Dynamická pevnost a životnost Přednášky

Podobné dokumenty
Dynamická pevnost a životnost Přednášky

Dynamická únosnost a životnost Přednášky

Únava (Fatigue) Úvod

Hru I. Milan RůžR. zbynek.hruby.

Provozní pevnost a životnost dopravní techniky. - úvod do předmětu

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

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

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

Pevnost a životnost Jur III

Dynamická pevnost a životnost Přednášky

Přetváření a porušování materiálů

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

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

Plastická deformace a pevnost

Dynamická pevnost a životnost Přednášky

Nelineární problémy a MKP

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

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

Aktuální trendy v oblasti modelování

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

Pevnost a životnost Jur III

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

Wöhlerova křivka (uhlíkové oceli výrazná mez únavy)

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

Části a mechanismy strojů 1 KKS/CMS1

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

Filosofie konstruování a dimenzování mechanických částí vozidel z hlediska jejich funkce a provozního zatěžování

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

2. Mezní stavy. MS porušení

Nauka o materiálu. Přednáška č.5 Základy lomové mechaniky

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

Zde je uveden abecední seznam důležitých pojmů interaktivního učebního textu

Úvod do únavového poškozování

Identifikace materiálových parametrů Vybraných modelů plasticity

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

České vysoké učení technické v Praze, Fakulta strojní. Dynamická pevnost a životnost - Jur V. Dynamická pevnost a životnost. Jur V

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

ÚNAVOVÉ CHOVÁNÍ NIKLOVÉ SUPERSLITINY INCONEL 713LC ZA VYSOKÝCH TEPLOT FATIGUE BEHAVIOUR OF NICKEL BASE SUPERALLOY INCONEL 713LC AT HIGH TEMPERATURE.

Navrhování konstrukcí z korozivzdorných ocelí

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

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

Inkrementální teorie plasticity - shrnutí

Kumulace poškození termoplastického laminátu C/PPS při cyklickém zatížení a jeho posuzování

A mez úměrnosti B mez pružnosti C mez kluzu (plasticity) P vznik krčku na zkušebním vzorku, smluvní mez pevnosti σ p D přetržení zkušebního vzorku

10. Elasto-plastická lomová mechanika

Křehké materiály. Technická univerzita v Liberci Nekovové materiály, 5. MI Doc. Ing. Karel Daďourek, 2008

18MTY 1. Ing. Jaroslav Valach, Ph.D.

Téma: Dynamiky - Základní vztahy kmitání

Zkouška rázem v ohybu. Autor cvičení: prof. RNDr. B. Vlach, CSc; Ing. Petr Langer. Jméno: St. skupina: Datum cvičení:

ZKOUŠKY MECHANICKÝCH. Mechanické zkoušky statické a dynamické

Výpočtová i experimentální analýza vlivu vrubů na omezenou životnost součástí

KONSTITUČNÍ VZTAHY. 1. Tahová zkouška

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

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

LETECKÉ MATERIÁLY. Úvod do předmětu

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

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

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

Poruchy krystalové struktury

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

Prvky betonových konstrukcí BL01 3. přednáška

tuhost, elasticita, tvrdost, relaxace a creep, únava materiálu, reologické modely, zátěž a namáhání

Požadavky na technické materiály

ÚVOD DO MODELOVÁNÍ V MECHANICE

Prvky betonových konstrukcí BL01 3. přednáška

Vlastnosti a zkoušení materiálů typové otázky ke zkoušce

12. Struktura a vlastnosti pevných látek

ÚNAVOVÉ CHOVÁNÍ NIKLOVÉ SUPERSLITINY INCONEL 738LC ZA POKOJOVÉ TEPLOTY FATIGUE BEHAVIOUR OF NICKEL BASE SUPERALLOY INCONEL 738LC AT ROOM TEMPERATURE

Pružnost a pevnost. 6. přednáška 7. a 14. listopadu 2017

Téma 2 Napětí a přetvoření

6. Viskoelasticita materiálů

5 Analýza konstrukce a navrhování pomocí zkoušek

EXPERIMENTÁLNÍ MECHANIKA 2

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

Principy navrhování stavebních konstrukcí

STRUKTURA A VLASTNOSTI PEVNÝCH LÁTEK

Nelineární úlohy při výpočtu konstrukcí s využitím MKP

Principy navrhování stavebních konstrukcí

Přehled modelů cyklické plasticity v MKP programech

Kontraktantní/dilatantní

Porušení hornin. J. Pruška MH 7. přednáška 1

Dalibor Vojtěch, Pavel Novák ml., Ústav kovových materiálů a korozního inženýrství

Dynamická pevnost a životnost Přednášky

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

REGIONÁLNÍ TECHNOLOGICKÝ INSTITUT. Západočeská univerzita v Plzni Fakulta strojní

Nové zkoušky potrubních systémů z PE na odolnost pomalému šíření trhliny (SČZL 2017)

Dynamická pevnost a životnost Přednášky

Hodnocení únavové odolnosti svařovaných konstrukcí

Nauka o materiálu typové otázky ke zkoušce

Náhradní ohybová tuhost nosníku

SPECIÁLNÍ ZKUŠEBNÍ METODY studijní opora

Přednášky část 2 Únavové křivky a faktory, které je ovlivňují

1 Úvod do konstruování 3 2 Statistické zpracování dat 37 3 Volba materiálu 75 4 Analýza zatížení a napětí Analýza deformací 185

SPECIÁLNÍ ZKUŠEBNÍ METODY učební text

NELINEÁRNÍ ODEZVA ŽELEZOBETONOVÉ RÁMOVÉ KONSTRUKCE NA SEIZMICKÉ ZATÍŽENÍ

Experimentální výzkum vlivu zesílení konstrukce valené klenby lepenou uhlíkovou výztuží

Historie velkých havárií - vývoj v oblasti zkoušení materiálů a studia mezních stavů

SPOLEHLIVOST KONSTRUKCÍ & TEORIE SPOLEHLIVOSTI část 8: Normové předpisy

Nauka o materiálu. Přednáška č.2 Poruchy krystalické mřížky

Plastická deformace a pevnost

Transkript:

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

DPŽ 2 Přednášky část 1 Základy únavové pevnosti Milan Růžička mechanika.fs.cvut.cz milan.ruzicka@fs.cvut.cz

DPŽ 3 Podklady ke studiu http://mechanika.fs.cvut.cz/predmety/dpz přednáškové podklady podklady pro cvičení doporučená literatura Růžička, M-Hanke.M.-Rost M.: Dynamická pevnost a životnost. skripta ČVUT v Praze, 2. vyd., 1992. Růžička,M, Fidranský J. : Pevnost a živonnost letadel, skripta ČVUT v Praze, 2000 (mechanika.fsid.cvut.cz) Haibach,E.: Betriebsfestigkeit. 3.Auflage., Springer, 2006. Schijve, J.: Fatigue of Structures and Materials. Springer, 2009. Radaj,D.- Vormwald,M: Advanced Methods of Fatigue Assessment. Springer, 2013 Nieslony,A.- Macha E.: Spectral Method in Multiaxial Random Fatigue. Springer 2007. Taylor D.: The Theory of critical distances. Springer 2007 Vassilopoulos A.P.- Keller, T.: Fatigue of Fiber-reinforced composites. Springer 2011, Radaj.D.- Sonsino, M.C. Fricke, W.: Fatigue assessment of welded joints by local approaches. CEC Press, Cambridge, 2006. Lee, Y. Pan J. Hathaway, R.B. Barkey, M.E.: Fatigue testing and analysis. Elsevier, 2005.

DPŽ 4 Co je to mezní stav konstrukce? Ztráta schopnosti konstrukce plnit funkci, pro kterou byla určena.

DPŽ 5 Mezní stavy konstrukce M.S. pevnosti Statická pevnost (houž. lom) Plasticita, plast. přizpůsobení Stabilita, vzpěr Křehký lom Creep (lom při tečení) Nízko-, vysokocyklová únava Interakce únava+creep Teplotní šok M.S. funkční způsobilosti Elastické a plastické deformace Poškození rázem Dynamická odezva Opotřebení Koroze Interakce různých kombinací uvedených mezních stavů

DPŽ 6 Plastické přetvoření

DPŽ 7 Stabilita Kolaps mostu u Quebecu 1907

DPŽ 8 Creep tečení za zvýšené teploty www.allforpower.cz

DPŽ 9 Dynamická odezva, rezonance The Tacoma Narrows Bridge (1940, present day) https://www.youtube.com/watch?v=xggxeufdadu

DPŽ 10 Křehký lom

DPŽ 11 Únava (fatigue)

DPŽ 12 Opotřebení a koroze (pitting, fretting) http://www.lambdatechs.com/images/damage.jpg

DPŽ 13 Teorie mezních stavů konstrukcí Fyzika materiálů Mechanika kontinua Teorie pravděpodobnosti Technologie, experiment teorie dislokací elasticita, plasticita náhodné procesy zprac. materiálu fyzikální metalurgie statika, dynamika statistika zkušebnictví iniciace trhlin kmitání, rázy teorie spolehlivosti teorie experimentu

DPŽ 14 Teorie mezních stavů fáze aplikace Apriorní (design) návrh konstrukce optimalizace návrh technologie omezení provozních podmínek Aposteriorní (provoz) provozní inspekce poruchy a havárie www.reskof.cz

DPŽ 15 Únava materiálu (fatigue, Ermüdung, уста лость..)

DPŽ 16 Únava schéma metodiky hodnocení Konstrukční návrh Zatížení, vibrace (teorie) Materiál Technologie výroby Provozní podmínky Materiálové zkoušky: - Wöhlerova křivka - Mansonova-Coffinova křivka - cyklická deformační křivka - lomová houževnatost aj Ovlivňující faktory: - zbytková napětí (RTG analýzy) - defekty (NDT analýzy) - koroze - vliv zvýšených teplot Provozní napětí Přípustné napětí Zkoušky na konstrukci Odhad pevnosti, životnosti Zatížení, vibrace (provozní měření) Posouzení selhání (Fraktografie, NDT, aj.) nevyhovuje Posouzení pevnosti, životnosti vyhovuje Konstrukce, produkce

DPŽ 17 Počítačové modelování a numerické posouzení mezních stavů CAD model MISES VALUE +3.67 E+00 +8.67 E+01 +1.70 E+02 +2.83 E+02 +3.36 E+02 +4.19 E+02 +5.02 E+02 +5.85 E+02 +6.68 E+02 +7.51 E+02 +8.34 E+02 +9.17 E+02 +1.00 E+03 +1.63 E+03 MKP 2 3 1 analýza Elasticita, plasticita Creep Výpočet únavového poškození Analýza mezních stavů 17

DPŽ 18 Metody predikce životnosti které poznáme Přístup pomocí nominálních napětí (NSA - Nominal Stress Approach): Vhodné použití pro analytické výpočty Přístup pomocí lokálních elastických napětí (LESA - Local Elastic Stress Approach) Vhodné použití pro lineární analýzy pomocí MKP Přístup pomocí lokálních elasto-plastických napětí a deformací (LPSA - Local Plastic Stress and Strain Approach) Vhodné použití pro elasto-plastické nelineární analýzy pomocí MKP Přístup využívající lomové mechaniky (FMA - Fracture Mechanics Approach) Vhodné použití pro analýzy pomocí lomové mechaniky

nekovové materiály kovy MATERIÁL DPŽ 19 TECHNOLOGIE úprava povrchu typ výroby Hlavní faktory ovlivňující únavový proces geometrické vruby technologické spoje TVAR ÚNAVA PROVOZNÍ ZATÍŽENÍ PROVOZNÍ PODMÍNKY

DPŽ 20 Charakteristiky harmonického cyklického namáhání

DPŽ 21 Harmonické zatěžování amplituda napětí: a h 2 d střední hodnota napětí: m h 2 d a h m rozkmit napětí: h d d koeficient nesouměrnosti: R d h T http://fatiguecalculator.com perioda kmitu: T napěťově řízené zatěžování měkké frekvence kmitu: f 1 T deformačně řízené zatěžování tvrdé

statický v tlaku: pulzující v tlaku: míjivý v tlaku: nesouměrně střídavý: (stř. hodnota v tlaku) DPŽ 22 symetricky střídavý: nesouměrně střídavý: (stř. hodnota v tahu) míjivý v tahu: pulzující v tahu: statický v tahu: m a 1 R 1 R. Druhy kmitů R 1 R 0 R 1 R R 0,1 R 1 R 1, R,1 R 1,0

DPŽ 23 Pozadí fenoménu únavy

DPŽ 24 Krystalografické mřížky kovů kubická prostorově centrovaná (body centered cubic BCC) chrom, wolfram, vanad, železo α kubická plošně centrovaná (face centered cubic FCC) železo γ, nikl, hliník, měď, olovo, zlato, platina, stříbro šesterečná (hexagonal) hořčík, zinek, titan http://mechmes.websnadno.cz/dokumenty/pri-st-05_vnitrnistrukturakovu.pdf

DPŽ 25 Krystalografická mřížka - poruchy bodové poruchy plochové poruchy - zrna, hranice zrn čárové poruchy - dislokace http://python.rice.edu/~arb/courses/360_defects_handout_01.pdf

DPŽ 26 Technické slitiny železa V každém materiálu jsou poruchy ideální struktury makroskopická isometrie díky náhodné orientaci anisotropních krystalů v tuhé fázi http://cs.wikipedia.org/wiki/soubor:diagramm_phasen.jpg http://www.ped.muni.cz/wphy/fyzvla/index.htm

DPŽ 27 Vlastnosti materiálu při statickém zatěžování Skutečný a smluvní tahový diagram smluvní napětí (Lagrangeovo napětí) S = F / A 0, poměrné prodloužení měřené délky tyče e = (l - l 0 ) / l 0 přepočet síly na okamžitý průřez skutečné napětí (Cauchyho napětí) = F / A a logaritmickém prodloužení = ln(l / l 0 ). 800 700 600 =f() 800 700 600 f F A ln S l l 0 A 0 A S l l 0 l l ln 1 l0 l l S 1 l0 0 ln1 0 e S1 e, S [M Pa] 500 400 300 S=f(e) S ku te čn ý tah. d iag ram K o n v e n čn í tah. d iag ram 500 400 300 R m R e K n p 200 200 K n je modul monotónního zpevnění je exponent monotónního zpevnění 100 f 100 0 0 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1, e [1] 0 0.0 0 2 0.0 0 4, e [1]

DPŽ 28 Zkoušky materiálu Hladké, nebo vrubované vzorky (různá koncentrace napětí), Symetricky střídavé, nebo míjivé zatěžování Odkazy: https://www.youtube.com/watch?v=lhuclxbuv_e

DPŽ 29 Cyklická deformační křivka (cyclic stress-strain curve)

DPŽ 30 Hysterezní smyčka Vlastnosti materiálu při cyklickém zatěžování Je třeba rozlišovat dva základní případy cyklického zatěžování vzorků: zatěžování s řízenou amplitudou napětí, tzv. měkké zatěžování zatěžování s řízenou amplitudou poměrné deformace, tzv. tvrdé zatěžování.

DPŽ 31 Hysterezní smyčky, cyklická deformační křivka, Rambergova-Osgoodova aproximace Saturované hysterezní smyčky Cyklická deformační křivka R = -1 cyklická statická zpevnění změkčení el a E a 1D a K' a 1D pl n' a E a a K' 1 n' 1D

DPŽ 32 Ramberg-Osgood (platné pro přibližné vyjádření tahového diagramu i cyklické deformační křivky) el pl E K n el E pl K 1 n E K 1 n Ramberg Osgood 1D + =

DPŽ 33 Rambergova-Osgoodova aproximace Saturované hysterezní smyčky Cyklická deformační křivka a K' pl a n a el a pl a E a a K 1 n K - modul cyklického zpevnění n - exponent cyklického zpevnění E - modul pružnosti v tahu

DPŽ 34 Saturovaná hysterezní smyčka Hledáme rovnici pro popis saturované hysterezní smyčky. f Důležité pro vyjádření stavu napětídeformace při složitém kmitavém zatěžování

DPŽ 35 σ Masingova aproximace hysterezních smyček a CDK CDK prochází středy posunutých hyster. smyček Nevykazuje chování podle Masingova pravidla ε pl Saturované hysterezní smyčky uměle posunuty spodním rohem do počátku souřadného systému [ε pl, σ] mají shodnou horní větev. Většina kovů se však podle Masingova pravidla nechová. Data převzata z: Radim Halama: Experimentální poznatky a fenomenologické modelování cyklické plasticity kovů [Habilitační práce, VŠB-TU Ostrava], 2009.

DPŽ 36 Masingova aproximace hysterezních smyček a CDK Saturované hysterezní smyčky uměle posunuty spodním rohem do počátku souřadného systému [ε pl, σ] mají shodnou horní větev. Většina kovů se však podle Masingova pravidla nechová. Data převzata z: Radim Halama: Experimentální poznatky a fenomenologické modelování cyklické plasticity kovů [Habilitační práce, VŠB-TU Ostrava], 2009. ε pl σ CDK prochází středy posunutých hyster. smyček n a n a a pl a el a a K E K E 1 1 2 2 2 2 2 2 2 2 2

DPŽ 37 1 Mechanické změny při cyklování a t t Cyklické zpevnění b t t Cyklické změkčení c t t Cyklická relaxace d t t Cyklický creep (ratcheting) e 0 A C D t C 0 D E C A Paměťový efekt B B

DPŽ 38 1 2 Fáze únavového procesu Fáze změn mechanických vlastností změny struktury kovu v celém objemu. Doba trvání několik procent života do lomu. Fáze nukleace (iniciace) mikrotrhliny formování makrotrhliny, zahrnuje lokální změny v povrchové vrstvě vyvolané dislokačními efekty a následné propojování mikrotrhlin nebo růst dominantní mikrotrhliny. Doba trvání 10 i 90 % života. 3 4 Fáze šíření makrotrhliny, Zahrnuje stádium růstu dominantní makrotrhliny změnu jejího směru kolmo na max. hlavní napětí. Fáze závěrečného lomu, je reprezentována přechodem na zrychleným rozvojem zakončeným houževnatým nebo křehkým lomem na mezi kluzu nebo mezi pevnosti. Glissile Dislocation 1 A 10 2 A 1 m 10 2 m 1 mm 10 2 mm Atomic Distance Micro-crack Formation Grain Size of Austenite Macro-crack Creation Macro-crack Growth

DPŽ 39 Místa iniciace, lomová plocha 2 Skluzová pásma Striační čáry postupu čela trhliny Extruse 3 Místo iniciace Intruse 4 Odkazy: https://www.youtube.com/watch?v=oo2rlpbty-8

DPŽ 40 Technický život Dominantní fáze jsou 1 2 3 4 Fáze změn mechanických vlastností. Doba trvání jednotky % únavového života Fáze nukleace (iniciace) makrotrhliny, Vysoké hladiny namáhání: Doba trvání 10 % až 50 % Nižší hladiny namáhání: Doba trvání 50 % až 90 % života Fáze šíření makrotrhliny Vysoké hladiny namáhání: Doba života trvání 90 % až 50 % života Nižší hladiny namáhání: Doba trvání 50 % až 10 % života Fáze závěrečného lomu. Doba trvání jednotky cyklů únavového života, náhlé porušení 1 a 2 iniciace + šíření N = N i + N

DPŽ 41 Filosofie navrhování na únavu přístupy Kritické místo YES Neomezený počet cyklů? NO Trvalá pevnost (neomezený ún. život) Časovaná pevnost (omezený ún. život) Bezpečný život SAFE-LIFE NO Prohlídky, Inspekce? YES Přípustné poškození (Damage Tolerance) Pomalé šíření trhliny (Slow crack growth) NO Více nosných elementů? YES Bezpečná i při poruše (FAIL SAFE)

DPŽ 42 Bezpečný život SAFE-LIFE L B k n L 50 k N Přípustné poškození (Damage Tolerance) Inspekční intervaly: t i = (2 3) 9 8 7 a cr L délka trhliny (mm) 6 5 4 3 2 1 L/2 první prohlídka a d /2 /2 inspekční interval t i a 0 0 0 30000 60000 90000 120000 150000 ujeté km I 1 I 2 I 3 I d I cr 42