Dynamická pevnost a životnost Přednášky

Podobné dokumenty
Dynamická pevnost a životnost Přednášky

Přednášky část 2 Únavové křivky a faktory, které je ovlivňují

Výpočtová i experimentální analýza vlivu vrubů na omezenou životnost součástí

Nauka o materiálu. Přednáška č.5 Základy lomové mechaniky

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

Části a mechanismy strojů 1 KKS/CMS1

Únava (Fatigue) Úvod

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

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

Hru I. Milan RůžR. zbynek.hruby.

Pevnost a životnost. Hru I. PEVNOST a ŽIVOTNOST. Milan RůžR. zbynek.hruby.

OTÁZKY VSTUPNÍHO TESTU PP I LS 2010/2011

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

IOK L. Rozlívka 1, M. Vlk 2, L. Kunz 3, P. Zavadilová 3. Materiál. Institut ocelových konstrukcí, s.r.o

Wöhlerova křivka (uhlíkové oceli výrazná mez únavy)

Dynamická pevnost a životnost Přednášky

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

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

Fakulta strojního inženýrství VUT v Brně Ústav konstruování. KONSTRUOVÁNÍ STROJŮ strojní součásti. Přednáška 3

NAUKA O MATERIÁLU I. Zkoušky mechanické. Přednáška č. 04: Zkoušení materiálových vlastností I

Kapitola vstupních parametrů

Dynamická pevnost a životnost Přednášky

Dynamická pevnost a životnost Přednášky

Dynamická pevnost a životnost Cvičení

3.2 Základy pevnosti materiálu. Ing. Pavel Bělov

Příloha č. 1. Pevnostní výpočty

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

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

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

Nelineární problémy a MKP

Únava materiálu. únavového zatěžování. 1) Úvod. 2) Základní charakteristiky. 3) Křivka únavového života. 4) Etapy únavového života

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

Dynamická pevnost a životnost Přednášky

Dynamická únosnost a životnost Přednášky

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

Hodnocení únavové odolnosti svařovaných konstrukcí

Zvýšení spolehlivosti závěsného oka servomotoru poklopových vrat plavební komory

Dynamická únosnost a životnost Přednášky

POROVNÁNÍ RŮZNÝCH PŘÍSTUPŮ K ODHADU MEZE ÚNAVY

Statika 2. Vybrané partie z plasticity. Miroslav Vokáč 2. prosince ČVUT v Praze, Fakulta architektury.

ρ 490 [lb/ft^3] σ D 133 [ksi] τ D 95 [ksi] Výpočet pružin Informace o projektu ? 1.0 Kapitola vstupních parametrů

NAUKA O MATERIÁLU I. Přednáška č. 03: Vlastnosti materiálu II (vlastnosti mechanické a technologické, odolnost proti opotřebení)

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

Dynamická pevnost a životnost Přednášky

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

Výpočet únavové bezpečnosti závěsného oka

VLIV MALÝCH VRUBŮ NA ÚNAVOVOU PEVNOST PŘI VYSOKÉ ASYMETRII CYKLU

Příloha-výpočet motoru

Přístupy predikce únavové životnosti svařovaných konstrukcí

2. Struktura a vlastnosti oceli, druhy ocelí Rovnovážné a nerovnovážné struktury oceli, mechanické vlastnosti oceli, druhy konstrukčních ocelí.

LOGO. Struktura a vlastnosti pevných látek

VŠB- Technická univerzita Ostrava Fakulta strojní Katedra pružnosti a pevnosti. Úvod do MKP Napěťová analýza modelu s vrubem

Cvičební texty 2003 programu celoživotního vzdělávání MŠMT ČR Požární odolnost stavebních konstrukcí podle evropských norem

TENKOSTĚNNÉ A SPŘAŽENÉ KONSTRUKCE

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

POŽADAVKY KE ZKOUŠCE Z PP I

Dynamická pevnost a životnost Cvičení

Část 3: Analýza konstrukce. DIF SEK Část 3: Analýza konstrukce 0/ 43

4. Tenkostěnné za studena tvarované prvky. Návrh na únavu OK.

10. Elasto-plastická lomová mechanika

ZKOUŠKY MECHANICKÝCH. Mechanické zkoušky statické a dynamické

HODNOCENÍ PEVNOSTI A ŽIVOTNOSTI ŠROUBŮ DLE NORMY ASME BPV CODE, SECTION VIII, DIVISION 2

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

Prvky betonových konstrukcí BL01 5. přednáška

ÚVOD DO MODELOVÁNÍ V MECHANICE

K133 - BZKA Variantní návrh a posouzení betonového konstrukčního prvku

EXPERIMENTÁLNÍ MECHANIKA 2. Jan Krystek

Sylabus přednášek OCELOVÉ KONSTRUKCE. Princip spolehlivosti v mezních stavech. Obsah přednášky. Návrhová únosnost R d (design resistance)

Úvod do únavového poškozování

Namáhání na tah, tlak

133PSBZ Požární spolehlivost betonových a zděných konstrukcí. Přednáška B3. ČVUT v Praze, Fakulta stavební katedra betonových a zděných konstrukcí

ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE FAKULTA STROJNÍ DIPLOMOVÁ PRÁCE. Analýza unašeče řetězu (Contra s.r.o.)

12. Struktura a vlastnosti pevných látek

Porovnání zkušebních metod pro měření interlaminární smykové pevnosti laminátů

Je-li poměr střední Ø pružiny k Ø drátu roven 5 10% od kroutícího momentu. Šroub zvedáku je při zvedání namáhán kombinací tlak, krut, případně vzpěr

Obecný Hookeův zákon a rovinná napjatost

Výzkumné centrum spalovacích motorů a automobilů Josefa Božka - Kolokvium Božek 2010, Praha

Pevnost kompozitů obecné zatížení

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

NÁVRH A POSOUZENÍ DŘEVĚNÉHO PRŮVLAKU

OPTIMALIZACE NÁVRHU CB VOZOVEK NA ZÁKLADĚ POČÍTAČOVÉHO A EXPERIMENTÁLNÍHO MODELOVÁNÍ. GAČR 103/09/1746 ( )

Základy teorie plasticity

Pojednání ke státní doktorské zkoušce. Hodnocení mechanických vlastností slitin na bázi Al a Mg s využitím metody AE

Kontaktní měření deformací

NÁVRH A POSOUZENÍ DŘEVĚNÝCH KROKVÍ

Obsah: 1. Technická zpráva ke statickému výpočtu 2. Seznam použité literatury 3. Návrh a posouzení monolitického věnce nad okenním otvorem

Navrhování konstrukcí z korozivzdorných ocelí

Trend: nákladů na letadlovou techniku ( požadavků na: bezpečnost + komfort +vyšší výkony, )

ÚVOD DO MODELOVÁNÍ V MECHANICE

Prvky betonových konstrukcí BL01 3. přednáška

Sylabus přednášek OCELOVÉ KONSTRUKCE. Vzpěrná pevnost skutečného prutu. Obsah přednášky. Únosnost tlačeného prutu. Výsledky zkoušek tlačených prutů

Plastická deformace a pevnost

EXPERIMENTAL AND COMPUTATION ANALYSIS OF THE LOADING ON THE FOLDING STAIRCASE EXPERIMENTÁLNÍ A VÝPOČTOVÁ ANALÝZA NAMÁHÁNÍ SKLÁDACÍCH STROPNÍCH SCHODŮ

Materiálové vlastnosti: Poissonův součinitel ν = 0,3. Nominální mez kluzu (ocel S350GD + Z275): Rozměry průřezu:

Konstrukční a technologické koncentrátory napětí

ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE VLIV STŘEDNÍHO NAPĚTÍ NA TRVALOU PEVNOST A ŽIVOTNOST

Pojednání ke státní doktorské zkoušce. Hodnocení mechanických vlastností slitin na bázi Al a Mg s využitím metody AE

Tepelně aktivovaná deformace

Uplatnění prostého betonu

pedagogická činnost

Transkript:

DPŽ 1 Dynamická pevnost a životnost Přednášky Milan Růžička, Josef Jurenka, Martin Nesládek, Jan Papuga mechanika.fs.cvut.cz martin.nesladek@fs.cvut.cz

DPŽ 2 Přednášky část 3 Koncentrace napětí a její vliv na vysokocyklovou únavu Martin Nesládek mechanika.fs.cvut.cz martin.nesladek@fs.cvut.cz

DPŽ 11 Koncentrátory napětí Náhlé změny průřezu a tvaru součástí se projevují lokálním zvýšením (koncentrací) napětí -> koncentrátory napětí, vruby Vruby konstrukční: drážky, otvory, zápichy, závity, kontakty s jinými tělesy... http://www.twi-global.com/ https://www.tc.gc.ca

DPŽ 12 Koncentrátory napětí Koncentrace napětí v místě cyklicky zatěžovaného kontaktu dvou dílů (závěs lopatky turbíny) - fretting

DPŽ 13 Koncentrátory napětí Koncentrace napětí v místě cyklicky zatěžovaného kontaktu dvou dílů (závěs lopatky turbíny) - fretting

DPŽ 14 Koncentrátory napětí Koncentrace napětí v místě cyklicky zatěžovaného kontaktu dvou dílů (závěs lopatky turbíny) - fretting http://products.asminternational.org/fach/data/fulldispl ay.do?database=faco&record=1615&search= https://en.wikipedia.org/wiki/delta_air_lines_flight_1 288

DPŽ 15 Koncentrátory napětí Koncentrace napětí v místě cyklicky zatěžovaného kontaktu dvou dílů (plochý vzorek přítlačný segment) - fretting

DPŽ 16 Koncentrátory napětí Koncentrace napětí v místě cyklicky zatěžovaného kontaktu dvou dílů (plochý vzorek přítlačný segment) - fretting

DPŽ 17 Koncentrátory napětí Vruby technologické: rysky, vyražené značení, stopy po manipulaci

DPŽ 18 Koncentrátory napětí Vruby metalurgické: poruchy struktury materiálu (nečistoty, vměstky, koroze, mikrotrhliny) http://rsta.royalsocietypublishing.org/content/373/203 8/20140132

DPŽ 19 Koncentrátory napětí Účinek koncentrátorů: Ovlivňují napjatost - špičky napětí v kořeni vrubu (koncentrace napětí) Ovlivňují sklon Wöhlerovy křivky a snižují mez únavy Mohou způsobit lokální plastizaci a redistribuci napětí (přednáška č. 4) Zmenšují vliv střední složky napětí a ovlivňují tvar Haighova diagramu Snižují vliv velikosti na únavu

DPŽ 20 Koncentrace napětí Součinitel tvaru (součinitel koncentrace elastických napětí): α K t = σ max σ nom α závisí na geometrii a způsobu zatěžování Poměrný gradient (gradient normovaný maximálním elastickým napětím): γ = 1 σ max dσ y dx x=0

DPŽ 21 Koncentrace napětí K t = 1,67 K t = 3 K t = 7 Schijve, J.: Fatigue of structures and materials. Springer 2009.

DPŽ 22 Koncentrace napětí K t =2,55 K t = 1,57 K t =1,92 Schijve, J.: Fatigue of structures and materials. Springer 2009.

DPŽ 23 Stanovení nominálního napětí: Koncentrace napětí tah: σ nom = N A ohyb: σ o,nom = M o W o krut: τ nom = M k W k A, W o, W k z rozměrů v kořeni vrubu (pokud není stanoveno jinak)

DPŽ 24 Koncentrace napětí Stanovení součinitele tvaru: Experimentálně: tenzometrická měření, DIC, (fotoelasticimetrie) Numericky: metoda konečných prvků Analyticky: pouze elementární případy Katalogy koncentrátorů: Peterson, R.E.: Stress concentration design factors. Wiley, 1959. Pilkey, W.D.; Pilkey, D.F.: Peterson s stress concentration factors. Wiley, 2008. Young, W.C; Budynas, R.; Sadegh, A.: Roark s formulas for stress and strain. McGraw-Hill, 2011.

DPŽ 25 Koncentrace napětí Stanovení součinitele tvaru: Nomogramy:

DPŽ 26 Koncentrace napětí Stanovení součinitele tvaru: - Webové aplikace: https://www.efatigue.com/constantamplitude/stressconcentration/#a

DPŽ 27 Vliv koncentrace napětí na únavovou pevnost Porovnání Wöhlerových křivek naměřených na hladkých a vrubovaných vzorcích: Součinitel vrubu: β K f = σ c σ c β α

DPŽ 28 Vliv koncentrace napětí na únavovou pevnost Jaký je vztah mezi součinitelem α a β pro daný materiál? Lze součinitel β stanovit na základě znalosti součinitele α? Jak je to u komplexní geometrie, kde nelze jednoznačně stanovit σ nom a tudíž ani součinitel α?

DPŽ 29 Vliv koncentrace napětí na únavovou pevnost - oblast meze únavy Součinitel vrubové citlivosti (Thum): q = σ ef σ nom = β 1 σ max σ nom α 1 K f 1 K t 1 β = 1 + α 1 q q, resp. β rostoucí s pevností a křehkostí materiálu Poloměr vrubu

DPŽ 30 Vliv koncentrace napětí na únavovou pevnost - oblast meze únavy Autor Vztah Poznámka Thum β = 1 + α 1 q q viz slide 29 Neuber Peterson Heywood Siebel-Stiller β = β = 1 + α 1 1 + A/ρ β = 1 + α 1 1 + a/ρ α β = 1 + 2 α 1 α α 1 + c γ α β a /ρ A viz skripta DPŽ strana 46 oceli: a = 0,06 0,25 Al-Cu: a = 0,20 Al-Zn-Mg: a = 0,07 a viz skripta DPŽ strana 199 = 1 + c γ viz slide 29

DPŽ 31 Vliv koncentrace napětí na únavovou pevnost oblast meze únavy Siebel-Stiller: α/β α β R p0,2 0,35+ = 1 + γ 10 810 q 1,0

DPŽ 32 Ostatní vyjádření s vlivem gradientu (informačně) Volejnik, Kogaev, Serensen α β = 1 + 1 1 ν L γ 2πd 0 2 d 0 μ Eichlseder (FEMFAT) α β = 1 + σ 1,b σ 1 1 γ 2 d 0 K D FKM-Richtlinie 0,1mm 0,1mm 1mm 1 1 1 1mm 100 mm 1 1 α β = 1 + γ 10 a G 0,5+ α β = 1 + 4 γ 10 a R m G+ bg α β = 1 + γ 10 a R m G+ bg R m bg

DPŽ 33 Koncentrátory napětí Účinek koncentrátorů: Ovlivňují napjatost - špičky napětí v kořeni vrubu Ovlivňují sklon Wöhlerovy křivky a snižují mez únavy Mohou způsobit lokální plastizaci a redistribuci napětí (přednáška č. 4) Zmenšují vliv střední složky napětí a ovlivňují tvar Haighova diagramu Snižují vliv velikosti na únavu

DPŽ 34 Vliv koncentrace napětí na únavovou pevnost oblast meze únavy Vliv koncentrátoru při nesouměrném zatěžováním σ c = σ c β zmenšení bezpečné oblasti (redukce dovolených amplitud) pozn.: snížená mez únavy na vliv vrubovitosti β (K f ), povrchu η p (k SF ), velikosti ε v k S, technologie k T σ C = σ c β η pε v σ C,V = σ c K f k SF k S k T

DPŽ 35 Vliv koncentrace napětí na únavovou pevnost oblast meze únavy Vliv koncentrátoru při nesouměrném zatěžováním σ M1,1 σ M2,2 : Δσ A1,2 > Δσ A1,2

DPŽ 36 Vliv koncentrace napětí na únavovou pevnost oblast časované pevnosti Součinitel vrubu v oblasti časované pevnosti: β N = σ A σ A σ A...časovaná mez únavy hladkého vzorku σ A x...časovaná mez únavy vrubovaného vzorku

DPŽ 37 Vliv koncentrace napětí na únavovou pevnost oblast časované pevnosti Součinitel vrubu v oblasti časované pevnosti: β N = σ A σ A Empirický přístup určení β N (Heywood): 800 700 m a t e r i á l o c e l 3 0 0 M, R m = 2 0 0 0 M P a R = - 1 a l f a = 1, 0.. k a t a l o g a l f a = 2, 0.. k a t a l o g a l f a = 3, 0.. k a t a l o g a l f a = 5, 0.. k a t a l o g určeno pro vysokocyklovou oblast μ N = β N 1 β 1 β N = 1 + β 1 μ(n) μ N = logn 4 B + logn 4 A m p l i t u d a n a p ě t í k m a [ i M t u P a 600 500 400 300 200 a l f a = 2, 0.. v ý p o č e t a l f a = 3, 0.. v ý p o č e t a l f a = 5, 0.. v ý p o č e t pro oceli: B = 12250 R m [MPa] 2 100 0 1. 0 E + 0 4 1. 0 E + 0 5 1. 0 E + 0 6 1. 0 E + 0 7 1. 0 E + 0 8 P o č e t k m i t ů N [ 1 ]

DPŽ 38 Hodnocení napjatosti napočtené MKP ve vrubech r r σ a,mkp σ a,mkp = α σ NOM podmínka pro trvalou pevnost (sym. střídavý cyklus): σ a,mkp α σ C σ a,mkp α β σ C

DPŽ 39 Hodnocení napjatosti napočtené MKP ve vrubech Ve složitějších případech, kdy není znám poměr α β : Např. Siebel-Stiller: α β = 1 + c γ, γ = 1 σ a,mkp dσ a,mkp (r) dr Metoda kritické vzdálenosti (informativně): Bodová varianta metody kritické vzdálenosti: Těleso je na mezi únavy, pokud amplituda napětí σ a ve vzdálenosti a 0 /2 pod povrchem je rovna mezi únavy. Liniová varianta metody kritické vzdálenosti: Těleso je na mezi únavy, pokud průměrná amplituda napětí σ a ve vzdálenosti 2a 0 pod povrchem je rovna mezi únavy.

DPŽ 40 Příklad: kontrola osy železničního dvojkolí Zadání problému: Kontrola osy železničního dvojkolí na trvalou pevnost Materiál: slitinová ocel 24CrMo4, ASTM 4130 A Bod A v místě potencionální trhliny Tenzometrická měření pom. prodloužení v bodě A 3 1 2 m icro strain a, m ax

DPŽ 41 Příklad: kontrola osy železničního dvojkolí na trvalou pevnost 440 10 7 C 4 4 0 M P a

DPŽ 42 Příklad: kontrola osy železničního dvojkolí na trvalou pevnost K t 2.0 9

DPŽ 43 Příklad: kontrola osy železničního dvojkolí na trvalou pevnost Kolo Disk brzdy Osa K t 1.9 5

DPŽ 44 Příklad: kontrola osy železničního dvojkolí na trvalou pevnost K t 1.9 5 q 1 1 1 2.0 1 0.8 3 1.8 3 Stress amplitude [MPa] 600 500 400 smooth notched 300 200 FL 100 FL,N 15 0 1,E+03 1,E+04 1,E+05 1,E+06 1,E+07 1,E+08 Number of cycles [1]

Určení meze únavy v kritickém místě DPŽ 45 Příklad: kontrola osy železničního dvojkolí na trvalou pevnost součinitel k value loading k L 1.00 surface finish k SF 0.67 size factor k S 0.70 C, V k C S F S K f k surf. treatment factor kt 1.00 C, V 4 4 0 0.6 7 0.7 0 1.8 3 1 1 2.8 M P a

Určení amplitudy napětí na rotující ose: DPŽ 46 Příklad: kontrola osy železničního dvojkolí na trvalou pevnost A Tenzometrická měření pom. prodloužení v bodě A: 3 1 2 m icro strain a, m ax a E 2 0 6 8 5 0 0.0 0 0 3 1 2 6 4.5 M P a

Určení součinitele bezpečnosti: A DPŽ 47 Příklad: kontrola osy železničního dvojkolí na trvalou pevnost a 1 1 2.8 M P a, C V 6 4.5 M P a Stress amplitude [MPa] 600 500 400 smooth notched k C, V 1 1 2.8 6 4.5 a 1.7 5 300 200 FL 100 FL,N 0 1,E+03 1,E+04 1,E+05 1,E+06 1,E+07 1,E+08 Number of cycles [1]

DPŽ 48 Příklad: stanovení meze únavy součásti s vrubem Zadání: Stanovte mez únavy součásti s U vrubem namáhané střídavým tahem. Materiál je ocel dle specifikace AISI 1045, kalená a žíhaná na tvrdost HB = 410.

DPŽ 49 Příklad: stanovení meze únavy součásti s vrubem

DPŽ 50 Příklad: stanovení meze únavy součásti s vrubem Popis základní únavové křivky podle Basquina: σ a = σ f 2N b σ a = 3906 2N 0,167 Odhad meze únavy: σ c = 3906 2 10 7 0,167 = 235,8 MPa Součinitel vrubu podle Petersona (ρ=r=5 mm): β = 1 + α 1 1 + a/ρ = 1 + 1,79 1 1 + 0,04/5 = 1,78 Součinitel vrubu podle Neubera (ρ=r=5 mm): β = 1 + α 1 1 + A/ρ = 1 + 1,79 1 1 + 0,07/ 5 = 1,77 Schijve, J.: Fatigue of structures and materials. Springer 2009.

DPŽ 51 Příklad: stanovení meze únavy součásti s vrubem Výpočet meze únavy tělesa s vrubem: σ x c = σ c β = 235,8 β Peterson Neuber β [-] 1,78 1,77 σ c x [MPa] 132,5 133,2 Pozn.: vrubová citlivost: q = β 1 α 1 = β 1 = (0,97; 0,99) 1,79 1