Skip to Main Content

Projekty badawcze w sieci VIA CARPATIA

Filtry

Szczegóły projektu badawczego

Numer umowy
2018/29/B/ST8/00697
Wykonawcy badań/ podległość
Wydział Mechaniczny (WM)
Tytuł
Modelowanie kumulacji uszkodzeń i pękania materiałów konstrukcyjnych w warunkach złożonych obciążeń zmęczeniowych, także z uwzględnieniem predeformacji pełzaniowej oraz podwyższonej temperatury
Streszczenie
Zasadniczym celem projektu jest opracowanie modelu obliczeniowego kumulacji uszkodzeń i pękania w złożonym stanie obciążenia, także w podwyższonej temperaturze z uwzględnieniem wpływu wstępnej deformacji pełzaniowej materiału w podwyższonej temperaturze. W pierwszym etapie przeprowadzone zostaną badania doświadczalne. Planowane jest uwzględnienie różnych wartości podwyższonej temperatury i różnych poziomów predeformacji w każdej temperaturze. Efekt odkształcenia wstępnego zostanie uwzględniony w badaniach zachowania się materiału pod wpływem jedno- i wieloosiowych obciążeń cyklicznie zmiennych proporcjonalnych i nieproporcjonalnych. Przewiduje się przeprowadzenie badań dla dwóch różnych rodzajów materiałów: lotniczego stopu aluminium EN AW-2024 oraz kotłowej stali żarowytrzymałej 1.4923. Badania doświadczalne (w tym mikroskopowe) będą podstawą opracowania modelu obliczeniowego kumulacji uszkodzeń i pękania bazującego na koncepcji płaszczyzny fizycznej. Sformułowana hipoteza badawcza ma następującą treść: model kumulacji uszkodzeń i pękania związany z koncepcją płaszczyzny fizycznej stanowi efektywne narzędzie do prognozowania trwałości zmęczeniowej elementów konstrukcyjnych poddanych wcześniej wstępnemu pełzaniu w podwyższonej temperaturze. Pozwoli on na szybkie oszacowanie poziomu uszkodzeń wywołanych samym procesem pełzania, a także ich wpływu na zachowanie się materiału pod wpływem obciążeń cyklicznie zmiennych, także w podwyższonej temperaturze, co stanowi zasadniczy element prognozowania trwałości zmęczeniowej w rzeczywistych warunkach eksploatacyjnych. Podstawowe znaczenie wyników projektu polega na tym, że pozwolą one na dokonanie opisu mało poznanego do tej pory zagadnienia wpływu wstępnej deformacji materiału w podwyższonej temperaturze na jego trwałość zmęczeniową. Opis ten będzie uwzględniał ewolucję mikrostruktury materiału na skutek procesu dynamicznej rekrystalizacji. Określone zostaną podstawowe parametry zmęczeniowe materiału z różną historią obciążenia. Opracowany model obliczeniowy można będzie wykorzystywać do prognozowania trwałości zmęczeniowej elementów konstrukcyjnych w rzeczywistych warunkach eksploatacji. Może to przyczynić się do zapewnienia właściwych czasów serwisowania konstrukcji, a tym samym, do redukcji kosztów jej eksploatacji i zwiększenia bezpieczeństwa użytkowania. W ramach realizacji projektu planuje się przeprowadzenie badań eksperymentalnych, teoretycznych oraz numerycznych. Badania eksperymentalne. Badania eksperymentalne dotyczyć będą: monotonicznego rozciągania w temperaturze pokojowej i podwyższonej, pełzania do zniszczenia w temperaturze podwyższonej, pełzania do uzyskania określonego poziomu odkształcenia w temperaturze podwyższonej, niskocyklowego zmęczenia w prostych i złożonych przypadkach obciążeń proporcjonalnych i nieproporcjonalnych w pokojowej i podwyższonej temperaturze. Badania teoretyczne. Koncepcja płaszczyzny fizycznej zostanie zastosowana do opracowania oryginalnego modelu kumulacji uszkodzeń i pękania. Wykorzystana będzie skalarna zmienna stanu uszkodzenia powiązana z płaszczyzną fizyczną, a prawo kumulacji uszkodzeń zostanie sformułowane przyrostowo, niezależnie dla każdej z tych płaszczyzn. Powoduje to anizotropię stanu uszkodzenia materiału, a także anizotropię jego właściwości wytrzymałościowych, gdyż wartości naprężeń niszczących dla materiału uzależnione będą od zmiennej stanu uszkodzenia. Przyrost zmiennej stanu uszkodzenia materiału na płaszczyźnie fizycznej uzależniony będzie od przyrostów składowych wektora odkształceń plastycznych oraz od wartości składowych wektora naprężenia: normalnej i stycznej, a także od bieżącej wartości zmiennej stanu uszkodzenia na tej płaszczyźnie. Zastosowane zostaną dwa alternatywne podejścia. W pierwszym zakłada się, że inicjacja pęknięcia ma miejsce wówczas, gdy naprężeniowa funkcja pękania na wybranej płaszczyźnie fizycznej osiągnie wartość krytyczną. W drugim z kryteriów zakłada się, że inicjacja pęknięcia następuje wówczas, gdy zmienna stanu uszkodzenia na którejkolwiek z płaszczyzn fizycznych osiągnie wartość krytyczną. Badania numeryczne. Opracowany model obliczeniowy zostanie zaimplementowany komputerowo. Stworzone algorytmy numeryczne pozwolą na wyznaczenie stanu uszkodzenia oraz prognozowanie procesów pękania elementów konstrukcyjnych. Wyniki tych obliczeń będą porównane z wynikami uzyskanymi w ramach przeprowadzonych wcześniej badań eksperymentalnych oraz wynikami dostępnymi w literaturze.
Program
OPUS
Uczelnia
Politechnika Białostocka
Slowa Kluczowe
kumulacja uszkodzeń; predeformacja pełzaniowa; trwałość zmęczeniowa; złożony stan obciążenia

Informacje o projekcie

Stopka
Minister Nauki

Zadanie finansowane w ramach zlecenia
Ministra Nauki pod nazwą "Politechniczna Sieć VIA CARPATIA im. Prezydenta RP Lecha Kaczyńskiego" w latach 2022-2025

MNiSW
Wersja: 0.1b Właścicielem i administratorem danych zawartych w bazie danych są uczelnie: Politechnika Rzeszowska, Politechnika Lubelska oraz Politechnika Białostocka. Zaprojektowanie witryny: Paweł Kuraś, Krzysztof Demidowski, Veronika Vanivska
Built with using Oracle APEX