Oštećenje korijena zuba zupčanika zbog niskocikličnog zamora materijala : doktorska disertacija

Abstract

Kratkotrajna vršna opterećenja zupčanika u zahvatu uzrok su pojave i akumulacije oštećenja u korijenu zuba, odnosno niskocikličnog zamora materijala. Za karakterizaciju ponašanja materijala pri niskocikličnom zamoru u radu odabran je takav materijalni model kojim se uzima u obzir izotropno i kinematsko očvršćivanje i/ili oslabljivanje materijala te pojava i razvoj oštećenja u materijalu. Budući da se radi o materijalnom modelu koji je izrazito nelinearan, u cilju ostvarenja optimalnih vrijednosti parametara ponašanja materijala razvijen je automatizirani sustav koji se temelji na modernim numeričkim metodama, između ostalih genetski algoritam. Simulacijom odziva materijala pri cikličnom opterećenju i usporedbom s eksperimentalnim vrijednostima naprezanja i deformacija kalibrirani su parametri ponašanja materijala konačnog elementa. Metodom konačnih elemenata je uz primjenu kalibriranih parametara ponašanja materijala diskretiziran model zuba zupčanika. Analizom odziva materijala u korijenu zuba zupčanika pri cikličnom opterećenju te analizom pojave i razvoja oštećenja utvrđene su granice opteretivosti zupčanika obzirom na niskociklični zamor materijala te je dana procjena njihovog životnog vijeka.Short–time overloads in meshing gears cause low–cycle fatigue damage in the material, which means nucleation and accumulation of damage in gear tooth root. In this work the material behavior in low–cycle fatigue regime is characterized by material model that in addition to isotropic and kinematic hardening and/or softening includes also damage occurrence and accumulation. Since the material model is highly non–linear, the automated system for optimal material parameter identification is developed, based on modern numerical methods, among others genetic algorithm. The material parameters are calibrated within the finite element by simulating material response under cyclic loading and comparing results with the experimental stress and strain data. The gear tooth is discretized by using finite element method with elements that have integrated calibrated material parameters. The material response in tooth root under cyclic loading and occurrence and evolution of damage are analyzed to establish the load boundaries of gears with regard to low–cycle fatigue and its service life estimation