowa. Wykład V. Regresja liniowa wieloraka

Zadanie 1 Zakładając liniową relację między wydatkami na obuwie a dochodem oszacować MNK parametry modelu: y t. X 1 t. Tabela 1.

Projektowanie elementów z tworzyw sztucznych

Właściwości reologiczne

KADD Metoda najmniejszych kwadratów funkcje nieliniowe

Temat 1 (2 godziny): Próba statyczna rozciągania metali

FIZYKA klasa 1 Liceum Ogólnokształcącego (4 letniego)

Wprowadzenie Metoda bisekcji Metoda regula falsi Metoda siecznych Metoda stycznych RÓWNANIA NIELINIOWE

Jak poprawnie napisać sprawozdanie z ćwiczeń laboratoryjnych z fizyki?

LABORATORIUM Z FIZYKI

PaleZbrojenie 5.0. Instrukcja użytkowania

Statystyka w pracy badawczej nauczyciela Wykład 4: Analiza współzależności. dr inż. Walery Susłow walery.suslow@ie.tu.koszalin.pl

(R) przy obciążaniu (etap I) Wyznaczanie przemieszczenia kątowego V 2

OBLICZANIE KÓŁK ZĘBATYCH

ANALIZA REGRESJI SPSS

Statystyka. Wykład 9. Magdalena Alama-Bućko. 24 kwietnia Magdalena Alama-Bućko Statystyka 24 kwietnia / 34

Analiza korelacyjna i regresyjna

Wyznaczenie reakcji belki statycznie niewyznaczalnej

INSTRUKCJA DO ĆWICZEŃ LABORATORYJNYCH

Przekładnie ślimakowe / Henryk Grzegorz Sabiniak. Warszawa, cop Spis treści

Wydział Inżynierii Lądowej i Środowiska Katedra Inżynierii Drogowej

PLAN WYNIKOWY DLA KLASY DRUGIEJ POZIOM PODSTAWOWY I ROZSZERZONY. I. Proste na płaszczyźnie (15 godz.)

Trwałość zmęczeniowa złączy spawanych elementów konstrukcyjnych

Transkrypt:

Sylwester KŁYSZ Instytut Techniczny Wojsk Lotniczych Paweł SZABRACKI Uniwersytet Warmińsko-Mazurski w Olsztynie PRACE NAUKOWE ITWL Zeszyt 25, s. 157 169, 2009 r. DOI 10.2478/v10041-009-0014-x METODOLOGIA ANALIZY DANYCH DOŚWIADCZALNYCH PROPAGACJI PĘKNIĘĆ ZMĘCZENIOWYCH W WARUNKACH OBCIĄŻEŃ Z PRZECIĄŻENIAMI W pracy przedstawiono opis wpływu przeciążeń na prędkość propagacji pęknięć zmęczeniowych z wykorzystaniem modelu opóźnień. Poddano analizie wyniki badań doświadczalnych próbek typu RCT wykonanych ze stopu tytanowego WT3-1 w celu określenia zależności między poszczególnymi parametrami tego modelu. Dopasowanie obliczeń teoretycznych do danych doświadczalnych przeprowadzono w dwóch wariantach: analizując dane w całym zakresie trwałości do zniszczenia próbki i analizując osobno dane w zakresach pomiędzy przeciążeniami wyznaczając w każdym przypadku wartości współczynników C, m, n dla modelu opóźnień. Przedstawiono zależność wartości współczynników od wielkości współczynnika intensywności naprężeń w cyklach przeciążeniowych. Słowa kluczowe: propagacja pęknięć zmęczeniowych, wzór Parisa, model opóźnień Wheelera, cykle przeciążeniowe, stop tytanu WT3-1. 1. Wstęp Analiza wytrzymałości materiałów poddawanych obciążeniom cyklicznie zmiennym jest zagadnieniem rozwijanym od połowy minionego stulecia. Do tej pory prace światowych specjalistów z dziedziny mechaniki pękania wykazały znaczne zaawansowanie prac nad numeryczną analizą wyników doświadczalnych. Liczne modele matematyczne rozwoju pęknięć zmęczeniowych zaproponowane m.in. przez Parisa czy Formana opisują rozwój pęknięcia z uwzględnieniem wielu czynników, takich jak charakterystyki materiałowe, geometria próbki czy elementu konstrukcji, działające obciążenia i ich sekwencja.

158 Sylwester KŁYSZ, Paweł SZABRACKI Większość modeli opisuje rozwój pęknięcia dla stałoamplitudowego widma obciążeń. Wpływ pojedynczych cykli przeciążeniowych na rozwój pęknięcia przedstawia rys. 1. Z chwilą pojawienia się przeciążenia następuje zmiana prędkości propagacji pęknięcia (zmniejszenie w pewnym okresie, a następnie powrót do tego samego tempa rozwoju co przed wystąpieniem przeciążenia) wywołująca w konsekwencji wydłużenie czasu rozwoju pęknięcia (opóźnienie). Rys. 1. Schematyczny wpływ przeciążenia na rozwój pęknięcia. Krzywa 1 rozwój w warunkach obciążenia stałoamplitudowego, krzywa 2 rozwój dla obciążenia z przeciążeniem [1] Wheeler [2], na podstawie analizy danych doświadczalnych, zaproponował model matematyczny opisujący wpływ pojedynczych cykli przeciążeniowych na rozwój pęknięcia. Model zaproponowany przez Wheelera zakłada wprowadzenie dodatkowego parametru do równania opisującego rozwój pęknięcia współczynnika opóźnienia C p. Wzór Parisa, z wprowadzoną modyfikacją Wheelera, przyjmuje postać: dl CC ( K) m p dn = (1) Zaproponowana przez Wheelera zależność opisująca współczynnik opóźnienia C p ma postać: C p rpi = lor + rpp l i n (2) gdzie r pi oznacza rozmiar strefy odkształceń plastycznych wywołanej i-tym cyklem obciążenia stałoamplitudowego, r pp oznacza rozmiar strefy odkształceń plastycznych wywołanej cyklem przeciążeniowym, n jest wyznaczane doświadczalnie, l i, l or dłu-

Metodologia analizy danych doświadczalnych propagacji pęknięć zmęczeniowych... 159 gość pęknięcia w cyklu bieżącym i przeciążeniowym. Zależności opisujące rozmiar stref odkształceń plastycznych zostały dokładnie opisane m.in. w publikacji [3]. Model Wheelera nie daje odpowiedniego odzwierciedlenia wpływu przeciążeń na prędkość propagacji pęknięć zmęczeniowych. Wspomniany model daje możliwość opisu propagacji pęknięć w materiałach, dla których po wystąpieniu cyklu przeciążeniowego zmiana długości pęknięcia w funkcji liczby cykli obciążenia wykazuje po wyhamowaniu tempa przyrostu (w odniesieniu do tempa przed wystąpieniem przeciążenia) monotoniczny wzrost aż do momentu wyjścia z przeciążeniowej strefy plastycznej lub do wystąpienia następnego przeciążenia. Model ten opisuje dobrze również materiały, w których po przeciążeniu następuje silne wyhamowanie tempa przyrostu długości pęknięcia w długim okresie po przeciążeniu, np. do momentu powstania następnego przeciążenia [5]. Na rys. 2 przedstawiono wpływ zmiany wartości wykładnika modelu Wheelera n na współczynnik opóźnień C p. 1 0,8 0,6 0,4 n=0 Cp n=0,5 n=1 n=0 n=0,5 n=1 n=2 0,2 n=2 l [mm] 0 17,155 17,165 17,175 17,185 17,195 Rys. 2. Zależność współczynnika opóźnień od wykładnika modelu Wheelera W rzeczywistości zmiana prędkości propagacji pęknięcia, a tym samym i współczynnika C p jest bardziej złożona w początkowym etapie następuje przyśpieszony rozwój pęknięcia (wartości współczynnika C p mogą być nawet znacznie większe od jedności zależnie od wielkości przeciążenia), następnie prędkość propagacji spada do wartości minimalnej (mniejszej od prędkości przed wystąpieniem przeciążenia, C p < 1), po czym wzrasta do wartości, jaką miałoby pęknięcie o danej długości, gdyby nie wystąpiło przeciążenie (C p = 1). Po wykonaniu szeregu prób i analiz wyników doświadczalnych, Kłysz [4] zaproponował modyfikację modelu Wheelera. Istotą zmodyfikowanego modelu było założenie, iż przeciążeniowa strefa plastyczna wpływa na prędkość rozwoju pęknięcia (zastosowanie ma model opóźnień) do momentu, gdy wierzchołek pęknięcia, a nie bieżąca strefa plastyczna przed tym pęknięciem, osiągnie jej (tzn. strefy plastycznej przeciążeniowej) granicę. Wyróżniono więc dwa etapy:

160 Sylwester KŁYSZ, Paweł SZABRACKI I etap trwa od momentu wystąpienia przeciążenia do czasu osiągnięcia przez strefę plastyczną wywołaną cyklem bieżącym granicy strefy plastycznej wywołanej cyklem przeciążeniowym, II etap zaczyna się, gdy strefa plastyczna wywołana cyklem bieżącym przekroczy przeciążeniową strefę plastyczną i trwa do momentu osiągnięcia przez wierzchołek pęknięcia granicy przeciążeniowej strefy plastycznej. Na podstawie przytoczonej analizy, autorzy zaproponowali następujące zależności opisujące współczynnik opóźnień [4]: dla etapu I Cp lp+ rpp rpi li 1 n rpi rpp = lp + rpp + rpi li (3) dla etapu II C p n lp+ rpp li rpi r pi,max = lp + rpp + rpi li (4) Na rys. 3 przedstawiono graficznie wpływ zmiany wartości wykładnika n zmodyfikowanego modelu Wheelera na współczynnik opóźnień C p. 1,4 1,2 Cp n=3 n=0 n=0,5 n=1 n=2 n=3 n=6 1 n=2 n=6 0,8 0,6 n=1 0,4 n=0,5 0,2 n=0 l [mm] 0 17,155 17,165 17,175 17,185 17,195 Rys. 3. Zależność współczynnika opóźnień C p od wykładnika n dla zmodyfikowanego modelu Wheelera

Metodologia analizy danych doświadczalnych propagacji pęknięć zmęczeniowych... 161 Ta postać modelu opóźnień pozwala na precyzyjniejszy opis przebiegu propagacji pęknięć zmęczeniowych, tj. zależności zmiany długości pęknięcia w funkcji liczby cykli obciążenia l = f(n). W dalszej części pracy poddano analizie wyniki badań doświadczalnych w celu określenia zależności między poszczególnymi parametrami modelu opóźnień. 2. Metodyka badań Do badań wykorzystano próbki typu RCT (Round Compact Tension specimen). Grubość analizowanych próbek B = 7 mm. Minimalna grubość próbek została wyznaczona tak, aby pękanie zachodziło w płaskim stanie odkształceń. Pozostałe wymiary analizowanych próbek to: W = 40 mm, l 0 = 17 mm. Rys. 4. Próbka RCT do badań propagacji pęknięć zmęczeniowych Zależność opisująca współczynnik intensywności naprężeń dla próbki typu RCT poddanej rozrywaniu ma postać: K I P = Y (5) B W gdzie: P przyłożona siła; B grubość próbki; W szerokość próbki; Y funkcja kształtu próbki, w przypadku próbki RCT opisana zależnością [6]:

162 Sylwester KŁYSZ, Paweł SZABRACKI Y l 2 + 2 3 W 4 l l l l = 0,76 + 4,8 11,58 11,43 4,08 3 W W + W W l 2 1 W (6) Do analizy wykorzystano autorski program, który symulował przebieg rozwoju pęknięcia i porównywał otrzymywane wyniki numeryczne (l obl,i, N i ) z danymi doświadczalnymi (l dośw,i, N i ). Stworzenie nowej aplikacji pozwoliło uniezależnić jej działanie od komercyjnych narzędzi obliczeniowych, a jednocześnie dało możliwość projektowania procesu analizy danych w pełnym zakresie. Metoda najmniejszych kwadratów błędów (l obl,i - l dośw,i ) w przypadku analizy tego typu danych nie przynosi oczekiwanych rezultatów dopasowania. W początkowej fazie wzrostu długości pęknięcia, przyrost długości pęknięcia dl podczas jednego cyklu jest rzędu 10-5 mm, więc błąd dopasowania kilku cykli w tym etapie (nawet o 100 czy 200%) nie wpływa na sumę kwadratów błędów tak znacząco, jak w końcowej fazie propagacji pęknięcia, gdzie w jednym cyklu pęknięcie wzrasta o 0,1 mm. Z tego też powodu zaproponowano jako kryterium dopasowania minimum sumy kwadratów względnych błędów długości pęknięcia (l obl,i - l dośw,i )/l dośw,i. W tym kryterium na każdym poziomie wielkości długości pęknięcia (i prędkości propagacji pęknięcia) wynik obliczeniowy jest porównywany z doświadczalnym na zasadzie: ile razy jest od niego różny co jest wielkością tego samego rzędu niezależnie od tego, czy porównywane są wartości liczbowe na poziomie 10-8 czy 10-2. Dzięki tej modyfikacji kryterium metody najmniejszych kwadratów zapewnia jednakowo silne dopasowanie w całym zakresie danych doświadczalnych. Kolejnym problemem utrudniającym analizę tego typu danych jest fakt, iż po każdym cyklu zmieniają się warunki obliczeniowe przyrasta długość pęknięcia, zmienia się współczynnik intensywności naprężeń i w kolejnym cyklu obciążenia przyrost długości pęknięcia jest inny, nawet jeśli obciążenie jest stałoamplitudowe. W związku z tym każdy wariant upraszczający/przyspieszający obliczenia zmienia wynik obliczeń i musi być dokładnie analizowany pod kątem istotności uzyskiwanych rozbieżności. Zastosowanie np. jednej wartości K dla np. 100 kolejnych cykli przyspieszy 100-krotnie obliczenia i może wprowadzić niewielki błąd (w przypadku niskich poziomów obciążeń, dużej liczby cykli do zniszczenia), ale ze wzrostem poziomu obciążeń i/lub wartości współczynnika intensywności naprężeń takie uproszczenie jest nie do przyjęcia. Moc obliczeniowa współczesnych komputerów pozwala na analizę propagacji pęknięć cykl po cyklu, dzięki

Metodologia analizy danych doświadczalnych propagacji pęknięć zmęczeniowych... 163 czemu można założyć, że wówczas sposób prowadzenia obliczeń nie wprowadza błędu. Dopasowanie obliczeń teoretycznych do danych doświadczalnych przeprowadzono w dwóch wariantach: A analizując dane w całym zakresie trwałości do zniszczenia próbki, B analizując osobno dane w zakresach pomiędzy przeciążeniami, wyznaczając w każdym przypadku wartości współczynników C, m, n dla zmodyfikowanego modelu opóźnień, dla których uzyskuje się najmniejszą wartość zmodyfikowanej sumy kwadratów odchyleń w analizowanym zakresie. W wariancie B dodatkowo wyznaczone współczynniki były związane z bieżącymi wartościami współczynników intensywności naprężeń, właściwych dla każdego z analizowanych przeciążeń. W celu uzyskania jak najlepszego opisu danych doświadczalnych przyjęto dokładność wyznaczania parametru m na poziomie 0,0001. Parametr n był wyznaczany z dokładnością do 0,05. Większe dokładności wyznaczania obu parametrów prowadziły do znacznego wzrostu czasu analizy danych, a dokładność odwzorowania danych nie wzrastała w sposób zauważalny. Dlatego też uznano te dokładności za odpowiednie z punktu widzenia uzyskania kompromisu pomiędzy najlepszym opisem a minimalnym nakładem czasu potrzebnym do przeprowadzenia analizy. Dodatkowo jako początek analizy dla każdego zakresu, obierano ostatni zarejestrowany doświadczalnie punkt (l dośw,i, N i ) przed wystąpieniem danego przeciążenia. Dzięki temu analiza obejmowała niewiele więcej cykli, niż było to podyktowane odstępami pomiędzy przeciążeniami. Zapewniło to znaczny wzrost wydajności i dokładności w stosunku do analizy od początkowej długości pęknięcia dla każdego przeciążenia. 3. Analiza wyników Analiza w wariancie A dla próbki badanej z przeciążeniami k ov = 1,7 zadawanymi co N ov = 5000 cykli daje rezultat przedstawiony na rys. 5. Jak widać dopasowanie to zostawia wiele do życzenia i w niewielkim stopniu uwidacznia występowanie przeciążeń. Szczególnie niedobre rezultaty uzyskuje się dla cyklu przeciążeniowego i zaraz po nim.

164 Sylwester KŁYSZ, Paweł SZABRACKI 31 29 27 l [mm] Dane dośw. Dopasowanie - wariant A 25 23 21 19 17 N [cykl] 0 5000 10000 15000 20000 25000 Rys. 5. Dopasowanie całego przebiegu do modelu przeciążeń dla próbki T1-C-4 Zupełnie inne dopasowanie uzyskuje się w wariancie B dzięki rozpatrywaniu propagacji pęknięcia dla fragmentów rozpoczynających się przeciążeniem i trwających aż do wystąpienia następnego przeciążenia. Jak wynika z rys. 6, dopasowywanie dla zakresów pojedynczych przeciążeń daje lepsze odzwierciedlenie wyników rzeczywistych. Z analizy wynika, iż każde z tych przeciążeń ma zupełnie różne parametry je opisujące. Tabela 1 przedstawia zestawienie parametrów poszczególnych przeciążeń wraz z wartościami współczynnika K w cyklach przeciążeniowych. K ov wybrano jako miarodajny parametr ze względu na to, iż zawiera on w sobie opis parametrów geometrycznych próbki, długość pęknięcia w chwili wystąpienia przeciążenia oraz wartość przyłożonego obciążenia próbki. Tabela 1 Zestawienie parametrów zmodyfikowanego modelu Wheelera dla poszczególnych przeciążeń dla próbki T1-C-4 Zakres N C m n K ov 0 5000 2,15E-08 0,7786 - - 5000 10000 2,25E-12 3,8111 6,90 42,82 10000 15000 7,59E-14 4,8776 7,30 48,32 15000 K c 8,65E-15 5,4297 7,90 57,39

Metodologia analizy danych doświadczalnych propagacji pęknięć zmęczeniowych... 165 31 29 27 l [mm] Dane dośw. Dopasowanie - wariant B 25 23 21 19 17 N [cykl] 0 5000 10000 15000 20000 25000 Rys. 6. Dopasowanie pojedynczych przeciążeń dla próbki T1-C-4 Zależność wykładnika modelu opóźnień od K ov, a tym samym pośrednio od długości pęknięcia, przedstawia rys. 7. Również na rys. 7 przedstawiono zależność parametru m od K ov. Rys. 8 natomiast przedstawia zależność parametru C od K ov. Wartość parametrów m, n Zależność parametrów m oraz n od K 9 8 Parametr n y = 0.0684x + 3.9789 7 6 y = 0.1061x - 0.5488 5 4 Parametr m 3 2 1 0 35 40 45 50 55 60 Zakres współczynnika intensywności naprężeń K Rys. 7. Zależność parametru m oraz wykładnika n modelu opóźnień od K ov

166 Sylwester KŁYSZ, Paweł SZABRACKI Zależność parametru C od K Wartość parametru C 1.0E-11 1.0E-12 1.0E-13 1.0E-14 1.0E-15 y = 3E+18x -18.568 10 100 Zakres współczynnika intensywności naprężeń K Rys. 8. Zależność parametru C od K ov Ten sam zakres czynności wykonano dla próbki T1-C-11, dla której przeciążenia na poziomie k ov = 1,7 zadawano co N ov = 2500 cykli. Na rys. 9 przedstawiono dopasowanie pojedynczych przeciążeń dla tej próbki. 27 26 25 24 23 22 21 20 19 18 17 l [mm] Dane dośw. Dopasowanie - wariant B N [cykl] 0 5000 10000 15000 20000 25000 Rys. 9. Dopasowanie pojedynczych przeciążeń dla próbki T1-C-11 Tabela 2 przedstawia zestawienie parametrów poszczególnych przeciążeń wraz z wartościami współczynnika K w cyklach przeciążeniowych.

Metodologia analizy danych doświadczalnych propagacji pęknięć zmęczeniowych... 167 Tabela 2 Zestawienie parametrów zmodyfikowanego modelu Wheelera dla poszczególnych przeciążeń dla próbki T1-C-11. Zakres N C m n K ov 0 2500 1,95E-08 0,7812 - - 2500 5000 7,59E-16 6,7443 0,10 41,13 5000 7500 5,06E-16 6,8141 1,00 42,52 7500 10000 5,06E-16 6,7720 1,10 44,11 10000 12500 2,25E-16 6,9811 0,80 46,04 12500 15000 2,56E-16 6,8723 2,00 48,59 15000 17500 4,99E-14 5,0992 7,20 52,04 17500 K c 7,48E-14 4,9754 7,40 58,63 Analizując wyniki zestawione w tabeli 2, można przypuszczać, iż przeciążenia w 15 000 i 17 500 cykli nie dadzą się prawidłowo opisać zależnościami tu rozpatrywanymi. Prawdopodobne jest, iż przeciążenia te weszły już w zakres nieliniowosprężystej mechaniki pękania. Dlatego też wartości wykładników n i C w ich przypadku odbiegają od wartości dla wcześniejszych przeciążeń. Z tego powodu do analizy regresji postanowiono odrzucić te wartości jako obarczone dużym błędem wynikłym z nieliniowo-sprężystego rozwoju pęknięcia. Na rys. 10 i 11 przedstawiono zależności wykładnika n, m i C od K w cyklu przeciążeniowym. Wartość parametrów m,n Zależność parametrów m oraz n od K 8 7 6 Parametr m y = 0,0217x + 5,8705 5 4 3 2 Parametr n y = 0,1963x - 7,7293 1 0 40 42 44 46 48 50 Zakres współczynnika K dla cykli przeciążeniowych

168 Sylwester KŁYSZ, Paweł SZABRACKI Rys. 10. Zależność parametru m oraz wykładnika n modelu opóźnień od K ov Zależność parametru C od K Wartość parametru C 1,0E-15 y = 0,0002x -7,0808 1,0E-16 10 100 Zakres współczynnika K dla cykli przeciążeniowych Rys. 11. Zależność parametru C od K ov 4. Wnioski Na podstawie wyników zawartych w tab. 1 i 2 można wywnioskować, iż parametry początkowego etapu wzrostu pęknięcia przed wystąpieniem pierwszego przeciążenia (zakres 0 5000 oraz 0 2500) są radykalnie różne od parametrów pozostałych etapów pękania. Różnica ta pokazuje, jaki wpływ ma zastosowanie modelu opóźnień. Rys. 7 9 przedstawiają zależności, jakimi można opisać rozkład parametrów n, m oraz C dla próbki T1-C-4. Dzięki worzystaniu funkcji regresji liniowej, rozkład parametrów m i n daje się aproksymować prostymi, o równaniach: n = 0,0684 K ov + 3,9789; (7) m = 0,1061 K ov 0,5488 Rozkład parametru C ma przebieg zbliżony do liniowego dopiero w skali po- logarytmicznej. Wtedy równanie prostej ma po stać: dwójnie. log(c) = 18,47712 18.568 log( K ov ) (8)

Metodologia analizy danych doświadczalnych propagacji pęknięć zmęczeniowych... 169 Dla próbki T1-C-11 rozkład rozważanych parametrów nie jest już tak zbliżony do liniowego, jak w przypadku wyników dla próbki T1-C-4. Daje się on jednak aproksymować również z wykorzystaniem regresji liniowej do funkcji postaci: n = 0,1963 K ov 7,7293; m = 0,0217 K ov + 5,8705; (9) log(c) = -3,69897 7.0808. log( K ov ) Jak widać z otrzymanych wyników, dla obu próbek otrzymano różne funkcje opisujące rozkład parametrów C, m oraz n. Literatura 1. Iver N.R., Rama Chandra Murthy A., Palani G.S.: An improved Wheeler model for remaining life prediction of racked plate panels under tensile-compressive overloading. Tech Science Press, 2005. 2. Kocańda S.: Zmęczeniowe pękanie metali. WNT, wyd. 3 poprawione, Warszawa 1985. 3. Kocańda S., Szala J.: Podstawy obliczeń zmęczeniowych, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 1997. 4. Kłysz S.: Rozwój pęknięć zmęczeniowych w materiałach lotniczych i stali konstrukcyjnej z uwzględnieniem przeciążeń. Wydawnictwo ITWL, Warszawa 2001. 5. Kłysz S.: Szacowanie trwałości wybranych materiałów i elementów konstrukcji lotniczych w zakresie rozwoju pęknięć zmęczeniowych. Wydawnictwo ITWL, Warszawa 1999. 6. Murakami Y.: Stress Intensity Handbook, Pergamon Press, Japan 1987.