Prezentace se nahrává, počkejte prosím

Prezentace se nahrává, počkejte prosím

3 - Mechanické vlastnosti II 1 Lomová mechanika a lomy Lineárně-elastická lomová mechanika (LELM) Lineárně-elastická lomová mechanika (LELM) Elasto-plastická.

Podobné prezentace


Prezentace na téma: "3 - Mechanické vlastnosti II 1 Lomová mechanika a lomy Lineárně-elastická lomová mechanika (LELM) Lineárně-elastická lomová mechanika (LELM) Elasto-plastická."— Transkript prezentace:

1 3 - Mechanické vlastnosti II 1 Lomová mechanika a lomy Lineárně-elastická lomová mechanika (LELM) Lineárně-elastická lomová mechanika (LELM) Elasto-plastická lomová mechanika (EPLM) Elasto-plastická lomová mechanika (EPLM) Tvárný lom Tvárný lom Křehký lom Křehký lom Lom při creepu Lom při creepu

2 3 - Mechanické vlastnosti II 2 Lomová mechanika Jak se liší chování materiálu bez trhliny a s trhlinou? Jak se liší chování materiálu bez trhliny a s trhlinou?

3 3 - Mechanické vlastnosti II 3 Charakteristiky lomové mechaniky Lomová mechanika – výpočet pevnosti součásti s defektem (trhlinou) Součinitel intenzity napětí – veličina vyjadřující zatížení tělesa s trhlinou Součinitel intenzity napětí – veličina vyjadřující zatížení tělesa s trhlinou Lomová houževnatost – materiálová charakte- ristika vyjadřující odpor materiálu vůči iniciaci lomu z defektu. Lomová houževnatost – materiálová charakte- ristika vyjadřující odpor materiálu vůči iniciaci lomu z defektu.

4 3 - Mechanické vlastnosti II 4 (c)2003 Brooks/Cole, a division of Thomson Learning, Inc. Thomson Learning ™ is a trademark used herein under license. Těleso s defektem (trhlinou) Zatížení tělesa s trhlinou se vyjadřuje pomocí součinitele intenzity napětí K I K lomu tělesa dojde, když zatížení součásti vyjádřené součinitelem intenzity napětí dosáhne hodnoty materiálové charakteristiky – lomové houževnatosti K C kde a je délka trhliny [m] (viz. obr.)  je smluvní napětí [MPa] f je tvarový faktor [ - ]

5 3 - Mechanické vlastnosti II 5 Souvislost mezi intenzitou napětí K I a tvarem trhliny kovová deska s jednotkovou tloušťkou kovová deska s jednotkovou tloušťkou nekonečnými rozměry ve směru osy x a y nekonečnými rozměry ve směru osy x a y s průchozí trhlinou eliptického tvaru o délce 2a s průchozí trhlinou eliptického tvaru o délce 2a zatížená napětím  tak, aby elastická deformace desky byla konstantní zatížená napětím  tak, aby elastická deformace desky byla konstantní 2a S klesajícím poloměrem trhliny  roste intenzita napětí K I.

6 3 - Mechanické vlastnosti II 6 I II III KIKI K II K III Způsoby zatěžování mód I ≈ zatěžování tahem mód I ≈ zatěžování tahem mód II ≈ zatěžování smykem mód II ≈ zatěžování smykem mód III ≈ zatěžování krutem mód III ≈ zatěžování krutem

7 3 - Mechanické vlastnosti II 7 Určování lomové houževnatosti Vliv tloušťky součásti na hodnotu lomové houževnatosti K C. Základní tvary zkušebních těles pro určování hodnoty lomové houževnatosti K C. Hodnota lomové houžev- natosti se určuje při zatěžo- vání tříbodovým ohybem nebo excentrickým tahem.

8 3 - Mechanické vlastnosti II 8 Platná hodnota lomové houževnatosti Aby mohla být hodnota lomové houževnatosti prohlášena za platnou, musí být splněny pod- mínky rovinné deformace a tedy platit následující vztah:

9 3 - Mechanické vlastnosti II 9 Mechanické vlastnosti keramiky závisí na rozložení, počtu a velikosti defektů a také na velikosti zatíženého objemu. Lomové chování keramiky

10 3 - Mechanické vlastnosti II 10 Určování lomové houževnatosti keramiky (Courtesy of Wang and Raj N. Singh, Ferroelectrics, 207, 555–575 (1998) Stanovení odolnosti proti šíření trhlin u křehkých materiálů se provádí pomocí indentační zkoušky lomové houževnatosti. Tato metoda je založena na indentaci křehkého materiálu diamantovým jehlanem, který při zatížení větším než kri- tickém způsobí vznik trhlin, vychá- zejících z rohů Vickersova vtisku. Hodnota lomové houževnatosti je pak určována v závislosti na velikosti použitého za-tížení a délce induko- vaných trhlin.

11 3 - Mechanické vlastnosti II 11 Význam lomové mechaniky Volba materiálu Volba materiálu Volba technologie výroby a návrh metodiky zkoušení Volba technologie výroby a návrh metodiky zkoušení Výpočet provozního napětí v součásti s trhlinou (defektem) Výpočet provozního napětí v součásti s trhlinou (defektem)

12 3 - Mechanické vlastnosti II 12 Je znám materiál (jeho K C ) a zatížení , je nutné určit kritickou velikost defektu pro vznik nestabilní trhliny Je znám materiál (jeho K C ) a zatížení , je nutné určit kritickou velikost defektu pro vznik nestabilní trhliny Je zadán materiál s danou lomovou houževnatostí K C a velikost defektu a, je hledáno kritické zatížení pro vznik nestabilní trhliny Je zadán materiál s danou lomovou houževnatostí K C a velikost defektu a, je hledáno kritické zatížení pro vznik nestabilní trhliny Je dána velikost defektu a a zatížení , je třeba najít materiál odolný proti vzniku nestabilní trhliny Je dána velikost defektu a a zatížení , je třeba najít materiál odolný proti vzniku nestabilní trhliny a < a C  bezpečí  <  C  bezpečí K < K C  bezpečí Příklad aplikace vztahu

13 3 - Mechanické vlastnosti II 13 Tranzitní délka trhliny Která materiálová charakteristika je tedy pro konstruktéra důležitější, mez kluzu R e nebo lomová houževnatost K c ? Která materiálová charakteristika je tedy pro konstruktéra důležitější, mez kluzu R e nebo lomová houževnatost K c ? a < a t  R e a > a t  K C

14 3 - Mechanické vlastnosti II 14 materiál bez defektů materiál s defekty Problém: aby při provozu nedošlo k plastické deformaci zařízení Problém: aby při provozu nedošlo k nestabilnímu šíření trhliny z přítomného defektu dané geometrie Materiálový inženýr používá materiálovou charakteristiku, která, charakterizuje odolnost materiálu proti plastické deformaci  mez kluzu R e Konstruktér popisuje provozní zatížení součástky popisuje provozní zatížení součástky napětí  Materiálový inženýr používá materiálovou charakteristiku, která popisuje odolnost materiálu proti vzniku nestabilní trhliny  lomová houževnatost K C Konstruktér popisuje provozní zatížení součástky s defektem dané geometrie  součinitel intenzity napětí K společně hledají materiál, který je schopen zatížení přenést R e   hledají materiál, který je i s defektem dané geometrie schopen zatížení přenést K C  K

15 3 - Mechanické vlastnosti II 15 Energetická náročnost Energetická náročnost Křehký lom Křehký lom Houževnatý lom Houževnatý lom Mikromechanismus lomu Mikromechanismus lomu Štěpný lom Štěpný lom Tvárný lom Tvárný lom Lomy kovových materiálů

16 3 - Mechanické vlastnosti II 16 Transkrystalický – „trans“ ve významu „přes“ (tj. transkrysta- lický lom je lom, při němž se trhlina šíří přes zrna polykrysta- lického materiálu). Transkrystalický – „trans“ ve významu „přes“ (tj. transkrysta- lický lom je lom, při němž se trhlina šíří přes zrna polykrysta- lického materiálu). Interkrystalický – „inter“ ve významu „mezi“ (tj. interkrysta- lický lom se šíří mezi zrny nebo podél hranic zrn polykrysta- lického materiálu). Interkrystalický – „inter“ ve významu „mezi“ (tj. interkrysta- lický lom se šíří mezi zrny nebo podél hranic zrn polykrysta- lického materiálu). Charakter lomu kovových materiálů

17 3 - Mechanické vlastnosti II 17 Snímky lomové plochy transkrystalického tvárného lomu Tvárný lom

18 3 - Mechanické vlastnosti II 18 Ukázka transkrystalického štěpného lomu Ukázka interkrystalického štěpného lomu Štěpný lom

19 3 - Mechanické vlastnosti II 19 Únava materiálu Únava materiálu je proces změn strukturního stavu materiálu a jeho vlastností vyvolaný cyklickým ( kmitavým ) zatěžováním, přičemž nejvyšší napětí je menší než mez pevnosti R m a ve většině případů i menší než mez kluzu R e. Únava materiálu je proces změn strukturního stavu materiálu a jeho vlastností vyvolaný cyklickým ( kmitavým ) zatěžováním, přičemž nejvyšší napětí je menší než mez pevnosti R m a ve většině případů i menší než mez kluzu R e. V důsledku toho dochází v materiálu k hromadění poškození, které se v závěru procesu projeví růstem makroskopické trhliny a únavovým lomem. V důsledku toho dochází v materiálu k hromadění poškození, které se v závěru procesu projeví růstem makroskopické trhliny a únavovým lomem. Místo iniciace lomu je přednostně na povrchu, vyjímku tvoří kompozitní materiály. Místo iniciace lomu je přednostně na povrchu, vyjímku tvoří kompozitní materiály.

20 3 - Mechanické vlastnosti II 20 Křivka životnosti Závislost amplitudy napětí  a na počtu cyklů do lomu N f Závislost amplitudy napětí  a na počtu cyklů do lomu N f

21 3 - Mechanické vlastnosti II 21 Klasifikace zatěžování Obecné zátěžné cykly Obecné zátěžné cykly Sinusový zátěžný cyklus Sinusový zátěžný cyklus  a = amplituda napětí  m = střední napětí  h = horní (maximální) napětí  n = dolní (minimální) napětí Čas t

22 3 - Mechanické vlastnosti II 22 Parametry asymetrie zátěžného cyklu P =  h /  a R =  n /  h

23 3 - Mechanické vlastnosti II 23 Proces únavového poškozování tři stadia únavového procesu: tři stadia únavového procesu: změny mechanických vlastností změny mechanických vlastností vzniku únavových trhlin vzniku únavových trhlin šíření únavových trhlin šíření únavových trhlin

24 3 - Mechanické vlastnosti II 24 Wöhlerova křivka Slouží k určení provozního napětí  pro daný počet cyklů N nebo naopak. Slouží k určení provozního napětí  pro daný počet cyklů N nebo naopak. Určuje se pro symeterický zátěžný cyklus. Určuje se pro symeterický zátěžný cyklus. Symetrický zátěžný cyklus

25 3 - Mechanické vlastnosti II 25 Výsledky únavových zkoušek Mez únavy σ C – napětí, při kterém nedojde k lomu při únavové zkoušce. Mez únavy σ C – napětí, při kterém nedojde k lomu při únavové zkoušce. Únavová životnost (únavový život) - počet cyklů do poru- šení pro dané konkrétní napětí. Únavová životnost (únavový život) - počet cyklů do poru- šení pro dané konkrétní napětí. Časovaná únavová pevnost (časovaná mez únavy σ CN ) – napětí, při kterém dojde k únavovému lomu po určitém konkrétním počtu cyklů, např. po 500 milionech cyklů. Časovaná únavová pevnost (časovaná mez únavy σ CN ) – napětí, při kterém dojde k únavovému lomu po určitém konkrétním počtu cyklů, např. po 500 milionech cyklů. N f – počet cyklů do lomu N f – počet cyklů do lomu N c – základní počet cyklů do ukončení zkoušky (pro ocel a litiny N c = 10 7 ) N c – základní počet cyklů do ukončení zkoušky (pro ocel a litiny N c = 10 7 )

26 3 - Mechanické vlastnosti II 26 Schéma únavového lomu ocelové hřídele. Místo inici- ace, oblast šíření (postupo- vé čáry) a oblast statického dolomení, které vzniklo v okamžiku, kdy únavová trhlina dosáhla kritickou ve- likost vzhledem k působí- címu napětí. Makroskopický vzhled lomové plochy

27 3 - Mechanické vlastnosti II 27 Creep – je časově závislá trvalá defor- mace, ke které dochází za vysokých teplot (T > 0,4T m ) při konstantním zatí- žení nebo konstantním napětí nižším než mez kluzu. Creep – je časově závislá trvalá defor- mace, ke které dochází za vysokých teplot (T > 0,4T m ) při konstantním zatí- žení nebo konstantním napětí nižším než mez kluzu. Křivka tečení – creepová křivka – je závislost poměrného prodloužení  a času , získaná na základě výsledků série creepových zkoušek pro konkrétní napěťové a teplotní podmínky. Křivka tečení – creepová křivka – je závislost poměrného prodloužení  a času , získaná na základě výsledků série creepových zkoušek pro konkrétní napěťové a teplotní podmínky. Creep

28 3 - Mechanické vlastnosti II 28 Creepová křivka pro konstantní zatížení  a konstantní teplotu T pro konstantní zatížení  a konstantní teplotu T Tři stádia tečení materiálu: I.primární deformační zpevňování je výraznější než odpevňování deformační zpevňování je výraznější než odpevňování pokles rychlosti tečení pokles rychlosti tečení II.sekundární tzv. ustálený creep tzv. ustálený creep v tomto stadiu se určuje rychlost creepu v tomto stadiu se určuje rychlost creepu III.terciární vznik lokálních poruch soudržnosti (kavity, trhliny) vznik lokálních poruch soudržnosti (kavity, trhliny)

29 3 - Mechanické vlastnosti II 29 Creepová křivka pro různá napětí a teploty S rostoucí provozní teplotou nebo se zvyšujícím se působícím napětím dochází ke zkracování doby do lomu. S rostoucí provozní teplotou nebo se zvyšujícím se působícím napětím dochází ke zkracování doby do lomu.

30 3 - Mechanické vlastnosti II 30 Relaxace napětí Je-li namáhané těleso upnuto tak, že během namáhání zůstává konstantní jeho celková deformace  ve směru zatížení (např. šroub), dochází k pomalému poklesu (relaxaci) působícího napětí. Je-li namáhané těleso upnuto tak, že během namáhání zůstává konstantní jeho celková deformace  ve směru zatížení (např. šroub), dochází k pomalému poklesu (relaxaci) působícího napětí. Relaxace je způsobena růstem plastické deformace  p na úkor deformace elastické  e při zachování hodnoty celkové deformace . Relaxace je způsobena růstem plastické deformace  p na úkor deformace elastické  e při zachování hodnoty celkové deformace .

31 3 - Mechanické vlastnosti II 31 Creepová zkouška – Měření odolnosti materiálu vůči defor- maci a lomu při působení na- pětí nižším než mez kluzu a za zvýšené teploty. Creepová zkouška – Měření odolnosti materiálu vůči defor- maci a lomu při působení na- pětí nižším než mez kluzu a za zvýšené teploty. Creepová rychlost – Rychlost deformace materiálu pod na- pětím za vysoké teploty. Creepová rychlost – Rychlost deformace materiálu pod na- pětím za vysoké teploty. Doba do lomu – Doba, za kterou dojde ke creepovému lomu zkušebního tělesa při dané teplotě a napětí. Doba do lomu – Doba, za kterou dojde ke creepovému lomu zkušebního tělesa při dané teplotě a napětí. Hodnocení creepového chování

32 3 - Mechanické vlastnosti II 32 Mez tečení R T je napětí, které při dané teplotě vyvolá za určitou předem stanovenou dobu deformaci určité velikosti. R T čas [h] / deformace [%] / teplota [°C] = napětí [MPa] R T 10 5 / 0,1 / 600 = 90 MPa Mez pevnosti při tečení R mT je napětí, které při dané teplotě způsobí po určité předem stanovené době lom. R mT čas [h] / teplota [°C] = napětí [MPa] R mT 10 4 / 600 = 150 MPa  konst T = konst  roste Charakteristiky creepového chování Relaxace - zbytkové napětí R RZ je napětí, které působí po daném čase a při dané teplotě zkoušky (určuje se při zkoušce při konstantní deformaci  ). R RZ čas [h] / teplota [°C] = napětí [MPa] R RZ 10 3 / 500 = 110 MPa

33 3 - Mechanické vlastnosti II 33 Pokluzy po hranicích zrn během creepu způsobují vznik a) kavit, b) trhlin Pokluzy po hranicích zrn během creepu způsobují vznik a) kavit, b) trhlin Deformace a porušení při tečení

34 3 - Mechanické vlastnosti II 34 Creepové kavity vzniklé na hranici zrna austenitické korozi- vzdorné oceli (x 500). Deformace a porušení při tečení From ASM Handbook, Vol. 7, (1972) ASM International, Materials Park, OH 44073


Stáhnout ppt "3 - Mechanické vlastnosti II 1 Lomová mechanika a lomy Lineárně-elastická lomová mechanika (LELM) Lineárně-elastická lomová mechanika (LELM) Elasto-plastická."

Podobné prezentace


Reklamy Google