BADANIA DOŚWIADCZALNE I MODELOWANIE PROCESÓW KUMULACJI USZKODZEŃ I PĘKANIA ELEMENTÓW KONSTRUKCYJNYCH

Niniejsza monografia stanowi "pomost" pomiędzy mechaniką pękania i mechaniką uszkodzeń. Przedstawiono w niej wyniki zaawansowanych badań doświadczalnych oraz modelowania z wykorzystaniem metod numerycznych, procesów pękania ciągliwego próbek z karbami oraz kumulacji uszkodzeń w warunkach niskocyklowych obciążeń zmęczeniowych, także w temperaturze podwyższonej. W badaniach uwzględniono zarówno obciążenia jednoosiowe (rozciąganie/ściskanie), jak i dwuosiowe (rozciąganie/ściskanie wraz ze skręcaniem), o proporcjonalnych i nieproporcjonalnych składowych.W pierwszej części pracy opisano wyniki badań doświadczalnych i modelowania numerycznego (z wykorzystaniem metody elementów skończonych) pękania ciągliwego próbek z karbami o różnym kształcie, wykonanych ze stopów aluminium, w warunkach monotonicznego obciążenia jedno- i dwuosiowego (rozciąganie oraz rozciąganie wraz ze skręcaniem). Szczególną uwagę zwrócono na wartości maksymalnych naprężeń normalnych oraz maksymalnych plastycznych odkształceń postaciowych w momencie inicjacji pęknięcia. Zaproponowano także naprężeniowo-odkształceniowe kryterium ciągliwego pękania rozciąganych próbek z karbami.Następnie przedstawiono wyniki badań eksperymentalnych i modelowania kumulacji uszkodzeń w warunkach niskocyklowych obciążeń zmęczeniowych, zarówno w temperaturze pokojowej, jak i podwyższonej (do 300oC). Badania przeprowadzono na próbkach wykonanych ze stopów aluminium w warunkach obciążeń jednoosiowych (rozciąganie/ściskanie) oraz dwuosiowych (rozciąganie/ściskanie wraz ze skręcaniem), o proporcjonalnych i nieproporcjonalnych składowych. Przedstawiono własne modele obliczeniowe, w których wartość zmiennej stanu uszkodzenia na płaszczyźnie fizycznej uzależniono od stanu odkształcenia oraz naprężenia na tej płaszczyźnie.Ostatnią część pracy poświęcono badaniom doświadczalnym wytrzymałościi niskocyklowej trwałości zmęczeniowej próbek wykonanych ze spiekanych materiałów porowatych na bazie stali implantacyjnej 316L o różnej porowatości,w warunkach obciążenia jednoosiowego (rozciąganie/ściskanie). Przeprowadzono analizę trwałości zmęczeniowej oraz zmienności pętli histerezy i modułu Younga w trakcie procesu obciążania zmęczeniowego.

SPIS TREŚCI

Wykaz ważniejszych oznaczeńWprowadzenie1. Doświadczalne badania pękania próbek z karbami wykonanychze stopów aluminium w jedno- i dwuosiowym stanie obciążeniaWprowadzenie1.1. Identyfikacja materiałów przyjętych do badań1.2. Doświadczalne badania pękania rozciąganych próbek z karbami1.3. Doświadczalne badania pękania próbek z karbamiw złożonym stanie obciążeniaPodsumowanie2. Modelowanie pękania ciągliwego próbek z karbamiWprowadzenie2.1. Analiza pól naprężeń i odkształceń w próbkach z karbamiwywołanych jednoosiowym monotonicznym rozciąganiem2.2. Analiza pól naprężeń i odkształceń w próbkach z karbamiw złożonym stanie obciążenia2.3. Weryfikacja kryteriów ciągliwego pękania2.4. Propozycja kryterium ciągliwego pękania próbek z karbamiPodsumowanie3. Badania doświadczalne trwałości zmęczeniowej stopów aluminiumWprowadzenie3.1. Badania eksperymentalne wytrzymałości i trwałości zmęczeniowejw warunkach jednoosiowych obciążeń niskocyklowych3.2. Doświadczalne badania trwałości zmęczeniowej stopu aluminiumEN AW 2007 w warunkach złożonego stanu obciążenia3.3. Badania doświadczalne trwałości zmęczeniowej stopu aluminiumEN AW 2024 T3 w zakresie obciążeń niskocyklowychw podwyższonej temperaturze3.4. Doświadczalne badania trwałości zmęczeniowej stopu aluminiumEN AW 2024T3 w warunkach złożonego stanu obciążeniaw podwyższonej temperaturzePodsumowanie4. Modelowanie kumulacji uszkodzeń zmęczeniowychWprowadzenie4.1. Modelowanie kumulacji uszkodzeń zmęczeniowychw warunkach złożonych obciążeń niskocyklowych4.2. Modelowanie kumulacji uszkodzeń zmęczeniowychw warunkach jednoosiowych obciążeń niskocyklowychw podwyższonej temperaturze4.3. Modelowanie kumulacji uszkodzeń zmęczeniowych w warunkachzłożonych obciążeń zmęczeniowych w podwyższonej temperaturzePodsumowanie5. Wytrzymałość i trwałość zmęczeniowa materiałów porowatychna implanty otrzymywanych metodą metalurgii proszkówna przykładzie stali 316LWprowadzenie5.1. Przygotowanie próbek5.2. Stanowisko badawcze5.3. Testy monotonicznego rozciągania próbekze spieków porowatych stali 316L5.4. Badania zmęczeniowe próbek ze spieków porowatych stali 316LPodsumowanieBibliografiaStreszczenieSummary