Zbytková životnost součástí s reziduálním napětím
Loading...
Date
Authors
Dlhý, Pavol
ORCID
Advisor
Referee
Mark
P
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Vysoké učení technické v Brně. CEITEC VUT
Abstract
Tato disertační práce se zabývá stanovením zbytkového napětí a odhadem zbytkové únavové životnosti rozměrné součásti. Jako zástupce rozměrných součástí jsou použity železniční nápravy. Určení celého pole zbytkových napětí v rozměrných součástech je v průmyslových podmínkách problematické. Proto je vyvinuta nová metodika, která je použita pro stanovení zbytkového napětí indukčně kalené železniční nápravy. Vyvinutá metodika využívá rentgenové difrakční měření pro stanovení povrchového zbytkového napětí a numerické simulace pro stanovení původního pole zbytkového napětí. Jednotlivé vybavení se běžně vyskytují v průmyslových laboratořích výzkumu a vývojově. Vliv zbytkového napětí je pak implementován do postupu odhadu zbytkové únavové životnosti vyvinutého na Ústavu fyziky materiálů Akademie věd ČR. Výsledky ukázaly, že po povrchové úpravě indukčním kalením nedochází k šíření povrchových trhlin. Proto byla odhadnuta zbytková únavová životnost tří klasicky kalených železničních náprav. Odhady jsou porovnány s experimentálně zkoušenými železničními nápravami. Výrazného zlepšení odhadu bylo dosaženo zahrnutím vlivu zbytkového napětí do odhadu zbytkové únavové životnosti. Tato práce se dále zabývá analýzou rozměrných součástí na základě přístupu přípustných poškození. To znamená určení polohy kritické koncentrace napětí a odhad polohy trhliny; experimentální určení křivek růstu únavových trhlin; stochastický odhad zbytkové únavové životnosti s cílem zahrnout vliv variability dat. Výsledky získané v této práci lze použít pro posouzení intervalu kontroly cyklicky zatěžovaných součástí se zbytkovým napětím.
This doctoral thesis deals with residual stress determination and residual fatigue lifetime estimation of the sizable component. As a representative of the sizable components, the railway axles are used. Determining the entire residual stress field in sizable components is problematic in industrial conditions. Therefore, a new methodology is developed and used for the residual stress determination of the induction hardened railway axle. The developed methodology uses X-ray diffraction measurement for the surface residual stress determination and numerical simulations for the original residual stress field determination. Each piece of equipment is commonly present in industrial R&D laboratories. The residual stress effect is then implemented in the residual fatigue lifetime estimation procedure developed at the Institute of Physics of Materials of the Czech Academy of Sciences. Results showed no surface crack propagation after the induction hardening surface treatment. Therefore, residual fatigue lifetime is estimated for three quenched railway axles. Estimations are compared with experimentally tested railway axles. A significant improvement in the estimation has been achieved by including the residual stress effect in the residual fatigue lifetime estimation. The present work further deals with the sizable component analysis based on the damage-tolerant approach. That means the determination of the critical stress concentration position and estimation of the crack position; experimental determination of the fatigue crack growth curves; stochastic residual fatigue lifetime estimation in order to include the effect of the variability of the data. Results obtained in this work can be used for the inspection interval assessment of the cyclically loaded components with the residual stress.
This doctoral thesis deals with residual stress determination and residual fatigue lifetime estimation of the sizable component. As a representative of the sizable components, the railway axles are used. Determining the entire residual stress field in sizable components is problematic in industrial conditions. Therefore, a new methodology is developed and used for the residual stress determination of the induction hardened railway axle. The developed methodology uses X-ray diffraction measurement for the surface residual stress determination and numerical simulations for the original residual stress field determination. Each piece of equipment is commonly present in industrial R&D laboratories. The residual stress effect is then implemented in the residual fatigue lifetime estimation procedure developed at the Institute of Physics of Materials of the Czech Academy of Sciences. Results showed no surface crack propagation after the induction hardening surface treatment. Therefore, residual fatigue lifetime is estimated for three quenched railway axles. Estimations are compared with experimentally tested railway axles. A significant improvement in the estimation has been achieved by including the residual stress effect in the residual fatigue lifetime estimation. The present work further deals with the sizable component analysis based on the damage-tolerant approach. That means the determination of the critical stress concentration position and estimation of the crack position; experimental determination of the fatigue crack growth curves; stochastic residual fatigue lifetime estimation in order to include the effect of the variability of the data. Results obtained in this work can be used for the inspection interval assessment of the cyclically loaded components with the residual stress.
Description
Citation
DLHÝ, P. Zbytková životnost součástí s reziduálním napětím [online]. Brno: Vysoké učení technické v Brně. CEITEC VUT. 2022.
Document type
Document version
Date of access to the full text
Language of document
en
Study field
Pokročilé materiály
Comittee
prof. Ing. Radimír Vrba, CSc. (předseda)
doc. Ing. Stanislav Seitl, Ph.D. (člen)
prof. Ing. Milan Růžička, CSc. (člen)
doc. Ing. Libor Pantělejev, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Jan Klusák, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Tomáš Návrat, Ph.D. (člen)
Date of acceptance
2022-09-15
Defence
Disertační práce pan Ing. P. Dlhého se zabývá stanovením zbytkového napětí a odhadem zbytkové únavové životnosti rozměrné součásti (v práci zastoupena železniční nápravou). V rámci disertační práce byla vyvinuta nová metodika, která byla aplikována pro stanovení zbytkového napětí indukčně kalené železniční nápravy (materiál EA4T). Výsledky získané v této práci lze použít pro stanovení bezpečného intervalu kontroly cyklicky zatěžovaných součásti se zbytkovým napětím. S využitím získaných znalostí lze zvýšit provozní spolehlivost nebo upřesnit životnost součástek/konstrukcí vyrobených z těchto materiálů a snížit případné riziko havárie. Pozitivně je potřeba konstatovat, že výsledky jsou konkrétním výstupem více než 10 vědeckých nebo aplikačních projektů. V průběhu obhajoby student zodpověděl uspokojivě na všechny dotazy oponentů a komise a prokázala tím své tvůrčí schopnosti a vysokou odbornost ve studované oblasti.
Result of defence
práce byla úspěšně obhájena
Document licence
Přístup k plnému textu prostřednictvím internetu byl licenční smlouvou omezen na dobu 3 roku/let