Příklady.

Slides:



Advertisements
Podobné prezentace
Prutové těleso, výsledné vnitřní účinky prutů
Advertisements

Téma 5 Metody řešení desek, metoda sítí.
OBDÉLNÍKOVÝ PRŮŘEZ Prof. Ing. Milan Holický, DrSc.
NÁVRH CEMENTOBETONOVÉHO KRYTU
Použitelnost Obvyklé mezní stavy použitelnosti betonových konstrukcí podle EC2: ·      mezní stav omezení napětí, ·      mezní stav trhlin, ·      mezní.
Metoda konečných prvků
Obruba P. Traumacentrum Ústí n.L. Stejskal L. IBM, Seattle Biomedicínský výzkum s podporou evropských zdrojů v nemocnicích 23. – , Ústí nad.
TruTOPS BEND – ohýbání (ohraňování)
Únava materiálu Úvod Základní charakteristiky únavového zatěžování
MECHANIKA KOMPOZITNÍCH MATERIÁLŮ
18. Deformace pevného tělesa
Mechanické vlastnosti materiálů.
Tato prezentace byla vytvořena
Prostý beton - Uplatnění prostého betonu Charakteristické pevnosti
Výpočtová analýza II Milan Růžička
Téma 8, Nelineární chování materiálů, podmínky plasticity.
Téma 3 Metody řešení stěn, metoda sítí.
Téma 7, modely podloží Úvod Winklerův model podloží
Části a mechanismy strojů 1
Pružiny.
Mechanika s Inventorem
Autorem materiálu a všech jeho částí, není-li uvedeno jinak, je Ing. Bc. Zdeňka Soprová. Dostupné z Metodického portálu ; ISSN Provozuje.
STABILITA NÁSYPOVÝCH TĚLES
Prostý ohyb Radek Vlach
DEFORMACE PEVNÝCH TĚLES
Stísněná plastická deformace
Různé druhy spojů a spojovací součásti
PŘEHLED SPOJŮ Spoje Spojovací materiál (součásti) Rozebíratelné spoje
Tato prezentace byla vytvořena
Střední odborné učiliště stavební, odborné učiliště a učiliště
Nelineární statická analýza komorových mostů
Volné kroucení masivních prutů
Téma 7, ODM, prostorové a příčně zatížené prutové konstrukce
předpoklady: Klasická laminační teorie - předpoklady
ANALÝZA KONSTRUKCÍ 8. přednáška.
ANALÝZA KONSTRUKCÍ 2. přednáška.
Tato prezentace byla vytvořena
Struktura a vlastnosti pevných látek. Deformace pevných těles.
Výpočty přírubového spoje
Prostý tah a tlak Radek Vlach
Jiří Niewald, Vladimír Křístek, Jan Křížek
Vyšetřování stěn s otvory
Mezní stav pružnosti Radek Vlach
Prostý krut Radek Vlach
Další úlohy pružnosti a pevnosti.
Opakování.
Výpočet přetvoření staticky určitých prutových konstrukcí
Kontrolní práce č Části a mechanismy strojů 2M.
PRUŽNOST A PEVNOST Název školy
Konference Modelování v mechanice Ostrava,
Pružnost a pevnost Výpočet zkrucovaných pružin 13
Únavová pevnost velkých hřídelů
Nelineární statická analýza komorových mostů
Části a mechanismy strojů 1
Kmitání mechanických soustav I. část - úvod
Poděkování: Tato experimentální úloha vznikla za podpory Evropského sociálního fondu v rámci realizace projektu: „Modernizace výukových postupů a zvýšení.
PRUŽNOST A PEVNOST Název školy
Nelineární analýza únosnosti předpjatých komorových mostů Numerická simulace s nelineárním materiálovým modelem Stavební fakulta ČVUT Praha Jiří Niewald,
Téma 12, modely podloží Úvod Winklerův model podloží
Téma 6 ODM, příhradové konstrukce
Měření zatížení protéz dolních končetin tenzometrickou soupravou.
VY_32_INOVACE_17_1_16.
Číslo projektuCZ.1.07/1.5.00/ Název školyGymnázium, Soběslav, Dr. Edvarda Beneše 449/II Kód materiáluVY_32_INOVACE_33_11 Název materiáluDeformace.
Fyzika kondenzovaného stavu
Fyzika kondenzovaného stavu
Obchodní akademie a Střední odborná škola, gen. F. Fajtla, Louny, p.o.
Obchodní akademie a Střední odborná škola, gen. F. Fajtla, Louny, p.o.
Rovinné nosníkové soustavy II
Rotačně symetrické úlohy Tenké kruhové desky
Stabilita a vzpěrná pevnost prutů
Transkript prezentace:

Příklady

Př.: Pístní čep Zkontrolovat bezpečnost při namáhání pístního čepu při nesymetricky střídavém zatěžovacím cyklu. Zatížení pístu: Fh =  50 000 N, Fd = –10 000 N, R = –0,2. materiál čepu: uhlíková ocel 12 XXX: σpt = 1 100 MPa, σkt = 600 MPa, σco = 0,43σpt = 473 MPa, leštěno.

Namáhání Namáhání čepu: Maximální ohybový moment uprostřed čepu: Daný moment způsobí na površkách čepu v daném místě kladné i záporné ohybové napětí, kritické je však takové místo, kde je největší tahové namáhání.

Namáhání Ohybová napětí:

NSA – parametry materiálu součást bez vrubu a jiného koncentrátoru: povrch leštěný: velikost vzorku:

Haighův diagram

MKP řešení – jiné kritické místo ? elementy C3D20, C3D27 kontaktní úloha!!!

MKP řešení – jiné kritické místo ? nelineární geometrie (ALF) (velké posuvy a natočení) kontakt „master-slave“ mezi čepem a ojnicí, ojnicí a pístem, pístem a čepem (včetně tření 0,15) deformace zvětšena 100x

MKP řešení – jiné kritické místo ? dolní horní

Př.: Pružina Fh = 2 000 N (po zatížení) Fd = 500 N (bez zatížení, jen stlačení do pracovního prostoru) F průměr pružiny D = 90 mm průměr drátu d = 14 mm stoupání p = 28 mm 8 činných závitů doba provozu 5 let frekvence 1 Hz

Materiál pružiny 14 260.7 σpt = 1509 MPa σkt = 1328 MPa 14 260.7 σpt = 1509 MPa σkt = 1328 MPa w = 5 pro N < 106 w = 15 pro N > 106 . Časovaná mez únavy sbíhavost

Lineární teorie pružnosti tah-tlak (normálová síla): ohyb (ohybový moment): smyk (posouvající síla): krut (krouticí moment): těsně vinutá pružina: tenká pružina: momentové účinky převažují nad silovými, tj. zanedbávají se N, T . tenká těsně vinutá pružina:

Namáhání – výsledky (LTP) Gőhner: veličina „d“ „h“ „a“ „m“ Mk [N.mm] 22,50 90,00 33,75 56,25 τnom [MPa] 41,76 167,04 62,64 104,40 τ=τmax[MPa] 50,95 203,79 76,42 127,37

Wőhlerova křivka – smykové napětí : Wőhlerova křivka – smykové napětí časovaná mez únavy

Mez únavy, fiktivní napětí

Haighův diagram

Haighův diagram

Bezpečnost k

MKP model - ABAQUS 23 552 elementů C3D20 113 457 uzlů – 340 371 neznámých

MKP – výsledky odezvy na zatížení nelineární geometrie (ALF) (velké posuvy a natočení) uvažování všech složek VSÚ deformace 1:1

MKP – výsledky odezvy na zatížení dolní horní

Pružina – výsledky zatížení lineární teorie pružnosti MKP (ALF) Smykové napětí [MPa] HMH napětí [MPa] „d“ 50,95 88,25 99,96 „h“ 203,79 352,97 399,20 „a“ 76,42 132,36 149,62 „m“ 127,37 220,61 249,58

Jsou dány meze únavy pro ohyb Př.: Hřídel ρ ocel 12040: Rm = 700 MPa Rp0,2 = 560 MPa D d Hřídel je namáhán míjivým krouticím momentem a symetricky střídavým ohybem Jsou dány meze únavy pro ohyb (300 MPa) a krut (175 MPa) soustruženo: Ra=1,6

Namáhání (menší průřez)

různé způsoby určení součinitele vrubu… Odhady meze únavy různé způsoby určení součinitele vrubu…

Součinitel vrubu - ohyb Thum Peterson Neuber Heywood

Součinitel vrubu - krut Thum Peterson Neuber Heywood

Bezpečnost – různé přístupy… A

A) Haighův diagram k

B) Haighův diagram - ohyb

B) Haighův diagram - krut

B) Kombinace namáhání k

C) Kombinace namáhání s ekvivalentní amplitudou napětí (…)

Př.: Prutová soustava – SU Fh =  + 10 000 N Fd =   - 10 000 N určit bezpečnost pro teoreticky nekonečnou životnost h 2a F a/2 absolutně tuhý trám h = 1 000 mm a = 500 mm mez pevnosti materiálu prutů 600 MPa hladké pruty, kruhový průřez 100 mm2 povrch prutů leštěn – souč. jak. povrchu 0,95 součinitele velikosti všech prutů 0,98

Př.: Prutová soustava – SN Fh =  + 20 000 N Fd =   - 20 000 N určit bezpečnost pro teoreticky nekonečnou životnost h a F a/2 absolutně tuhý trám h = 1 000 mm a = 500 mm mez pevnosti materiálu prutů 600 MPa hladké pruty, kruhový průřez 100 mm2 povrch prutů leštěn – souč. jak. povrchu 0,95 součinitele velikosti všech prutů 0,98

Př.: Prutová soustava – SU – 2 parametry určit maximální rozmezí symetricky střídavých sil (působících ve fázi) pro teoreticky nekonečnou životnost v závislosti na úhlu alfa l = 1 000 mm mez pevnosti materiálu prutů 600 MPa hladké pruty, kruhový průřez 100 mm2 povrch prutů leštěn – souč. jak. povrchu 0,95 součinitele velikosti všech prutů 0,98 V H l a 1 2 V H N1 N2

Př.: Prutová soustava – SU – 2 parametry zakreslení diagramu pro mezní stav: b) d) c) a) bezpečnost OK jeden prut na mezi únavy součásti, tj. v jednom prutu bezpečnost rovna jedné

Př. – Předepjatý šroubový spoj Určete míru bezpečnosti spoje při namáhání míjivou silou F0 = 30 kN a předpětím v mezích 30÷70 kN. Spoj se skládá z ocelového šroubu M20x2,5 (řezaného závitu) a přírub potrubí. materiál šroubu (při 25°C): pt = 550 MPa k = 350 MPa poddajnosti: průměr jádra šroubu:

Silový rozbor M Q F Při utahování šroubu kroutícím momentem M vzniká osová síla předpětí Q. Díky tomuto předpětí dochází k deformaci jak šroubu tak i spojovaných součástí: Šroub se prodlouží o: Příruby se stlačí o: Poddajnosti c1 a c2 lze určit dle: l1 je celková délka spojovaných součástí + výška matice (mm) E1 je modul pružnosti v tahu materiálu šroubu (MPa) A1 je střední průřez závitu (mm) l2 je délka spojovaných součástí (mm) E2 je modul pružnosti v tahu spojovaného materiálu (MPa) A2 je plocha průřezu tzv. tlakového dvojkužele

Pracovní diagram šroubového spoje přírub. příruba Fš F1 Fp  Q  lstat F F2   stav po dotažení: odsednutí přírub: zatížení vnější kmitající silou F:

Pracovní diagramy šroubového spoje

Napětí ve šroubu Napětí ve šroubu je funkcí zátěžné síly F:  Qc/(c-1)=1.1Q tg = 1/c  <   F  >   =  Q/(c-1) Napětí ve šroubu je funkcí zátěžné síly F: ad b) zatížení vnější kmitající silou F: ad c) odsednutí přírub: Při provozním zatížení silou F0 = 30 kN a neznámém předpětí Q lze zatím určit jen ad b)

Mez únavy šroubu pt c  [ - ] cx [MPa] [MPa] Ocel (ekvivalent) Výpočet meze únavy cx šroubu bude bez experimentálních podkladů velmi nejistý. Podle některých zkoušek je součinitel vrubu  šroubu vysoký! Podklady pro výpočet: experimentální data (platná pro závity M < 16  VLIV VELIKOSTI ŠROUBU) Ocel (ekvivalent) pt [MPa] c  [ - ] cx [MPa] řezaný válcovaný 35 (11 550) 500 180 3,6 2,8 50 65 45 (12 050) 650-800 220 3,7 60 80 30 ChGSA (14 331) 950-1100 300 4,0 3,0 75 100 30 ChA (14 140) 800 Vliv velikosti:

Mez únavy šroubu Korekce na střední napětí m: Pro nesymetrické zatěžování při m  0,5 p0,2 se provádí korekce na střední napětí. Pro řešený případ vychází: Z tabulky (ocel 11 550, řezaný závit): Korekce na Korekce na velikost:

Mez únavy šroubu Wöhlerovy křivky spojů: Platí pro oceli s pt = 900÷1200 MPa, válcovaný závit. logAx  106 M8 logN 105 107 104 M24 300 200 70 50 Interpolace na M20:

Mez únavy šroubu empirický vztah dle Heywooda: klasický vztah: Závěr: s přihlédnutím k experimentům:

Bezpečnost šroubového spoje Rekapitulace: Mez únavy šroubu při m  200 MPa je cx = 35 MPa Namáhání: ad b)   : ad c)  > : Předpokládá se, že provozní síla se bude zvyšovat z počáteční hodnoty F0 = 30 kN na hodnotu mezní, kdy nastává únavový lom. Předpokládat proporcionální růst síly podle vztahu:

Bezpečnost šroubového spoje a  P:  = 1 cx  m Rm A m M M:  = kc Při provozní síle: Na mezní čáře: Mezní čára (čára „dynamické pevnosti“) Haighova diagramu (lineární):

Bezpečnost šroubového spoje b) neodsednutí přírub: c) odsednutí přírub: Mezní čára (čára „dynamické pevnosti“) Haighova diagramu (lineární):

Bezpečnost šroubového spoje ad b) zatížení vnější kmitající silou F: ad c) odsednutí přírub: Diskuze: S rostoucím předpětím roste a, ale bezpečnost k1 > 2,0 je dostatečná. S poklesem předpětí roste riziko odsednutí přírub c) a pokles bezpečnosti pod k2 < 2,0  nutné dotahovat spoje.

Bezpečnost šroubového spoje Optimální předpětí?

Úpravy pro zvýšení únavové odolnosti Šroub je namáhán pulzujícím tahem (pokud se neuvažuje ohybové namáhání od např. nerovnoběžnosti dosedacích ploch pod hlavou šroubu a maticí). Závit představuje vysoký koncentrátor napětí  dochází k přetěžování prvního závitu v matici  poruchy únavou. Východiskem mohou být různé konstrukční úpravy  rovnoměrnější rozložení silového toku závitem  snížení součinitele vrubu .

Úpravy pro zvýšení únavové odolnosti

Úpravy pro zvýšení únavové odolnosti