Houževnatost. i. Základní pojmy (tranzitní lomové chování ocelí, teplotní závislost pevnostních vlastností, fraktografie)

Rozměr: px

Začít zobrazení ze stránky:

Download "Houževnatost. i. Základní pojmy (tranzitní lomové chování ocelí, teplotní závislost pevnostních vlastností, fraktografie)"

Františka Horáková
před 4 lety
Počet zobrazení:

1 Houževnatost i. Základní pojmy (tranzitní lomové chování ocelí, teplotní závislost pevnostních vlastností, fraktografie) ii. (Empirické) zkoušky houževnatosti (Charpy, TNDT) iii. Lineárně-elastická elastická lomová mechanika (Irwin,, zkoušky lomové houževnatosti) iv. Elasto-plastická lomová mechanika (zkoušky, interpretace, podmínky šíření trhliny) 1

2 1)Elasticko Plastická Lomová Mechanika Rozevření trhliny δ J I integrál ) Měření materiálových charakteristik zavedených lomovou mechanikou

3 HNACÍ SÍLA TRHLINY G rychlost uvolňování energie (rychlost změny potenciální energie v závislosti na růstu lomové plochy) G dw da el G Energetická kriteria - Irwin πσ a E ( MPa) ODPOR MATERIÁLU PROTI ŠÍŘENÍ R rychlost vzrůstu povrchové energie s růstem lomových povrchů; kritická hodnota podmínka pro počátek šíření trhliny MPa m MJ m MN m R dw da s R ( γ s + γ p) GC HOUŽEVNATOST G C 3

4 Energetická kriteria - Irwin tvar plochá křivky R - křivka inherentní vlastnost rostoucí materiálu R - křivka G C materiálová vlastnost (lomová houževnatost nestabilita nestabilní stabilní stabilní šíření trhliny trhlina se nešíří, pokud neroste zátěžná síla nestabilní šíření trhlina se šíří samovolně, bez nutnosti dalšího zatěžování 4

5 Napěťová kriteria - Irwin r a θ - polární souřadnice σ ij - složky tenzoru napětí k - konstanta f ij ( θ ), g ( θ ) ij - bezrozměrné veličiny (funkcí úhlu θ ) σ ij k r. f ij ( θ ) + A. r g ( θ ) m 0 m m ( m) ij 5

6 Platnost lineární elastické LM LELM platí v případě, že k lomu dojde při existenci malé plastické zóny (% tloušťky). Podmínky jsou splněny pro F fr (0,6 0,8) F GY (eramika, některé plasty, hliníkové slitiny, vysocepevné oceli, u běžných konstrukčních ocelí pouze pro velké tloušťky příp. dynamické podmínky zatěžování). 6

7 Platnost lineární elastické LM Pro běžné svařitelné oceli lineární elastická lomová mechanika neplatí B r y,5 1 6 π R e R Ic Ic e 50 Plastická zóna má velikost % tloušťky 7

8 80 Elasto - plastická lomová mechanika 189 MPam Síla [kn] Elastické chování Elasto-plastické chování 7 MPam Průhyb [mm] 8

9 Elasto - plastická lomová mechanika Rozevření trhliny δ (CTOD crak tip opening displacement - Welles) Lom vznikne, když δ δ c (materiálová charakteristika) Zkušební těleso má stejnou tloušťku jako konstrukce δ je stejné pro těleso i konstrukci 9

10 Elasto - plastická lomová mechanika ritické rozevření trhliny - δ, CTOD F/ F/ S a W trhlina b F 10

11 11 11 ( ) ( ) a a W r a V W r mr E p p p e I pl el δ δ δ Elasto - plastická lomová mechanika ritické rozevření trhliny ritické rozevření trhliny - δ c, CTOD, CTOD π κ 1 y I y r u Γ + 1 e I y R r π m ~ 1 pro RN m ~ pro RD a a W r V a W r + ) ( ) ( δ a a W r V a W r + ) ( ) ( δ e e I mr G E mr δ

12 Elasto - plastická lomová mechanika J integrál J C J I du da G dw da el Rychlost uvolňování elastické energie 1

13 J integrál Elasto - plastická lomová mechanika J C J q J el + J pl [ kpa.m ] [ kj.m - ] Síla [kn] A pl Elastické chování Elasto-plastické chování JI E I E E 1 µ RD 10 0 A el Průhyb [mm] JC E J I C 1 µ 13

14 Elasto - plastická lomová mechanika Měření materiálových charakteristik zavedených lomovou mechanikou Ic δ c J c ASTM BS 5765 ASTM E E ISO ovové materiály - Jednotná zkušební metoda pro určení lomové houževnatosti 14

15 Elasto - plastická lomová mechanika Jak se určuje lomová houževnatost? lineárně elastická Obecné požadavky jediná typ R-křivka hodnota parametru odezva elasticko- spojitá Typ tělesa plastická křivka Parametru smluvní odhad iniciace IC δ c(b) δ u(b) δ m(b) J c(b) J u(b) J m(b) konstrukce R-křivky δ 0,BL J 0,BL 15

16 Určení lomové houževnatosti LELM Tvary zkušebních těles pro měření lomové houževnatosti 16

17 Určení lomové houževnatosti 17

18 Určení lomové houževnatosti a a 1 a 3 W B 18

19 Q F Q B W g a W ; Určení lomové houževnatosti LELM Q provizorní hodnota lomové houževnatosti F f max a,b, 0,6 Q 1,1 F Q ( W - a) R R e e ( T1 ) ( T ),5 R Q e podmínky platnosti LELM Q IC kvalifikační procedury Q IC, C, JC, JC(Q), Ji, Jm 19

20 Určení lomové houževnatosti LELM 0

21 Určení lomové houževnatosti LELM Tyto podmínky jsou splněny Ti slitiny Ic (0 80) MPam 1/ R e ( ) MPa Al slitiny Ic (10 60) MPam 1/ R e (50 550)MPa kolejnice Ic (40 60) MPam 1/ 1/ při + 0 C 1

22 Elasto - plastická lomová mechanika Jak se určuje lomová houževnatost? lineárně elastická Obecné požadavky jediná typ R-křivka hodnota parametru odezva elasticko- spojitá Typ tělesa plastická křivka Parametru smluvní odhad iniciace IC δ c(b) δ u(b) δ m(b) J c(b) J u(b) J m(b) konstrukce R-křivky δ 0,BL J 0,BL

23 J integrál J C Určení lomové houževnatosti EPLM J Q J el + J pl Síla [kn] A pl Elastické chování Elasto-plastické chování 1 µ J e E J p a Apl f W B( W a) 10 0 A el Průhyb [mm] 3

24 J q J el + J pl Určení lomové houževnatosti EPLM 1 µ J e E a; B W J p ( a) 50 a Apl f W B( W a) R e J + IC R m Podmínka platnosti JC(limit) JC E J 1 µ IC E * b * Rp0, 50 J 4F B. W g 1 a W ( ) 1 µ E + A ( a) B W pl SENB J 1 IC µ E + + 0,5 1 B W a W ( a) A pl CT 4

25 IC(limit) Teplotní závislost lomové houževnatosti Rp 0, * min[ a, B,( W,5 a)] JC(limit) E * b * Rp 0, 50 5

26 Teplotní závislost lomové houževnatosti dolní prahová oblast tranzitní oblast horní prahová oblast J0, štěpná iniciace tvárná inicicace 6

27 Teplotní závislost lomové houževnatosti 500 fracture toughness [ MPa.m 0.5 ] Jm Jc JQ Ju Jc(med) Jc(mean) Jm Ji Jc(limit) C-Mn steel (E) 0 T 0 t DBL Ic(limit) temperature [ C ] 7

28 Teplotní závislost lomové houževnatosti Milionová křivka Základní (master) křivka T 0 8

29 Teplotní závislost lomové houževnatosti Lomová houževnatost ASTM E 191 Lomová houževnatost T m T m T 0 T m T 0 T m -T 0 Teplota T m -T 0 Teplota T 0 T ln 0,019 1 Jc(med) / 4 ( )[ ln ( )] Jc(med) min + 0 min N δi.exp a + b { c. [ Ti T ]}.exp{ c. [ T T ]} i 1 min i 0 0 N i 1 ( ) Jc(1T ) i r 0, ( ).exp c. [ T T ] N Jc(1T ) i min { i 0 } 5 i 1 ( a + b.exp { c. [ T T ]}) min 1/ 4 + min min i 0 9

30 referenční teplota Jc(med) Jc(0,05) Jc(0,95) [ T To )] [ ( T T o )] [ ( T )] exp 0,019( 5,4 + 37,8 exp 0, ,6 + 10,exp 0, 019 T o 500 fracture toughness [ MPa.m 0.5 ] Jm Jc JQ Ju Jc(med) Jc(mean) Jm Ji Jc(limit) C-Mn steel (E) 0 T 0 t DBL Ic(limit) temperature [ C ] 30

31 300 Teplotní závislost lomové houževnatosti Ic, Jc [MPa.m 1/ ] Dvou - milionová křivka t - t 0 [ C] 31

32 Vliv rychlosti na LH 3

33 Vliv rychlosti na LH Vliv teploty a rychlosti zatěžování na lomovou houževnatost 33

34 Elasto - plastická lomová mechanika Jak se určuje lomová houževnatost? lineárně elastická Obecné požadavky jediná typ R-křivka hodnota parametru odezva elasticko- spojitá Typ tělesa plastická křivka Parametru smluvní odhad iniciace IC δ c(b) δ u(b) δ m(b) J c(b) J u(b) J m(b) konstrukce R-křivky δ 0,BL J 0,BL 34

35 Určení J R (J- a) křivky Podmínky šíření trhliny nestabilita 35

36 Určení J R (J- a) křivky Metoda několika těles Metoda jednoho tělesa - přímá (změna poddajnosti) - nepřímá (měření délky trhliny) 36

37 Určení J R (J- a) křivky Metoda několika těles 37

38 38 38 ( ) + ( 0 ) 0 1 a W a a W B A X E J p i Určení J R (J- a) křivky Metoda několika těles Metoda jednoho tělesa - přímá (změna poddajnosti) - nepřímá (měření délky trhliny)

39 Určení J R (J- a) křivky 39

40 Elasto - plastická lomová mechanika Jak se určuje lomová houževnatost? lineárně elastická Obecné požadavky jediná typ R-křivka hodnota parametru odezva elasticko- spojitá Typ tělesa plastická křivka Parametru smluvní odhad iniciace IC δ c(b) δ u(b) δ m(b) J c(b) J u(b) J m(b) konstrukce R-křivky δ 0,BL J 0,BL 40

Podobné dokumenty

Houževnatost. i. Základní pojmy (tranzitní lomové chování ocelí, teplotní závislost pevnostních vlastností, fraktografie)

Houževnatost. i. Základní pojmy (tranzitní lomové chování ocelí, teplotní závislost pevnostních vlastností, fraktografie) Houževnatost i. Základní pojmy (tranzitní lomové chování ocelí, teplotní závislost pevnostních vlastností, fraktografie) ii. (Empirické) zkoušky houževnatosti (Charpy, TNDT) iii. Lineárně-elastická elastická