Naslov
EKSPERIMENTALNO I NUMERIČKO MODELIRANJE ZAMORNOG PONAŠANJA NODULARNOG LIJEVA
(Experimental and numerical modelling of fatigue behavior of nodular cast iron)

Autori
Čanžar, Predrag

Vrsta, podvrsta i kategorija rada
Ocjenski radovi, doktorska disertacija

Fakultet
Fakultet strojarstva i brodogradnje

Mjesto
Zagreb

Datum
03.04

Godina
2012

Stranica
192

Mentor
Tonković, Zdenko

Ključne riječi
nodularni lijev; mikrostruktura; eksperiment; zamor; numeričko modeliranje; ciklička plastičnost; rast pukotine; metoda konačnih elemenata; mehanika loma; koeficijent intenzivnosti naprezanja; J-integral
(nodular cast iron; microstructure; experiment; fatigue; numerical modeling; cyclic plasticity; growth cracks; finite element analysis; fracture mechanics; stress intensity factors; the J-integral)

Sažetak
Većina komponenti modernih konstrukcija koje su izložene dinamičkom opterećenju i posljedično zamoru izrađene su od nodularnog lijeva normirane oznake EN-GJS-400-18-LT. Razlog tome je što se ovaj materijal odlikuje visokom istezljivošću i dinamičkom izdržljivošću čemu doprinose grafitne nodule u feritnoj mikrostrukturnoj matrici. Navedeni materijal korišten je za izradu glavčine postojećeg KONČAR-vjetroagregata snage 1MW, ali i kod drugih proizvodnih komponenata tvrtke Končar, kao što su vlakovi, tramvaji, energetska oprema itd. Iz tog razloga istraživanje procesa deformiranja navedenog materijala predstavlja značajan interes od strane hrvatske industrije. Kako utjecaj mikrostrukture na mehaničko ponašanje nodularnog lijeva EN-GJS-400-18-LT nije dovoljno istražen, cilj rada bio je eksperimentalno istražiti utjecaj mikrostrukture na proces iniciranja i rasta oštećenja u materijalu te na temelju eksperimentalnih rezultata predložiti konstitutivni model s pripadnim numeričkim algoritmom za simuliranje procesa deformiranja materijala. Kako bi se mehaničko ponašanje materijala dovelo u vezu s mikrostrukturom materijala, u radu su analizirane četiri različite serije materijala dobivene različitim tehnologijama lijevanja. Karakterizacija grafitne morfologije kao i mikrostrukture matrice materijala obavljena je na pedesetak uzoraka za svaku seriju nodularnog lijeva. Provedeni eksperimenti obuhvaćali su statičko vlačno ispitivanje, simetrična i asimetrična ciklička ispitivanja s petljama histereze, ispitivanje lomne žilavosti, te ispitivanja u kojima se istražuje rast zamornih pukotina, za svaku od četiri serije nodularnog lijeva. Pritom je za detekciju nastanka i mjerenje rasta zamornih pukotina na površini epruvete razvijena nova optička metoda primjenom mjernog sustava Aramis. Eksperimentalni rezultati pokazuju da veličina, oblik i raspodjela grafitnih nodula nema značajan utjecaj na cikličko očvršćenje materijala, ali igra veliku ulogu u procesima nastanka i rasta pukotina. Zaključeno je da veće nodule nepravilnijeg oblika, nepovoljno utječu na zamorno ponašanje materijala u usporedbi s većim brojem manjih nodula pravilnog oblika. Nadalje, rezultati pokazuju da perlitna mikrostrukturna faza ne utječe značajno na zamorni životni vijek ukoliko njen udjel ne prelazi 10%. U okviru numeričkog modeliranja, postojeći algoritam za analizu problema cikličke plastičnosti ljuskastih konstrukcija, prilagođen je za trodimenzijski konstitutivni model te je implementiran u programski paket ABAQUS. Točnost numeričkog algoritma provjerena je usporedbom s dobivenim eksperimentalnim rezultatima na epruvetama sa i bez zareza pomoću kojih je definiran konstitutivni model. To je omogućilo točnije opisivanje stanja naprezanja i deformacija, kao i procesa nastanka i rasta pukotine u materijalu za slučaj cikličkih opterećenja.

Izvorni jezik
Hrvatski

Znanstvena područja
Strojarstvo

POVEZANOST RADA