Original scientific paper The paper investigates the influence of different parameters on stress distribution in the contact area of mechanical elements. The study is aimed to determine particular positions in the contacting bodies, where small crack should be initiated due to large stresses resulting from different contact conditions. A two-dimensional equivalent contact model together with Hertzian contact theory is used for all computational analyses utilising the finite element method. The distribution of the maximum equivalent von Mises stress under the contacting area is first determined for pure Hertzian contact conditions, where the maximum stresses appear at a certain depth under the contacting surface. Then a parametric study to determine the influence of loading, contact surface curvature, contact friction, residual stresses and elasto-hydro-dynamic lubrication on the stress distribution is performed. They tend to increase the stresses and move their maximum to or very close to the contacting surface, which can lead to sub-surface or surface crack initiation. In this study the surface crack initiation and propagation on the gear teeth flank is presented. The virtual crack extension (VCE) method, implemented in the finite element method, is used for simulating the fatigue crack propagation from the initial crack up to the formation of the surface pit. Comparison between the results of the numerical simulation and the results of experimental testing shows good correlation.
Keywords: contact problems; crack initiation; crack propagation; machine elements; numerical analysis; tribology
Računarska analiza zamora mehaničkih elemenata u dodiruIzvorni znanstveni članak U radu se ispituje utjecaj različitih parametara na raspodjelu naprezanja u dodirnoj površini mehaničkih elemenata. Cilj je rada odrediti konkretna mjesta u dodirnim tijelima gdje bi se trebale pojaviti male pukotine zbog velikih naprezanja nastalih različitim uvjetima dodira. Dvodimenzionalni ekvivalentni kontaktni model zajedno s Hertzovom teorijom dodira upotrebljen je za sve računarske analize primjenom metode konačnih elemenata. Raspodjela maksimalnog ekvivalentnog von Mises naprezanja na dodirnoj površini najprije je određena za prave Hertzove uvjete dodira, gdje se maksimalna naprezanja javljaju na određenoj dubini ispod površine dodira. Tada je parametrijskom analizom određen utjecaj opterećenja, zakrivljenosti površine dodira, dodirnog trenja, zaostalih naprezanja i elasto-hidro-dinamičkog podmazivanja na raspodjelu naprezanja. Sve to nastoji povećati naprezanja i maksimalno se razviti uz ili vrlo blizu dodirne površine, što može dovesti do iniciranja pukotine ispod površine ili na njoj. U ovom se radu predstavlja nastajanje pukotine na površini i njezino širenje na bočnoj površini zubi zupčanika. Metoda Virtual crack extension (VCE) (virtualno širenje pukotine), implementirana u metodi konačnih elemenata, primijenjena je za simuliranje širenja pukotina zbog zamora materijala od začetka pukotine do stvaranja šupljina na površini. Uspor...