Numerical prediction and experimental investigation of fretting fatigue crack initiation at railway axle-wheel contacts
Demiryolu aks-teker temas yüzeylerinde aşınma çatlağı oluşumunun numerik yöntemlerle tahmini ve deneysel olarak incelenmesi
- Tez No: 461912
- Danışmanlar: PROF. DR. CEMİL HAKAN GÜR
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Bilim ve Teknoloji, Metalurji Mühendisliği, Science and Technology, Metallurgical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2017
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Bu çalışmanın amacı, demiryolu akslarında aşınma çatlağı bağlantılı yorulma hasarlarını azaltmak için, çok eksenli yorulma modellerini esas alan ve aks tasarımı aşamasında kullanılabilecek bir prosedürün geliştirilmesidir. Bu amaçla, teker-aks sıkı geçirmelerindeki aşınma çatlağı bağlantılı erken yorulma hasarları mekanik ve metalurjik açılardan ele alınmıştır. Mikroyapı, temas yüzeyi özellikleri ve geçme sıkılığının aşınma-yorulma çatlaklarının oluşumuna etkileri ve bu tip çatlakların oluşumunu önlemeye yönelik mekanik ve metalurjik işlemler irdelenmiştir. Sayısal analizlerde ilk olarak, aşınma bölgesine uygulanan yük çevrimleri sonlu elemanlar analiziyle belirlenmiştir. Takiben, gerilme tabanlı çok eksenli yorulma modelleri vasıtasıyla bu yük çevrimleri sırasında oluşabilecek çatlaklar için hassas bölgeler, yorulma endeksi değeri ile ifade edilmiştir. Elde edilen yorulma endeksi değerleri, Kitagawa analizinden elde edilen deneysel yorulma gerilmeleriyle karşılaştırılarak, aşınma çatlaklarının başlangıç ve ilerlemesinin eşik koşulları tanımlanmıştır. Son olarak, izin verilebilir hatalara karşılık gelen etkin gerilme yoğunluğu faktörü ve teğetsel gerilmeler ağırlık fonksiyonu yöntemi ile hesaplanmıştır. Hesaplamalar sonucunda elde edilen değerler, yorulma nedeniyle kullanım dışı kalan 34CrMo4 aksları üzerinde yapılan deneylerin ve hasar analizlerinin sonuçlarıyla karşılaştırılmıştır. Karşılaştırma sonuçları, sadece tek eksenli yorulma deneylerinin sonuçlarına ihtiyaç duyan bu prosedürün, akslardaki aşınma yorulması riskinin tasarım aşamasında değerlendirilmesi için kullanılabileceğini göstermektedir. Bu prosedür, uluslararası standartların zorunlu tuttuğu gerçek boyutlu komponent deneyleri öncesinde, tasarımcılara farklı boyut ve sıkı geçme parametrelerinin etkilerini değerlendirme imkanı da sunmaktadır.
Özet (Çeviri)
The aim of this thesis is to develop a procedure based on the multi-axial fatigue theories that can be used at the design stage for minimizing fretting fatigue failures of the railway axles. The premature fretting fatigue failure of the press-fitted wheel-axle assembly was investigated by means of mechanical and metallurgical methods. First, the loading path obtained through finite element analysis was implemented into the stress-based multiaxial fatigue models to predict possible sites of crack initiation. Then, the computed multiaxial fatigue index of the identified loading path was compared with the reduced fatigue limit presented by the Kitagawa analysis to describe the threshold conditions for fretting fatigue initiation and to define the onset of fatigue crack propagation. The stress intensity factor and the tangential stress at the permissible defects were determined by using the weight functions. The results of the analyses were compared to and verified with those obtained from the metallurgical investigations of the full-scale 34CrMo4 axles failed during service. The effects of the microstructure, the contact surface, and the applied press-fit interference on the initiation of fretting fatigue cracks were discussed. The possible mechanical and metallurgical treatments to improve the fretting fatigue resistance were presented. The consistency between the results of fractographic investigations and numerical analyses reveals that the proposed procedure can be used as an effective tool to assess the risk of fretting damage through uniaxial coupon tests. This procedure also gives designers an opportunity to evaluate the effects of the selected assembly and geometry parameters on fretting fatigue before conducting expensive and time-consuming full-scale axle tests which are requested by international standards.
Benzer Tezler
- Rulmanlarda sürünme riskinin deneysel olarak incelenmesi ve rulman tasarım parametrelerinin sürünme üzerine etkisinin analizi
Experimental investigation of creep risk on bearings and analysis of bearing design parameters for creep
AHMET HAKAN BOZKURT
Yüksek Lisans
Türkçe
2026
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. OSMAN TAHA ŞEN
- Numerical and experimental investigation of a domestic natural gas burner and analysis of modifications to achieve low nox emissions
Bir doğal gaz yakıcısının nümerik ve deneysel araştırılması ve düşük nox emisyonu hedefiyle yapılacak değişikliklerin analizi
ENGİN UZA
Yüksek Lisans
İngilizce
2017
Makine MühendisliğiMarmara ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. BARIŞ YILMAZ
- Experimental and numerical investigation of boundarylayer transition on airfoils
Kanat profilleri üzerinde sinir tabakasi geçişinindeneysel ve sayisal incelenmesi
AHMET ÇAĞDAŞ KALAYCI
Yüksek Lisans
İngilizce
2025
Havacılık ve Uzay MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiHavacılık ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. OĞUZ UZOL
- Experimental and numerical investigation of rubber whether strip extrusion
Başlık çevirisi yok
NAYYEF AHMED TALIB
Doktora
İngilizce
2019
Makine MühendisliğiÖzyeğin ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ ÖZGÜR ERTUNÇ
- Effect of frost formation on heat transfer: Experimental investigation and numerical model development
Karlanmanın ısı transferi üzerindeki etkisi: Deneysel inceleme ve sayısal model geliştirme
ALPER SAYGIN
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
Makine MühendisliğiÖzyeğin ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ALTUĞ MELİK BAŞOL
PROF. DR. MEHMET ARIK