Modely cyklické plasticity a únavová kritéria posouzení životnosti výfukového potrubí v kontextu omezených dostupných materiálových dat

Cyclic plasticity models and fatigue criteria for exhaust manifold life assessment in the context of limited material data available

journal article in Web of Science

en

The work focuses on predictive capabilities of fundamental cyclic plasticity and fatigue life models, which can be calibrated using limited amount of experiments as specific ones needed for more advanced models are often absent. The analyses are conducted for the synthetic case of exhaust manifold made from cast iron. The thermal boundary conditions from the forced convection were obtained from the computational fluid dynamics considered as a conjugate heat transfer problem. Two rate-independent and temperature-dependent material models were calibrated for structural analyses. Both were validated with experiments on isothermal and anisothermal levels. Sequential thermal–mechanical finite element simulations were performed. Two fatigue life models were employed. The first was a temperature-dependent strain-based fatigue life criterion calibrated from uniaxial data. The second was a temperature-independent energy-based fatigue life criterion resulting in twice lower life than the strain-based criterion, while none of the plasticity models made a significant difference in that prediction.

Práce se zaměřuje na schopnosti predikce základních modelů cyklické plasticity a únavové životnosti, které mohou být kalibrovány s použitím omezeného množství experimentů, jelikož ty specifické potřebné pro pokročilé modely často chybí. Analýzy jsou provedeny pro umělý případ výfukového potrubí vyrobeného z litiny. Tepelné okrajové podmínky od nucené konvekce byly získány z výpočtové dynamiky tekutin uvažované jako problém konjugovaného přenosu tepla. Dva časově nezávislé a teplotně závislé modely materiálu byly kalibrovány pro strukturální analýzy. Oba byly validovány s experimenty na izotermální i anizotermální úrovni. Byly provedeny postupné tepelně–mechanické simulace konečnými prvky. Byly použity dva modely únavové životnosti. První byl teplotně závislé kritérium únavové životnosti založené na přetvoření kalibrované z jednoosých dat. Druhé byl teplotně nezávislé kritérium únavové životnosti založené na energii vyúsťující v dvakrát nižší životnosti než kritérium založené na přetvoření, přičemž žádný z modelů plasticity nečinil v této predikci zásadní rozdíl.

The work focuses on predictive capabilities of fundamental cyclic plasticity and fatigue life models, which can be calibrated using limited amount of experiments as specific ones needed for more advanced models are often absent. The analyses are conducted for the synthetic case of exhaust manifold made from cast iron. The thermal boundary conditions from the forced convection were obtained from the computational fluid dynamics considered as a conjugate heat transfer problem. Two rate-independent and temperature-dependent material models were calibrated for structural analyses. Both were validated with experiments on isothermal and anisothermal levels. Sequential thermal–mechanical finite element simulations were performed. Two fatigue life models were employed. The first was a temperature-dependent strain-based fatigue life criterion calibrated from uniaxial data. The second was a temperature-independent energy-based fatigue life criterion resulting in twice lower life than the strain-based criterion, while none of the plasticity models made a significant difference in that prediction.

Automobilový průmysl; místo trhliny; poškození; porušení; nízko-cyklová únava

Automotive; crack location; damage; failure; low-cycle fatigue

01.01.2022

0960-3409

39

1

68–85

18