|
|
Residual stress determination by neutron diffraction in low-carbon steel wires with accumulated shear deformation
Rogante, M. ; Mikula, Pavol ; Strunz, Pavel ; Zavdoveev, A.
Modern methods of severe plastic deformation (SPD) currently allow obtaining the ultrafine-grained (UFG) structure nearly in any material. In the manufacturing process of wire with UFG structure, a main restriction is the continuous drawing scheme in which this process occurs, thus it is important to consider the factors affecting the drawing efficiency. Despite the data on SPD steels such as strength, plasticity and conductivity, obtained by classical methodologies, further investigations are needed: a key information is the residual stresses (RS) status, and RS determination is an essential issue to improve knowledge of SPD effects. In this work, 15 wires samples made of low-alloyed quality structural steel Grade 08G2S GOST 1050 with accumulated shear deformation - as result of rolling with shear of the metal ingot and conventional wire drawing - have been investigated by neutron diffraction (ND). Results provide substantial data helping to evaluate the effect of shear deformation on RS of the considered steel, as well as additional support to complement the information already achieved by using the other characterization methodologies. Knowledge of the RS status can help developing a lowcarbon wire drawing technology with needed manufacturability and efficiency, playing a decisive role in the debugging of material selection and engineering design requirements.
|
|
|
Lifetime Assessment of Particulate Ceramic Composite with Residual Stresses
Náhlík, Luboš ; Majer, Zdeněk ; Štegnerová, Kateřina ; Hutař, Pavel
A micro-crack propagation in particulate ceramic based composite was studied using finite element method (FEM). Subcritical crack growth (SCG) was numerically simulated under complex load conditions (mechanical loading and loading by internal residual stresses). The effect of residual stresses on the crack propagation was studied. Two-dimensional computational model of particulate ceramic composite with material properties corresponding to low temperature co-fired ceramics (LTCC) was developed. The results indicate that the presence of residual stresses significantly reduces values of stress intensity factor in the vicinity of composite surface and the direction of residual stresses around the particles contributes to the micro-crack deflection from the particles. The time to failure of the composite under mechanical loading was determined. Results obtained contribute to a better understanding of the role of residual stresses during micro-crack propagation in ceramic particulate composites.
|
|
|
Effect of residual stresses on the fatigue lifetime of railway axle
Hutař, Pavel ; Pokorný, Pavel ; Poduška, Jan ; Fajkoš, R. ; Náhlík, Luboš
The operation of railway axles should fulfill at least two main demands: safety and low operation costs. A significant part of operation costs is given by the length of regular inspection intervals which should reveal potential fatigue cracks in railway axle. The detection of cracks is of a probabilistic nature, therefore their detection is not ensured in all cases. For the safe operation of trains, an existence of potential initial crack should be considered on the axle surface and residual fatigue lifetime should be conservatively determined for this case. Reliable procedure of residual fatigue lifetime estimation should take into account real axle geometry, material characteristics and loading of the railway axle. This paper shows methodology for determination of residual fatigue lifetime (RFL) based on the fracture mechanics approach, taking into account real spectrum of the loading cycles, existence of press-fitted wheels and surface residual stresses given by the thermo-mechanical surface treatment of the railway axle. It is demonstrated that the effect of the residual stresses is significant and should not be neglected in the numerical estimation of residual fatigue lifetime of the axle.
|
|
|
3D Model of Crack Propagation in Particulate Ceramic Composite Containing Residual Stresses
Štegnerová, Kateřina ; Majer, Zdeněk ; Hutař, Pavel ; Náhlík, Luboš
A crack propagation and fracture behaviour of particulate ceramic composite were investigated. Influence of 3D shape of particles on the crack propagation was studied together with influence of the presence of residual stresses, which are developed inside the composite during manufacturing process. Finite element (FE) method was used for numerical simulation of propagating crack in the composite. Basic numerical models of low-temperature co-fired ceramics (LTCC) with alumina particles homogenously dispersed in the glass matrix were developed. Volume fraction of alumina phase was 20vol.%, which is typical amount for LTCC. The results show that existence of residual stresses retards the crack propagating under conditions of sub-critical crack growth (SCG). Presented results contribute to a better understanding of the role of residual stresses in particulate ceramic composites.
|
|
| |
|
|
Výpočtové modelování procesu svařování a tepelného zpracování ocelí s využitím elasto-viskoplastického modelu materiálu
Jarý, Milan ; Daněk, Ladislav (oponent) ; Dymáček, Petr (oponent) ; Junek, Lubomír (vedoucí práce)
Práce se zabývá zdokonalením výpočtových přístupů predikce zbytkové napjatosti u svarových spojů svařovaných konstrukcí s cílem zajistit větší shodu vypočtených výsledků s reálnými podmínkami svařování a tepelného zpracování. Zlepšení výpočtových přístupů spočívá v aplikaci elasto-viskoplastických modelů materiálu, které jsou schopné oproti elasto-plastickým modelům materiálu zohlednit viskoplastické procesy probíhající při svařování a tepelném zpracování. To vede ke zpřesnění vypočtených výsledků, které vstupují do dalšího posouzení mezních stavů a přímo rozhodují o bezpečnosti a životnosti svařovaných konstrukcí. Provedené výpočtové a experimentální práce, konfrontované s publikovanými výsledky ve světě, potvrzují vliv a přínos používání elasto-viskoplastických modelů materiálu v rámci numerických analýz svařování a tepelného zpracování. Proto je dále elasto-viskoplastický model materiálu použit při řešení praktického projektu ÚAM Brno. Řešení tohoto projektu, jehož cílem je vývoj opravy heterogenních svarových spojů (bez následného tepelného zpracování po svařování) na jaderných elektrárnách Dukovany a Temelín metodou "Weld overlay", potvrdilo, že použití elasto-viskoplastického modelu materiálu vede ke zpřesnění vypočtených výsledků. Z tohoto důvodu bude elasto-viskoplastický výpočtový přístupu zahrnut do všech budoucích praktických úkolů ÚAM Brno.
|
|
|
Šíření trhlin skloněných k rozhraní keramických laminátů
Novotná, Lenka ; Trunec, Martin (oponent) ; Chlup, Zdeněk (vedoucí práce)
Využití výhod kompozitních materiálů majících vrstevnatou strukturu bylo a je cílem při návrhu rozličných komponent. Keramické lamináty nacházejí uplatnění tam, kde jsou požadovány speciální vlastnosti, jako je nízká hustota, teplotní a chemická odolnost. Hlavní překážkou většího rozšíření keramických materiálů je jejich inherentní křehkost. Proto je v předkládané práci řešena zejména problematika šíření trhlin v keramických laminátech. Lamináty na bázi korundu a zirkonu mající různé objemové podíly jednotlivých složek byly připraveny technikou elektroforetické depozice. Na základě důkladné literární rešerše byly navrženy postupy hodnocení šíření trhlin přes rozhraní a dále pak metody stanovení základních mechanických vlastností. Díky přítomnosti vnitřních napětí a rozdílného modulu pružnosti byl sledován odklon trhliny procházející přes rozhraní. Pro sledování tohoto fenoménu byla navržena nestandardní zkušební tělesa umožňující šíření trhliny pod zvoleným úhlem směrem k rozhraní. Na základě experimentálních prací bylo zjištěno, že míra odklonu trhliny je závislá na vstupním úhlu a dále pak na objemovém podílu jednotlivých složek vrstevnatého systému. Důležitým poznatkem je také fakt, že uvnitř materiálu docházelo k většímu odklonu než bylo pozorováno na povrchu. Studium tohoto jevu významně podpořily výsledky získané z 3D rekonstrukce lomových ploch s využitím konfokální mikroskopie. Dále byly stanoveny základní elastické a pevnostní charakteristiky laminátů, které byly srovnány s parametry stanovenými pro jednotlivé složky. Z porovnání modulu pružnosti byla ověřena platnost směšovacího pravidla. Jako nejvěrohodnější metoda stanovení modulu pružnosti laminátu se jeví dynamická rezonanční metoda, která vykazovala velmi malý rozptyl hodnot. Pevnostní charakteristiky laminátů vykazovaly tendenci blížit se hodnotě pevnosti nejméně pevné složky systému a nelze tedy využít směšovací pravidlo jak tomu bylo u modulu pružnosti. Změna objemového podílu jednotlivých složek laminátu vede pouze ke změně velikosti rozptylu ohybové pevnosti. Díky poznatkům získaným v této práci o šíření trhlin a stanovení základních mechanických charakteristik bude jednodušší navrhnout vhodný laminát dle potřeb aplikace.
|
|
|
Analýza vlivu parametrů procesu broušení na integritu obrobené plochy se zaměřením na zbytková napětí
Dömény, Tibor ; Sedlák, Josef (oponent) ; Csölle Putzová, Ildikó (vedoucí práce)
Broušení je často zařazen jako poslední operace ve výrobním postupu, přičemž jeho úkolem je zajistit požadovanou integritu obrobené plochy. Vznik zbytkových napětí po broušení značně ovlivňuje únavové vlastnosti povrchu obrobku a jeho odolnost proti opotřebení. Ve většině případů nelze přesně a definovat jejich rozložení pod povrchem. S cílem co nejpřesnější predikce průběhu zbytkových napětí se mnoho odborníků zaměřuje na analytické a numerické modelování procesu broušení a jeho vlivů. Práce se zabývá analýzou vzniku zbytkových napětí a jejich ovlivnění parametry broušení.
|
|
|
Vliv reziduálních napětí v keramickém laminátu na šíření trhliny
Máša, Bohuslav ; Zouhar, Michal ; Náhlík, Luboš
The main focus of this contribution is the fracture behaviour of layered ceramics composite – Al2O3/ZrO2. Different ratios of the layers were considered. The residual stresses given by sintering of the composite were identified and were taken into account. Assumptions concerning linear fracture mechanics and small scale yielding are considered. Stress components and displacements in the vicinity of the crack tip were obtained by a numerical modelling using finite element method implemented to the commercial software Ansys. For the determination of the stress intensity factor analytical approach was involved. The paper presented can contribute to the better understanding of the crack propagation through the individual layers.
|
|
|
Vliv bi-materiálového rozhraní na zavírání únavové trhliny
Náhlík, Luboš
Z publikovaných prací vyplývá, že bi-materiálové rozhraní má vliv na hodnotu součinitele intensity napětí, na velikost prahových hodnot pro šíření trhliny i na rychlost šíření únavové trhliny. Blízkost rozhraní mezi dvěma materiály ovlivňuje tvar a velikost plastické zóny v okolí vrcholu trhliny. Tato skutečnost se promítá také do velikosti zavíracího napětí (plasticity induced crack closure) při šíření únavové trhliny v blízkosti bi-materiálového rozhraní. V příspěvku je ukázán vliv rozhraní mezi dvěma materiály na velikost efektivního součinitele intensity napětí a rychlost šíření únavové trhliny v blízkosti tohoto rozhraní. Získané poznatky mohou přispět k lepšímu porozumění procesu únavového poškozování kompozitních materiálů.
|
host ::
RSS.