8. Základy lomové mechaniky. Únava a lomová mechanika Pavel Hutař, Luboš Náhlík

Podobné dokumenty
10. Elasto-plastická lomová mechanika

12. Únavové šíření trhliny. Únava a lomová mechanika Pavel Hutař, Luboš Náhlík

3. Mezní stav křehké pevnosti. Únava a lomová mechanika Pavel Hutař, Luboš Náhlík

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

5. Únava materiálu S-n přístup (Stress-life) Pavel Hutař, Luboš Náhlík

9. Lineárně elastická lomová mechanika K-koncepce. Únava a lomová mechanika Pavel Hutař, Luboš Náhlík

ÚVOD DO PROBLEMATIKY LOMOVÉ MECHANIKY KVAZIKŘEHKÝCH MATERIÁLŮ. Zbyněk Keršner Ústav stavební mechaniky FAST VUT v Brně

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

České vysoké učení technické v Praze, Fakulta strojní. Pevnost a životnost Jur II. Pevnost a životnost. Jur II

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ FAKULTA STROJNÍHO INŽENÝRSTVÍ

BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY FAKULTA STROJNÍHO INŽENÝRSTVÍ ÚSTAV MECHANIKY TĚLES, MECHATRONIKY A BIOMECHANIKY

Úvod do únavového poškozování

Nauka o materiálu. Přednáška č.5 Základy lomové mechaniky

Nelineární problémy a MKP

OTÁZKY K PROCVIČOVÁNÍ PRUŽNOST A PLASTICITA II - DD6

Obecný Hookeův zákon a rovinná napjatost

4. Napjatost v bodě tělesa

Kritéria porušení laminy

MOŽNOSTI URČOVÁNÍ VYBRANÝCH LOMOVÝCH PARAMETRŮ V RÁMCI LELM

7 Lineární elasticita

TENSOR NAPĚTÍ A DEFORMACE. Obrázek 1: Volba souřadnicového systému

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY

5. Únava Zatížení při únavě, Wöhlerův přístup a lomová mechanika, únosnost, vliv vrubů, kumulace poškození, přístup podle Eurokódu.

Cvičení 7 (Matematická teorie pružnosti)

Cvičení 1. Napjatost v bodě tělesa Hlavní napětí Mezní podmínky ve víceosé napjatosti

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

Pružnost a plasticita II CD03

Rozdíly mezi MKP a MHP, oblasti jejich využití.

b) Křehká pevnost 2. Podmínka max τ v Heigově diagramu a) Křehké pevnosti

Kap. 3 Makromechanika kompozitních materiálů

Vlastnosti a zkoušení materiálů. Přednáška č.4 Úvod do pružnosti a pevnosti

PRUŽNOST A PEVNOST II

STANOVENÍ PODMÍNEK PORUŠENÍ BI-MATERIÁLOVÝCH VRUBŮ PŘI KOMBINOVANÉM MÓDU ZATÍŽENÍ

ÚVOD DO MODELOVÁNÍ V MECHANICE

Vlastnosti a zkoušení materiálů. Přednáška č.9 Plasticita a creep

ZÁKLADNÍ ÚLOHY TEORIE PLASTICITY Teoretické příklady

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ Fakulta strojního inženýrství Ústav mechaniky těles, mechatroniky a biomechaniky

Lineární stabilita a teorie II. řádu

FAKULTA STAVEBNÍ NELINEÁRNÍ MECHANIKA. Telefon: WWW:

Martin NESLÁDEK. 14. listopadu 2017

Reologické modely technických materiálů při prostém tahu a tlaku

Analýza napjatosti PLASTICITA

písemky (3 příklady) Výsledná známka je stanovena zkoušejícím na základě celkového počtu bodů ze semestru, ze vstupního testu a z písemky.

Test A 100 [%] 1. Čím je charakteristická plastická deformace? - Je to deformace nevratná.

Pružnost a pevnost I

2.2 Mezní stav pružnosti Mezní stav deformační stability Mezní stav porušení Prvek tělesa a napětí v řezu... p03 3.

ŠÍŘENÍ ÚNAVOVÝCH TRHLIN Z HLEDISKA LINEÁRNÍ LOMOVÉ MECHANIKY Doc.Ing. Jiří Kunz, CSc. Katedra materiálů FJFI ČVUT v Praze

Autor: Vladimír Švehla

PREDIKCE TEPLOTNÍ ZÁVISLOSTI LOMOVÉ HOUŽEVNATOSTI

BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY FAKULTA STROJNÍHO INŽENÝRSTVÍ ÚSTAV MECHANIKY TĚLES, MECHATRONIKY A BIOMECHANIKY

FAKULTA STAVEBNÍ. Telefon: WWW:

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ Fakulta strojního inženýrství Ústav mechaniky těles, mechatroniky a biomechaniky. Ing. Pavel Bareš

Zde je uveden abecední seznam důležitých pojmů interaktivního učebního textu

Rovinná úloha v MKP. (mohou být i jejich derivace!): rovinná napjatost a r. deformace (stěny,... ): u, v. prostorové úlohy: u, v, w

MECHANIKA PODZEMNÍCH KONSTRUKCÍ PODMÍNKY PLASTICITY A PORUŠENÍ

ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE DISERTAČNÍ PRÁCE KŘEHKOLOMOVÉ VLASTNOSTI STAVEBNÍCH OCELÍ

KONSTITUČNÍ VZTAHY. 1. Tahová zkouška

Základy matematické teorie pružnosti Tenzor napětí a tenzor deformace Statické (Cauchyho) rovnice. Geometrické rovnice

KLASICKÁ MECHANIKA. Předmětem mechaniky matematický popis mechanického pohybu v prostoru a v čase a jeho příčiny.

OTÁZKY VSTUPNÍHO TESTU PP I LS 2010/2011

Nauka o materiálu. Přednáška č.4 Úvod do pružnosti a pevnosti

vztažný systém obecné napětí předchozí OBSAH další

OVMT Mechanické zkoušky

7. Základní formulace lineární PP

Matematika II, úroveň A ukázkový test č. 1 (2017) 1. a) Napište postačující podmínku pro diferencovatelnost funkce n-proměnných v otevřené

Pružnost a pevnost (132PRPE) Písemná část závěrečné zkoušky vzorové otázky a příklady. Část 1 - Test

3.2 Základy pevnosti materiálu. Ing. Pavel Bělov

Jméno: St. skupina: Datum cvičení: Autor cvičení: Doc. Ing. Stanislav Věchet, CSc., Ing. Petr Liškutín, Ing. Martin Petrenec,

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ. Fakulta stavební

OTÁZKY KE STÁTNÍ ZÁVĚREČNÉ ZKOUŠCE (NAVAZUJÍCÍ STUDIUM) OBOR 3901T APLIKOVANÁ MECHANIKA. Teorie pružnosti

Přednáška 08. Obecná trojosá napjatost. Napětí statické rovnice Deformace geometrické rovnice Zobecněný Hookeův zákon Příklad zemní tlak v klidu

16. Matematický popis napjatosti

Dvě varianty rovinného problému: rovinná napjatost. rovinná deformace

Příloha č. 1. Pevnostní výpočty

Mechanické vlastnosti technických materiálů a jejich měření. Metody charakterizace nanomateriálů 1

Aktuální trendy v oblasti modelování

Téma 2 Napětí a přetvoření

Předpjatý beton Přednáška 9. Obsah Prvky namáhané smykem a kroucením, analýza napjatosti, dimenzování.

Obr. 0.1: Nosník se spojitým zatížením.

1 Ohyb desek - mindlinovské řešení

Kontraktantní/dilatantní

Inkrementální teorie plasticity - shrnutí

PRUŽNOST A PLASTICITA I

Mechanika zemin II 3 Metody pro výpočet únosnosti. 1. Plastické teorémy 2. Metody mezní rovnováhy 3. Příklady jednoduchých použití

Geometricky válcová momentová skořepina

KONCEPCE PRAVDĚPODOBNOSTNÍHO VÝPOČTU ŽIVOTNOSTI KOTLOVÝCH TĚLES. Jan Korouš, BiSAFE, s.r.o., Malebná 1049, Praha 4,

ANALÝZA KONSTRUKCÍ. 5. přednáška

Poruchy krystalové struktury

Nosné desky. 1. Kirchhoffova teorie ohybu tenkých desek (h/l < 1/10) 3. Mindlinova teorie pro tlusté desky (h/l < 1/5)

Mechanika s Inventorem

1.1 Shrnutí základních poznatků

Fakulta strojního inženýrství VUT v Brně Ústav konstruování. KONSTRUOVÁNÍ STROJŮ strojní součásti. Přednáška 2

FACULTY OF MECHANICAL ENGINEERING INSTITUTE OF SOLID MECHANICS, MECHATRONICS AND BIOMECHANICS

Prvky betonových konstrukcí BL01 3. přednáška

Přednáška 08. Obecná trojosá napjatost

Cvičení Na těleso působí napětí v rovině xy a jeho napěťový stav je popsán tenzorem napětí (

Uplatnění prostého betonu

TESTOVÁNÍ LOMOVÉ HOUŽEVNATOSTI ZA VYSOKÝCH TEPLOT S VYUŽITÍM MINIATURNÍCH CT TĚLES

Vícerozměrné úlohy pružnosti

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ FAKULTA STROJNÍHO INŽENÝRSTVÍ

Transkript:

Únava a lomová mechanika

Koncentrace napětí nesingulární koncentrátor napětí singulární koncentrátor napětí 1 σ = σ + a r 2 σ max = σ 1 + 2( / ) r 0 ; σ max Nekonečný pás s eliptickým otvorem [Pook 2000] Nekonečný pás s trhlinou [Pook 2000] u trhliny nelze použít klasické postupy protože na čele trhliny jdou elastické napětí do nekonečna.

Lomová mechanika Lomová mechanika popisuje pomocí jednoho nebo více parametrů napjatost před čelem trhliny. Umožňuje přenos naměřených dat ze zkušebních vzorků na reálné konstrukce.

Rozdělení lomové mechaniky Lineárně elastická lomová mechanika (LELM) -vychází z lineárně elastické mechaniky kontinua (musí platit, že plastická zóna před čelem trhliny je malá) Hnací síla trhliny (crack driving force - G) Faktor intenzity napětí (stress intensity factor - K) K-T koncepce Elasto-plastická lomová mechanika -používá se tam kde již nelze použít koncept (LELM) Otevření v kořeni trhliny (crack tip opening displacement - CTOD) J-integrál (J-integral) J-Q koncepce

Hnací síla trhliny Její definice plyne z energetické bilance tělesa s trhlinou: W = A + U + W γ c A práce vnějších sil působících na těleso U deformační elastická energie tělesa W γ potenciální energie trhliny W c celková energie tělesa R-křivka [Anderson 1995] Dosáhne-li celková volná energie tělesa svého maxima, dojde ke ztrátě stability trhliny Wc da d da d da = ( A + U + W γ ) = 0 ( A U ) = dw γ da hnací síla trhliny (G) odpor tělesa proti šíření trhliny (R) Podmínka stability trhliny G = R

Faktor intenzity napětí Předpokládáme ostrou trhlinu namáhanou třemi základními módy zatížení Zredukujeme-li obecnou trojrozměrnou úlohu na úlohu rovinnou v kartézských souřadnicích naznačených na obrázku, jsou potom diferenciální rovnice rovnováhy splněny, vyjádříme-li složky tenzoru napětí pomocí Airyho funkce: 2 2 2 δ F δ F δ F σ X = σ 2 y = τ 2 xy = δ y δ x δ xδ y jsou-li splněny zároveň rovnice kompatibility, musí být funkce F biharmonická: Souřadný systém v kořeni trhliny δ F δ F δ F δ y δ x δ y δ x 4 4 4 2 2 + 2 + = F = 0 4 2 2 4 řešení hledáme ve tvaru nekonečné řady : λk F( r, θ ) = A r f ( θ ) k k k

Faktor intenzity napětí Po aplikaci okrajových podmínek získáme výraz pro napětí ve tvaru nekonečné řady známé jako Williamsův rozvoj: A1 (1) (2) (3) σ ij = f ij ( θ ) + A 2 f ij ( θ ) + A 3 r f ij ( θ ) +... r Vezmeme-li v úvahu pouze první, singulární člen získáme vztahy pro rozdělení napětí: [Anderson 1995]

Faktor intenzity napětí Vezmeme-li v úvahu pouze první, singulární člen získáme vztahy pro posuvy: Pro třetí mód zatěžování: [Anderson 1995]

T-napětí Williamsův rozvoj: A1 (1) (2) (3) σ ij = f ij ( θ ) + A 2 f ij ( θ ) + A 3 r f ij ( θ ) +... r Rozdělení napětí před čelem trhliny s uvážením T-napětí:

J-integrál J-integrál je zobecněním hnací síly trhliny a umožňuje použití i v případech plastické deformace většího rozsahu: J-integrál je definovaný jako křivkový integrál nezávislý na integrační cestě: u u γ γ x x x y J = Wdy t x + ty ds γ - integrační cesta kolem kořene trhliny W - hustota deformační energie t x, t y - vektor síly ve směru osy x, y (t x =σ x n x +σ xy n y, t y =σ y n y +σ xy n x ) σ x, σ y - složky napětí n x, n y - složky jednotkového vektoru vnější normály k integrační cestě γ u x, u y - složky posuvů s délka integrační cesty J-integrál je definován stejně jako hnací síla trhliny, s tím že není omezený na lineárně elastický materiál: d J = A U da ( ) A práce vnějších sil působících na těleso U deformační energie tělesa

CTOD otevření trhliny CTOD CTOD (1) otevření trhliny definované na hranici plastické zóny CTOD (2) otevření trhliny definované jako průsečík líce trhliny a přímky vedené pod 45 z kořene trhliny CTOD (3) - otevření trhliny určené extrapolací lineární části líce trhliny do jejího kořene

Plastická zóna Rozdíl mezi ideálním a skutečným kořenem trhliny v různých materiálech

Plastická zóna Velikost plastické zóny Prvotní odhad velikosti plastické zóny čistě s elastického řešení (lineárně elastická lomová mechanika) za podmínky rovinné napjatosti: σ yy = σ = 0 K I 2π r y r y 2 1 K I = 2π σ 0 pro podmínku rovinné deformace je potom velikost plastické zóny plynoucí s elastického řešení : r y 2 1 K I = 6π σ 0 [Anderson 1995] Tento odhad velikosti plastické zóny není úplně korektní, protože uvažuje pouze elastické rozdělení napětí před čelem trhliny. Vlivem plastifikace materiálu v oblasti kolem kořene trhliny dojde k přerozdělení napětí. Vyšrafovaná oblast v obr. představuje napjatost v ideálně elastickém materiálu, ta ale nemůže být přenášena elastickoplastickým materiálem, protože v něm nemůže napětí přesáhnout mez kluzu. Tedy plastická zóna musí vzrůst na velikost, při které je tato napjatost akumulována: r y KI σ 0rp = dr π r 0 2 r y 2 1 K I = π σ 0

Plastická zóna Tvar plastické zóny v závislosti na módu zatěžování: [Anderson 1995]

Plastická zóna Tvar plastické zóny v závislosti na tloušťce vzorku:

Limity LELM Velikost plastické zóny vzhledem k velikosti trhliny: [Dowling 1999]

Použitá literatura: -Anderson, T.,L., Fracture Mechanics - Fundamentals and Applications, CRC Press Inc., 1995 -Dowling, E. N., Mechanical behavior of materials, Simon & Schuster Comp., New Jersey, 1999 - Norton, R. L., Machine design An integrated approach, Pearson, New Jersey, 2006 - Kunz, J., Základy lomové mechaniky, skripta ČVUT, 1994 - Vlk, M., Mezní stavy a spolehlivost, skripta VUT, 1991 - Ondráček, E., Vrbka, J., Janíček, P., Mechanika těles pružnost a pevnost II, skripta VUT, 1991 4. Základy lomové mechaniky