Określanie Trwałości Zmęczeniowej Elementów Maszyn w Warunkach Obciążeń Eksploatacyjnych
Przedstawiono metodę określania trwałości zmęczeniowej opartej na zasadzie zmęczenia niskocyklicznego i mechaniki zniszczenia. Przeanalizowano dwa umownie przyjęte kryteria inicjacji szczelin zmęczeniowych, Wykorzystując wyniki badań eksperymentalnych i teoretycznych. Badania wykonano na próbkach ze stali SAB 0030. Zastosowano tzw. próbki zwarte z otworami o dwóch różnych średnicach. W badaniach stosowano cztery historie obciążeń utworzone na podstawie historii zaproponowanej przez Society of Automative Engineers i nazywanej historią obciążenia napędu (transmission history). Wyniki badań wykazały, że przyjęcie za kryterium inicjacji powstanie szczeliny o długości Δa=0,25 mm jest praktycznie uzasadnione. Wykazano przy tym, że dokładne określenie długości szczeliny zmęczeniowej do inicjacji nie jest problemem pierwszorzędnej wagi przy określaniu całkowitej trwałości zmęczeniowej. Także opóźnianie się wzrostu szczelin zmęczeniowych nie było tak istotne jak w przypadku innych historii obciążeń dyskutowanych w literaturze. Wykazano także, że właściwe opisanie wzrostu krótkich szczelin zmęczeniowych w okolicach wierzchołka karbu może poprawić dokładność przewidywań teoretycznych. Przy aktualnym stanie wiedzy przewidywane trwałości zmęczeniowe w większości nie różniły się od wyników eksperymentalnych więcej aniżeli dwa razy.
References
T. H. TOPPERM, B. I. SANDOR, JO DEAN MORROW, Cumulative fatigue damage under cyclic strain control, J, Mater., 4, 1, 1969.
T. H. TOPPERM, R. M. WETZEL, Jo DEAN MORROW, Neuber's rule applied to fatigue of notched specimens, J. M ter., 4, 1, 1969.
R. W. LANDGRAF, F. D. RICHARDS, N. R. LAPOJNTE, Fatigue life predictions for a notched member under complex load histories, Soc. Automot. Eng., 750040, 1975.
D. V. NELSON, H. O. FUCHS, Predictions of cumulative fatigue damage using condensed load histories, Soc. Automat. Eng., 750045, 1975.
P. C. PARIS, The facture mechanics approach to fatigue, Procecdings of the 10th Sagamore Conference, Syracuse University Press, 1963.
G. GLINKA, J. ŁUBOWICZ, Numeryczne obliczanie trwałości połączeń sprawnych, Przegl. Mech., 17, 1976.
R. E. PETERSON, Analytical approach to stress concentration effect in fatigue of aircraft materials, Proceedings of the Symposium on fatigue of aircraft structures, USA, 1958.
G. GLINKA, Określenie prędkości wzrostu pęknięć zmęczeniowych, Przegl. Mech., 10, 1976,
G. GLINKA, W. SOBCZYKIEWICZ, Badania prędkości rozwoju pęknięć zmęczeniowych w elementach ze stali o podwyższonej wytrzymałości w warunkach normatywnych widm naprężeń, Arch. Bud. M sz., 25, 2, 1978.
S. KOCAŃDA, Zmęczeniowe niszczenie metali, WNT, Warszawa 1978.
J. D. WILLENDORG, R. M. ENGLE, M A. WOOD, A crack growth retardation model using an effective stress concept, Report AFFDL-TM-FBR-71-1, Air Force Flight Dynamic Laboratory, Wright Petterson Air Force Base, Ohio, January 1971.
J. SHIVE, Prediction methods for fatigue crack growth in aircraft materials, 12-th National Symposium on Fracture Mechanics, ASTM, May 1979.
G. GLINKA, Oddziaływanie formy widma obciążeń na prędkość propagacji pęknięcia zmęczeniowego w spawalnych stalach konstrukcyjnych o wysokiej wytrzymałości i ich połączeniach spawalnych, Praca doktorska, Politechnika Warszawska, 1976,
ASTM Designation: E 606-77T, Tentative recommended practice for constant-amplitude low-cycle fatigue testing, Amer. Soc. for Test. and Mater., 1977 .
L. TUCKER, S. BUSSA, The SAE cumulative fatigue damage test program, SAB 750038, Soc. Automot. Eng., 1975.
W. K. WILSON, Elastic-plastic analysis of blunt notched CT specimens and applications, J. Pres. Yes. and Technol., ASME, 96, 4, 1974.
S. NEAL, L. W. ZACHORY, C. P. BURGER, Three-dimensional stress analysis of the SAE keyhole fatigue specimen, SAB 780104, Soc. Automot. Eng., 1978.
R. M. WJITZEL, A method of fatigue damage analysis, Scientific research staff report SR 71-107, Ford Motor Company, Deaborh, September 1971.
G. MAURITZZON, John Deere Dubuque works, Dubuque, Iowa (Wyniki badań nie opublikowane).
K. MOLSKI, G. GLINKA, Określanie lokalnych odkształceń i naprężeń w dnie karbu przy obciążeniach cyklicznie zmiennych, Arch. Bud. Masz. [praca w druku].
N. E. DOWLING, Fatigue at notches and the local strain and fracture mechanics approaches, Fracture Mechanics, ASTM STP 677, Amer. Soc. for Test. and Mater,, 1979.
M. H. EL HADDAD, K. N. SMITH, T. H. TOPPER, A strain based intensity factor solution for short fatigue cracks initiating from notches, Ibid.
D. F. SOCIE, J. MORROW, W. C. CHEN, A procedure for estimating the total fatigue life of notched and cracked members, Eng. Fract. Mech., 4, 1979.
R. A. SMITH, K. J. MILLER, Fatigue cracks at notches, Intemat, J. of Mech. Sc., 19, l, 1977.
H. A. JERGEUS, A simple formula for the stress intensity factors of crack in side notches, Intemat, J. of Fract., 14, 4, 1978.
R. I. STEPHENS, Wpływ przeciążeń na wzrost szczelin zmęczeniowych, Mech. Teoret. Stos., 16, 2, 1978.
J. M. BARSOM, Fatigue-crack growth under variable amplitude loading in ASTM A514-B steel Progress in Flaw Growth and Fracture Toughness Testing, ASTM STP 536, 1973.