ANALIZA ROZWOJU PĘKNIĘĆ ZMĘCZENIOWYCH W DŹWIGARACH MOSTÓW STALOWYCH Z ZASTOSOWANIEM WŁAŚCIWOŚCI CAŁKI J

W wojskowych mostach niskowodnych dźwigary główne są wykonywane przeważnie z kształtowników stalowych dostępnych na obszarze danego kraju. W różnych sytuacjach kryzysowych mosty te są używane także przez ludność cywilną. W pracy przedstawiono koncepcję konstrukcji przęsła mostu wojskowego, w którym użyto śrub do montażu stężeń poprzecznych. Ten typ połączeń wymaga wykonania otworów w środnikach dźwigarów głównych, które osłabiają nie tylko ich strukturę, ale też całego przęsła, tym bardziej, że otwory te znajdują się w strefie rozciągania i są bezpośrednim miejscem koncentracji naprężeń. Mogą się więc stać miejscem inicjacji pęknięć zmęczeniowych. W pracy przedstawiono wyniki obliczeń propagacji pęknięć zmęczeniowych, rozwijających się w dźwigarach mostów stalowych rozchodzących się od otworów montażowych. Analizę przeprowadzono za pomocą oprogramowania komputerowego FRANC2D wykorzystującego MES dla dwóch przyjętych modeli fizycznych materiału z zastosowaniem właściwości całki J. Przeprowadzone w pracy analizy wykazały, że przyjęcie określonych właściwości materiału ma dość istotny wpływ na wartości uzyskanych wyników obliczeń. W analizowanym przykładzie było to szczególnie widoczne w przypadku określenia kierunku kąta propagacji pęknięcia φ. Istotne dla praktyki inżynierskiej okazało się również porównanie wyników wartości współczynnika intensywności naprężeń K_I (oraz jego wartości ekwiwalentnej K_eq) dla materiału liniowego i nieliniowego. Otrzymane wyniki potwierdziły, że przyjęcie materiału liniowego do analiz zmęczeniowych jest dość konserwatywne, a tym samym bardziej bezpieczne dla konstrukcji inżynierskiej.

Pełny tekst (pdf)

1. Nemitz. A.: Mechanika pękania. Wydaw. Naukowe PWN, Warszawa 1998.
2. PN-EN 10027-1:2007: Systemy oznaczania stali. Cz. 1. Znaki stali.
3. Wawrzynek P., Ingraffea A.: FRANC2D. A two dimensional crack propagation simulator. User’s Guide. Version 3.1.
4. Rice J.R.: A path independent integral and the approximate analysis of strain concentration by notches and cracks. Journal of Applied Mechanics, vol. 35, 1968, pp. 379-386.
5. Cherepanov G.P.: Crack propagation in continuous media. Journal of Applied Mathematics and Mechanics, vol. 31, 1967, issue 3,  pp. 503-512.
6. Eshelby J.D.: The force on an elastic singularity. Phil. Trans. R. Soc., London 1951, 244, pp. 87-112.
7. German J.: Podstawy mechaniki pękania. Politechnika Krakowska, Kraków 2011.
8. Ingraffea A.R., Wawrzynek P.: Finite element methods for linear elastic fracture mechanics. Chapter 3.1 in Comprehensive Structural Integrity, R. de Borst and H. Mang (eds). Elsevier Science, Oxford, England 2003.
9. Szata M.: Opis rozwoju zmęczeniowego pękania w ujęciu energetycznym. Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej, Wrocław 2002.
10. Rozumek D.: Mieszane sposoby pękania zmęczeniowego materiałów konstrukcyjnych. Politechnika Opolska, Opole 2009.
11. Mańko Z., Kamyk Z., Zielonka M., Sadowski W.: Racjonalizacja wykorzystania materiałów miejscowych do budowy mostów niskowodnych. Etap III: Badania po-ligonowe. Praca Naukowo-Badawcza WIW/439, Wyższa Szkoła Oficerska im. gen. T. Kościuszki, Wrocław 2001.
12. Mańko Z., Duchaczek A.: Badania niskocyklowe dwuteowników stalowych wykorzystywanych do budowy mostów niskowodnych. Cz. 1. Zeszyty Naukowe WSOW Ląd, nr 4, 2006, s. 54-65.
13. Duchaczek A., Mańko Z.: Ocena bezpośredniej metody określania wartości współczynnika intensywności naprężeń. Zeszyty Naukowe WSOW Ląd, nr 3, 2012,
14.  s. 336-346.
15. Dolbow J.E.: An extended finite element method with discontinuous enrichment for applied mechanics. Ph.D. Thesis. December 1999, http://dolbow.cee.du-ke.edu/phd.html (13.11.2013).
16. Erdogan F., Sih G.C.: On the crack extension in plates under plane loading and transverse shear. ASME, Journal of Basic Engineering Trans., vol. 85(4), 1963, pp. 519-527.
17. Hussain M.A., Pu S.L., Underwood J.: Strain energy release rate for a crack under combined mode I and II. Fracture Analysis. American Society for Testing Ma-terials. Committee E-24 on Fracture Testing of Metals. National Symposium on Fracture Mechanics, 1974, pp. 2-28.
18. Sih G.C.: Strain-energy-density factor applied to mixed-mode crack problems. International Journal of Fracture, vol. 10, 1974, pp. 305-321.
19. Simões da Silva L., Rebelo C., Nethercot D., Marques L., Simões R., Vila Real
20. P.M.M.: Statistical evaluation of the lateral-torsional buckling resistance of steel
21. I-beams. Part 2: Variability of steel properties. Journal of Constructional Steel Research, vol. 65, April 2009, issue 4, pp. 818-831.
22. Li F.Z., Shih C.F., Needleman A.: A Comparison of Methods for Calculating Energy Release Rates. Engineering Fracture Mechanics, vol. 21, 1985, issue 2, pp. 405-421.
23. Banks-Sills L., Sherman D.: On the computation of stress intensity factors for three-dimensional geometries by means of the stiffness derivative and J-integral methods. International Journal of Fracture, vol. 53, 1992, issue 1, pp. 1-20.