|
|
Fatigue resistance and mechanisms of the fatigue damage in materials for high temperatures
Petráš, Roman ; Kohout,, Jan (referee) ; Weidner, Anja (referee) ; Polák, Jaroslav (advisor)
Superaustenitická korozivzdorná ocel typu 22Cr25NiWCoCu určená pro vysokoteplotní aplikace v energetickém průmyslu byla studována za podmínek nízkocyklové únavy při pokojové a zvýšené teplotě. Jednotlivé vzorky byly podrobeny různým zátěžným procedurám, což umožnilo studium materiálové odezvy spolu s mechanismem poškození. Křivky cyklického zpevnění/změkčení, cyklického napětí a Coffin-Mansonovy křivky byly vyhodnoceny. Únavová životnost materiálu byla diskutována s ohledem na uplatňované mechanismy poškození, které se vyvinuly za specifických zátěžných podmínek. Standardní izotermální únavové experimenty byly provedeny při pokojové a zvýšené teplotě. Hysterezní smyčky zaznamenané během cyklického zatěžování byly analyzovány pomocí zobecněné statistické teorie hysterezní smyčky. Pro různé amplitudy napětí byla určena jak distribuce hustoty pravděpodobnosti interních kritických napětí (dále PDF), tak rovněž zjištěn její vývoj během cyklického namáhání. Zjištěné průběhy PDF byly korelovány s vývojem povrchového reliéfu a vnitřního dislokačního uspořádání zdokumentované pro obě teploty pomocí rastrovací elektronové mikroskopie (SEM) vybavené technikou fokusovaného iontového svazku (FIB), která umožnila rovněž efektivní studium nukleace povrchových únavových trhlin. Při cyklickém zatížení při pokojové teplotě byla pozorována lokalizace cyklické plastické deformace do perzistentních skluzových pásů (PSP). V místech, kde tyto PSP vystupují na povrch materiálu byly pozorovány perzistentní skluzové stopy (PSS) tvořené extruzemi a intruzemi. Postupné prohlubování intruzí, zejména na čele nejhlubší intruze, vede k iniciaci únavové trhliny. Odlišný mechanismus tvorby trhlin byl zjištěn při únavové zkoušce při zvýšené teplotě, kde zásadní roli hrál vliv prostředí. Rychlá oxidace hranic zrn a jejich následné popraskání představuje dominantní mechanismus v I. stádiu nukleace trhlin. Aplikace desetiminutové prodlevy v tahové části zátěžného cyklu vedlo k vývoji vnitřního (kavitačního) poškozování. Mechanismy vnitřního poškozování byly studovány na podélných řezech rovnoběžných s napěťovou osou zkušebních vzorků. Trhliny a jejich vztah k hranicím zrn a dvojčat byly studovány pomocí difrakce zpětně odražených elektronů (EBSD). Vliv prodlevy na únavovou životnost byl korelován s vývojem povrchového reliéfu a vnitřního poškození. Vzorky z uvedené oceli byly rovněž podrobeny zkouškám termomechanické únavy (TMF), při nichž se v čase mění jak zátěžná síla tak i teplota. Termomechanické únavové zkoušky v režimu soufázném (in-phase) a protifázném (out-of-phase) byly provedeny jak s prodlevou, tak i bez ní. Ve všech případech bylo pozorováno rychlé cyklické zpevnění bez ohledu na použitou amplitudu deformace, u vzorků testovaných v out-of-phase režimu byla zjištěna tendence k saturaci. Zkoumáním povrchového reliéfu za pomocí technik SEM a FIB byla odhalena přednostní oxidace hranic zrn a následné praskání těchto hranic kolmo k ose zatížení. Prodlevy v cyklech při maximálním napětí vedly ke zvýšení amplitudy plastické deformace a následně ke creepovému poškození ve formě vnitřních kavit a trhlin. Interkrystalické šíření trhlin bylo pozorováno na vzorcích testovaných v režimu in-phase. Vývoj poškození v režimu out-of-phase nebyl principiálně ovlivněn zařazením prodlevy do zátěžného cyklu. Charakteristickým znakem namáhání v režimu out-of-phase je nukleace několika trhlin v homogenní oxidické vrstvě jdoucích napříč zrny kolmo k ose zatěžování.
|
|
|
Fatigue properties of magnesium alloy AZ31 after corrosion degradation
Horynová, Miroslava ; Lukáč, Pavel (referee) ; Doležal, Pavel (advisor)
The present study is focussed on assessment of cyclic deformation response and fatigue behaviour of bare and precorroded AZ31 magnesium alloys. Corrosion degradation was carried out in a salt spray fog (5% solution of sodium chloride) for 480 and 1000 hrs. Microstructure, mechanical properties, low- and high-cycle fatigue behaviour of experimental material in as-cast condition has been evaluated. Furthermore, the corrosion behaviour of material has been investigated. The fatigue tests have been performed using precorroded specimens to assess influence of corrosion degradation on cyclic deformation response and on low- and high-cycle fatigue behaviour. Influence of local corrosion degradation on initiation of fatigue cracks has been studied.
|
|
|
Extremely low cycle fatigue life of magnesium alloy
Novák, Marek ; Věchet, Stanislav (referee) ; Zapletal, Josef (advisor)
The goal of this bachelor´s thesis is to predict the fatigue life of magnesium alloy AZ61 in the very low cycle count range (less than 100), which also called extremely low fatigue (ELCF) range. Life prediction predicted by Manson-Coffin´s law is higher than the experimental values show. The main problem is that the slope of the real life curve in the ELCF range is different than the slope of the predicted one. A new regression function with additional material parameters has to be found to match the experimentally measured values. The thesis deals with the literature search of the ELCF range and models of fatigue life prediction in the said range. Furthermore, in the experimental part of the thesis, magnesium alloy AZ61 without any heat treatment has been measured for mechanical and fatigue properties. Also, the microstructure of the alloy was observed. Measured values of fatigue life in the ELCF and LCF range were fitted by a regression function proposed by L. Xue.
|
|
|
Short Crack Growth in Materials for High Temperature Applications
Mazánová, Veronika ; Obrtlík, Karel (referee) ; Krupp, habil Ulrich (referee) ; Polák, Jaroslav (advisor)
Pokročilá vysoce legovaná austenitická nerezová ocel Sanicro 25 s Fe-Ni-Cr matricí byla studována za podmínek nízkocyklové únavy za pokojové a vysoké teploty 700 °C. Široká škála moderních experimentálních technik byla použita ke studiu vzájemně souvisejících efektů chemického složení slitiny, mikrostrukturních změn a deformačních mechanismů, které určují odolnost materiálu vůči poškození. Hlavní úsilí bylo zaměřeno na studium iniciace únavových trhlin a růstu krátkých trhlin, tedy dvě stádia, která hrají zásadní roli ve výsledné celkové délce únavového života materiálu v provozu. • Vnitřní deformační mechanismy byly korelovány s vývojem povrchového reliéfu, který je pozorován ve formě persistentních skluzových stop na povrchu. Bylo zjištěno, že vysoce planární charakter dislokačního skluzu způsobuje vysokou lokalizaci cyklické plastické deformace do persistentních skluzových pásů, což v důsledku vede k nukleaci “Stage I” trhlin, která je spojena s přítomností persistentních skluzových stop na povrchu ve všech studovaných vzorcích. Bylo zjištěno, že praskání dvojčatových hraníc je taktéž spojeno s přítomností persistentních skluzových stop podél povrchové stopy dvojčatové roviny. • Interkrystalická iniciace únavové trhliny byla pozorována pouze zřídka, a to za podmínek zatěžování amplitudami vysoké deformace. Bylo zjištěno že interkrystalická iniciace je spojena s přítomností persistentních skluzových stop na hranicích zrn. Hranice zrn praskají za podmínek externího tahového zatížení zejména z důvodu vysokého počtu nekompatibilit na hranicích zrn, které jsou způsobené tvarem persistentních skluzových stop. • Mechanismy růstu přirozených krátkých trhlin byly studovány na vzorcích vystavených nízkocyklove únava s nízkou i vysokou deformací. Role mikrostruktury byla analyzována pomocí experimentálních technik a diskutována. • Rychlosti šíření nejdelších trhlin byly měřeny na vzorcích s mělkým vrubem. Výsledky byly analyzovány použitím přístupů lomové mechaniky založených na amplitudě KI a J-integrálu stejně jako na amplitudě plastické deformace. Všechny přístupy byly diskutovány v souvislosti s Mansonovými-Coffinovými křivkami únavové životnosti. Jednoduchý mocninový zákon růstu krátkých trhlin založený na amplitudě plastické deformace ukazuje velice dobrou korelaci se zákonem únavové životnosti. • Byla studována role oxidace v podmínkách cyklického zatěžování za vysokých teplot. Bylo zjištěno, že křehké praskání zoxidovaných hranic zrn hraje hlavní roli v počátečních stádiích nukleace trhlin. Později po iniciaci se dráha růstu trhliny mění preferenčně na transkrystalickou. Dráha šíření trhlin je velmi podobná dráze zjištěné při cyklování za pokojové teploty.
|
|
|
Hydraulic part of plunger pump adjustment for higher pressures
Dvořák, Petr ; Klas, Roman (referee) ; Habán, Vladimír (advisor)
First part of the master thesis is about displacement pump. Second part is about power plunger pumps. In the third part are equations for power plunger pumps. In the last part the strength calculation of the proposed hydraulic part of the plunger pump was performed using the finite element method in ANSYS. The screw fatigue life is also calculated here. At the end of this section, ANSYS Fluent flow calculation is performed in the suction valve area.
|
|
|
High Temperature Deformation Mechanisms
Heczko, Milan ; Gröger,, Roman (referee) ; Spätig, Philipp (referee) ; Kruml, Tomáš (advisor)
Dvě pokročilé vysoce legované austenitické oceli s Fe-Ni-Cr matricí byly studovány za podmínek nízkocyklové únavy jak za pokojové tak vysoké teploty. Široká škála experimentálních a charakterizačních nástrojů byla použita ke studiu vzájemně souvisejících aspektů zahrnujících chemické složení slitin, mikrostrukturu, deformační mechanismy a celkovou odezvu materiálů na externě působící zatížení. Klíčové mechanismy a faktory definující mechanické vlastnosti a výkonnost v reálném provozu byly analyzovány a diskutovány v souvislosti s materiálovým designem. • Standardní únavové experimenty byly provedeny za pokojové teploty a teploty 700°C. Byly získány křivky cyklického zpevnění/změkčení, cyklické deformační křivky, Coffin-Manson a Wöhlerovy křivky. • Ke studiu změn mikrostrukturního stavu slitin v důsledku cyklického zatěžování za pokojové a zvýšené teploty byla použita široká škála technik charakterizace pomocí elektronové mikroskopie. • Únavové chování, pevnost a cyklická plastická odezva studovaných materiálů byla vysvětlena v souvislosti s mikrostrukturními změnami a mikrostrukturními aspekty deformačních mechanismů jak za pokojové tak za zvýšených teplot. • Bylo zjištěno, že Sanicro 25 vykazuje nejvyšší pevnostní charakteristiky ze všech materiálů stejné třídy. Výjimečné vlastnosti této slitiny jsou spojeny s populacemi dvou typů nanočástic, koherentními precipitáty bohatými na měď a nanočásticemi typu MX s charakteristikou disperzoidu. Tyto nanočástice mají klíčový vliv na pevnost a celkovou cyklickou odezvu. V důsledku interakcí s precipitáty způsobujících zachytávání je pohyb dislokací v Sanicro 25 významně zpomalen, což vede k potlačení normálních procesů zotavení obvykle vedoucích ke změně uspořádání dislokační struktury tak, aby byla celková vnitřní energie systému co nejnižší. Takové uspořádání je tvořeno například dislokačními buňkami. Jelikož jsou procesy zotavení potlačeny, dislokační struktura za vysokých teplot je charakteristická homogenní distribucí dislokací o vysoké hustotě s velkou mírou vzájemných interakcí. V kombinaci s dalšími mechanismy zpevnění jako jsou precipitáty a substituční prvky v tuhém roztoku, tyto deformační mechanismy vedou k významnému zvýšení cyklické pevnosti za vysokých teplot.
|
|
|
Design of Diesel Aircraft Engine One-cylinder Engine with Contra Rotating Pistons
Svoboda, Tomáš ; Drápal, Lubomír (referee) ; Novotný, Pavel (advisor)
Diploma thesis deals with design of crankshaft for two stroke opposed piston diesel engine. In the theoretical research part a history, comparison with competitive engines in nowadays light aircrafts and the advantages of opposed piston engines are mentioned. In the practical part the balancing is chosen and CAD model of crankshaft is designed. Geometry of this model is than checked for fatigue damage fallout. In the final part was chosen the propeller and appropriate reduction gearbox.
|
|
|
Fatigue damage mechanism of MAR-M 247 superalloy
Jíša, Jakub ; Štěpánek, Roman (referee) ; Pantělejev, Libor (advisor)
The thesis deals with the fatigue resistance of material MAR-M 247 at temperatures of 650 °C, 800 °C and 900 °C. Based on the results obtained, curves of durability ("S/N curves") were drawn and the effect of temperature on the fatigue behaviour of nickel-based superalloys MAR-M 247 and IN713 LC was evaluated. Fractographic analysis was used to examine the failure mechanism and the effect of casting defects on the fatigue crack initiation.
|
|
|
Fatigue evaluation methods for pressure equipment utilising numerical analysis results
Boleloucký, Václav ; Lošák, Pavel (referee) ; Létal, Tomáš (advisor)
Diplomová práce se zabývá hodnocením únavové životnosti v okolí konstručního uzlu tlakové nádoby, kde vzniká výrazná koncentrace napětí a je zde předpoklad primárního vlivu na únavu materiálu. Konkrétně se jedná o místo přechodu kontrolního otvoru do pláště analyzovaného zařízení. Práce obsahuje teoretickou a praktickou část. V teoretické části jsou představeny pojmy a metody hodnocení, související s danou problematikou. Na základě těchto metod je provedena analýza konstrukčního uzlu tlakové nádoby. Analýza je provedena metodou konečných prvků na skořepinovém a objemovém modelu nádoby v softwaru ANSYS Workbench, její výsledky dále zpracovány a vyhodnoceny dle aktuálního návrhu úpravy evropské harmonizované normy EN 13445--3, kapitoly 18. Výsledky analýz jsou hodnoceny v závěru práce.
|
|
|
The fatigue life of steel specimens under axial, torsional and combined axial-torsional loading
Mička, Jan ; Horníková, Jana (referee) ; Slámečka, Karel (advisor)
The master’s thesis deals with the fatigue life prediction under multiaxial cyclic loading. First, the fatigue process is discussed and the methods for fatigue life prediction under uniaxial and multiaxial loading are described. In the practical part, the accuracy of selected criteria is assessed based on experimental data obtained on cylindrical samples made of 1.2210 steel that were tested under synchronous symmetric axial-torsion loading. Application of criteria requires to determine the fatigue strength under pure axial and torsional loading.
|
guest ::
