Μηχανική συμπεριφορά και διάρκεια ζωής κατασκευαστικών στοιχείων σε πολυαξονική κόπωση

Abstract

The aim of the thesis was the development of an analytical method for the approximate calculation of the stress-strain state and fatigue life of engineering components under multiaxial fatigue. This aim has been achieved using state of the art programming tools and engineering software packages. The proposed method has been evaluated by comparing its results with corresponding experimental data. The elastic-plastic mechanical behaviour on smooth specimens and notched shafts under uniaxial and multiaxial, proportional and non-proportional fatigue has been systematically investigated by means of respective analytical methods and the finite element method. A parametric design and elastic-plastic finite element analysis procedure has been developed by means of respective program code, and two state of the art analytical methods for the approximate calculation of elastic-plastic stress-strain state on engineering components have been upgraded. A damage assessment method has also been developed for the approximate calculation of fatigue life under multiaxial loading. The comparison of the fatigue life approximate results, derived from the proposed method, with corresponding experimental data, verified the capability of the method to provide approximate fatigue life calculations of exceptional accuracy.

Σκοπός της διατριβής ήταν η ανάπτυξη μίας μεθόδου για τον υπολογισμό της εντατικής κατάστασης και της διάρκειας ζωής σε κατασκευαστικά στοιχεία υπό συνθήκες πολυαξονικής κόπωσης. Ο στόχος αυτός επιτεύχθηκε με χρήση προγραμματιστικών εργαλείων και λογισμικών που ανήκουν στη στάθμη του επιστητού και η συναφής προτεινόμενη μέθοδος αξιολογήθηκε μέσω σύγκρισης των υπολογισθέντων διαρκειών ζωής με αντίστοιχα διαθέσιμα πειραματικά αποτελέσματα. Στο πλαίσιο της διατριβής διερευνήθηκε συστηματικά, με εφαρμογή αναλυτικών μεθόδων και της μεθόδου των πεπερασμένων στοιχείων, η ελαστοπλαστική συμπεριφορά λείων δοκιμίων και ατράκτων με εγκοπές υπό συνθήκες μονοαξονικής και πολυαξονικής, αναλογικής και μη-αναλογικής κόπωσης. Αναπτύχθηκε μέσω υπολογιστικού κώδικα μία συναφής μέθοδος παραμετρικής σχεδίασης και ελαστοπλαστικής ανάλυσης με πεπερασμένα στοιχεία και βελτιώθηκαν δύο διεθνώς αναγνωρισμένες μέθοδοι αναλυτικού υπολογισμού εντατικής κατάστασης σε κατασκευαστικά στοιχεία υπό συνθήκες πολυαξονικής κόπωσης. Επίσης, αναπτύχθηκε μία μέθοδος για την αξιολόγηση της βλάβης που επιφέρουν οι πολυαξονικές ελαστοπλαστικές παραμορφώσεις και τάσεις στις κρίσιμες προς αστοχία περιοχές. Από τη σύγκριση των υπολογιστικών αποτελεσμάτων με αντίστοιχα πειραματικά αποτελέσματα, διαφαίνεται η πολύ ικανοποιητική προσεγγιστική ακρίβεια της προτεινόμενης μεθόδου στον υπολογισμό της διάρκειας ζωής κατασκευαστικών στοιχείων σε πολυαξονική κόπωση, αλλά και η σαφής βελτίωσή της σε σχέση με τις μεθόδους των οποίων αποτελεί αναβάθμιση.