The effect of solidification conditions on microstructural and mechanical properties of eutectic TiFe alloy cast under different conditions was examined. Samples exhibit different ultrafine eutectic structures (β-Ti(Fe) solid solution + TiFe). Different cooling conditions lead to the evolution of ultrafine eutectic oval-shaped colonies or elongated lamellar colonies with preferred orientation. Isotropic as well as anisotropic mechanical properties were obtained. Alloys exhibit compressive strengths between 2200 and 2700 MPa and plastic strains between 7 and 19 pct. in compression.:Inhaltsverzeichnis 1 Einleitung 1 2 Grundlagen 9 2.1 Titan und Titan-Legierungen. . . . . . . . . . . . . . 9 2.2 Das binäre System Ti-Fe. . . . . . . . . . . . . .11 2.3 Phasendiagramm, Gleichgewichts-/ Nichtgleichgewichtsprozesse. . . . . . . . . . . . . .11 2.3.1 Kristallstrukturen der eutektischen Phasen . . . . . . . . . . . . . . 14 2.3.2 Klassifizierung von Phasengrenzflächen. . . . . . . . . . . . . .15 2.3.3 Eigenschaften intermetallischer Phasen mit B2- Struktur. . . . . . . . . . . . . . 17 2.4 Erstarrung von Schmelzen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 2.5 Das eutektische System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 2.5.1 Metastabile Legierungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 2.5.2 Keimbildung von eutektischen Systemen . . . . . . . . . . . . . . . 26 2.5.3 Klassifizierung eutektischer Gefüge. . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 2.5.4 eutektische Systeme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 2.5.5 Bestimmung der Erstarrungsgeschwindigkeit nach Jackson und Hunt. . . . . . . . . . . . . . 31 2.6 Einfluss des Gefüges auf die Verformungsmechanismen . . . . . . 32 2.7 Prozessrouten zur Herstellung nanostrukturierter/ultrafeinkörniger (ns/ufk) Materialien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38 2.8 Duktilität und Festigkeit ns/ufk Materialien (Stand der Forschung) . . . . 39 3 Werkstoffauswahl und Probenherstellung. . . . . . . . . . . . . . 46 3.1 Werkstoffauswahl . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46 3.2 Probenherstellung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48 3.2.1 Herstellung der Vorlegierung im Lichtbogenofen . . . . . . . . 48 3.2.2 Herstellung der Legierungen nach der Bridgeman-Technik . . 49 3.2.3 Herstellung der Ti-Fe- bzw. Ti-Fe-Sn-Legierungen in verschiedenen Rascherstarrungsanlagen . . . . . . . . . . . . . 50 3.2.3.1 Stabherstellung Kalttiegelanlage . . . . . . . . . . . . . . 52 3.2.3.2 Stabherstellung Kipptiegelanlage . . . . . . . . . . . . . . 52 3.2.3.3 Stabherstellung Differenzdruckgussanlage . . . . . . . 53 4 Charakterisierungsmethoden. . . . . . . . . . . . . . 55 4.1 Chemische Analytik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55 4.1.1 Nasschemische Analyse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55 4.1.2 Nichtmetallanalyse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55 4.2 Röntgendiffraktometrie (XRD) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56 4.3 Mikroskopische Untersuchungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57 4.3.1 Lichtmikroskopie (LM) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58 4.3.2 Rasterelektronenmikroskopie (REM) . . . . . . . . . . . . . . . . 59 4.3.3 Transmissionenelektronenmikroskopie (TEM) . . . .. . . . . . 61 4.4 Mechanische Eigenschaften . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61 4.4.1 Härte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61 4.4.2 Druckversuch . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62 4.4.3 Zugversuch . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62 4.4.4 In situ Druck- und in situ Zugversuch . . . . . . . . . . . . . 64 4.5 Ultraschallmessung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65 4.6 Dilatometermessung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67 5 Einphasige betafi-Ti(Fe)- und TiFe IP-Legierungen. . . . . . . . . . . . . 68 5.1 Die fibeta-Ti(Fe)-Legierung . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69 5.2 Die intermetallische Phase TiFe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82 6 Gerichtet erstarrte Ti70,5Fe29,5-Legierung . . . . . . . . . . . . . .92 7 Rasch erstarrte Ti70,5Fe29,5-Legierung . . . . . . . . . . . . . . 99 7.1 Gefüge der rasch erstarrten Ti70,5Fe29,5-Legierung . . . . . . . . 99 7.2 Mechanische Charakterisierung der rasch erstarrten Ti70,5Fe29,5- Legierung . ..120 7.2.1 Druckversuche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120 7.2.2 Bestimmung der elastischen Konstanten . . . . . . . . . . . . 128 7.2.3 Zugversuche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132 7.2.4 In situ Druck- und in situ Zugversuche . . . . . . . . . . . . . 134 8 Rasch erstarrte Ti-Fe-Sn-Legierung . . . . . . . . . . . . . .138 8.1 Gefüge der Ti-Fe-Sn-Legierung . . . . . . . . . . . . . . . . . 139 8.2 Mechanische Eigenschaften der Ti-Fe-Sn-Legierung . . . . . . . . . 143 9 Zusammenfassung und Ausblick . . . . . . . . . . . . . . 146 Abbildungsverzeichnis I Tabellenverzeichnis VIII Literaturverzeichnis X Anhänge XXII A Das Ti-Fe-Phasendiagramm nach [1] XXII B Dilatometermessung XXIII C Die elastischen Konstanten der Ti-Fe- und Ti-Fe-Sn-Legierung XXIV D XRD-Messungen (Transmission) XXV E Bestimmung des Fe-Gehaltes in Abhängigkeit von der Gitterkonstanten a0 XXVIII Eidesstattliche Erklärung XXIX Danksagung

In the design of a railway bridge that is meant for train speeds larger than 200 km/h, the Swedish Traffic Administration requires a dynamic analysis in addition to the conventional static design. The models used for static design may not always be suitable for dynamic analysis, which could lead to inaccurate estimations of the dynamic response. The reason for this is a limited knowledge of the actual structural dynamic behaviour of bridges, which is why a hydraulic bridge exciter has been developed. With this device, smaller bridges can be excited in a load- or displacement-controlled manner under variable frequency and load. By having known inputs, the bridges’ dynamic properties can be evaluated using experimental modal analysis. A finite element model of the double tracked railway bridge Pershagen was created in order to plan a pilot test of the bridge exciter. The influence of the load amplitude and sweep rate was evaluated. A theoretically optimal excitation position was also investigated in order to excite as many eigenmodes as possible from one position during the pilot test. Based on these results, a pilot test was performed on the Pershagen Bridge. The dynamic properties of the bridge were evaluated based on the results from the test. From the pilot test it could be concluded that the load amplitude had a direct influence on the dynamic properties of the bridge, hence the dynamic behaviour is non-linear. The 1st vertical bending mode and its dynamic properties could also be identified. / Då en järnvägsbro som är avsedd för tåghastigheter över 200 km/h ska dimensioneras ställs det krav av Trafikverket att en dynamisk analys av bron skall utföras, utöver konventionell statisk dimensionering. De bromodeller som används för statisk analys är dock inte alltid lämpliga för dynamisk analys, vilket kan leda till felaktiga skattningar gällande den dynamiska inverkan. Anledningen till detta är att kunskapen om broars dynamiska egenskaper är begränsade, och av denna anledning har en lastexciterare utvecklats. Med hjälp av denna anordning kan mindre broar exciteras med kontrollerad last eller förskjutning under variabel frekvens och last. Då dessa input-parametrar är kända kan broars dynamiska egenskaper utvärderas genom experimentell modal analys. En finit element-modell av den tvåspåriga järnvägsbron vid Pershagen har skapats för att kunna planera ett pilottest av lastexciteraren. Svephastigheten och lastamplituden har analyserats. En teoretiskt optimal exciteringsposition har utvärderats för att excitera största möjliga antal moder från en och samma position under pilottestet. Utifrån dessa resultat utfördes ett pilottest på bron vid Pershagen, där brons dynamiska egenskaper utvärderades utifrån resultaten. Från pilottestet kunde en slutsats dras om att lastamplituden hade en direkt inverkan på de dynamiska egenskaperna, vilket betyder att det dynamiska beteendet är olinjärt. Den första vertikala böjmoden och dess dynamiska egenskaper kunde också fastställas.

Shear cracks are formed when high oblique tensile stresses, e.g. in thin webs, exceed the tensile strength. A known example of this phenomenon is the extensive shear cracks that were found on the box-girder bridges Gröndal and Alvik, which were mainly caused by insufficient amount of shear reinforcement. In order to avoid this incident (inadequate amount of shear reinforcement), the reinforcement stress is often being assumed as a ultimate limit load in order to fulfill requirements regarding crack control in the service-ability limit state (SLS). This method has led to a overestimation of the reinforcement amount in bridge-design. The aim of this master thesis is therefor to study the shear crack phenomenon and investigate if the amount of shear reinforcement in bridges can be reduced. The first part of this thesis studies the shear cracking behavior in concrete in a plane stress state, while the second part focus how design standards as well as manuals treats shear cracks. Shear cracking in the reinforced concrete panels has been studied with non-linear finite element analysis and compared to experimental testings performed by the University of Toronto. Three different loading conditions for the panels has been analyzed: pureshear, compression or tension combined with shear. The panels are to represent parts of a web in a box-girder bridge that are subjected to in-plane stresses. The non-linear finite element analysis was performed in the FE-program Atena where mainly the crack propagation and crack pattern were studied. The material model in Atena is a smeared crack model with either fixed or rotated crack direction. The panel analysis, in SLS, gave various results. For loading conditions pure shear and tension/shear, the response of the FE-analysis gave a similar result regarding crack pattern but differed in size of crack width. For compression/shear, only micro-cracks developed and did not reflect the result from the real panel tests. This may be the consequence of a too stiff FE-model and the fact that, in the real tests, some cracks occurred due to out-of-plane bending. With methods described in Eurocode 2 and the Swedish handbook for EC2, a shear crack calculation model was created in order to determine the reinforcement stress and crack width. As a reference for the shear crack calculations, a wing structure (1 m strip) has been used which is part of a railway bridge located in Abisko. These calculations were done in order to investigate if the amount of shear reinforcement could be reduced and at the same time fulfill crack control demands in SLS. The bridge department at Tyréns AB concluded, according to a truss model, that the wing section should be reinforced with a amount of 14.1 cm2/m2 while our model showed that the crack width demand could be fulfilled with a equivalent amount of 9.82 cm2/m2, i.e. a reduction around 30%.

Today's automotive requirements have resulted in complex Sheet Metal Forming (SMF) processes of Sheet Metal (SM) with reduced formability, and thus it is crucial to be able to predict formability accurately to prevent material failure during SMF. Formability predictions today utilize Forming Limit Curves (FLC)s in Finite Element Analysis (FEA), but  FLCs are not valid for the Non-Linear Strain Paths (NLSP)s generated during SMF. One purpose of this thesis is thus to increase the knowledge on FP handling NLSP,  which was obtained through providing suggestions of failure models for handling NLSP effects, based upon literature on the subject. Generating NLSP experimentally is both time and material costly with the conventional method, thus the second purpose of this thesis was to increase the knowledge on test procedures for generating NLSP in SM. Based upon the findings of Chandramohan \cite{chandramohan_study_2021} five test procedures for generating NLSP were put forward, and the Nakajima test with modified punch geometry was chosen for further study.   In this thesis, the NLSP characteristics of two modified punch geometries were evaluated by FEA performed using LS-DYNA. For the FEA three specimens with blank width of 50, 100 and 200 mm was used, and the anisotropic Barlat yld2000  was used as the material model. This material model was calibrated to material data of Mild steel CR4, Aluminium alloy AA6016, and Dual-phase steel DP800. The results for all materials showcased similar reacquiring general NLSP characteristics at the corners of the punch features, which are unfavorable positions when failure by necking is evaluated, and thus it was concluded that the tested punch geometries are not favorable and more development of the punch geometry is needed. / Dagens fordonskrav, har lett till komplexa plåtformnings processer av plåtmaterial med reducerad formbarhet, och det är därför väsenligt att kunna förutsäga formbarhet noggrant för att förhindra materialbrott under plåtformning. Försträckning och brott förutses idag genom Formgränskurvor (FGK) i finita element analyser (FEA), men dessa gäller inte för icke-linjära töjningsvägar som uppkommer under plåtformning. Ett syfte av denna avhandling är därför att öka kunskapen kring modeller för att förutsäga formbarhet under icke-linjära töjningsbanors effekter, vilket uppnådes genom att  presenteras  förslag på brott modeller för att hantera de icke-linjära töjningsvägar baserade på  literatur inom området. Att generera icke-linjära töjningsvägar experimentellt är både tids och materialkrävande med den konventionella metoden, således är det andra syftet av denna avhandling att öka kunskapen kring test metoder för att generera icke-linjär töjningsbvägar i plåt. Baserat på Chandramohans \cite{chandramohan_study_2021} resultat diskuteras fem test procedurer för att generera icke-linjära töjningsvägar, och Nakajima test med modifierad stämpelgeometri valdes för vidare studie.  I denna avhandling studerades töjningsignaturen av två stämpelgeometrier med FEA i LS-DYNA. Till FEA:n användes tre ämnen med bredd av 50, 100 och 200mm, och anisotropiska Barlat yld2000 användes som materialmodell. Denna materialmodell kalibrerades mot experimentella mätvärden för mjukt stål CR4, Aluminiumlegering AA6016 och Stål DP800. Resultaten visade för alla material återkommande generella icke-linjära töjningsbanor enbart för hörnorna på stansgeometrierna, vilket är icke önskvärda positioner då brott pga. midjebildning utvärderas, och således drogs slutsatsen att nuvarande stansgeometri inte är gynnsam och ytterligare utveckling behövs.

Visualization of domain structure evolution under an electrical bias has been carried out in ferroelectric La:HfO2 capacitors by a combination of Piezoresponse Force Microscopy (PFM) and pulse switching techniques to study the nanoscopic mechanism of polarization reversal and the wake-up process. It has been directly shown that the main mechanism behind the transformation of the polarization hysteretic behavior and an increase in the remanent polarization value upon the alternating current cycling is electrically induced domain de-pinning. PFM imaging and local spectroscopy revealed asymmetric switching in the La:HfO2 capacitors due to a significant imprint likely caused by the different boundary conditions at the top and bottom interfaces. Domain switching kinetics can be well-described by the nucleation limited switching model characterized by a broad distribution of the local switching times. It has been found that the domain velocity varies significantly throughout the switching process indicating strong interaction with structural defects.

Ce travail est consacré à la conception, à la synthèse et à l’étude de catalyseurs d’oxydation à base de métaux 3d en association avec des ligands non-innocents. Tout d’abord, le développement de complexes dérivés de deux ligands rédox-actifs tétra-azotés originaux (motifs o-phénylènediamine, aniline et dipyrrine) a été étudié. Plusieurs espèces dans différents états d’oxydation ont été préparées. L’élucidation de leurs structures électroniques a été réalisée par des techniques complémentaires (diffraction des rayons X, électrochimie, spectroscopies UV-Vis-NIR, EPR et Mössbauer). Un complexe de fer biradicalaire basé sur le ligand bis(2-aminophényl)-o-phénylènediamine a été synthétisé. Parallèlement, une architecture innovante bis(2-aminophényl)dipyrrine a été développée. En réaction avec du nickel, du cuivre et du cobalt, elle a conduit à trois complexes isostructuraux présentant un caractère radicalaire anilinyle-dipyrrinyle jamais mis en évidence auparavant. La complexation de cette dipyrrine au manganèse a formé un singulier complexe dinucléaire radicalaire avec une valence mixte inhabituellement localisée sur le ligand.Dans un second temps, les complexes de fer, de cuivre et de manganèse ont été évalués dans des applications d’oxydation. L’étude de la réactivité du biradicalaire de fer a entraîné l’observation d’une espèce à haute valence en spectroscopie Mössbauer. D’autre part, le complexe de cuivre a montré une activité en oxydation d’un alcool. Enfin, une activité en catalyse d’oxygénation aérobie a été identifiée avec le complexe dinucléaire radicalaire de manganèse. / This work is devoted to the design, the synthesis and the study of oxidation catalysts, based on 3d metals and non-innocent ligands. First, the development of complexes derived from two unprecedented tetra-nitrogenated redox-active ligands (o-phenylenediamine, aniline and dipyrrin motifs) has been investigated. A number of species at various oxidation states has been prepared. The elucidation of their electronic structures was performed by complementary techniques (X-Ray diffraction, electrochemistry, UV-Vis-NIR, EPR and Mössbauer spectroscopy). A biradical iron complex based on the bis(2-aminophenyl)-o-phenylenediamine ligand was synthesized. In parallel, an innovative bis(2-aminophenyl)dipyrrin architecture was developed. Its reactions with nickel, copper and cobalt led to three isostructural complexes, showing an unprecedented anilinyl-dipyrrinyl radical character. The complexation of the dipyrrin to manganese afforded a unique dinuclear radical complex with a rare ligand-based mixed valence.In a second phase, iron, copper and manganese complexes were assessed in oxidation applications. The reactivity study of the biradical iron resulted in the observation of a high-valent species thanks to Mössbauer spectroscopy. On the other hand, the copper complex has shown an activity in the oxidation of an alcohol. Finally, a catalytic aerobic activity in oxygenation catalysis was identified with the dinuclear manganese radical complex.

In the field of structural dynamics, a broader knowledge about relevant phenomena that affect the dynamic behavior of railway bridges is vital for structural engineers and design code administrators. The knowledge might benefit in an increased understanding of e.g. the resonance phenomena, and in improvements of the existing design codes. A phenomenon that has received more attention in recent times is the so called soil-structure interaction (SSI), as it may significantly contribute to the stiffness and damping of a structural system. Previous investigations have suggested that the influence of SSI might be crucial for short and relatively stiff structures such as portal frame bridges. Yet, this effect is usually neglected due to the lack of simple models and guidelines. Dynamic analyses have been performed on a short-span closed portal frame railway bridge, situated on the Bothnia Line, where the effect of the surrounding and underlying soil and the ballasted track, has been investigated. This has been accomplished through the adoption of multiple boundary conditions to consider different forms of soil-structure interactions. The vertical bridge response has been studied by numerical three-dimensional models, both with full FE-models and simplified models appropriate for practical design purposes. More specifically the natural frequencies and damping ratios have been scrutinized. Theoretically, it has been identified that the contribution of the soil on the global damping is largely influential, as it has been indicated that the damping ratio of the fundamental bending mode is seven times greater than the, in this case, significantly conservative recommended design value. Furthermore, SSI has shown to increase the natural frequencies which consequently shifts the critical resonant speed, allowing for higher speeds. The bridge response is predominantly affected by the backfill soil, yet the modal damping contribution is equally substantial from the backfill and the subsoil. Moreover, it has been established that the proposed simplified model is promising and in good agreement with the full model. It has also been resolved that train passages on the surrounding soil play an important role on the dynamic bridge response. Unfortunately, the simplified model has proven to be incapable of considering these train loads, implying that further development is needed to attain an adequate model that may be implemented for portal frame bridges of short span. Applying only elastic constraints on the vertical degree of freedom at the foundation is a simplified modeling approach that fails to capture the soil behavior in an accurate manner, and is therefore not recommended for future research projects. While on the subject of future investigations, the effect of SSI should be studied on other bridges to externally validate the obtained results. / Inom strukturdynamik är det essentiellt att erhålla en bredare kunskap om relevanta fenomen som kan påverka det dynamiska beteendet av järnvägsbroar. Detta gäller för både yrkesverksamma ingenjörer och administratörer av normer och standarder för att få en ökad förståelse av exempelvis resonansfenomen samt för revidering och förbättring av befintliga normer. Ett fenomen som på senare tid har fått mer uppmärksamhet är den så kallade jord-struktur interaktionen eftersom den kan ha en signifikant inverkan på styvheten och dämpningen av ett system. Tidigare undersökningar har tytt på att effekten av jord-struktur interaktionen kan vara avgörande för korta och relativt styva broar som exempelvis plattrambroar. På grund av bristen på enkla modeller och riktlinjer är denna effekt ofta försummad. Dynamiska analyser har utförts på en kort sluten plattrambro belägen på Botniabanan, där påverkan av motfyllningen, underliggande jorden och det ballasterade spåret har utretts. Detta har åstadkommits genom att beakta olika randvillkor för att ta hänsyn till diverse former av jord-struktur interaktioner. Den vertikala responsen i bron har studerats genom tredimensionella numeriska modeller både med detaljerade FE-modeller och med praktiskt lämpade förenklade modeller, där i synnerhet egenfrekvensen och dämpningskvoten har analyserats. Bidraget från jorden har påvisat sig ha en avsevärd inverkan på den globala dämpningen då det framgick att dämpningskvoten för den fundamentala böjmoden är sju gånger större än det, i denna fallstudie, betydligt konservativa rekommenderade dimensioneringsvärdet. Dessutom har jord-struktur interaktionen lett till ökade egenfrekvenser som följaktligen skiftat den kritiska resonanshastigheten vilket tillåter högre hastigheter. Motfyllningen har haft en avsevärd effekt på responsen av bron, medan bidraget till ökningen i modala dämpningen har fördelats lika mellan motfyllningen och underliggande jorden. Vidare är den föreslagna förenklade modellen lovande och i god överenstämmelse med den detaljerade modellen. Det har även konstaterats att tågpassager på motfyllningen spelar en viktig roll för den dynamiska responsen. Dessvärre har den förenklade modellen misslyckats med att ta hänsyn till dessa tåglaster, vilket indikerar att en vidareutveckling krävs för en implementerbar adekvat modell för plattrambroar av korta spännvidder. Ett förenklat modelleringsalternativ är applicering av enbart elastiska randvillkor i den vertikala frihetsgraden av bottenplattan. Detta alternativ har visat sig vara otillräckligt för att efterlikna den underliggande jordens beteende och undanbedes för framtida studier. På tal om framtida projekt bör jord-struktur interaktionen utredas på andra broar för att externt validera resultaten.

The demand for higher velocities and heavier axle loads for freight trains leads to higher forces on the railway wheels which in turn lead to an increase in stresses on and below the surface of the wheel-rail contact. By time, this induces wear on the wheels which consequently lead to higher maintenance costs and in some cases accidents. The ability to predict the evolution of wheel profiles due to uniform wear has been demonstrated with a rather accurate precision in most operational conditions. These wear models are based on wear coefficients and since they are not usually valid for real operational conditions, the models are generally calibrated against real-life scenarios in order to adjust the coefficients from test conditions to real-life lubrication conditions. This engineering approach can be useful in prediction of wear in systems where the materials and contact conditions do not vary. However, when addressing material development focused on reducing specific damage modes, the approach is of limited use because the obtained wear coefficients are not directly related to material properties. Therefore, attempts towards developing physical fracture propagation models that relates to the contact conditions and material properties have been made. The purpose has been to retrieve vital information about where a fracture initiates and how it propagates. In the long run, it is of great interest to be able to attain information about how a material particle is removed from the contact surface. Studies for this type of model was done in the 70’s and 80’s mainly with pin-disk experiments but has not been utilized in the specific field of wheel-rail contact. The thesis is part of the FR8RAIL project arranged by the European rail initiative Shift2Rail. Literature studies have been the basis for the thesis in order to gain vital insights into fracture mechanics and other related fields. The physical fracture propagation models have been constructed in the FE software Abaqus with the implementation of the XFEM. For the 2D model, the fracture initiates at the top of the implanted inclusion when the friction coefficient is  and propagates upwards a few elements. For , the fracture initiates at the right surface boundary where the pressure distribution and traction is applied. The fracture propagation angle increases relative to the surface as the friction coefficient value is increased. The fracture for the 3D model extends broader compared to the 2D model at the top of the inclusion in the case of . The fracture initiates at the same surface location as for the 2D model for . The fracture propagation is however non-existent due to convergence problems. The FE-models constructed are initial steps towards analysing the fracture propagation and closely related phenomena for a railway freight wheel in detail. At the end of the thesis, the simplified models give mainly information about the fracture initiation, propagation and its patterns. From this first phase, further adjustments and improvements can take place in order to eliminate the margins of error. In the long run, fully integrated models with further implementations such as detailed microstructure for the contact conditions, plastic behaviour for the material, and complete three-dimensional models can finally be employed. / Efterfrågan på högre hastigheter och tyngre axelbelastningar för godståg leder till högre krafter på järnvägshjulen som i sin tur leder till ökade spänningar på och under ytan vid hjul-räl-kontakten. Med tiden induceras slitage på hjulen som följaktligen leder till höga underhållskostnader och i vissa fall olyckor. Förmågan att förutse utvecklingen av hjulprofiler på grund av enhetligt slitage har visats kunna ske med en noggrann precision under de flesta driftsförhållanden. Dessa slitagemodeller bygger på slitagekoefficienter, och eftersom de vanligtvis inte är giltiga under realistiska driftsförhållanden är modellerna i allmänhet kalibrerade mot verkliga händelseförlopp för att justera koefficienterna från testförhållandena till realistiska smörjförhållanden. Detta tekniska tillvägagångssätt kan vara användbart vid prognos av slitage i system där material och kontaktförhållanden inte varierar. När man addresserar materialutveckling inriktad på att reducera specifika skadelägen är emellertid tillvägagångssättet av begränsad användning eftersom de erhållna slitagekoefficienterna inte är direkt relaterade till materialegenskaper. Därför har försök gjorts till att utveckla fysikaliska sprickbildningsmodeller som relateras till kontaktförhållanden och materialegenskaper. Syftet har varit att erhålla viktig information om var en spricka initieras och hur den fortskrider. I det långa loppet är det även av stor vikt att kunna erhålla information om hur en materialpartikel avlägsnas från kontaktytan. Studier för denna typ av modeller har gjorts på 70- och 80-talet i huvudsak med stift- och skivexperiment men har inte använts inom det specifika området för hjul-räl-kontakt. Avhandligen ingår i FR8RAIL-projektet som arrangeras av det europeiska järnvägsinitiativet Shift2Rail. Literaturstudier har varit grunden för avhandlingen för att få väsentlig insikt i frakturmekanik och andra relaterade områden. De fysiska sprickbildningsmodellerna har konstrueras i FE-mjukvaran Abaqus med XFEM som implementering. För 2D-modellen initieras sprickan överst vid den implanterade imperfektionen när friktionskoefficienten är  och propagerar uppåt några få element. För  initieras sprickan på högra ytgränsen där tryckfördelning och friktionskraft appliceras. Utbredningsvinkeln för sprickan ökar relativt till ytan då friktionskoefficienten ökar. Sprickan för 3D-modellen breder ut sig mer jämfört med 2D-modellen överst vid imperfektionen då . Sprickan initieras på samma ytplats som för 2D-modellen vid . Sprickbildningen är dock obefintlig på grund av konvergensproblem. De konstruerade FE-modellerna är initiala steg mot att analysera sprickutbredningen och närbesläktade fenomen för ett godstågs järnvägshjul i detalj. I slutet av avhandlingen ger de förenklade modellerna huvudsakligen information om sprickinitiering, utbredning och dess mönster. Ytterligare justeringar och förbättringar kan ske efter denna första fas i syfte att eliminera felmarginalerna. På lång sikt kan slutligen helt integrerande modeller med ytterligare implementeringar såsom detaljerad mikrostruktur för kontaktförhållandena, oelastiskt materialbeteende och kompletta tredimensionella modeller användas. / FR8RAIL

No description available.

This work is devoted to establishment of the chemical composition and conditions of formation and stability of the amorphous phase arising in the Fe-Si-Cu-Mn-Mg-O system in the course of high-temperature annealing. The materials used for research cold rolled strips 0,70 mm of alloy thick, containing were used (in % on weight): Si – 3,1, Cu – 0,5, Mn – 0,3, other iron and inevitable impurity. The main methods used of a research the high-temperature x-ray phase analysis, the scanning electronic microscopy with electron probe analyses. Upon studying the processes occurring on the surface of a Fe-3%Si-0,5%Cu alloy sample with a heat resistant MgO coating during continuous annealing at a temperature range of 600…1060 °C, the formation of an amorphous phase in the form of a Fe-based solid solution was observed using the non-ambient XRD technique. This phenomenon was observed in a layer composed of α-Fe and (MgFe)2SiO4, (MgFe)O, SiO2 oxides upon heating in the temperature range corresponding to α→γ transformation, that is, 920…960 °C. The amorphous state of the thin film was preserved during the subsequent annealing, both during heating and during cooling to a temperature of 20 °C. / Данная работа посвящена установлению химического состава и условий формирования стабильной аморфной фазы, возникающей в системе Fe-Si-Cu-Mn-Mg-O в процессе высокотемпературного отжига. В качестве материала для исследования использовались холоднокатаные полосы толщиной 0,70 мм сплава, содержащего (в % по массе): Si – 3,1, Сu – 0,5, Mn – 0,3, остальное железо и неизбежные примеси. В качестве основных методов исследования использовались высокотемпературный рентгеновский фазовый анализ, сканирующая электронная микроскопия с электронно-зондовым (МРСА) анализами. Интегральный химический анализ слоев материала от поверхности вглубь образцов проводился с применением анализатора тлеющего разряда GDA-750. При исследовании процессов, происходящих на поверхности сплава Fe-3%Si-0,5%Cu c термостойким покрытием MgO, при непрерывном отжиге в интервале температур 600…1060°C методом терморентгенографии обнаружено образование аморфной фазы в виде твердого раствора на основе Fe. Эффект наблюдался в слое, состоящем из α-Fe, оксидов (MgFe)2SiO4, (MgFe)O, SiO2, при нагреве в температурном интервале, соответствующем α→γ превращению: 920…960 °C. Аморфное состояние тонкого слоя сохраняется в процессе дальнейшего отжига, как при повышении температуры, так и при охлаждении до 20°C.