Numerical prediction and experimental investigation of fretting fatigue crack initiation at railway axle-wheel contacts
Demiryolu aks-teker temas yüzeylerinde aşınma çatlağı oluşumunun numerik yöntemlerle tahmini ve deneysel olarak incelenmesi
- Tez No: 461912
- Danışmanlar: PROF. DR. CEMİL HAKAN GÜR
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Bilim ve Teknoloji, Metalurji Mühendisliği, Science and Technology, Metallurgical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2017
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 169
Özet
Bu çalışmanın amacı, demiryolu akslarında aşınma çatlağı bağlantılı yorulma hasarlarını azaltmak için, çok eksenli yorulma modellerini esas alan ve aks tasarımı aşamasında kullanılabilecek bir prosedürün geliştirilmesidir. Bu amaçla, teker-aks sıkı geçirmelerindeki aşınma çatlağı bağlantılı erken yorulma hasarları mekanik ve metalurjik açılardan ele alınmıştır. Mikroyapı, temas yüzeyi özellikleri ve geçme sıkılığının aşınma-yorulma çatlaklarının oluşumuna etkileri ve bu tip çatlakların oluşumunu önlemeye yönelik mekanik ve metalurjik işlemler irdelenmiştir. Sayısal analizlerde ilk olarak, aşınma bölgesine uygulanan yük çevrimleri sonlu elemanlar analiziyle belirlenmiştir. Takiben, gerilme tabanlı çok eksenli yorulma modelleri vasıtasıyla bu yük çevrimleri sırasında oluşabilecek çatlaklar için hassas bölgeler, yorulma endeksi değeri ile ifade edilmiştir. Elde edilen yorulma endeksi değerleri, Kitagawa analizinden elde edilen deneysel yorulma gerilmeleriyle karşılaştırılarak, aşınma çatlaklarının başlangıç ve ilerlemesinin eşik koşulları tanımlanmıştır. Son olarak, izin verilebilir hatalara karşılık gelen etkin gerilme yoğunluğu faktörü ve teğetsel gerilmeler ağırlık fonksiyonu yöntemi ile hesaplanmıştır. Hesaplamalar sonucunda elde edilen değerler, yorulma nedeniyle kullanım dışı kalan 34CrMo4 aksları üzerinde yapılan deneylerin ve hasar analizlerinin sonuçlarıyla karşılaştırılmıştır. Karşılaştırma sonuçları, sadece tek eksenli yorulma deneylerinin sonuçlarına ihtiyaç duyan bu prosedürün, akslardaki aşınma yorulması riskinin tasarım aşamasında değerlendirilmesi için kullanılabileceğini göstermektedir. Bu prosedür, uluslararası standartların zorunlu tuttuğu gerçek boyutlu komponent deneyleri öncesinde, tasarımcılara farklı boyut ve sıkı geçme parametrelerinin etkilerini değerlendirme imkanı da sunmaktadır.
Özet (Çeviri)
The aim of this thesis is to develop a procedure based on the multi-axial fatigue theories that can be used at the design stage for minimizing fretting fatigue failures of the railway axles. The premature fretting fatigue failure of the press-fitted wheel-axle assembly was investigated by means of mechanical and metallurgical methods. First, the loading path obtained through finite element analysis was implemented into the stress-based multiaxial fatigue models to predict possible sites of crack initiation. Then, the computed multiaxial fatigue index of the identified loading path was compared with the reduced fatigue limit presented by the Kitagawa analysis to describe the threshold conditions for fretting fatigue initiation and to define the onset of fatigue crack propagation. The stress intensity factor and the tangential stress at the permissible defects were determined by using the weight functions. The results of the analyses were compared to and verified with those obtained from the metallurgical investigations of the full-scale 34CrMo4 axles failed during service. The effects of the microstructure, the contact surface, and the applied press-fit interference on the initiation of fretting fatigue cracks were discussed. The possible mechanical and metallurgical treatments to improve the fretting fatigue resistance were presented. The consistency between the results of fractographic investigations and numerical analyses reveals that the proposed procedure can be used as an effective tool to assess the risk of fretting damage through uniaxial coupon tests. This procedure also gives designers an opportunity to evaluate the effects of the selected assembly and geometry parameters on fretting fatigue before conducting expensive and time-consuming full-scale axle tests which are requested by international standards.
Benzer Tezler
- Borularda dönen akışta yüksek viskoziteli nanoakışkanın ısı transferine etkisinin incelenmesi
Investigation of the effect of high viscous nanofluid on heat transfer in swirling flow in pipes
FURKAN ERMAN KAN
Doktora
Türkçe
2024
Makine MühendisliğiKaradeniz Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MEHMET EMİN ARICI
- Numerical and experimental investigation of fatigue life in deep drawn parts
Derin çekme parça ömürlerinin numerik ve deneysel olarak incelenmesi
OĞUZ AYTEKİN
Yüksek Lisans
İngilizce
2005
Makine MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Bölümü
PROF.DR. ERES SÖYLEMEZ
PROF.DR. METİN ERSOY
- Numerical and experimental investigation of a domestic natural gas burner and analysis of modifications to achieve low nox emissions
Bir doğal gaz yakıcısının nümerik ve deneysel araştırılması ve düşük nox emisyonu hedefiyle yapılacak değişikliklerin analizi
ENGİN UZA
Yüksek Lisans
İngilizce
2017
Makine MühendisliğiMarmara ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. BARIŞ YILMAZ
- Denizaltı kıç formunun sayısal ve deneysel olarak incelenmesi
Numerical and experimental investigation of submarine tail form
YASEMİN ARIKAN ÖZDEN
Doktora
Türkçe
2017
Gemi MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiGemi İnşaatı ve Gemi Makineleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. FAHRİ ÇELİK
- Boru içindeki akışta genişleme ve daralma özel dirençlerindeki akışın bilgisayarda sayısal yöntemle incelenmesi
Investigation of flow in sudden expansion and sudden contraction pipe flows using numerical methods
İHSAN DAĞTEKİN
Doktora
Türkçe
1994
Makine MühendisliğiFırat ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF.DR. MAZHAR ÜNSAL