Fémek kifáradási viselkedésének becslő módszere az anyagfáradás disszipatív jellegének vizsgálatával

Cyclic life prediction method for metals via the analysis of dissipative nature of fatigue phenomenon

Abstract

The article presents a tool created for ANSYS Workbench Finite Element Engineering Software and the corresponding algorithm, which is able to predict the expected Low Cycle Fatigue (LCF) cycles to failure of a metallic material based on energetic considerations by calculating the accumulated entropy density. The theoretical background of this approach is novel and it represents a less known and utilised way of fatigue theories. It assumes that the damage accumulated in the critical feature of the component correlates with the energy dissipated during the deformation process which can be described by the increasing entropy-production. The main area of interest for this method is any engineering applications where the metallic parts are subjected to such cyclic loading which results in cyclic accumulation of plastic strain in the critical feature. According to the conventional fatigue theories this corresponds to the Low Cycle Fatigue (LCF) regime. As per to the research activity done in this field it can be assumed that the fatigue phenomenon occurs at a constant entropy-production level. This parameter is called Fatigue Fracture Entropy (FFE) and according to the theory it is supposed to be an independent material property that can be evaluated experimentally.

Kivonat

A cikk tárgya egy, ANSYS Workbench végeselemes mérnöki szoftverbe beépülő modul, valamint az általa megvalósított algoritmus, amely fémes anyagok kisciklusú kifáradási ciklusszámának becslését végzi energetikai, pontosabban entrópia alapon. A megközelítés elméleti háttere újszerű, a fémek kifáradás analízisének legújabb, még kevéssé vagy egyáltalán nem alkalmazott irányvonalát képviseli, miszerint az anyagban felhalmozódó károsodás korrelál a deformációs folyamat során disszipált energia, azaz növekvő entrópia-produkció értékével. A módszer alkalmazási területe minden olyan mérnöki alkalmazás, ahol fém alkatrészek olyan ciklikus, fárasztó jellegű igénybevételnek vannak kitéve, mely során a kritikus zónában plasztikus alakváltozás felhalmozódása, ezáltal kisciklusú kifáradás jelensége várható. A témában elvégzett kutatás feltételezi, hogy a kifáradás jelensége egy adott entrópia szinten bekövetkezik. Ez az ún. határentrópia az elmélet szerint független anyagjellemző és meghatározható kísérleti úton.