TE 0102 0020 Str. 1 Za WP 14 Miroslav Španiel FS ČVUT

Centrum kompetence automobilového průmyslu Josefa Božka- AutoSympo a Kolokvium Božek 11. a 12. 11. 2015, Roztoky -

WP14: Vývoj pokročilých metod hodnocení nízkocyklové únavy při teplotním zatěžování. Vedoucí konsorcia podílející se na pracovním balíčkuFS ČVUT v Praze, zodpov. osoba Doc. Ing. Miroslav Španiel, CSc.

Členové konsorcia podílející se na pracovním balíčkuČZ a.s., Ing. Jiří Pinkas

Hlavní cíl balíčku- Předmětem balíčku je komplexní hodnocení životnosti (zejména) skříní turbodmychadel. Hlavním cílem je vyvinout a ověřit metodiku vyhodnocení nízkocyklové termomechanické únavy v interakci s creepem

Dílčí cíle balíčku pro nejbližší období-výroba vzorků a měření NCÚ v podmínkách víceosé napjatosti- Fenomenologický model kumulace poškození od nízkocyklové teplotněmechanické únavy a creepu vhodný pro návrhové a kontrolní analýzy

Popis obsahu balíčku WP14 Vývoj pokročilých metod hodnocení nízkocyklovéúnavy při teplotním zatěžování.

TE 0102 0020 Str. 2 Za WP 14 Miroslav Španiel FS ČVUT

Centrum kompetence automobilového průmyslu Josefa Božka- AutoSympo a Kolokvium Božek 11. a 12. 11. 2015, Roztoky -

Popis plnění balíčku WP14 Vývoj pokročilých metod hodnocení nízkocyklovéúnavy při teplotním zatěžování.

WP14C03: Návrh vhodného vzorku pro hodnocení teplotněmechanickéúnavy v podmínkách multiaxiálního zatěžování.

Uplatněním fyzikální podobnosti na stavy napjatosti dostaneme kritéria triaxialitanapětí a Lodeho úhel. Cílem je měřit v jiné oblasti, než jednoosá napjatost tak, abychom ocenili vliv typu napjatosti na sledovaný jev –NCTMÚ.

Vrubem na tyčovém vzorku lze docílit relativně významné změny triaxility

TE 0102 0020 Str. 3 Za WP 14 Miroslav Španiel FS ČVUT

Centrum kompetence automobilového průmyslu Josefa Božka- AutoSympo a Kolokvium Božek 11. a 12. 11. 2015, Roztoky -

Popis plnění balíčku WP14 Vývoj pokročilých metod hodnocení nízkocyklovéúnavy při teplotním zatěžování.

WP14C03: Návrh vhodného vzorku pro hodnocení teplotněmechanickéúnavy v podmínkách multiaxiálního zatěžování.

TE 0102 0020 Str. 4 Za WP 14 Miroslav Španiel FS ČVUT

Centrum kompetence automobilového průmyslu Josefa Božka- AutoSympo a Kolokvium Božek 11. a 12. 11. 2015, Roztoky -

Popis plnění balíčku WP14 Vývoj pokročilých metod hodnocení nízkocyklovéúnavy při teplotním zatěžování.

WP14C04: Zákon kumulace poškození od nízkocyklovéteplotněmechanické únavy a creepu.

nBσε =&

∆�� �∆�

�� ∆�, ∆

∆�� � ∆�

� �, �

Nortonův model sekundárního creepu

d�� ���

� �, �

Larson- MillerůvZákon ekvivalence teploty a času

���:∆� � ∆�� � ∆�� = 1

� �, �

TE 0102 0020 Str. 5 Za WP 14 Miroslav Španiel FS ČVUT

Centrum kompetence automobilového průmyslu Josefa Božka- AutoSympo a Kolokvium Božek 11. a 12. 11. 2015, Roztoky -

Popis plnění balíčku WP14 Vývoj pokročilých metod hodnocení nízkocyklovéúnavy při teplotním zatěžování.

WP14C04: Zákon kumulace poškození od nízkocyklovéteplotněmechanické únavy a creepu.Poškození při NCTMÚPředpokládá se cyklické zatížení teplotou, která ve staticky neurčité konstrukci generuje deformaci materiálu v důsledku stísnění.Při ustáleném cyklování závisí počet cyklů do lomu na rozkmitu teploty a rozkmitu deformace. Tuto závislost stanovujeme experimentálně pro 1 osou napjatost. Pro hodnocení víceosé napjatosti navrhujeme použít místo rozkmitu deformace energii dissipovanou v jednom cyklu Δ�

Δ�

TE 0102 0020 Str. 6 Za WP 14 Miroslav Španiel FS ČVUT

Centrum kompetence automobilového průmyslu Josefa Božka- AutoSympo a Kolokvium Božek 11. a 12. 11. 2015, Roztoky -

Popis plnění balíčku WP14 Vývoj pokročilých metod hodnocení nízkocyklovéúnavy při teplotním zatěžování.

WP14C04: Zákon kumulace poškození od nízkocyklovéteplotněmechanické únavy a creepu.Poškození při NCTMÚ

Δ�

∆��� � ∆� · ��· ∆��

∆��! �∆�

"· �#· ∆�

�$

TE 0102 0020 Str. 7 Za WP 14 Miroslav Španiel FS ČVUT

Centrum kompetence automobilového průmyslu Josefa Božka- AutoSympo a Kolokvium Božek 11. a 12. 11. 2015, Roztoky -

Popis plnění balíčku WP14 Vývoj pokročilých metod hodnocení nízkocyklovéúnavy při teplotním zatěžování.

WP14C04: Zákon kumulace poškození od nízkocyklovéteplotněmechanické únavy a creepu.Poškození při NCTMÚ

Δ�

∆��� � ∆� · ��· ∆��

∆��! �∆�

"· �#· ∆�

�$

Aplikace takového modelu vyžaduje co nejvěrnější stanoveni parametrů napjatosti a deformace v rámci jednoho saturovaného zatěžovacího cyklu

TE 0102 0020 Str. 8 Za WP 14 Miroslav Španiel FS ČVUT

Centrum kompetence automobilového průmyslu Josefa Božka- AutoSympo a Kolokvium Božek 11. a 12. 11. 2015, Roztoky -

Popis plnění balíčku WP14 Vývoj pokročilých metod hodnocení nízkocyklovéúnavy při teplotním zatěžování.

WP14C04: Zákon kumulace poškození od nízkocyklovéteplotněmechanické únavy a creepu.Poškození při NCTMÚ

Aplikace takového modelu vyžaduje co nejvěrnější stanoveni parametrů napjatosti a deformace v rámci jednoho saturovaného zatěžovacího cyklu

def residua_CDK(params,eap,sigma, TYPE):X = mat([[eap[0],1],[eap[1],1]])Y = mat([[sigma[0]],[sigma[1]]])B = inv(X)*Yb = float(B[1])dev_vect = sigma - chaboche_CDK(params, eap)if TYPE == 0:if any(params < 0) or params [0] < 0.99*b:dev_vect = dev_vect*1e16return dev_vectif TYPE == 1:return sum(dev_vect**2)def set_start_guess(sigma, ep):# funkce pro stanoveni pocatecniho odhadu parametruSy = sigma[0]

TE 0102 0020 Str. 9 Za WP 14 Miroslav Španiel FS ČVUT

Centrum kompetence automobilového průmyslu Josefa Božka- AutoSympo a Kolokvium Božek 11. a 12. 11. 2015, Roztoky -

Popis plnění balíčku WP14 Vývoj pokročilých metod hodnocení nízkocyklovéúnavy při teplotním zatěžování.

WP14C04: Zákon kumulace poškození od nízkocyklovéteplotněmechanické únavy a creepu.Poškození při NCTMÚ

Ještě k řešení problém oscilujících konstant v závislosti na teplotě

T Yield stress C1 Gamma1 C2 Gamma2

20.00 473.48 1602.30 14.00 5521.67 279.74

300.00 380.43 3803.27 157.13 1806.36 19.29

400.00 364.77 2550.94 37.38 3863.45 407.62

500.00 324.34 1487.09 57.12 4817.20 377.21

550.00 249.99 1412.15 23.03 3050.95 232.33

600.00 172.82 1313.47 24.42 1911.78 151.75

650.00 136.41 1111.55 24.18 2361.95 152.49

700.00 78.53 560.56 20.33 1266.50 128.08

750.00 54.80 309.95 20.44 736.31 116.13

800.00 35.36 117.22 157.41 81.97 224.06

TE 0102 0020 Str. 10 Za WP 14 Miroslav Španiel FS ČVUT

Centrum kompetence automobilového průmyslu Josefa Božka- AutoSympo a Kolokvium Božek 11. a 12. 11. 2015, Roztoky -

Návrh dalšího postupu včetně návrhů na spolupráci a realizaci výstupů

WP 14: - Pokračování experimentálního programu včetně měření vzorků s víceosou napjatostí- Dořešení kalibrace Chabochovy plasticity s oscilující teplotou- Doladění skriptu pro kalibraci modelu poškození NCTMÚ- Implementace creepu do modelu Direct cyclic- Testování nového materiálového modelu na MKP modelu turbíny turbodmychadla

Návrh dalšího postupu v balíčku Vývoj pokročilých metod hodnocení nízkocyklové únavy při teplotním zatěžování.

TE 0102 0020 Str. 11 Za WP 14 Miroslav Španiel FS ČVUT

Centrum kompetence automobilového průmyslu Josefa Božka- AutoSympo a Kolokvium Božek 11. a 12. 11. 2015, Roztoky -

Vývoj pokročilých metod hodnocení nízkocyklové únavy při teplotním zatěžování. Abstrakt 2012-2015

Zkoušky se zvýšenou triaxialitou

Sestavení, oživení a uvedení do provozu zkušebního stroje NCTMÚ

Výroba zkušebních vzrků pro zkoušky NCTMÚOdlití a obrobení cca 100 zkušebních vzorků

Postup pro popis NCTMÚ a creepu, implementace

LMS Nagode

Kompromisní přístup •Identifikace NCTÚ i creepu•Semianalytické postupy•Výpočet pouze elastický •Nesládek – program•V rámci DP Bartošák

ČVUT

ČZ, a.s.

Provedení zkoušek MC a CDK

Abaqus, Direct cyclic

Kompromisní přístup •NCTÚ popsána v rámci mchaniky poškození

•Numerický postup•Výpočet elasticko-plastický

Creepzahrnut podle lin. kumul. zákona

TE 0102 0020 Str. 12 Za WP 14 Miroslav Španiel FS ČVUT

Centrum kompetence automobilového průmyslu Josefa Božka- AutoSympo a Kolokvium Božek 11. a 12. 11. 2015, Roztoky -

Implementation of advanced low-cycle thermo-mechanical fatigue under temperature loading. Abstract 2012-2015

Elevated triaxiality tests

Assembly and operation of LCTMF setup

Design and manyufacturing of LCTMF specimensCasting and machining of about 100 specimens

LCTMF and creep model implementation

LMS Nagode

Compromised approach•Identification of both LCF and creep•Semianalytical response•Elastic fields calculationsonly needed in FEMIn scope of dissertation(Bartošák)

ČVUT

ČZ, a.s.

CDC and Coffin’s tests

Abaqus, Direct cyclic

Compromiset approachLCTMF described in frame of continuum damage•Pure numeric approachElastic-plastic fields calculations needed

Creep included in scope of long term linear law

TE 0102 0020 Str. 13 Za WP 14 Miroslav Španiel FS ČVUT

Centrum kompetence automobilového průmyslu Josefa Božka- AutoSympo a Kolokvium Božek 11. a 12. 11. 2015, Roztoky -

Vývoj pokročilých metod hodnocení nízkocyklové únavy při teplotním zatěžování. Abstrakt 2015

Měření CDK, kalibrace Chabocheovyplasticity

Vliv zvýšené triaxiality

Implementace modelu poškození NCTMÚ a creepem

•���:∆� � ∆�� � ∆�� = 1

• ∆�� �∆� · ��· ∆��

•

Testovat

ČVUT

ČZ, a.s.

Abaqus, Direct cyclic

Modifkacestávajícího vzorku

∆�� �∆�

� �, �

nBσε =&

TE 0102 0020 Str. 14 Za WP 14 Miroslav Španiel FS ČVUT

Centrum kompetence automobilového průmyslu Josefa Božka- AutoSympo a Kolokvium Božek 11. a 12. 11. 2015, Roztoky -

Implementation of advanced low-cycle thermo-mechanical fatigue under temperature loading. Abstract 2015

CDC, Chaboche plasticity Elevated triaxiality

Implementation of LCTMF – creep damage model

•���:∆� � ∆�� � ∆�� = 1

• ∆�� �∆� · ��· ∆��

•

Testovat

ČVUT

ČZ, a.s.

Abaqus, Direct cyclic

Specimen shape modification by notch

∆�� �∆�

� �, �

nBσε =&