Potential drop technique : analysis and experimental application on a railway axle

The project employs the Direct Current Potential Drop (DCPD) method to investigate the crack size during a 3 point bending fatigue test of a railway axle. The DCPD method is widely employed in the determination of crack length in conductive materials: the measurability, sensitivity, and reproducibility of the DCPD measurement have been evaluated by means of 3D electrical FE analyses (in Ansys environment), the main output to look for is the calibration curve which relates directly the potential drop measured and the crack lengths. The first part include the analysis on different specimens such as CT and SEB specimen, in order to have a broad knowledge on the technique and try to find out which could be the optimum configuration to bring onto the real axle, in terms of: lead probes positions, current input distance and reference voltage. The second part focuses on the full scale axle, in which the FE model undergoes to all the necessary simulations to achieve the setup that would bring to the possibly best calibration curve at the end of the experimental test. Finally, an explanation of how the fatigue fatigue test is carried on is presented and, the calibration curves are obtained. Hopefully, they will constitute a sort of benchmarks for the future applications of the PD method on a railway axle.

Il progetto utilizza il metodo DCPD (Direct Current Potential Drop) per studiare la dimensione di una cricca durante una prova di fatica a flessione su un assile ferroviario. Il metodo DCPD è ampiamente impiegato nel calcolo della lunghezza della cricca nei materiali conduttivi: la misurabilità, sensibilità e riproducibilità della misura DCPD sono state valutate mediante analisi FE elettriche 3D (in ambiente Ansys), il risultato principale è la curva di calibrazione che mette in relazione direttamente la caduta di potenziale misurata e le lunghezze delle cricche. La prima parte prevede l'analisi su diversi provini come CT e SEB, in modo da avere un'ampia conoscenza della tecnica e cercare di scoprire quale potrebbe essere la configurazione ottimale da implementare sull'asse reale, in termini di: posizione del potenziale di misura, distanza di ingresso corrente e tensione di riferimento. La seconda parte si concentra sull'assile ferroviario, in cui il modello FE viene sottoposto a tutte le simulazioni necessarie per ottenere il setup che porterebbe alla curva di calibrazione possibilmente migliore al termine della prova sperimentale. Infine, viene presentata una spiegazione di come viene eseguita la prova di fatica e si presentano le curve di calibrazione. Possibilmente le curve costituiranno una sorta di riferimento per future applicazioni del metodo PD su un assile ferroviario.