Czy wiesz...

Spadek sprawności całkowitej samochodu elektrycznego

Czy samochód elektryczny jest ekologiczny?

test interpolacji kołowej tokarki

Jak diagnozować przyczyny błędów obróbki CNC detali? cz. 1

Pękanie Elementów Form Wtryskowych

Dlaczego pękają matryce form wtryskowych?

Fragment Arkusza Kalkulacyjnego Do Sprawdzania Wyników Egzaminu Spawacza Wg ISO9606

Czy ładna spoina jest zawsze dobra?

Czytaj także:

Kształtowanie Połączeń Klejonych
Technologie

Kształtowanie połączeń klejonych

­ [Marek Bernaciak]
odległość pomiędzy przewodem paliwowym a opaską zaciskową
Projektowanie

Packaging, czyli jak to wszystko pomieścić

­ Piotr Cabaj
Połączenie Skurczowe
Technologie

Niedoceniane połączenie skurczowe

­ Jerzy Mydlarz
gięcie blachy
Projektowanie

Blaszane origami. Metodyka projektowania konstrukcji blachowych

­ Paweł Bancarzewski
Projektowanie i Konstrukcje Inżynierskie
  • STRONA GŁÓWNA
  • Aktualności
    Silnik Daihatsu Na Wodór i Amoniak

    Silnik samochodowy na amoniak i wodór

    Liniowy Silnik Elektryczny w Formie Włókna

    Liniowy silnik elektryczny w formie włókna

    Wytwarzanie Przyrostowe Wtryskiwaczy Turbin Gazowych

    Wytwarzanie przyrostowe wtryskiwaczy turbin gazowych

    Schemat procesu odzyskiwania krzemu ze zużytych ogniw fotowoltaicznych na potrzeby produkcji azotku krzemu

    Ceramika techniczna z recyklingu paneli fotowoltaicznych

    Etykiety RFID UHF Brady

    Nowa, bezodpadowa drukarka etykiet RFID

    Budowa gąbki zainspirowała rozwój biomimetycznych metamateriałów konstrukcyjnych

    Biomimetyczny metamateriał inspirowany budową morskiej gąbki

    Nowy Mechanizm Rekrystalizacji PIX

    PIX – nowy mechanizm rekrystalizacji

    Demonstrator technologii redukcji emisji cząstek stałych z opon i hamulców

    Demonstrator technologii redukcji emisji cząstek stałych z opon i hamulców

    Kryształy fononiczne jako tłumiki drgań

    Fononiczny tłumik drgań

  • Artykuły
    • Wszystkie artykuły
    • Analizy, symulacje
    • Badania, analizy
    • Części maszyn i urządzeń
    • Historia
    • Inne
    • Konstrukcje
    • Maszyny i urządzenia
    • Materiały
    • Projektowanie
    • Rozwiązania
    • Technologie
    Pierścienie osadcze o przekroju zwężanym Circlip

    Pierścienie osadcze – CIRCLIPS vs SNAP RINGS – zrozumieć różnice

    Rozkład sił generowanych przez jednostki silnikowe podczas ruchu po torze w ramach systemu BPS

    Analiza techniczna bezśmigłowego napędu BPS

    Wartości odczytu siły względem przemieszczenia górnej ścianki próbki

    Kalibracja nieliniowych modeli materiałowych z wykorzystaniem programów open source

    Sproszkowany surowiec AM WC701 – węglik wolframu-kobaltu na potrzeby wytwarzania przyrostowego

    Węgliki spiekane, metalurgia proszków

    Uniwersalne Oprzyrządowanie Przedmiotowe w Spawalnictwie

    Uniwersalne oprzyrządowanie przedmiotowe w spawalnictwie

    Powlekanie wału głowicą cold spray zamontowaną na ramieniu robota przemysłowego

    Nie tylko metal: potencjał naprawy uszkodzeń i fabrykacji części zamiennych metodą cold spray

    Przykładowy Specjalny Frez Trzyostrzowy Wyposażony w Wymienne Płytki z Węglików Spiekanych

    Wybrane aspekty produktywnego skrawaniana wieloosiowych obrabiarkach CNC; cz. 10

    System Kontroli Technicznej w Zakładzie Produkcyjnym

    Organizacja produkcji; cz. 5

    Przemysłowa Drukarka Etykiet BradyPrinter I4311

    BradyPrinter i4311: Przemysłowy druk etykiet bez przewodów

    Zagnieżdżona Sprężyna Falista O Trzech Zwojach W Przykładowym Zastosowaniu

    Napięcie wstępne łożyska z użyciem sprężyn

    Symulacje numeryczne wpływu wewnętrznych zwarć łukowych na rozdzielnice średniego napięcia

    Symulacje numeryczne wpływu wewnętrznych zwarć łukowych na rozdzielnice SN

    Zautomatyzowana linia do galwanizacji komponentów aluminiowych w produkcji seryjnej

    Obróbka powierzchniowa aluminium

    software do obliczeń akustycznych

    O wyborze i testowaniu solvera MES

    Helikopter Marsjański Ingenuity

    Helikoptery na Marsie

    Przykład przedmiotu obrabianego posiadającego na ukośnej powierzchni kieszeń prostokątną

    Wybrane aspekty produktywnego skrawania na wieloosiowych obrabiarkach CNC; cz. 9

    Wybrane tematy:

    • robotyzacja
    • spawanie
    • obróbka skrawaniem
    • MES
    • klejenie
    • tworzywa sztuczne
    • motoryzacja
    • CAD
    • polskie projekty
    • lotnictwo
    • druk 3D
    • silniki
    • formy wtryskowe
    • budowa maszyn
    • technologie łączenia
    • obliczenia
    • kompozyty
    • ceramika techniczna
    • Analizy, symulacje
    • Badania, analizy
    • Technologie
    • Maszyny i urządzenia
    • Części maszyn i urządzeń
    • Konstrukcje
    • Rozwiązania
    • Projektowanie
    • Materiały
    • Historia
    • Inne
  • Czasopismo
    • Jak zakupić
    • Archiwum
      • Archiwum 2026
      • Archiwum 2025
      • Archiwum 2024
      • Archiwum 2023
      • Archiwum 2022
      • Archiwum 2021
      • Archiwum 2020
      • Archiwum 2019
      • Archiwum 2018
      • Archiwum 2017
      • Archiwum 2016
      • Archiwum 2015
      • Archiwum 2014
      • Archiwum 2013
      • Archiwum 2012
      • Archiwum 2011
      • Archiwum 2010
      • Archiwum 2009
      • Archiwum 2008
      • Archiwum 2007
  • O nas
  • Kontakt
  • ­
Nie znaleziono
Zobacz wszystkie wyniki
Projektowanie i Konstrukcje Inżynierskie
  • STRONA GŁÓWNA
  • Aktualności
    Silnik Daihatsu Na Wodór i Amoniak

    Silnik samochodowy na amoniak i wodór

    Liniowy Silnik Elektryczny w Formie Włókna

    Liniowy silnik elektryczny w formie włókna

    Wytwarzanie Przyrostowe Wtryskiwaczy Turbin Gazowych

    Wytwarzanie przyrostowe wtryskiwaczy turbin gazowych

    Schemat procesu odzyskiwania krzemu ze zużytych ogniw fotowoltaicznych na potrzeby produkcji azotku krzemu

    Ceramika techniczna z recyklingu paneli fotowoltaicznych

    Etykiety RFID UHF Brady

    Nowa, bezodpadowa drukarka etykiet RFID

    Budowa gąbki zainspirowała rozwój biomimetycznych metamateriałów konstrukcyjnych

    Biomimetyczny metamateriał inspirowany budową morskiej gąbki

    Nowy Mechanizm Rekrystalizacji PIX

    PIX – nowy mechanizm rekrystalizacji

    Demonstrator technologii redukcji emisji cząstek stałych z opon i hamulców

    Demonstrator technologii redukcji emisji cząstek stałych z opon i hamulców

    Kryształy fononiczne jako tłumiki drgań

    Fononiczny tłumik drgań

  • Artykuły
    • Wszystkie artykuły
    • Analizy, symulacje
    • Badania, analizy
    • Części maszyn i urządzeń
    • Historia
    • Inne
    • Konstrukcje
    • Maszyny i urządzenia
    • Materiały
    • Projektowanie
    • Rozwiązania
    • Technologie
    Pierścienie osadcze o przekroju zwężanym Circlip

    Pierścienie osadcze – CIRCLIPS vs SNAP RINGS – zrozumieć różnice

    Rozkład sił generowanych przez jednostki silnikowe podczas ruchu po torze w ramach systemu BPS

    Analiza techniczna bezśmigłowego napędu BPS

    Wartości odczytu siły względem przemieszczenia górnej ścianki próbki

    Kalibracja nieliniowych modeli materiałowych z wykorzystaniem programów open source

    Sproszkowany surowiec AM WC701 – węglik wolframu-kobaltu na potrzeby wytwarzania przyrostowego

    Węgliki spiekane, metalurgia proszków

    Uniwersalne Oprzyrządowanie Przedmiotowe w Spawalnictwie

    Uniwersalne oprzyrządowanie przedmiotowe w spawalnictwie

    Powlekanie wału głowicą cold spray zamontowaną na ramieniu robota przemysłowego

    Nie tylko metal: potencjał naprawy uszkodzeń i fabrykacji części zamiennych metodą cold spray

    Przykładowy Specjalny Frez Trzyostrzowy Wyposażony w Wymienne Płytki z Węglików Spiekanych

    Wybrane aspekty produktywnego skrawaniana wieloosiowych obrabiarkach CNC; cz. 10

    System Kontroli Technicznej w Zakładzie Produkcyjnym

    Organizacja produkcji; cz. 5

    Przemysłowa Drukarka Etykiet BradyPrinter I4311

    BradyPrinter i4311: Przemysłowy druk etykiet bez przewodów

    Zagnieżdżona Sprężyna Falista O Trzech Zwojach W Przykładowym Zastosowaniu

    Napięcie wstępne łożyska z użyciem sprężyn

    Symulacje numeryczne wpływu wewnętrznych zwarć łukowych na rozdzielnice średniego napięcia

    Symulacje numeryczne wpływu wewnętrznych zwarć łukowych na rozdzielnice SN

    Zautomatyzowana linia do galwanizacji komponentów aluminiowych w produkcji seryjnej

    Obróbka powierzchniowa aluminium

    software do obliczeń akustycznych

    O wyborze i testowaniu solvera MES

    Helikopter Marsjański Ingenuity

    Helikoptery na Marsie

    Przykład przedmiotu obrabianego posiadającego na ukośnej powierzchni kieszeń prostokątną

    Wybrane aspekty produktywnego skrawania na wieloosiowych obrabiarkach CNC; cz. 9

    Wybrane tematy:

    • robotyzacja
    • spawanie
    • obróbka skrawaniem
    • MES
    • klejenie
    • tworzywa sztuczne
    • motoryzacja
    • CAD
    • polskie projekty
    • lotnictwo
    • druk 3D
    • silniki
    • formy wtryskowe
    • budowa maszyn
    • technologie łączenia
    • obliczenia
    • kompozyty
    • ceramika techniczna
    • Analizy, symulacje
    • Badania, analizy
    • Technologie
    • Maszyny i urządzenia
    • Części maszyn i urządzeń
    • Konstrukcje
    • Rozwiązania
    • Projektowanie
    • Materiały
    • Historia
    • Inne
  • Czasopismo
    • Jak zakupić
    • Archiwum
      • Archiwum 2026
      • Archiwum 2025
      • Archiwum 2024
      • Archiwum 2023
      • Archiwum 2022
      • Archiwum 2021
      • Archiwum 2020
      • Archiwum 2019
      • Archiwum 2018
      • Archiwum 2017
      • Archiwum 2016
      • Archiwum 2015
      • Archiwum 2014
      • Archiwum 2013
      • Archiwum 2012
      • Archiwum 2011
      • Archiwum 2010
      • Archiwum 2009
      • Archiwum 2008
      • Archiwum 2007
  • O nas
  • Kontakt
  • ­
Nie znaleziono
Zobacz wszystkie wyniki
Projektowanie i Konstrukcje Inżynierskie
Nie znaleziono
Zobacz wszystkie wyniki

Numeryczna i eksperymentalna analiza losowego zmęczenia złączy spawanych metodą Dirlika

­ Luigi De Mercato, Sauro Vannicola, Vito Murgida, Tomasz Nowak, Mariusz Osika
20.04.2026
A A
analiza zmęczeniowa spoiny

Technologie spawalnicze są powszechnie stosowane w produkcji przemysłowej jako efektywna i ekonomiczna metoda łączenia metali. Głównym ograniczeniem złączy spawanych jest ich niższa trwałość zmęczeniowa w porównaniu z materiałem rodzimym. Z tego względu spoina stanowi krytyczną strefę konstrukcji pod obciążeniami zmęczeniowymi. Ocena trwałości zmęczeniowej konstrukcji powinna więc w sposób szczególny uwzględniać połączenia spawane.

W analizach zmęczeniowych stosuje się m.in. metodę naprężeń nominalnych, metodę efektywnego karbu oraz metodę hot-spot. W przypadku konstrukcji poddanych stacjonarnym obciążeniom losowym, takich jak elementy platform morskich czy konstrukcji kolejowych, zalecana lub wymagana jest analiza zmęczeniowa w dziedzinie częstotliwości. Analiza ta wykorzystuje momenty statystyczne sygnału losowego.

W niniejszym artykule przedstawiono analizę numeryczną opartą na Metodzie Elementów Skończonych (MES), przeznaczoną do oceny trwałości zmęczeniowej złączy spawanych poddanych stacjonarnym obciążeniom losowym o rozkładzie Gaussa. Jako wielkość odniesienia przyjęto maksymalne bezwzględne naprężenie główne. Naprężenia w rejonie spoiny wyznaczano metodą hot-spot. Do statystycznej estymacji rozkładu cykli zmęczeniowych zastosowano metodę Dirlika.

Metodyka oceny zmęczenia losowego z wykorzystaniem MES

Analizę zmęczeniową komponentów konstrukcyjnych poddanych obciążeniom o charakterze losowym można – i zaleca się – prowadzić w oparciu o charakterystyki w dziedzinie częstotliwości. Gdyż symulacje w dziedzinie czasu są w takich przypadkach czasochłonne i wymagają znacznych zasobów obliczeniowych. W analizach częstotliwościowych wykorzystuje się gęstość widmową mocy (ang. Power Spectral Density, PSD) obciążenia oraz częstotliwościową funkcję przejścia konstrukcji.
Obliczenia rozpoczyna się zazwyczaj od wyznaczenia częstotliwościowej funkcji przejścia pomiędzy składowymi tensora naprężeń dla każdego z punktów ekstrapolacyjnych a obciążeniem wejściowym. Następnie gęstość widmowa mocy obciążenia jest przekształcana z wykorzystaniem częstotliwościowej funkcji przejścia układu. W rezultacie otrzymuje się gęstość widmową mocy tensora naprężeń oddziałujących na konstrukcję dla danego wymuszenia. Na tym etapie następuje utrata informacji o przesunięciach fazowych poszczególnych składowych częstotliwościowych sygnału odpowiadającego czasowym przebiegom naprężeń. Bez tej informacji niemożliwa jest rekonstrukcja odpowiedzi w dziedzinie czasu, i bezpośrednie zliczanie cykli zmęczeniowych, np. z wykorzystaniem metody rainflow. W celu prognozowania rozkładu cykli zmęczeniowych bez znajomości historii naprężeń w czasie opracowano szereg metod opartych na gęstości widmowej mocy. Do najczęściej stosowanych należą metody Dirlika, Lalanne’a, Steinberga oraz Rayleigha. Metody te są przeznaczone do różnych klas sygnałów losowych. Przykładowo, metoda Rayleigha jest odpowiednia dla sygnałów wąskopasmowych, natomiast dla sygnałów szerokopasmowych (np. wstrząsy podczas transportu) zalecana jest metoda Steinberga. Wymienione metody zakładają, że losowy przebieg naprężeń opisany PSD ma charakter gaussowski i ergodyczny. Po wyborze odpowiedniej metody możliwa jest statystyczna estymacja rozkładu cykli naprężeń na podstawie momentów widmowych PSD. Wielkości te stanowią dane wejściowe do obliczenia skumulowanego uszkodzenia zgodnie z regułą Palmgrena-Minera.

Opisane metody zostały pierwotnie opracowane do oceny trwałości zmęczeniowej materiału rodzimego. W literaturze brak było ich bezpośredniego zastosowania do złączy spawanych. Z tego względu zaproponowano rozszerzenie metody hot-spot, stosowanej w deterministycznej analizie zmęczeniowej złączy spawanych, na przypadek drgań losowych. Dla modelu MES spełniającego wytyczne literaturowe [1] możliwa jest identyfikacja lokalnych naprężeń w konstrukcji, w szczególności w obszarach krytycznych typu hot-spot. Zgodnie z tym podejściem naprężenia strukturalne wyznacza się poprzez ekstrapolację naprężeń powierzchniowych w zdefiniowanych punktach odniesienia. Procedura ta ogranicza wpływ nieliniowych koncentracji naprężeń wynikających z nieciągłości geometrycznych. Naprężenia lub odkształcenia w punktach odniesienia mogą być określane zarówno obliczeniowo, jak i doświadczalnie.

W deterministycznych, wieloosiowych analizach zmęczeniowych jako wielkość odniesienia przyjmuje się naprężenie normalne lub maksymalne naprężenie główne. W przypadku wzbudzeń losowych składowe naprężeń w węzłach są jednak dostępne wyłącznie w sensie statystycznym. Uniemożliwia to bezpośrednie zastosowanie podejścia deterministycznego. Z tego względu zastosowano procedurę opisaną w literaturze [2].

Poniżej przedstawiono kolejne etapy metody obliczeniowej zaimplementowanej w narzędziu Vibration Load Provider pakietu nCode DesignLife, zintegrowanym ze środowiskiem ANSYS. Pierwszym krokiem jest obliczenie transmitancji operatorowej modelowanego układu oraz odpowiadających jej składowych tensora naprężeń w punktach ekstrapolacyjnych oddalonych od spoiny. Odpowiedź układu drgającego może być opisana jako część rzeczywista wektora obracającego się na płaszczyźnie zespolonej. W konsekwencji składowe tensora naprężeń posiadają części rzeczywiste i urojone. Ocena spoiny metodą hot-spot wymaga wyznaczenia naprężeń głównych. W analizie deterministycznej naprężenia główne wyznacza się na podstawie wartości własnych tensora naprężeń. W analizie częstotliwościowej brak jest ogólnego rozwiązania dla wartości własnych macierzy zespolonych. Zgodnie z [3] alternatywne podejście polega na wyznaczeniu wartości własnych – osobno – dla części rzeczywistej oraz dla części urojonej tensora naprężeń. Jako wielkość charakterystyczną przyjmuje się maksymalne bezwzględne naprężenie główne złożone z wartości własnych o największym module. Podejście to ma charakter przybliżony. Jest ono jednak uzasadnione, o ile w krytycznym zakresie częstotliwości nie występuje istotny udział więcej niż jednej postaci drgań. W przeciwnym wypadku zmiany fazowe mogą prowadzić do zmienności kierunków i wartości naprężeń głównych.

Po wyznaczeniu maksymalnej bezwzględnej wartości naprężenia głównego dla poszczególnych odległości od spoiny możliwe jest jego ekstrapolowanie do punktu hot-spot zgodnie z wybraną zależnością podaną w [1]. Otrzymany wynik jest następnie mnożony przez PSD obciążenia wejściowego. Pozwala to wyznaczyć gęstość widmową maksymalnego naprężenia głównego w rejonie stopy spoiny. Kształt oraz amplituda tej charakterystyki, poprzez jej momenty widmowe, są wykorzystywane do wyznaczenia funkcji gęstości prawdopodobieństwa zakresów naprężeń. Najczęściej stosowanym empirycznym modelem tego rozkładu jest równanie zaproponowane przez Dirlika [4]. Zostało ono wyprowadzone na podstawie dopasowania do szerokiego zbioru danych z symulacji numerycznych i umożliwia estymację rozkładu amplitud w oparciu o cztery momenty widmowe PSD.

cały artykuł jest dostępny w wydaniu płatnym 3/4 (222/223) marzec/kwiecień 2026

JAK ZAKUPIĆ?

  • Share on Facebook
  • Share on Twitter
  • Share on LinkedIn
  • Share on WhatsApp
  • Share on Email
Tagi: MESspawanie

Powiązane artykuły

Wykresy przemian fazowych tytanu
Technologie

Spawalność tytanu i jego stopów; cz. 1

Spawanie Laserowe Tworzyw Sztucznych
Technologie

Spawanie laserowe tworzyw sztucznych do wyrobu elementów konstrukcyjnych; cz. I

Symulacje numeryczne wpływu wewnętrznych zwarć łukowych na rozdzielnice średniego napięcia
Analizy, symulacje

Symulacje numeryczne wpływu wewnętrznych zwarć łukowych na rozdzielnice SN

Analiza numeryczna błędu przełożenia przekładni zębatych
Analizy, symulacje

Analiza numeryczna błędu przełożenia przekładni zębatych

Energooszczędna Metoda Spawania Laserowego
Aktualności

Energooszczędne spawanie laserowe

Modelowanie zjawisk sprzężonych
Analizy, symulacje

Modelowanie zjawisk sprzężonych

Rotor Clip

Tematyka:

aluminium budowa maszyn CAD ceramika techniczna CNC diagnostyka druk 3D energetyka formy wtryskowe innowacje inżynieria materiałowa klejenie kompozyty laser lotnictwo mechanizm MES montaż motocykle motoryzacja nanotechnologia narzędzia obliczenia obrabiarki obróbka plastyczna obróbka skrawaniem oprzyrządowanie polskie projekty powłoki programy przemysł kosmiczny przemysł morski przemysł zbrojeniowy recykling robot robotyzacja silniki spawanie stal technologie łączenia tribologia tworzywa sztuczne wynalazki wywiad łożyska
FORMY WTRYSKOWE Integracja Konstrukcji i Technologii Ebook
MetalTop

Projektowanie i Konstrukcje Inżynierskie
  • O nas
  • Polityka prywatności
  • Kontakt

© ITER 2007-2026

Nie znaleziono
Zobacz wszystkie wyniki
  • Strona główna
  • Aktualności
  • Artykuły
    • Analizy, symulacje
    • Badania, analizy
    • Części maszyn i urządzeń
    • Historia
    • Inne
    • Konstrukcje
    • Maszyny i urządzenia
    • Materiały
    • Projektowanie
    • Rozwiązania
    • Technologie
  • Jak zakupić
  • O nas
  • Kontakt

© ITER 2007-2026

email_icon

Nie przegap nowych wydań!

Zapisz się, aby na bieżąco otrzymywać linki do kolejnych, darmowych wydań Projektowania i Konstrukcji Inżynierskich

Wpisz adres email

Dziękuję, nie pokazuj więcej