hrvatski

Numeričko modeliranje postupka zaustavljanja širenja pukotina

Zamorne pukotine u konstrukcijama izazivaju brojne poteškoće, s mogućim vrlo ozbiljnim posljedicama, kao što su oštećenja i lomovi. Cilj ovog rada je doprinijeti pouzdanosti metalnih konstrukcija, s gledišta zaustavljanja širenja zamornih pukotina primjenom jednostavnog postupka izradbe zaustavnih provrta u vrhovima pukotina. Zadatak je bio ispitati parametre, koji utječu na djelotvornost postupka zaustavnih provrta, te iznaći postupak njihove optimizacije, tj. izbora takve kombinacije parametara, koja će omogućiti da se što je moguće više odgodi nastanak nove pukotine, nakon sanacije prethodne zaustavnim provrtima. Uzorci, koji opisuju ponašanje dijela konstrukcije na kojemu se pojavila pukotina, su odabrani tako da omogućavaju praktičnu primjenu dobivenih rezultata na stvarnim konstrukcijama. Primijenjen je postupak numeričkog modeliranja razdiobe deformacija i naprezanja na uzorcima, metodom konačnih elemenata. Nelinearnim proračunom, koji polazi od elastoplastičnog modela materijala, uzimajući u obzir i kinematičku nelinearnost, određene su deformacije i naprezanja u numeričkim modelima uzoraka, izloženih ciklički promjenljivom opterećenju stalne amplitude. Procjena vijeka trajanja uzorka do nastanka nove pukotine polazi od amplituda i srednjih vrijednosti izračunatih deformacija i naprezanja. Ona se osniva na Manson-Coffinovoj jednadžbi i modifikaciji Smith-Watson-Topperovog parametra, koja uzima u obzir predznak srednjeg naprezanja. U radu su analizirani sljedeći parametri postupka zaustavnih provrta, za uzorke od aluminijske slitine AlCuMg2 i čelične zatike, zanemarujući frekvenciju vanjskog opterećenja i koroziju trenja: - Primijenjeni postupak sanacije, tj. proširivanje zaustavnih provrta alatom za protrnjivanje, sa ili bez naknadnog utiskivanja zatika ; - Postotak prekomjernosti alata/zatika, u odnosu na početni promjer zaustavnih provrta ; - Utjecaj debljine uzorka, izražen koncepcijom numeričkog proračuna (stanje ravninske deformacije, ili stanje ravninskog naprezanja) ; - Utjecaj oblika uzorka izražen položajem pukotine (u sredini ili na rubu uzorka) ; - Utjecaj relativne duljine pukotine, za uzorke s pukotinom na rubu ; - Utjecaj amplitude i omjera vanjskih opterećenja uzorka. Rezultati rada prikazani su u obliku dijagrama numeričke procjene vijeka trajanja u srednjem presjeku uzoraka, te u obliku dijagrama zavisnosti vijeka trajanja o postotku prekomjernosti obrade zaustavnih provrta, zavisno o postupku sanacije, obliku uzorka, te relativnoj duljini pukotine. Numerički rezultati su uspoređeni s eksperimentalnim rezultatima, dostupnim prema literaturi i nađeno je njihovo vrlo dobro slaganje, što potvrđuje opravdanost primjene numeričkog modela. Rezultati ukazuju na to da, za navedeni materijal uzoraka, numeričku procjenu vijeka trajanja treba osnivati na ekvivalentnim deformacijama i normalnim naprezanjima u uzdužnom smjeru uzorka. Pojedine utjecajne veličine analizirane su na osnovu numeričkih rezultata, što je tabelarno prikazano. Zapaža se da postupak obrade zaustavnih provrta s naknadnim utiskivanjem zatika daje znatno povoljniji vijek trajanja, nego samo njihova hladna obrada protrnjivanjem. Nadalje stupanj prekomjernosti alata/zatika značajno utječe na vijek trajanja kod uzoraka s pukotinom na rubu (osobito kod pukotina velike relativne duljine), što je manje izraženo kod uzoraka s pukotinom u sredini.

Zamorne pukotine; Numeričko modeliranje; Postupak zaustavnih provrta

nije evidentirano