Přenositelnost popisu šíření únavových trhlin mezi tělesy různé velikosti a geometrie

Simple item page
but.committeeprof. Ing. Jiří Burša, Ph.D. (předseda) prof. Ing. Milan Růžička, CSc. (člen) Ing. Zdeněk Chlup, Ph.D. (člen) prof. Ing. Radim Halama, Ph.D. (člen) doc. Ing. Jan Klusák, Ph.D. (člen)cs
but.defencePřínos práce spočívá v návrhu nových metod pro hodnocení zbytkové životnosti v oblasti prahových hodnot, kde je dekomponován vliv jednotlivých faktorů. Dále v návrhu nestandardizovaných metod sledování růstu trhlin na svarech a jejich okolí zatížených zbytkovou napjatostí a v simulaci jejich šíření, jakož i stochastických metod při posuzování zbytkové životnosti, včetně aplikací na příkladech. Teze disertační práce obsahují všechny potřebné informace.cs
but.jazykangličtina (English)
but.programInženýrská mechanikacs
but.resultpráce byla úspěšně obhájenacs
dc.contributor.advisorVojtek, Tomášen
dc.contributor.authorTichoň, Dušanen
dc.contributor.refereeRůžička, Milanen
dc.contributor.refereeChlup, Zdeněken
dc.date.accessioned2025-07-22T04:01:43Z
dc.date.available2025-07-22T04:01:43Z
dc.date.created2025cs
dc.description.abstractTáto dizertačná práca sa zaoberá tematikou únavového poškodzovania materiálu a špeciálne prenositeľnosťou dát rýchlosti šírenia trhlín medzi telesami rôznej veľkosti a geometrie, a za rôznych zaťažovacích a environmentálnych podmienok. Významným parametrom popisujúcim únavové chovanie trhliny v telese je takzvaná prahová hodnota rýchlosti šírenia trhliny. Napriek tomu, že experimentálne meranie rýchlosti šírenia únavových trhlín je štandardizované, v literatúre sú reportované značné rozptyly dátach, a to prevažne pre ocele náchylné ku korózii. Identifikované faktory ovplyvňujúce tieto rozdiely zahŕňajú históriu a frekvenciu zaťažovania, veľkosť a geometriu telesa, absolútnu vlhkosť okolitého vzduchu či parametre experimentálnej techniky postupného znižovania zaťaženia. Nový inovatívny prístup separuje konzervatívnu časť prahovej hodnoty, nezávislú na oxidácii líc trhliny, od časti ovplyvnenej mechanizmom zatvárania trhliny vplyvom oxidačných produktov. Časť bezoxidovej prahovej hodnoty, získaná za kontrolovaných podmienok nízkej vlhkosti, typicky dosahuje hodnoty 4–5 MPam0.5 v závislosti na geometrii telesa. Príspevok daný oxidmi bol kvantifikovaný a tento prístup vierohodne predikuje krivku rýchlosti šírenia únavovej trhliny pre oceľ EA4T za rôznych podmienok, s chybou menšou než 10 % v prípade prahovej hodnoty. Navyše, predikcia únavových dát z vlakovej nápravy s poloeliptickou povrchovou trhlinou vykazuje chybu menšiu než 5 %. Bola navrhnutá nová metodika pre stanovenie prahovej hodnoty pre bod vnútri telesa v prípade poloeliptickej trhliny iniciovanej na povrchu, čo je relevantný smer vzhľadom k únavovému porušeniu integrity telesa. Týmto prístupom bol vyriešený problém s takzvanými „koróznymi ušami“, čo je relikt spojený s nerovnomernou vrstvou oxidačnej vrstvy na lícach trhliny a zahŕňa reálny tvar čela trhliny. Nadväzujúce štúdie únavových dát sa venovali štrukturálnym zónam zvarových spojov feriticko-perlitickej ocele v žíhanom a nežíhanom stave. V normovaných CT telesách sa únavové dáta žíhaných telies prekrývali s dátami získanými zo základného materiálu, čo naznačuje významnú relaxáciu zvyškových napätí po zváraní a zanedbateľnosť mikroštruktúrnych zmien. Signifikantné nezrovnalosti boli pozorované v pôvodnom poli zvyškových napätí, pretože rýchlosť únavových trhlín v prípade štandardných CT telies v oblasti zvarového kovu a teplom ovplyvnenej zóny bola nižšia, a v prípade neštandardných plochých telies naopak vyššia, pri porovnaní so základným materiálom. Z tohto dôvodu bola koncipovaná nová metodika uvažujúca zvyškové napätia pri numerických analýzach vedúcich k predikcii zvyškovej únavovej životnosti zvarových spojov. Tento prístup bol validovaný na experimentálnych testoch a dosiahol excelentnú zhodu s chybou okolo 7–10 % na konzervatívnej strane pre žíhané aj nežíhané telesá. Nakoniec, koncipovaná ucelená stochastická metodika umožňuje posúdenie vstupných parametrov z pravdepodobnostnej perspektívy. Navrhnutý algoritmus pomocou metódy Monte Carlo slúži k určeniu zvyškovej únavovej životnosti inžinierskych aplikácií vystavených únavovému poškodzovaniu a bol validovaný s vysokou mierou zhody s experimentami na vlakových nápravách. Fréchetova distribučná funkcia spolu s piatym percentilom distribúcie predikovaných životností boli navrhnuté ako reprezentatívne charakteristiky, ktoré významne znížili mieru neistôt deterministických prístupov.en
dc.description.abstractThis doctoral thesis is concerned with the transferability of crack propagation data across bodies with different size and geometry, and under different loading and environmental conditions. A crucial parameter in fatigue behaviour of a crack is the fatigue crack propagation threshold. Despite standardized experimental measurements, a significant scatter in crack propagation data is reported, particularly for corrosion-prone steels. Identified factors influencing this scatter include load history, loading frequency, component size and geometry, absolute air humidity and parameters related to the load-shedding technique (starting K_max and C-gradient). A proposed innovative approach separates a conservative threshold, independent of crack flanks oxidation, from an additional part given by the oxide-induced crack closure. The oxide-free threshold, obtained in controlled low humidity conditions, typically reaches the value of 4–5 MPam0.5, depending on the component geometry. An additional part to the conservative threshold was quantified and this approach accurately predicts fatigue crack growth rate curves for EA4T steel under various conditions, reaching the error less than 10% in thresholds and for data of real-size railway axles with a semi-elliptical crack starter with error less than 5% in the near-threshold data. A new combined experimental-numerical methodology was proposed for evaluating the threshold value in the in-depth crack growth direction of a semi-elliptical crack, which is the most relevant direction to the fatigue life. In this manner, observed effect of “corrosion ears” related to irregular oxide debris on crack flanks was resolved. In addition, crack propagation data in structural parts of butt weld joints of low alloy steel were investigated in heat-treated and as-welded states. In standard CT specimens, data obtained from heat-treated specimens were overlapping base metal data, implying a significant relief of residual stresses and negligible effect of microstructural changes. Significant discrepancies were observed in the initial residual stress field, since in standard CT specimens crack growth rates decelerated and in non-standard dog bone specimens accelerated in weld metal and heat-affected zone compared with base metal data. Hence, an original methodology was developed to consider residual stresses in numerical predictions of the residual fatigue life of weld joints, which was validated with experiments reaching an excellent agreement being conservative on average 7–10%. At last, a developed comprehensive stochastic methodology enables assessment of various input parameters from a probabilistic perspective. A Monte Carlo simulation algorithm was proposed to estimate the residual fatigue life of fatigue-stressed engineering components that closely matched experimental tests on real-size railway axles. The Fréchet distribution function and the 5-th percentile of residual fatigue life distribution were identified as representative characteristics, which significantly diminished uncertainties regarding deterministic approaches.cs
dc.description.markPcs
dc.identifier.citationTICHOŇ, D. Přenositelnost popisu šíření únavových trhlin mezi tělesy různé velikosti a geometrie [online]. Brno: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství. 2025.cs
dc.identifier.other163076cs
dc.identifier.urihttps://hdl.handle.net/11012/255208
dc.language.isoencs
dc.publisherVysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrstvícs
dc.rightsStandardní licenční smlouva - přístup k plnému textu bez omezenícs
dc.subjectÚnava materiáluen
dc.subjectprahová hodnota rýchlosti šírenia trhlinyen
dc.subjectprístup tolerujúci poškodenieen
dc.subjectzvyšková únavová životnosťen
dc.subjectpravdepodobnostné posúdenie únavovej životnostien
dc.subjectkonečno-prvkové modelovanieen
dc.subjectželezničná nápravaen
dc.subjectmateriálovo podobný zvarový spojen
dc.subjectMaterial fatiguecs
dc.subjectcrack propagation thresholdcs
dc.subjectdamage-tolerancecs
dc.subjectresidual fatigue lifecs
dc.subjectprobabilistic assessment of fatigue lifecs
dc.subjectfinite element modellingcs
dc.subjectrailway axlecs
dc.subjectsimilar weld jointcs
dc.titlePřenositelnost popisu šíření únavových trhlin mezi tělesy různé velikosti a geometrieen
dc.title.alternativeTransferability of fatigue crack propagation data between bodies with different size and geometrycs
dc.typeTextcs
dc.type.driverdoctoralThesisen
dc.type.evskpdizertační prácecs
dcterms.dateAccepted2025-07-11cs
dcterms.modified2025-07-21-14:25:56cs
eprints.affiliatedInstitution.facultyFakulta strojního inženýrstvícs
sync.item.dbid163076en
sync.item.dbtypeZPen
sync.item.insts2025.07.22 06:01:43en
sync.item.modts2025.07.22 05:31:55en
thesis.disciplinebez specializacecs
thesis.grantorVysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství. Ústav mechaniky těles, mechatroniky a biomechanikycs
thesis.levelDoktorskýcs
thesis.namePh.D.cs
Files
Original bundle
Now showing 1 - 5 of 5
Thumbnail Image
Name:
final-thesis.pdf
Size:
11.05 MB
Format:
Adobe Portable Document Format
Description:
file final-thesis.pdf
Download
Thumbnail Image
Name:
thesis-1.pdf
Size:
7.9 MB
Format:
Adobe Portable Document Format
Description:
file thesis-1.pdf
Download
Thumbnail Image
Name:
Posudek-Oponent prace-Ruzicka_Posudek_Tichon_final_BP.pdf
Size:
236.83 KB
Format:
Adobe Portable Document Format
Description:
file Posudek-Oponent prace-Ruzicka_Posudek_Tichon_final_BP.pdf
Download
Thumbnail Image
Name:
Posudek-Oponent prace-2025_DDP_Tichon_Dusan_Review_Chlup_BP.pdf
Size:
1.17 MB
Format:
Adobe Portable Document Format
Description:
file Posudek-Oponent prace-2025_DDP_Tichon_Dusan_Review_Chlup_BP.pdf
Download
Thumbnail Image
Name:
review_163076.html
Size:
4.28 KB
Format:
Hypertext Markup Language
Description:
file review_163076.html
Download
Collections
2025