| Abstract | U radu je istraženo mehaničko ponašanje nodularnog lijeva uslijed statičkog, cikličkog i dinamičkog opterećenja. Navedeni materijal sve više se koristi za izradu konstrukcijskih komponenata u procesno-energetskoj industriji, kao i ostalih konstrukcija koje su izložene dinamičkom opterećenju. Numeričke analize provedene su u ovom radu u cilju boljeg razumijevanja mehaničkog ponašanja nodularnog lijeva te za realniju procjenu integriteta visokoopterećenih konstrukcijskih dijelova izrađenih iz ovog materijala kao što su to dijelovi vjetroagregata.
U radu su uspoređeni rezultati numeričke analize i eksperimentalnih istraživanja čime se htjela kvalitativno pokazati validacija modela mikroravnina. Kako je CT epruveta već numerički ispitana na statičko i cikličko opterećenje, ovdje je naglasak stavljen na dinamičku analizu pri opterećenju visokih brzina. Namjera je bila validirati numeričke rezultate u usporedbi s eksperimentalnim rješenjima dobivenih dinamičkim ispitivanjem u Laboratoriju za eksperimentalnu mehaniku na Fakultetu strojarstva i brodogradnje Sveučilišta u Zagrebu, no brzine opterećivanja na dinamičkoj kidalici nisu bile dostatne za usporedbu s numeričkim modelom. Naime, ispitivala su se svojstva materijala nodularnog lijeva pri blago povećanoj brzini pomaka jedne čeljusti kidalice kako bi se dobila njihova ovisnost o brzini opterećivanja. Stoga su se rezultati numeričke analize uspoređivali s podacima iz strane literature gdje je čelik ispitivan na udarna opterećenja u posebnim servo – hidrauličkim postrojenjima u Indiji. Mikrostrukturne komponente nodularnog lijeva nisu uzete u obzir već samo njegova makro-mehanička svojstva, iako promjer, cirkularnost i raspored grafitnih granula utječe na ponašanje materijala budući da djeluju kao zaustavljači pukotina. Dinamička analiza CT epruvete je provedena pri brzinama opterećivanja od 1, 5, 10, 50, 75, 90, 100 i 115 m/s te se zaključuje da povećanjem brzine rastu inercijalne sile koje uvelike mijenjaju ponašanje materijala. One nisu uzete u obzir preko konstitutivnog zakona već se računaju iz samog dinamičkog modela. Numeričke analize također pokazuju značajno suženje zone plastifikacije s povećanjem brzine opterećivanja čemu su uzrok inercijalne sile. Pokazano je da brzina propagacije pukotine ne doseže teorijske vrijednosti Rayleighove brzine širenja vala kroz nodularni lijev već kod dostizanja kritične vrijednosti dolazi do grananja pukotine što je u korelaciji s eksperimentalnim rezultatima. |
| Abstract (english) | In the paper we investigated the impact of static, cyclic, and dynamic loads on the response of nodular cast iron. The main focus was put on the material which represents an indispensable component of the most important structures in the energy industry. A numerical analysis was conducted within the project of the Centre of Excellence for Structural Health in order to obtain information on the response of the investigated material and to determine the integrity of wind machine structural parts under high loads. The paper also gives the validation of microplane model, qualitatively shown by a comparsion between the numerical and experimental results. As the CT specimens have already been tested for the static and the cyclic loading, here, the emphasis will be on the dynamic analysis under high rates of loading. The intention was to experimentally verify numerical results by means of dynamic testing in the Laboratory for Experimental Mechanics at the Faculty of Mechanical Engineering and Naval Architecture, but the loading rate on the dynamic testing machine was not sufficient to compare the results with the numerical model. Specifically, the material properties of nodular casting were examined at slightly elevated rate on one jaw of the testing machine in order to obtain their dependence on the loading rate. Therefore, results from the numerical analysis were compared with the data from literature where steel was investigated with respect to shock loading using special servo–hydraulic facililities in India. Microstructural components of nodular casting were not taken into account, but only its mechanical properties, although the diameter, curvature, and arrangement of graphite granules affect the behaviour of materials used as crack stoppers. Dynamic analysis of a CT specimen was carried out at loading rates of 1, 5, 10, 50, 75, 90, 100, and 115 m/s and it has come to a conclusion that with the increasing load rate, inertial forces are growing and heavily altering the behavior of material. They are not taken into account through the constitutive law but are calculated from the dynamic model itself. Numerical analysis also showed significant narrowing of the plastic zone with increasing loading rates which is caused by inertial forces . It is shown that crack propagation speed can't reach the theoretical speed limit witch is represented by Rayleighs wave propagation speed. With further increase of loading rate the crack speed at the onset of cracking does not increase, instead crack branching at onset of cracking is observed witch is in good corellation with experimental results. |
