INŽENÝRSKÁ MECHANIKA 2002

Podobné dokumenty
ACOUSTIC EMISSION SIGNAL USED FOR EVALUATION OF FAILURES FROM SCRATCH INDENTATION

Comparison of Two Designs for the Spiral Casing of the Fan Grinding Mill. Porovnání dvou konstrukčních variant spirálové skříně ventilátorového mlýna

Obrábění robotem se zpětnovazební tuhostí

Gymnázium, Brno, Slovanské nám. 7 WORKBOOK. Mathematics. Teacher: Student:

Vliv metody vyšetřování tvaru brusného kotouče na výslednou přesnost obrobku

CHAPTER 5 MODIFIED MINKOWSKI FRACTAL ANTENNA

UNIVERZITA PARDUBICE DOPRAVNÍ FAKULTA JANA PERNERA BAKALÁŘSKÁ PRÁCE Tomáš Vojtek

Sborník vědeckých prací Vysoké školy báňské - Technické univerzity Ostrava číslo 1, rok 2006, ročník LII, řada strojní článek č.

The Over-Head Cam (OHC) Valve Train Computer Model

STLAČITELNOST. σ σ. během zatížení

VÝZKUM VLASTNOSTÍ SMĚSI TEKBLEND Z HLEDISKA JEJÍHO POUŽITÍ PRO STAVBU ŽEBRA

Izolační manipulační tyče typ IMT IMT Type Insulated Handling Rod

Transformers. Produkt: Zavádění cizojazyčné terminologie do výuky odborných předmětů a do laboratorních cvičení

PLASTICKÉ VLASTNOSTI VYSOKOPEVNOSTNÍCH MATERIÁLŮ DĚLENÝCH NESTANDARDNÍMI TECHNOLOGIEMI

KULOVÝ STEREOTEPLOMĚR NOVÝ přístroj pro měření a hodnocení NEROVNOMĚRNÉ TEPELNÉ ZÁTĚŽE

NÁVRHÁŘ. charakteristika materiálu. Numerický experiment Integrovaný model Dynamický materiálový model. kontrolovatelné parametry

AIC ČESKÁ REPUBLIKA CZECH REPUBLIC

Uni- and multi-dimensional parametric tests for comparison of sample results

DATA SHEET. BC516 PNP Darlington transistor. technický list DISCRETE SEMICONDUCTORS Apr 23. Product specification Supersedes data of 1997 Apr 16

ZÁKLADNÍ STUDIUM VLASTNOSTÍ A CHOVÁNÍ SYSTÉMŮ TENKÁ VRSTVA SKLO POMOCÍ INDENTAČNÍCH ZKOUŠEK

Biosensors and Medical Devices Development at VSB Technical University of Ostrava

MODELOVÁNÍ A MĚŘENÍ DEFORMACE V TAHOKOVU

Výuka odborného předmětu z elektrotechniky na SPŠ Strojní a Elektrotechnické

EVALUATION OF SPECIFIC FAILURES OF SYSTEMS THIN FILM SUBSTRATE FROM SCRATCH INDENTATION IN DETAIL

TKGA3. Pera a klíny. Projekt "Podpora výuky v cizích jazycích na SPŠT"

Problematika disertační práce a současný stav řešení

KONTAKTNÍ TLAKY TĚSNĚNÍ HLAVY VÁLCŮ STACIONÁRNÍHO MOTORU

Klepnutím lze upravit styl předlohy. nadpisů. nadpisů.

ACTA UNIVERSITATIS AGRICULTURAE ET SILVICULTURAE MENDELIANAE BRUNENSIS SBORNÍK MENDELOVY ZEMĚDĚLSKÉ A LESNICKÉ UNIVERZITY V BRNĚ

STATICKÁ ÚNOSNOST 3D MODELU SVĚRNÉHO SPOJE

NUMERICKÁ SIMULACE ODTRŽENÍ SKLOEPOXIDOVÉ VRSTVY ADAFLEX BG

Compression of a Dictionary

HODNOCENÍ HLOUBKOVÝCH PROFILŮ MECHANICKÉHO CHOVÁNÍ POLYMERNÍCH MATERIÁLŮ POMOCÍ NANOINDENTACE

STŘEDNÍ PŘIROZENÉ DEFORMAČNÍ ODPORY PŘI TVÁŘENÍ OCELÍ ZA TEPLA - VLIV CHEMICKÉHO A STRUKTURNÍHO STAVU

NUMERICAL SOLUTION OF HARD ROCK DISINTEGRATION PROCESS NUMERICKÉ ŘEŠENÍ PROCESU ROZPOJOVÁNÍ TVRDÝCH HORNIN

METODIKA VÝPOČTU NÁHRADNÍ TUHOSTI NOSNÍKU.

Dvojitě vyvážený směšovač pro KV pásma. Doubly balanced mixer for short-wave bands

IDENTIFIKACE ZBYTKOVÝCH NAPETÍ ODVRTÁVACÍM PRINCIPEM RESIDUAL STRESS IDENTIFICATION USING THE HOLE DRILLING PRINCIPLE

SDÍLENÍ TEPLA PŘI ODLÉVÁNÍ KRUHOVÝCH FORMÁTŮ NA ZPO. Příhoda Miroslav Molínek Jiří Pyszko René Bsumková Darina

SUBSTRUCTURES underground structures

Střední průmyslová škola strojnická Olomouc, tř.17. listopadu 49

CREEP AUSTENITICKÉ LITINY S KULIČKOVÝM GRAFITEM CREEP OF AUSTENITIC DUCTILE CAST IRON

Introduction to MS Dynamics NAV

Height Adjustable Shock Absorbers for MacPherson Strut Type Suspension. Výškově stavitelné tlumiče pro zavěšení MacPherson

Air Quality Improvement Plans 2019 update Analytical part. Ondřej Vlček, Jana Ďoubalová, Zdeňka Chromcová, Hana Škáchová

Náhradní ohybová tuhost nosníku

Entrance test from mathematics for PhD (with answers)

Údaje o stroji PWO UNITOOLS 1250T-1

MOŽNOSTI TVÁŘENÍ MONOKRYSTALŮ VYSOKOTAVITELNÝCH KOVŮ V OCHRANNÉM OBALU FORMING OF SINGLE CRYSTALS REFRACTORY METALS IN THE PROTECTIVE COVER

VLIV MECHANICKÉHO PORUŠENÍ NA CHOVÁNÍ POVRCHU S TIN VRSTVOU PŘI TEPELNÉM A KOROZNÍM NAMÁHÁNÍ. Roman Reindl, Ivo Štěpánek, Martin Hrdý, Klára Jačková

POŽÁRNÍ ODOLNOST DŘEVOBETONOVÉHO STROPU

VLASTNOSTI OCELI CSN (DIN C 45) S VELMI JEMNOU MIKROSTRUKTUROU PROPERTIES OF THE C45 DIN GRADE STEEL (CSN 12050) WITH VERY FINE MICROSTRUCTURE

Sborník vědeckých prací Vysoké školy báňské - Technické univerzity Ostrava číslo 1, rok 2006, ročník LII, řada strojní článek č.

TAH/TLAK URČENÍ REAKCÍ

Právní formy podnikání v ČR

These connections are divided into: a) with a form-contact b) with a force-contact

WORKSHEET 1: LINEAR EQUATION 1

TESTOVÁNÍ VLIVU INDIKAČNÍCH KAPALIN NA KŘEHKOLOMOVÉ VLASTNOSTI SKLOVITÝCH SMALTOVÝCH POVLAKŮ

DETERMINATION OF MECHANICAL AND ELASTO-PLASTIC PROPERTIES OF MATERIALS BY NANOINDENTATION METHODS

Nelineární problémy a MKP

CZ.1.07/1.5.00/

CYKLICKÁ INDENTACNÍ MERENÍ SYSTÉMU TENKÁ VRSTVA - SUBSTRÁT. Šárka Jelínková, Ivo Štepánek, Radek Nemec

BRDSM: Komplexní systém dynamického řízení kvality plynule odlévané oceli

Simulace destrukce pneumatik

PC/104, PC/104-Plus. 196 ept GmbH I Tel. +49 (0) / I Fax +49 (0) / I I

Parametrická studie vlivu vzájemného spojení vrstev vozovky

MODELOVÁNÍ VLIVU VLASTNOSTÍ ZEMINY NA AMPLITUDU RYCHLOSTI KMITÁNÍ MODELING OF IMPACT OF SOIL PROPERTIES ON THE PEAK OSCILLATION VELOCITY

WP09V011: Software pro rozšířené vyhodnocení obrazového záznamu průběhu výstřiku paliva - Evalin 2.0

Název práce: DIAGNOSTIKA KONTAKTNĚ ZATÍŽENÝCH POVRCHŮ S VYUŽITÍM VYBRANÝCH POSTUPŮ ZPRACOVÁNÍ SIGNÁLU AKUSTICKÉ EMISE

Transportation Problem

THE PREDICTION PHYSICAL AND MECHANICAL BEHAVIOR OF FLOWING LIQUID IN THE TECHNICAL ELEMENT

Sborník vědeckých prací Vysoké školy báňské - Technické univerzity Ostrava číslo 1, rok 2009, ročník IX, řada stavební článek č.3

Úvod do datového a procesního modelování pomocí CASE Erwin a BPwin

The roof of a bus station

Next line show use of paragraf symbol. It should be kept with the following number. Jak může státní zástupce věc odložit zmiňuje 159a.

Hodnocení korozí odolnosti systémů tenká vrstva substrát v prostředí kompresorů

Aplikace matematiky. Dana Lauerová A note to the theory of periodic solutions of a parabolic equation

Czech Technical University in Prague DOCTORAL THESIS

SPECIAL THEORY OF RELATIVITY

VYUŽITÍ DYNAMICKÝCH MODELŮ OCELÍ V SIMULAČNÍM SOFTWARE PRO TVÁŘENÍ

PARAMETRY HYPOPLASTICKÉHO MODELU PRO NUMERICKÝ MODEL TUNELU BŘEZNO

VŠB- Technická univerzita Ostrava Fakulta strojní Katedra pružnosti a pevnosti. Úvod do MKP Napěťová analýza modelu s vrubem

Laboratorní mostový jeřáb. The Laboratory Overhead Crane 2012 FUNKČNÍ VZOREK. Název funkčního vzorku v originále. Název funkčního vzorku anglicky

DYNAMICS - Power, input power, efficiency

MSC.Marc 2005r3 Tutorial 1. Autor: Robert Zemčík

Styčníky v pren1998-1:2019. František Wald

Tento materiál byl vytvořen v rámci projektu Operačního programu Vzdělávání pro konkurenceschopnost.

VLIV TENKÉ VRSTVY TIN NA CHOVÁNÍ POVRCHU PŘI KONTAKTNÍ ÚNAVĚ. Dana Lisová, Roman Reindl, Ivo Štěpánek

výrobce VOSS Fluid GmbH + Co. KG

EXACT DS OFFICE. The best lens for office work

POSSIBLE GENERALISATION OF DECREASE IN MECHANICAL PROPERTIES OF CARBON STEEL (ČSN ) ON OTHER STEELS

Střední průmyslová škola strojnická Olomouc, tř.17. listopadu 49

AxeHD SOFTWARE. Software name. Authors doc. Ing. Pavel Novotný, Ph.D. Ing. Martin Jonák Ing. Juraj Hliník. Date

Sborník vědeckých prací Vysoké školy báňské - Technické univerzity Ostrava číslo 1, rok 2014, ročník XIV, řada stavební článek č.

SLEDOVÁNÍ AKTIVITY KYSLÍKU PŘI VÝROBĚ LITINY S KULIČKOVÝM GRAFITEM

2 VLIV POSUNŮ UZLŮ V ZÁVISLOSTI NA TVARU ZTUŽENÍ

Angličtina v matematických softwarech 2 Vypracovala: Mgr. Bronislava Kreuzingerová

STUDIUM ZMĚN MECHANICKÝCH VLASTNOSTÍ POLYMERNÍCH MATERIÁLŮ PO TEPLOTNÍM STÁRNUTÍ S HLOUBKOVOU ROZLIŠITELNOSTÍ POMOCÍ NANOINDENTAČNÍCH ZKOUŠEK

Ja n T. Št e f a n. Klíčová slova: Řada knih, srovnání cen v čase, cena vazby a ocelorytové viněty, lineární regresní analýza.

UNIVERZITA PARDUBICE FAKULTA CHEMICKO-TECHNOLOGICKÁ DISERTAČNÍ PRÁCE

Transkript:

Národní konference s mezinárodní účastí INŽENÝRSKÁ MECHANIKA 2002 13. 16. 5. 2002, Svratka, Česká republika TORSION TESTS FOR STEEL SPECIMENS AND THEIR NUMERICAL AND EXPERIMENTAL SOLUTIONS Karel FRYDRÝŠEK 1, Martin FUSEK 2, Jan FUXA 3 Článek se zaměřuje na řešení torzního testu pro krátký ocelový vzorek. V průběhu řešení bylo respektováno uchycení v čelistech zkušebního stroje (3D mechanický kontakt), elastické a plastické deformace, ztráta stability a také dynamické vlivy torzního plastometru. Výsledky získané pomocí MKP (software MSC.MARC/MENTAT a software ANSYS) jsou porovnány s experimentem. Konstituční rovnice izotropního materiálu byla získaná z experimentálních měření a nové metody vyhodnocování krutové zkoušky pro ocel 14109 ČSN 42 0074. This paper focuses on the numerical solution of a torsion test for a short steel specimen. During the solution were considered fixation effects in the jaws of a laboratory test machine (3D mechanical contact with Coulomb friction), elastic and plastic strains, shape buckling effects and also the dynamic influences of a torsion plastometer. The results acquired through the FEM (software MSC.MARC/MENTAT and ANSYS) are also compared with the experimental results. Constitutive material equation was acquired from experimental measurements using the new evaluation method for steel 14109 ČSN 42 0074. Klíčová slova: Torzní testy, vyhodnocování torzních testů, plastické deformace, MKP. 1. THE TORSION TESTS EXPERIMENTAL EVALUATION References [10], [11] and [12] describe in detail the new original torsion test evaluation method and its refinement [3], [7] for a quasi-static and proportionally loaded symmetric specimen, vide fig.1. This method holds for elasto-plastic domain. Thus for the equivalent plastic strain S εp [1] holds the followed equation: 1 Ing. Karel FRYDRÝŠEK, Ph.D.: VYSOKÁ ŠKOLA BÁŇSKÁ TECHNICKÁ UNIVERZITA OSTRAVA, Fakulta strojní, katedra pružnosti a pevnosti, Tř. 17. listopadu 15, 708 33, Ostrava- Poruba, ČR, tel.: 069 6994552, FAX: 069 6916490, e-mail: karel.frydrysek@vsb.cz. 2 Ing. Martin FUSEK: VYSOKÁ ŠKOLA BÁŇSKÁ TECHNICKÁ UNIVERZITA OSTRAVA, Fakulta strojní, katedra pružnosti a pevnosti, Tř. 17. listopadu 15, 708 33, Ostrava- Poruba, ČR, tel.: 069 6993293, FAX.: 069 6916490, e-mail: martin.fusek@vsb.cz. 3 Prof. Ing. Jan FUXA, Csc.: VYSOKÁ ŠKOLA BÁŇSKÁ TECHNICKÁ UNIVERZITA OSTRAVA, Fakulta strojní, katedra pružnosti a pevnosti, Tř. 17. listopadu 15, 708 33, Ostrava- Poruba, ČR, tel.: 069 6994412, FAX.: 069-6916490, e-mail: jan.fuxa@vsb.cz.

2 2 2 2 r ϕ rϕ r ϕ 2 + + + 1 2 2 1 L S = ( ) = 2L 4L ε p f r, ϕ,l ln 3 2 2 2 2, (1) r ϕ rϕ r ϕ 2 + + 1 2 2 2L L 4L where r [mm] is the diameter and L [mm] is the active length of steel specimen and ϕ = ϕ t [rad] is a twisting angle, see fig.2. () Fig.1 An enlarged manufacturing diagram of the laboratory short specimen from steel 14 109. Fig.2 The basic parameters for torsion tests. Fig.3 Angular velocity. The material equation acquired from experimental measurements for steel 14109 (ČSN 42 0074) is in the fields of plastic strains described by:

S 0.507 232.956 939.702 Sε p, (2) σ + where S σ [MPa] is the equivalent von Mises stress. The general Hook's law also holds for elastic and plastic solving domains. The limiting surface of plasticity was determinated from equation (2) by the von Mises yield criterion with isotropic hardening rule. A fracture caused by torsion appeared after a short time t = 0.05 s. All measured and solved values hold for the time-changing values of a twisting angle ϕ = ϕ() t [rad], angular velocity ω = ω() t [rad/s] (see fig.3) and strain rate intensity S = () t [1/s]. U S U 2. FINITE ELEMENTS MODELS Fig.4 FE model with total length (MSC.MARC/MENTAT software). Fig.5 FE model with total length (ANSYS software). A geometrical planar anti-symmetry was successfully used for FE mesh modelling in the cylindrical co-ordinate system in plane symmetry YZ ( u () t = 0 [mm], ϕ () t = 0 and ω () t = 0 ). That means that in half of the laboratory specimen the displacement on the X-axis and the twisting angle and angular velocity around X-axis are zero. As an external time dependent condition, one half of the angular velocity ω = ω() t (rotating around rotation axis X) was applied to the joint of the specimen. This angular velocity was acquired from experiments and correlates with the dynamical starting effects of a torsion plastometer. For more information see [3], [7], [10], [11] and [12].

Figures 4 and 5 show two different FE models created and solved in MSC.MARC/MENTAT and ANSYS software. The fixation of the specimen in the joints is approximate to a case of 3D mechanical contact between the joints and holes of the specimen. The above-mentioned arguments of plane symmetry are sufficient to modelling only one joint, which can be considered as a rigid (undeformed) body. But one half of the specimen, along with a contact hole, is a deformed body. The influence of a Coulomb friction (friction coefficient ν = 0. T 1) was applied between the joint and hole. The contact boundaries are described more accurately by the analytical description of Coons surfaces. For more details see [1], [2] or [3]. The solution was found at time period t 0 ; 0.05 s subdivided into 144 intervals of various sizes. Large strain rate velocities (the sudden fracture of a plasticity cross-section reached in a short time) were considered during the solution. The tensor of elastic and plastic strains was used in the whole plasticity time solution history. Fig.6 FE model with reduced length (MSC.MARC/MENTAT software). One half of the laboratory specimen from fig.1 was also solved in publications [3], [6] and [7], but only to the joint axis distance (i.e. the length of modeled specimen is equal to one half of reduced length L R = 20 mm), see fig.6 and 1. The action of distributed contact pressures in the contact surfaces was not directly considered in this case.

3. COMPARISON OF FEM SOLUTIONS AND EXPERIMENTAL RESULTS Fig.7 Comparison of time-torque dependencies in the whole torsion test process (evaluated from experiments and FEM simulations by MSC.MARC/MENTAT software). Fig.8 Comparison of time-torque dependencies in the whole torsion test process (evaluated from experiments and FEM simulations by ANSYS software).

The comparisons of all mentioned FEM approaches with experiments are shown in fig.7 and 8. The main credibility criterions of the FEM (MARC/MENTAT and ANSYS) packages are the determinated values of torque M k [Nmm] dependent on time t. These relations are compared with experimental values in fig.7 (for MSC.MARC/MENTAT software) and fig.8 (for ANSYS software). The MSC.MARC/MENTAT modelling with reduced length and without direct influence of fixation in a joint gives higher values of M k than these experiments. On the contrary, the solution with the direct fixing in the contact joint is evidently a lower estimate of function M k = f () t, see fig.7. The credibility criterions of the ANSYS software are the determinated values of torque. These relations are compared with experimental values in fig.8. The biggest differences between ANSYS software and experimental measurements are in the time of beginning and ending of the torsion test. The differences between the FEM mathematical models and the mathematical model of experiment are caused by their different approaches of description of stressstrain states, see [3], [4], [6], [7], [9], [10], [11] and [12]. Interesting are also the differences between MSC.MARC/MENTAT software and ANSYS software, see fig.7 and 8. An important input function that can greatly alter the results is the approximation of material behaviour, see equation (2). Thus from the given information it is clear that the MSC.MARC/MENTAT and ANSYS computations give us satisfactory solutions. Fig.9 The plastic strain intensity values at time t=4.919 10-2 s (solution with reduced length, MSC.MARC/MENTAT software).

Figure 9 shows distribution of equivalent plastic strain at time t = 4.919 10-2 s (solution with reduced length and without mechanical contact, MSC.MARC/MENTAT software). Fig.10 The values of S σ at time t = 5 10-2 s (model with total length and mechanical contact, MSC.MARC/MENTAT software). Fig.11 The values of S σ at time t = 5 10-2 s (model with total length and mechanical contact, ANSYS software).

The distribution of stress intensity at time t = 5 10-2 s is visualised in fig.10 (software MSC.MARC/MENTAT) and fig.11 (software ANSYS). The maximum values (S σ = 1388 MPa, Fig.10) or (S σ = 1406 MPa, Fig.11) are in the neck notch radii (R=0.1 mm) of the specimen. Figure 10 and 11 show non-uniform stress distributions through the neck cross-section in symmetry plain YZ. They also show the shape buckling due to excessive plastic strains and also the material accumulation in the contact locality of joint. 4. CONCLUSIONS The torsion tests modeled by the FEM (MSC.MARC/MENTAT and ANSYS software) together with consideration of fixation effects in the joints of specimen are sufficiently simulated and also agree with the measured experimental results. The torsion tests were solved by a new approach using large non-linearities (large plastic strains, shape buckling and mechanical contact with friction). Performing this tests along with some other material tests [5] and [8] can provide the basic informations about material behaviour. REFERENCES [1] MENTAT 3.1 COMMAND REFERENCE, MARC Analysis Research Corporation, Palo Alto, U.S.A., 1997. [2] MARC K7.1 VOLUME A, B, C, D, E AND F, MARC Analysis Research Corporation, Palo Alto, U.S.A., 1997. [3] FRYDRÝŠEK, K.: Modelování deformačních a napěťových stavů ve zkušebních vzorcích při materiálových zkouškách prováděných jednoduchými i kombinovanými zátěžnými stavy, (disertační práce v oboru Aplikovaná mechanika ), VŠB-TU Ostrava, 1999. [4] FRYDRÝŠEK, K.: The Torsion Test Simulating for short specimens, In: Sborník vědeckých prací Vysoké školy báňské Technické univerzity Ostrava, řada strojní, no. 1, vol. XLV, 1999, ISBN 80-7078-723-6, ISSN 1210-0471, p. 87-91. [5] FRYDRÝŠEK, K.: Numerické modelování tahové a tlakové zkoušky na vrubovaném vzorku, In: Sborník konference APLIKOVANÁ MECHANIKA 99, Brno, 1999, p. 63-73. [6] FRYDRÝŠEK, K.: Torsion Test FEM Modelling for a Short Specimen, In: Sborník 37. mezinárodní konference Experimentální analýza napětí - EAN 99' - Frenštát pod Radhoštěm, VŠB-TU Ostrava, 1999, ISBN 80-7078-672-8, s. 29-32. [7] FRYDRÝŠEK, K., FUXA, J.: Numerické a experimentální řešení napěťově deformačních stavů při kroucení, In: Sborník 38. mezinárodní konference EAN 2000- Třešť, VÚT Brno, Fakulta strojní, 2000, ISBN 80-214-1569-X, s. 75-81.

[8] FRYDRÝŠEK, K., FUXA, J.: Numerické modelování tahové a tlakové zkoušky pomocí SW MARC/Mentat, In: Sborník Uživatelská konference MSC software 2000, MSC Software s.r.o., Brno, 2000, ISBN 80-238-5454-2, Publikace 22, s. 1-8. [9] FUSEK, M., FRYDRÝŠEK, K.: The Torsion Test Simulating for short specimens Part 2, In: Sborník vědeckých prací Vysoké školy Báňské Technické univerzity Ostrava, číslo 1, řada strojní, vol XLVI, 2000, ISBN 80-7078-875-5, s. 73-78. [10] FUXA, J.: Příspěvek ke kvantitativnímu určení mezních stavů proporcionálně zatěžovaných materiálů, kandidátská disertační práce, VÚHŽ Dobrá, únor 1986. [11] FUXA, J.: Metoda vyhodnocení torzního testu, In: Sborník vědeckých prací VŠB- TU Ostrava, číslo 2, rok 1994, ročník XL, řada strojní, p. 51-62. [12] FUXA, J.: Výzkum kritérií pevnosti kvaziizotropních materiálů namáhaných monotónně rostoucími složkami víceosého napěťového stavu, Závěrečná zpráva GAČR, registrační číslo 101/96/1477, VŠB-TU Ostrava, 1998.