Module also offered within study programmes:
General information:
Name:
Zmęczenie materiałów pod kontrolą
Course of study:
2019/2020
Code:
RMBM-2-208-KW-s
Faculty of:
Mechanical Engineering and Robotics
Study level:
Second-cycle studies
Specialty:
Komputerowe wspomaganie projektowania
Field of study:
Mechanical Engineering
Semester:
2
Profile of education:
Academic (A)
Lecture language:
Polish
Form and type of study:
Full-time studies
Responsible teacher:
dr hab. inż. Machniewicz Tomasz (machniew@agh.edu.pl)
Module summary

Wyznaczanie lokalnych wartości naprężeń i odkształceń w zakresie odkształceń plastycznych. Analiza trwałości zmęczeniowej elementów konstrukcyjnych z wykorzystaniem metody odkształcenia lokalnego. Podstawy mechaniki pękania: filozofia tolerancji uszkodzeń, kryterium zniszczenia, wyznaczanie prędkości rozwoju pęknięć zmęczeniowych.

Description of learning outcomes for module
MLO code Student after module completion has the knowledge/ knows how to/is able to Connections with FLO Method of learning outcomes verification (form of completion)
Social competence: is able to
M_K001 Student ma świadomość wagi pozatechnicznych aspektów i skutków działalności inżynierskiej, w tym odpowiedzialności za podejmowane decyzje. MBM2A_K07, MBM2A_K03, MBM2A_K05, MBM2A_K08, MBM2A_K02 Participation in a discussion,
Case study,
Activity during classes
Skills: he can
M_U001 Student potrafi przeprowadzić określone normami europejskimi badania własności zmęczeniowych materiałów. MBM2A_U11, MBM2A_U26, MBM2A_U14, MBM2A_U10 Execution of laboratory classes,
Report,
Test
M_U002 Student potrafi zastosować odpowiednie narzędzia, w tym mechanikę pękania, do projektowania konstrukcji poddanych zmęczeniowym obciążeniom eksploatacyjnym. MBM2A_U11, MBM2A_U17, MBM2A_U19, MBM2A_U02, MBM2A_U01, MBM2A_U21, MBM2A_U05, MBM2A_U26, MBM2A_U14, MBM2A_U10, MBM2A_U20 Participation in a discussion,
Presentation,
Test,
Activity during classes
Knowledge: he knows and understands
M_W001 Student dysponuje wiedzą pozwajającą na kontrolę, monitorowanie i ocenę procesu zmęczenia w trakcie eksploatacji konstrukcji. MBM2A_W17, MBM2A_W16, MBM2A_W09, MBM2A_W07, MBM2A_W08 Test results,
Execution of laboratory classes,
Case study,
Report,
Presentation,
Test,
Activity during classes
M_W002 Student zna nowoczesną metodologię badania własności zmęczeniowych materiałow i obiektów. MBM2A_W17, MBM2A_W16, MBM2A_W09, MBM2A_W07, MBM2A_W08 Execution of laboratory classes,
Report,
Presentation,
Test,
Activity during classes
M_W003 Student zna współczesną filozofię projektowania konstrukcji poddanych zmęczeniowym obciążeniom eksploatacyjnym w tym filozofię tolerancji uszkodzeń. MBM2A_W17, MBM2A_W16, MBM2A_W09, MBM2A_W07, MBM2A_W08 Execution of laboratory classes,
Report,
Presentation,
Participation in a discussion,
Case study,
Test,
Activity during classes
Number of hours for each form of classes:
Sum (hours)
Lecture
Audit. classes
Lab. classes
Project classes
Conv. seminar
Seminar classes
Pract. classes
Zaj. terenowe
Zaj. warsztatowe
Prace kontr. przejść.
Lektorat
30 10 0 10 0 0 10 0 0 0 0 0
FLO matrix in relation to forms of classes
MLO code Student after module completion has the knowledge/ knows how to/is able to Form of classes
Lecture
Audit. classes
Lab. classes
Project classes
Conv. seminar
Seminar classes
Pract. classes
Zaj. terenowe
Zaj. warsztatowe
Prace kontr. przejść.
Lektorat
Social competence
M_K001 Student ma świadomość wagi pozatechnicznych aspektów i skutków działalności inżynierskiej, w tym odpowiedzialności za podejmowane decyzje. + - + - - + - - - - -
Skills
M_U001 Student potrafi przeprowadzić określone normami europejskimi badania własności zmęczeniowych materiałów. + - + - - - - - - - -
M_U002 Student potrafi zastosować odpowiednie narzędzia, w tym mechanikę pękania, do projektowania konstrukcji poddanych zmęczeniowym obciążeniom eksploatacyjnym. + - - - - + - - - - -
Knowledge
M_W001 Student dysponuje wiedzą pozwajającą na kontrolę, monitorowanie i ocenę procesu zmęczenia w trakcie eksploatacji konstrukcji. + - + - - + - - - - -
M_W002 Student zna nowoczesną metodologię badania własności zmęczeniowych materiałow i obiektów. + - + - - + - - - - -
M_W003 Student zna współczesną filozofię projektowania konstrukcji poddanych zmęczeniowym obciążeniom eksploatacyjnym w tym filozofię tolerancji uszkodzeń. + - - - - + - - - - -
Student workload (ECTS credits balance)
Student activity form Student workload
Summary student workload 104 h
Module ECTS credits 4 ECTS
Udział w zajęciach dydaktycznych/praktyka 30 h
Preparation for classes 30 h
przygotowanie projektu, prezentacji, pracy pisemnej, sprawozdania 20 h
Realization of independently performed tasks 20 h
Examination or Final test 2 h
Contact hours 2 h
Module content
Lectures (10h):

1. Wyznaczanie naprężeń i odkształceń w zakresie plastycznego płynięcia materiału; zginanie sprężysto-plastyczne prętów pryzmatycznych, zastosowanie reguły Neubera do wyznaczania lokalnych odkształceń plastycznych w karbie.
2. Analiza zmęczenia metodą odkształcenia lokalnego. Równanie Mansona-Coffina. Uwzględnienie wpływu naprężeń średnich.
3. Projektowanie elementów konstrukcyjnych „przeciw zmęczeniu”, współczynniki bezpieczeństwa.
4. Koncepcja tolerancji uszkodzeń, wzrost pęknięcia w czasie i wykres wytrzymałości resztkowej. Liniowo – sprężysta mechanika pękania (LSMP): sposoby pękania; stan naprężenia przed frontem pęknięcia, współczynnik intensywności naprężeń (WIN); typowa forma zależności na WIN; rozwiązania na WIN dla różnych reometrii i sposobów obciążenia. Strefa plastyczna przed frontem pęknięcia; wzór Irwina; kryterium płaskiego stanu naprężenia przed frontem pęknięcia; kryterium stosowalności LSMP.
5. Teoria Griffita; odporność na pękanie (sposób wyznaczania i jej zależność od różnych parametrów); krytyczna długość pęknięcia; wykres Federsena. Krytyczny współczynnik intensywności naprężeń. Odporność na pękanie, metodologia wyznaczania w oparciu o obowiązujące normy.
6. Zastosowanie mechaniki pękania w analizie zmęczenia. Krzywa propagacji pęknięcia. Prawa wzrostu pęknięć zmęczeniowych. Rozwój pęknięć zmęczeniowych: metodyka badań, trendy eksperymentalne, sposób opisu. Krytyczny i progowy zakres współczynnika intensywności naprężeń, wzór Parisa. Wpływ różnych czynników na prędkość wzrostu pęknięcia.
7. Zjawisko zamykania się pęknięcia spowodowane plastycznością. Prawo Elbera. Prognozowanie rozwoju pęknięć zmęczeniowych. Rola zjawiska zamykania się pęknięcia: efekt współczynnika asymetrii cyklu, efekty interakcji obciążeń, efekt grubości, efekt krótkiego pęknięcia, próg zmęczenia. Wewnętrzny progowy zakres współczynnika intensywności naprężeń.

Laboratory classes (10h):

1) Inżynierska i rzeczywista krzywa rozciągania. Próba rozciągania (ASTM E 8M, PN-EN 10002-1+AC1) z użyciem ekstensometru wzdłużnego i poprzecznego. Wyznaczenie naprężeń i odkształceń rzeczywistych, określenie modułu Younga, określenie liczny Poissona (ASTM E 132), wyznaczenie równania Ramberga-Osgooda (ASTM E 646). Porównanie inżynierskich i rzeczywistych krzywych rozciągania.
2) Wyznaczanie cyklicznej krzywej odkształcenia: wyznaczenie cyklicznej krzywej odkształcenia (ASTM E 606, PN -84/ H-04334), metoda Landgrafa, prezentacja graficzna i dobór parametrów równania Ramberga – Osgooda.
3) Wyznaczanie krzywej S-N (Wöhlera). Przeprowadzenie badania zmęczeniowego pod kontrolą obciążenia (ASTM E 466, PN-74/H-4327). Opracowanie krzywej S-N i dobór parametrów równania Basquina (ASTM E 468).
4)Wyznaczanie krzywej e-N. Przeprowadzenie badania zmęczeniowego pod kontrolą odkształcenia (badanie niskocyklowe: ASTM E 606, PN -84/ H-04334). Opracowanie krzywej e-N (ASTM E 468) i dobór parametrów równania Coffina-Mansona.

Seminar classes (10h):

1. Zastosowanie reguły Neubera do wyznaczania lokalnej amplitudy odkształceń – przykłady obliczeniowe.
2. Prognozowanie trwałości zmęczeniowej metodą odkształcenia lokalnego – przykłady obliczeniowe.
3. Przybliżona ocena parametrów materiałowych w równaniu Mansona-Coffina.
4. Zastosowanie współczynnika intensywności naprężeń do wyznaczania krytycznej długości pęknięcia i wytrzymałości resztkowej elementu konstrukcyjnego – przykłady obliczeniowe.
5. Wyznaczanie okresu propagacji pęknięcia zmęczeniowego z wykorzystaniem równania Parisa – przykłady obliczeniowe.

Additional information
Teaching methods and techniques:
  • Lectures: Treści prezentowane na wykładzie są przekazywane w formie prezentacji multimedialnej w połączeniu z klasycznym wykładem tablicowym wzbogaconymi o pokazy odnoszące się do prezentowanych zagadnień.
  • Laboratory classes: W trakcie zajęć laboratoryjnych studenci samodzielnie rozwiązują zadany problem praktyczny, dobierając odpowiednie narzędzia. Prowadzący stymuluje grupę do refleksji nad problemem, tak by otrzymane wyniki miały wysoką wartość merytoryczną.
  • Seminar classes: Na zajęciach seminaryjnych podstawą jest prezentacja multimedialna oraz ustna prowadzona przez studentów. Kolejnym ważnym elementem kształcenia są odpowiedzi na powstałe pytania, a także dyskusja studentów nad prezentowanymi treściami.
Warunki i sposób zaliczenia poszczególnych form zajęć, w tym zasady zaliczeń poprawkowych, a także warunki dopuszczenia do egzaminu:

*1) Zajęcia seminaryjne: *
a) ocena osiągniętych przez studenta efektów kształcenia prowadzona jest w formie ustnej (prezentacja rozwiązania danego problemu) i pisemnej (zapowiedziane wcześniej kolokwia),
b) ocena końcowa z zajęć seminaryjnych odpowiada ocenia najbliższej wartości średniej z uzyskanych ocen cząstkowych (z przedstawionych prezentacji i sprawdzianów pisemnych),
c) w celu uzyskania zaliczenia wszystkie kolokwia powinny być zaliczone na ocenę pozytywną (chyba że prowadzący ćwiczenia zdecyduje inaczej),
d) student nie uzyska zaliczenia gdy jego łączna absencja na zajęciach jest równa lub wyższa niż 50% (bez względu na powód nieobecności),
e) student nie uzyska zaliczenia gdy liczba nieusprawiedliwionych godzin jego nieobecności w trakcie całego semestru jest większa niż 4,
f) podstawą usprawiedliwienia nieobecności na zajęciach jest zwolnienie lekarskie, lub ewentualnie inna udokumentowana przyczyna, uznana przez prowadzącego ćwiczenia za dostatecznie ważną,
g) prowadzący zajęcia seminaryjne może dodatkowo, zgodnie z przyjętymi przez siebie i podanymi wcześniej zasadami, obniżyć ocenę końcową ze względu na nieusprawiedliwione nieobecności na zajęciach (z uwzględnieniem punktu 1e),
h) brak oceny z kolokwium w związku z nieusprawiedliwioną nieobecnością studenta na zajęciach traktowany jest równoznacznie z otrzymaniem z tego kolokwium w podstawowym terminie oceny niedostatecznej,
i) nieprzedstawienie prezentacji w zaplanowanym wcześniej terminie ze względu na nieusprawiedliwioną nieobecność na zajęciach, skutkuje otrzymaniem z niej oceny niedostatecznej w podstawowym terminie,
j) w przypadku braku zaliczenia w pierwszym terminie student ma prawo do dwóch zaliczeń poprawkowych z zakresu materiału wskazanego przez prowadzącego zajęcia, pod warunkiem, że nie zachodzą okoliczności określone w punktach 1d) i 1e).

*2) Zajęcia laboratoryjne: *
a) o ocenie z kolejnych zajęć laboratoryjnych decydują: wynik sprawdzianu wiadomości a także sposób opracowania i terminowość oddania sprawozdania z ćwiczeń,
b) podstawą wyznaczenia oceny zaliczeniowej z zajęć laboratoryjnych jest średnia z ocen za kolejne ćwiczenia,
c) aby uzyskać końcowe zaliczenie zajęć laboratoryjnych wymagane jest zaliczenie każdego z przerabianych ćwiczeń,
d) student ma prawo do dwóch popraw niezaliczonego sprawdzianu w terminie ustalonym z prowadzącym dane ćwiczenie.

Participation rules in classes:
  • Lectures:
    – Attendance is mandatory: No
    – Participation rules in classes: Studenci uczestniczą w zajęciach poznając kolejne treści nauczania zgodnie z syllabusem przedmiotu. Studenci winni na bieżąco zadawać pytania i wyjaśniać wątpliwości. Rejestracja audiowizualna wykładu wymaga zgody prowadzącego.
  • Laboratory classes:
    – Attendance is mandatory: Yes
    – Participation rules in classes: Studenci wykonują ćwiczenia laboratoryjne zgodnie z materiałami udostępnionymi przez prowadzącego. Student jest zobowiązany do przygotowania się w przedmiocie wykonywanego ćwiczenia, co może zostać zweryfikowane kolokwium w formie ustnej lub pisemnej. Zaliczenie zajęć odbywa się na podstawie zaprezentowania rozwiązania postawionego problemu. Zaliczenie modułu jest możliwe po zaliczeniu wszystkich zajęć laboratoryjnych.
  • Seminar classes:
    – Attendance is mandatory: Yes
    – Participation rules in classes: Studenci prezentują na forum grupy temat wskazany przez prowadzącego oraz uczestniczą w dyskusji nad tym tematem. Ocenie podlega zarówno wartość merytoryczna prezentacji, jak i tzw. kompetencje miękkie.
Method of calculating the final grade:

Średnia z ocen uzyskanych na zaliczenie zajęć seminaryjnych i laboratoryjnych, z uwzględnieniem wszystkich terminów zaliczeń.

Sposób i tryb wyrównywania zaległości powstałych wskutek nieobecności studenta na zajęciach:

1) Wykłady:
Nieobecność na wykładzie nie zwalnia studenta z obowiązku opanowania omawianego materiału ani z przestrzegania przekazywanych w trakcie wykładu ustaleń o charakterze organizacyjnym.

2) Ćwiczenia seminaryjne:
W przypadku nieobecności na zajęciach, w wymiarze nieskutkującym utratą możliwości uzyskania zaliczenia, student we własnym zakresie uzupełnia związane z tym braki w uzyskanych efektach kształcenia.
Nieprzedstawioną w związku z nieobecnością prezentację student prezentuje w innym, ustalonym z prowadzącym terminie.
Do niezaliczonego w związku z nieobecnością na zajęciach sprawdzianu, student przystępuje w terminie zaliczenia poprawkowego.

3) Ćwiczenia laboratoryjne:
Odrabianie ćwiczeń niezaliczonych z powodu nieobecności odbywa się w porozumieniu z prowadzącym w trakcie zajęć z inną grupą studentów, a gdy nie ma takiej możliwości – w odrębnym terminie.

Prerequisites and additional requirements:

Wiedza z zakresu Wytrzymałości Materiałów ze studiów I stopnia na kierunku mechanicznym.

Recommended literature and teaching resources:

1. Skorupa M., Machniewicz T. Wykłady z Integralności Konstrukcji w Eksploatacji: http://zwmik.imir.agh.edu.pl/Dydaktyka.
2. Skorupa M., Machniewicz T. Wykłady ze Zmęczenia materiałów pod kontrolą: http://zwmik.imir.agh.edu.pl/Dydaktyka
3. Kocańda S., Szala J. Podstawy obliczeń zmęczeniowych. Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 1997.
4. Neimitz A. Ocena wytrzymałości elementów konstrukcyjnych zawierających pęknięcia. Wydawnictwo Politechniki Świętokrzyskiej, Kielce 2004.
5. Schijve J. Fatigue of Structures and Materials. Kluver Academic Publishers, Dodrecht/Boston/London, 2001.
6. Grandt A.F. Fundamentals of structural integrity: damage tolerant design and nondestructive evaluation. Wiley 2003.

Scientific publications of module course instructors related to the topic of the module:

1 Machniewicz T. 2012, Prognozowanie rozwoju pęknięć zmęczeniowych w wybranych metalach. Wydawnictwo AGH, Kraków.
2 Machniewicz T. 2013, Fatigue crack growth prediction models for metallic materials – Part I: Overview of prediction concepts. Fatigue & Fracture of Engineering Materials & Structures, vol. 36, No. 4, pp. 293–307.
3 Machniewicz T. 2013, Fatigue crack growth predictions for metallic materials – Part II: Strip Yield model: choices and decisions. Fatigue & Fracture of Engineering Materials & Structures, vol. 36, No. 4, pp. 361–373.
4 Skorupa A., Skorupa M., Machniewicz T., Korbel A. 2014, Fatigue crack location and fatigue life for riveted lap joints in aircraft fuselage. Int. J. Fatigue., Vol. 58(8), pp. 209-217.
5 Skorupa M., Korbel A., Skorupa A., Machniewicz T. 2015, Observations and analyses of secondary bending for riveted lap joints. Int. J. Fatigue., Vol. 72, pp. 1-10, doi: http://dx.doi.org/10.1016/j.ijfatigue.2014.10.008
6 Skorupa M., Machniewicz T., Skorupa A., Schijve J., Korbel A. 2015, Fatigue life prediction model for riveted lap joints. Engineering Failure Analysis, Vol. 53, pp. 111-123.
7 Skorupa M., Machniewicz T., Skorupa A., Korbel A. 2015, Fatigue strength reduction factors at rivet holes for aircraft fuselage lap joints. Int. J. Fatigue, Vol. 80, pp. 417-425.
8 Skorupa M., Machniewicz T., Skorupa A., Korbel A. 2016, Effect of load transfer by friction on the fatigue behaviour of riveted lap joints. Int. J. Fatigue, Vol. 90, pp. 1-11.
9 Skorupa M., Machniewicz T., Skorupa A., Korbel A. 2017, Fatigue life predictions for riveted lap joints. Int. J. Fatigue, Vol. 94, pp. 41-57.

Additional information:

None