Superpočítání pro průmysl www.it4i.cz

Kontaktní únava

Popis projektu

Projekt je řešen ve spolupráci s Bonatrans Group a.s. v rámci výzvy „Inovační vouchery Moravskoslezského kraje 2012″ a jeho hlavním tématem je výzkum opotřebení a kontaktní únavy při valivém kontaktu s prokluzem pro dvě vybrané jakosti materiálu železničního kola (Class C, Class D). Experimentální část zahrnuje zejména návrh a realizaci komparativních zkoušek na stroji pro výzkum kontaktní únavy v souladu s předpisem AAR M-107 a provedení zkoušek nízkocyklové únavy vybrané jakosti materiálu věnce železničního kola při proporcionálním a neproporcionálním namáhání (kombinace tahu a krutu) na modernizovaném zkušebním stroji INOVA ZUZ100. Výstupy numerického výzkumu jsou stručně prezentovány v následujících statích.

Vývoj matematických modelů pro predikci opotřebení

Při exploataci materiálu železničních kol v praxi dochází jak k cyklickým plastickým deformacím, tak k adhezi či abrazi, v závislosti na skutečných provozních podmínkách, což společně v konečném důsledku vede ke změně profilu železničního kola. Pro praxi je tedy velmi důležité stanovení míry opotřebení. Jedním z nejpodstatnějších mechanismů založených na vyčerpání plastických schopností materiálu je mechanismus ratchetingu. Model Mazzu, založený na semianalytickém stanovení pole napjatosti v povrchové vrstvě a Chabocheově kombinovaném modelu zpevnění, byl s úspěchem aplikován na případ liniového kontaktu. Výhodou vyvinutých algoritmů je zejména velmi krátký výpočetní čas.

Modelování únavových testů pomocí MKP

Komplexnost napěťově-deformačního chování vybraných jakostí železničních kol při cyklickém namáhání je zkoumána experimentálně na únavovém zkušebním stroji s následným fenomenologickým modelováním při proporcionálním i neproporcionálním namáhání. Zkoušky realizované na univerzálním zkušebním stroji při kombinaci tah/krut umožňují vyvolat podobný napěťový stav jako při namáhání bodu na povrchu jízdní plochy železničního kola při valivém kontaktu s prokluzem, což vede k akumulaci smykové plastické deformace s rostoucím počtem cyklů. Pomocí metody konečných prvků jsou vybrané testy simulovány s následnou aplikací únavových kritérií multiaxiální únavy.

Aplikace klasických i pokročilých modelů cyklické plasticity

Klasické modely, implementované v komerčních konečnoprvkových programech (Besseling, Mroz, Armstrong-Frederick, Chaboche), nemohou zachytit správně komplexní chování kovových materiálů při cyklickém neproporcionálním namáhání, proto je nutná aplikace novějších modelů cyklické plasticity. Při modelování napěťově-deformačního chování zkoumaných materiálů byl aplikován modifikovaný model AbdelKarim-Ohno s velmi dobrou predikcí ratchetingu při jednoosém i víceosém namáhání. Vývoj tohoto modelu je velmi důležitý například pro aplikaci modelu v oblasti nelineární lomové mechaniky pro stanovení kritické hloubky únavové trhliny.

Partneři