TRIBOLOGY

Summary

The test results of friction coefficient measurement scatter are presented and evaluated. The friction coefficients of three different materials of friction couples under dry conditions were investigated. Ball-on-ring tests with both a vertical and a horizontal position of the sample axis and ball-on-disk tests for each friction couple were carried out in order to compare the tribotester influence on the scatter of results. The tribological experiment encompassed trials of different values of the friction process parameters: humidity, load, and velocity. The influences of process parameters on the scatter of results were analysed to assess the scatter level as a dependence on both tribotester and friction process parameters. Based on test results, the dependence between friction coefficient measurement scatter and load was revealed. The ratio of scatter to the measured friction coefficient was investigated. This error is dependent on scatter and also on the value of the friction coefficient; therefore, its value can change if the friction coefficient changes, e.g. along with humidity changes that were experimentally illustrated. As a result of the research, the conditions of the friction process, both of the low and high levels of error ratio, were predicted. The prediction was verified in the additional experiments.

Streszczenie

Zaprezentowano rezultaty badań rozrzutów współczynnika tarcia. Badania przeprowadzono dla trzech różnych skojarzeń materiałowych w warunkach tarcia suchego. Przeprowadzono testy z użyciem tribotestera z węzłem kula–pierścień zarówno z poziomą, jak i pionową pozycją osi węzła oraz tribotestera z pionową pozycją ustawienia osi węzła kula–tarcza w celu porównania wpływu urządzenia badawczego na rozrzut wyników badań. Eksperyment tribologiczny obejmował różne wartości parametrów procesów tarcia: wilgotności, obciążenia oraz prędkości. Przeanalizowano wpływ parametrów procesu na rozrzut wyników badań, aby ocenić poziom rozrzutu w zależności zarówno od urządzenia, jak i parametrów procesu. Na bazie uzyskanych rezultatów wykazano zależność rozrzutu wyników pomiaru współczynnika tarcia od obciążenia. Analizie poddano również współczynnik szacujący błąd wynikający z udziału rozrzutu w wyznaczonej wartości współczynnika tarcia. Udział tego błędu zależy zarówno od rozrzutu wyników, jak również od wartości samego współczynnika tarcia, dlatego też jego wartość może się zmieniać wraz ze zmianą wartości współczynnika tarcia, np. na skutek zmiany wilgotności, co zostało eksperymentalnie wykazane i zilustrowane. W wyniku przeprowadzonych badań i analizy wyników wyznaczono warunki pomiarów współczynnika tarcia zarówno o niskim, jak i wysokim poziomie rozrzutu wyników pomiaru. Przeprowadzone eksperymenty weryfikacyjne potwierdziły prognozowane poziomu rozrzutów.
① Institute for Sustainable Technologies – National Research Institute, ul. Pułaskiego 6/10, 26-600 Radom, Poland (e-mail:magdatc@poczta.fm), phone: (48)361-42-41.
② University of Monterrey (UDEM), Mechanical Engineering Faculty, San Pedro Garza Garcia, Mexico.
spmom-10v45n2_p-007.pdf (137.2 kB)

RELIABILITY

Summary

The experimental verification of the generalised two-parametric fatigue characteristics has shown good compatibility between the calculation and the fatigue life examination results with use of constant amplitude load and variable asymmetry coefficients, according to the model based on the Haigh diagram conception. The level of compatibility depended on the durability range, and it decreased considerably for the low durability values (high-tension values).
The analysis of the experimental verification results indicated that the significant factor having an influence on the level of compatibility between the calculation and examination results is the material stress sensitivity coefficient that is present in the mathematical model. In this work, the modification of the generalised two-parametric fatigue characteristics based on the Haigh diagram conception, based on example of steel S355JO examination, is presented.

Streszczenie

Weryfikacja doświadczalna uogólnionych dwuparametrycznych charakterystyk zmęczeniowych wykazała dobrą zgodność wyników obliczeń z wynikami badań trwałości zmęczeniowej w warunkach obciążenia stałoamplitudowego i zmiennych współczynników asymetrii według modelu opartego na koncepcji wykresu zmęczeniowego Haigha. Poziom zgodności zależny był od zakresu trwałości i istotnie obniżał się dla niskich trwałości (wysokich wartości naprężeń).
Analiza wyników weryfikacji doświadczalnej wskazywała na to, że istotnym czynnikiem wpływającym na poziom zgodności wyników obliczeń i badań ma występujący w modelu matematycznym współczynnik wrażliwości materiału na asymetrię cyklu. W tej pracy przedstawiona zostanie modyfikacja uogólnionej dwuparametrycznej charakterystyki zmęczeniowej opartej na koncepcji wykresu zmęczeniowego Haigha na przykładzie badań stali S355JO.
① University of Technology and Life Sciences in Bydgoszcz Prof. Kaliskiego Street 7, 85-789 Bydgoszcz, Poland, tel.: +48 52 340 82 95, fax: +48 52 340 82 71; e-mail:
spmom-10v45n2_p-019.pdf (165.8 kB)

TEROTECHNOLOGY

Summary

During the exploitation phase, the operating and service processes take place on one technical object. They can be performed at the same time or in sequence. Therefore, in an exploitation system, there is an exploitation conflict. The main reason for this is a dependence of operating and service activities and the limitation of access to the technical object. To solve the described problem, the operating and service processes have to be managed together. It means that exploitation processes should be executed according to a maintenance strategy, which defines a moment in time when operation processes should be finished and the object should be intended for service. This moment depends on the system state. Simultaneously, the system state is one of the main factors, which determinates a method of operation and service processes. Therefore, the system state is the most important variable in a process of maintenance control. It should be noticed that the system state is determined by values of the system cardinal features. In this paper, a feature’s space of a complex exploitation system is defined. Additionally, different types of a feature’s space are described. Next, the state of the system is formulated as a point of the defined space. Proposed interpretation is a base for a projection of the system state changes taking place during different exploitation process execution in the space of one common feature. Thanks to this, the implementation of a coherent mathematical method of the maintenance control process description will be possible.

Streszczenie

W fazie eksploatacji system techniczny występuje zarówno w procesie użytkowania, jak i obsługi zachodzących równocześnie lub po sobie. Powstaje wówczas konflikt wobec zależności działań oraz ograniczoności dostępu do obiektu technicznego. W celu rozwiązania konfliktu eksploatacyjnego procesy użytkowe i procesy zapewnienia zdatności muszą być procesami łącznie organizowanymi. Oznacza to, że w celu prowadzenia eksploatacji obiektu technicznego w sposób racjonalny, koniecznym jest zastosowanie strategii eksploatacyjnej określającej chwilę zakończenia procesów użytkowania i przekazania systemu do obsługi. Chwila ta wyznaczana jest na podstawie stanu systemu. Jednocześnie stan systemu jest również jednym z podstawowych czynników wpływających na sposób przeprowadzania procesów użytkowania i obsługi. Stan systemu jest zatem podstawową zmienną w procesie sterowania eksploatacją. Stan systemu z kolei jest opisany wartościami cech kardynalnych systemu. W opracowaniu zdefiniowano pojęcie przestrzeni cech systemu oraz omówiono rodzaje takich przestrzeni. Następnie przedstawiono stan systemu jako punkt zdefiniowanej przestrzeni. Zaproponowana interpretacja stanu systemu stanowi podstawę do wyrażania zmian stanu systemu zachodzących w trakcie realizacji odmiennych procesów eksploatacyjnych w jednej wspólnej przestrzeni jego cech. Podejście takie umożliwia zastosowanie spójnego aparatu matematycznego do opisu procesu sterowania eksploatacją złożonych systemów technicznych.
① Radom University of Technology, Faculty of Mechanical Engineering, Department of Thermal Technology 26-600 Radom, ul. Krasickiego 54, Poland; phone: (48) 48 361 71 49, e-mail:
spmom-10v45n2_p-031.pdf (225 kB) (224.5 KB)

DIAGNOSTICS

Summary

A method for the identification of multiple cracks based on Discrete Wavelet Transform is presented. The analysis is provided on beams made of polymeric laminate. The estimation of the crack locations is based on the evaluation of natural modal shapes of pre-cracked beams. The modal shapes were estimated experimentally using laser Doppler vibrometry. The dynamic response of multi-cracked beams is processed using Discrete Wavelet Transform and detail coefficients are considered for the crack identification. Next, the methods of detail coefficients denoising are discussed. The principles of the selection of the appropriate wavelet are investigated. The proposed method indicates effectiveness in multiple crack identification and could be applied in industrial solutions of structural health monitoring as well.

Streszczenie

W pracy przedstawiono metodę identyfikacji pęknięć wielopołożeniowych opartą o dyskrestną transformację falkową. Analiza została przeprowadzona na belkach z laminatu polimerowego. Wyznaczenie lokalizacji pęknięć polegało na ocenie postaci własnych drgań belek z pęknięciami. Postacie własne były otrzymane eksperymentalnie za pomocą dopplerowskiej wibrometrii laserowej. Odpowiedź dynamiczna belek z pęknięciami była przetworzona z zastosowaniem dyskretnej transformacji falkowej, a następnie rozpatrzono współczynniki detali w celu identyfikacji pęknięć. Dalej omówiono metody usuwania szumu ze współczynników detali. Zbadano kryteria wyboru odpowiednich falek. Zaproponowana metoda wykazała efektywność w identyfikacji pęknięć wielopołożeniowych i może być z powodzeniem zastosowana w rozwiązaniach przemysłowych kontroli stanu struktur.
① Department of Fundamentals of Machinery Design, Faculty of Mechanical Engineering, Silesian University of Technology, Konarskiego 18A, 44-100 Gliwice, Poland, e-mail:
spmom-10v45n2_p-041.pdf (472.7 KB)

DIAGNOSTICS

Summary

The lifetime distribution is very important in reliability studies. The shape of lifetime distribution can vary considerably; therefore, it frequently cannot to approximated by simple distribution functions. This article is connected with the problem of finding of lifetime distribution with a unimodal failure rate function. For this purpose, the mixture of two distributions has been considered.
We show that a unimodal failure rate function can be obtained as a failure rate function of the mixture of an exponential and Rayleigh distributions. The numerical examples are also provided to illustrate the practical impact of this approach.

Streszczenie

Rozkłady czasów życia są bardzo ważne w badaniach niezawodnościowych. Kształt dystrybuanty czasu życia można badać dokładnie i wtedy często nie można go aproksymować przez proste rozkłady.
Pokazujemy, że jednomodalną funkcję intensywności uszkodzeń można otrzymać jako funkcję intensywności uszkodzeń mieszaniny rozkładu wykładniczego i rozkładu Rayleigha.
W celu pokazania praktycznego znaczenia tego podejścia podano przykłady numeryczne.
∗ University of Technology and Life Science, Bydgoszcz, Department of Applied Mathematics, Kaliskiego st. 7, 85-789 Bydgoszcz, Poland, phone 52 340 8208, e-mail: .
spmom-10v45n2_p-053.pdf (116 kB)

DIAGNOSTICS

Summary

In this research, the possibilities of characterising the texture, colour and contour of wear particles were investigated. The assessment of the texture and colour of wear particles on the basis of the analysis of changes in the grey-scale and individual components of the colour model CIE L①a①b① was performed. For a statistical description of distributions, the following parameters were used: the averages grey-level and the values of maximal and minimal grey-level. The assessment of the surface texture and contour of wear particles by the Fourier and fractal analyses was also carried out. The amplitude spectrum numerical parameters for chosen lines marked on the particle image were determined with the help of one dimension Fast Fourier Transformation (FFT). Based on the suitably prepared data obtained from images, the fractal dimension of the contour of the investigated particles, using the compass method, was determined. The usefulness of the determined parameters was evaluated by determining the wear particles’ affiliation to the suitable

Streszczenie

W pracy zbadano możliwości zastosowania komputerowej analizy obrazu do charakteryzowania tekstury, barwy i konturu cząstek zużycia. Oceny tekstury i barwy i cząstek zużycia dokonano na podstawie analizy zmian jasności i poszczególnych składowych wybranych modeli barw: RGB, HSB i CIE L①a①b①. W opisie statystycznym rozkładów zastosowano wiele parametrów, takich jak: wartość średnia, odchylenie standardowe, mediana, skośność, kurtoza. Przeprowadzono również ocenę tekstury powierzchni i konturu cząstek zużycia metodą analizy Fouriera i fraktalną. Za pomocą jednowymiarowej, szybkiej transformaty Fouriera (FFT) określono parametry liczbowe widma amplitudowego dla punktów wybranego odcinka naniesionego na obraz cząstki. W oparciu o odpowiednio przygotowane dane uzyskane z obrazów wyznaczono wymiar fraktalny konturu badanych cząstek z wykorzystaniem metody cięciw.
Oceniono przydatność wyznaczonych parametrów przy ustalaniu przynależności cząstek zużycia do odpowiedniego typu. Na podstawie analizy uzyskanych wyników badań poszczególnych grup cząstek zużycia wyznaczono zależności pomiędzy cechami morfologicznymi cząstek zużycia a mechanizmami występującego zużywania węzłów tarcia.
① Institute for Sustainable Technologies, National Research Institute, 26-600 Radom, Pulaskiego 6/10, Poland, phone (48) 361-42-41.
spmom-10v45n2_p-061.pdf (375.5 KB)

SAFETY

Summary

This article presents the outline of a method for the assessment of aircraft flight safety with the risk of failure. Despite efforts, appliance failures can occur. Appliance failures result in dangerous situations during flight. Cases of failures contribute to actions that have initiated the incorporation of backup systems into operations. These systems are aircraft units designed to prevent dangerous situations during flight. Moreover, they enable saving either an aircraft from damage or the crew in case of military aircraft. Backup systems include the following events:
– remaining in a state of operational readiness;
– taking over the function of a basic system after its damage;
– enabling landing of an aircraft or saving a pilot’s life.
The article describes the above mentioned events and presents formulas for determining the probability of these events and formulas for the assessment of aircraft flight safety with the risk of aircraft failure.

Streszczenie

W niniejszym artykule przestawiono zarys metody oceny bezpieczeństwa lotu statku powietrznego z ryzykiem awarii. Pomimo starań zdarzają się awarie sprzętu, które są przyczyną niebezpiecznych sytuacji w locie. Przypadki awarii sprzętu przyczyniają się do podjęcia działań mających na celu włączenie do pracy układów pełniących rolę układów rezerwowych. Układy te są zespołami statku powietrznego przeznaczonymi do przeciwdziałania niebezpiecznym sytuacjom w locie. Ponadto umożliwiają one bądź to ratowanie statku powietrznego przed zniszczeniem, bądź tylko załogi w przypadku wojskowych statków powietrznych. Z układami zabezpieczającymi wiążą się następujące zdarzenia:
– pozostawanie w stanie gotowości do użycia;
– przejęcie funkcji układu podstawowego po jego uszkodzeniu;
– umożliwienie lądowania statku powietrznego lub tylko ratowanie życia pilota. W artykule określono te zdarzenia i przedstawiono wzory do wyznaczenia ich prawdopodobieństw. Mając określone zależności na prawdopodobieństwo tych zdarzeń, podano wzory na szacowanie bezpieczeństwa lotu z ryzykiem awarii statku.
① Air Force Institute of Technology, Księcia Bolesława Street 6, 01-494 Warsaw, Poland, phone: (22) 685-19-56.
② Military University of Technology, Faculty of Mechatronics, gen. S. Kaliskiego Street 2, 00-908 Warsaw, Poland, phone (22) 683-77-89, (+22) 683-76-19.
spmom-10v45n2_p-075.pdf (400.6 KB)

SAFETY

Summary

Failures resulting from fatigue processes are a dangerous type of aircraft damages.
This article presents an attempt to determine the probability of the occurrence of catastrophic failures of aircraft elements as a result of fatigue processes including basic stages, i.e. the crack initiation and the crack growth after the initiation in subcritical states.
The possibility to assess the probability of the occurrence of catastrophic failures in the function of the flying time is essential to develop control systems of a technical state of basic aircraft systems. In other words, it is essential for maintaining the required flight safety level. The probability of the catastrophic damage (failure) can be also considered as an element of the risk in the operation of aircraft.

Streszczenie

Niebezpiecznym rodzajem uszkodzeń statków powietrznego są awarie konstrukcji na tle procesów zmęczeniowych.
W artykule podjęto próbę określenia prawdopodobieństwa powstawania uszkodzeń katastroficznych elementów konstrukcji w wyniku działania procesów zmęczeniowych, uwzględniając podstawowe etapy, tj. inicjacji pęknięcia elementu konstrukcji i rozwoju pęknięcia po inicjacji w stanach podkrytycznych.
Możliwość szacowania prawdopodobieństwa pojawiania się uszkodzeń katastroficznych w funkcji nalotu statku jest niezbędna dla opracowania systemów kontroli stanu technicznego podstawowych układów statku powietrznego dla zachowania wymaganego poziomu bezpieczeństwa lotów. Prawdopodobieństwo uszkodzenia katastroficznego (awarii) może być również przyjęte jako element składowy pojęcia ryzyka w eksploatacji statków powietrznych.
① Air Force Institute of Technology, Księcia Bolesława Street 6, 01-494 Warsaw, Poland, phone (22) 685-19-56.
② Military University of Technology, Faculty of Mechatronics, gen. S. Kaliskiego Street 2, 00-908 Warsaw, Poland, phone: (22) 683-77-89, (22) 683-76-19.
spmom-10v45n2_p-087.pdf (207.0 KB)
spmom-10v45n2_p-all.pdf (1.6 MB)