Únava materiálu Úvod Základní charakteristiky únavového zatěžování

Prezentace na téma: "Únava materiálu Úvod Základní charakteristiky únavového zatěžování"— Transkript prezentace:

1 Únava materiálu Úvod Základní charakteristiky únavového zatěžování
Křivka únavového života Etapy únavového života Klíčové vlivy na únavový život

2 Degradace vlastností materiálu za provozu
1828 W.A.J. Albert - řetězy těžních věží (cyklické zatěžování) Německo 1839 poprvé se objevuje termín „únava“ v knize o mechanice od J.V. Poncelet - Francie 1850 Augustín Wöhler – únavová životnost Gerber, Goodman – vliv středního napětí 1945 Miner – teorie lineární kumulace poškození (1968 Endo – teorie stékajícího deště) 1950 studium fyzikální podstaty vzniku únavového porušení

3 Hladká součást (bezpečný život / safe live)
Tři oblasti únavy Hladká součást (bezpečný život / safe live) Měkké zatěžování Tvrdé zatěžování vysokocyklová únava nízkocyklová únava Wöhler, Basqin Manson, Coffin - železnice, auto, tlaková nádoba, podvozek letadla rotor turbiny Součást s trhlinou (bezpečný lom / failure safe) Parisův vztah; podmínky šíření únavové trhliny; měkké zatěžování (drak letadla, most)

4 Základní charakteristiky cyklického zatěžování

5 Základní charakteristiky cyklického zatěžování
Zátěžný cyklus střídavý pulzující sm = 0 souměrný (symetrický) sm ≠ 0 nesouměrný sm = sa míjivý sm > sa pulzující

6 Napěťový součinitel R Základní charakteristiky cyklického zatěžování
Popis cyklu na základě součinitele (parametru) asymetrie cyklu Napěťový součinitel R

7 Amplitudový součinitel P
Základní charakteristiky cyklického zatěžování Popis cyklu na základě součinitele (parametru) asymetrie cyklu Amplitudový součinitel P

8 Křivka únavového života
Základní charakteristiky cyklického zatěžování Křivka únavového života Únavový proces má kumulativní charakter Poškození roste s počtem zátěžných cyklů Pro každou amplitudu zatížení a (stejná frekvence, teplota, rozměry tělesa) existuje určitý počet cyklů Nf do porušení Závislost amplituda napětí  počet cyklů do porušení (S-N křivka)

9 Křivka únavového života
Log σa (S) Log N

10 oblast A - B Křivka únavového života
bod A - amplituda odpovídá hodnotě meze pevnosti Rm - k lomu dojde v prvním, případně po několika málo cyklech lom, který vznikne nemá charakter únavového lomu – proto označení kvazistatický lom. v případě míjivého zatěžovacího cyklu dochází k cyklickému tečení (creepu).

11 oblast B - C Křivka únavového života
oblast NCÚ – namáhání napětími většími než mez kluzu, servohydraulické zkušební stroje, cyklická hysterezní smyčka, vliv vrubů Manson-Coffin Low-Cycle-Fatigue relationship Mansonova – Coffinova závislost pro NCÚ:

12 oblast C Křivka únavového života
Oblast VCÚ – namáhání napětími menšími než mez kluzu, oceli – časová mez únavy, mez únavy (asi 1/3 až 1/2 meze pevnosti u ocelí), neželezné kovy smluvní -mez únavy Pro souměrný cyklus  součinitel únavové pevnosti  exponent únavové životnosti b

13 Křivka únavového života
Vliv středního napětí

14 Křivka únavového života
Vliv středního napětí

15 Křivka únavového života
Vliv středního napětí na únavovou životnost  amplituda a střední napětí obecného cyklu  amplituda souměrného cyklu, při kterém dojde k porušení po stejném počtu cyklů, jako v případě s amplitudou σa a středním napětím σm  mez pevnosti

16 Křivka únavového života
Vliv středního napětí na únavovou životnost Systém S-N křivek obecného tvaru

17 Křivka únavového života
Vliv: vrubu kvality povrchu (zpevnění, povlaky apod.) frekvence zatěžování prostředí (koroze, zavíraní trhliny) pevnosti mikrostruktury a zbytkových napětí teploty

18 Kumulace poškození Reálná konstrukce - zdroje cyklického zatěžování - změna amplitudy zatěžování Čep řízení motorového vozidla

19 Kumulace poškození Reálná konstrukce - zdroje cyklického zatěžování - změna amplitudy zatěžování Závěs křídla letadla během provozu

20 Kumulace poškození Reálná konstrukce - zdroje cyklického zatěžování - změna amplitudy zatěžování vliv cyklování různou amplitudou napětí (MINER) teorie lineární kumulace poškození – při každém cyklu nastane jisté, vždy stejné poškození, které se během cyklování sčítá (hromadí); Při amplitudě σa dojde k porušení po Nf cyklech 1. cyklus…………. poškození je n1/Nf (poměrné poškození) 2. cyklus…………. poškození je n2/Nf i- tý cyklus……….. poškození je ni/Nf Nf -tý cyklus…….... poškození je nf/Nf =1

21 Kumulace poškození Palmgrenova - Minerova hypotéza

22 Teorie stékajícího deště (Endo 1968)
Kumulace poškození Teorie stékajícího deště (Endo 1968) Zatěžování probíhá v nepravidelných cyklech (teorie pagod) = co je a co není zátěžný cyklus

23 Teorie stékajícího deště (Endo 1968)
Kumulace poškození Teorie stékajícího deště (Endo 1968) ASTM E 1049 – kovy; ASTM D671 - plasty

24 Etapy únavového života
Stádium změn mechanických vlastností Stádium iniciace únavových trhlin Stádium šíření únavové trhliny

25 Etapy únavového života
Stádium změn mechanických vlastností a) materiál cyklicky zpevňuje b) materiál cyklicky změkčuje

26 Monotónní a cyklická křivka napětí – deformace oceli 4340
Etapy únavového života Stádium změn mechanických vlastností Monotónní a cyklická křivka napětí – deformace oceli 4340

27 Etapy únavového života
Stádium iniciace únavové trhliny Únavový lom vzniká vždy od povrchu součásti / zkušebního tělesa

28 Etapy únavového života
Stádium iniciace únavové trhliny

29 Etapy únavového života
Stádium iniciace únavové trhliny

30 Etapy únavového života
Stádium iniciace únavové trhliny Persistentní skluzové pásmo (Persistent Slip Bend)

31 Etapy únavového života
Stádium šíření únavových trhlin striace

32 Etapy únavového života
Stádium šíření únavových trhlin striace

33 Etapy únavového života
Stádium změn mechanických vlastností Stádium iniciace únavových trhlin Stádium šíření únavové trhliny

34 Etapy únavového života
Stádium šíření únavových trhlin

35 Etapy únavového života
Stádium šíření únavových trhlin Parisův-Erdoganův vztah

36 Základní únavové zkoušky
Zkušební tělesa - stanovení křivky únavového života

37 Základní únavové zkoušky
Elektromagnetické a mechanické buzení

38 Základní únavové zkoušky
Zkušební tělesa - stanovení křivky rychlosti šíření trhliny

39 Základní únavové zkoušky
- použití dat

40 Křivka únavového života
Vliv: vrubu kvality povrchu (zpevnění, povlaky) frekvence zatěžování prostředí (koroze, zavírání trhliny) pevnosti mikrostruktury a zbytkových napětí

41 Křivka únavového života
Vliv vrubu na únavovou životnost

42 Křivka únavového života
Vliv vrubu na únavovou životnost

43 Křivka únavového života
Vliv vrubu na únavovou životnost – podmínky iniciace

44 Křivka únavového života
Vliv vrubu na podmínky iniciace

45 Křivka únavového života
Vliv vrubu na podmínky iniciace

46 Křivka únavového života
Vliv kvality povrchu na únavovou životnost

47 Křivka únavového života
Vliv mikrostruktury na únavovou životnost

48 Křivka únavového života
Vliv pevnosti na únavovou životnost

49 Křivka únavového života
Vliv frekvence zatěžování na únavovou životnost

50 Křivka únavového života
Vliv prostředí na únavovou životnost