Výpočtová analýza II Milan Růžička

Prezentace na téma: "Výpočtová analýza II Milan Růžička"— Transkript prezentace:

1 Výpočtová analýza II Milan Růžička
WCFA 2011 Výpočtová analýza II Milan Růžička ČVUT FS & ČSM 1 WCFA'11 & PUM04

2 Obsah Metody predikce životnosti Metoda nominálních napětí
Metoda lokálních elastických napětí Metoda lokálních deformací Metody lomové mechaniky ČVUT FS & ČSM WCFA'11 & PUM04

3 Metody predikce životnosti
ČVUT FS & ČSM 3 WCFA'11 & PUM04

4 NSA – Metoda nominálních napětí (Nominal Stress Approach)
Uniaxiální metody (pro jednoosou ekvivalentní napjatost) NSA – Metoda nominálních napětí (Nominal Stress Approach) LESA - Local Elastic Stress Approach LPSA - Local Plastic Stress (Strain) Approach FMA - Fracture Mechanics Approach ČVUT FS & ČSM WCFA'11 & PUM04

5 Metody predikování životnosti
Poskytnout výpočtový odhad počtu kmitů (doby) do poškození nebo určit bezpečnost pro trvalý život ČVUT FS & ČSM WCFA'11 & PUM04

6 Metoda NSA ČVUT FS & ČSM WCFA'11 & PUM04

7 Únavové křivky napětí (S-N křivky)
Wőhlerova křivka – statistický přehled Mez únavy Řízení síly, napětí – měkké zatěžování R=const. nebo sm=const. Mez únavy (Endurance limit, Fatigue limit) sC Pravděpodobnost poruchy P [%] ČVUT FS & ČSM WCFA'11 & PUM04

8 Únavové křivky napětí (S-N křivky)
ČVUT FS & ČSM WCFA'11 & PUM04

9 Wőhlerova křivka – aproximace
mocninný tvar Basquin Weibull Věchet - Kohout ČVUT FS & ČSM WCFA'11 & PUM04

10 Ekvivalentní napětí kmitu
Přepočet dle Landgrafa a Morrowa: = převod napěťových kmitů s různou střední složkou, na smluvní symetricky střídavé nebo míjivé kmity se stejným únavovým účinkem. SWT parametr: MIL HDBK: pro p=0,5 přejde v Odinga Přepočet dle Odinga: ČVUT FS & ČSM 10 WCFA'11 & PUM04

11 Vliv vrubů na únavu - VCÚ
Součinitel tvaru Součinitel vrubu ČVUT FS & ČSM WCFA'11 & PUM04

12 Různá vyjádření vlivu vrubů
Součinitel vrubu Součinitel vlivu únavy Thum Neuber Peterson Heywood ČVUT FS & ČSM WCFA'11 & PUM04

13 Metoda NSA Vyhodnocované veličiny Součinitel tvaru Součinitel vrubu
Poměrný gradient napětí Závislost Kf na počtu cyklů resp. změna čintele únavy ČVUT FS & ČSM WCFA'11 & PUM04

14 Metoda NSA Aproximace S-N křivek vzorků
pro různou vrubovitost a gradient Amplituda napětí [MPa] Heywood (E, B – regresní parametry) Počet kmitů N ČVUT FS & ČSM WCFA'11 & PUM04

15 Metoda NSA Tvorba syntetických únavových křivek pro obecnou vrubovitost a gradient Součinitel vrubu Kf (N) Amplituda napětí [MPa] Kf (N) Počet kmitů N Počet kmitů N ČVUT FS & ČSM WCFA'11 & PUM04

16 Metoda NSA ČVUT FS & ČSM WCFA'11 & PUM04

17 Uniaxiální metody (pro jednoosou ekvivalentní napjatost)
NSA – Metoda nominálních napětí (Nominal Stress Approach) LESA - Metoda lokálních elastických napětí (Local Elastic Stress Approach) LPSA - Local Plastic Stress (Strain) Approach FMA - Fracture Mechanics Approach ČVUT FS & ČSM WCFA'11 & PUM04

18 Metoda LESA Vyhodnocují se elastická napětí ve vrubu
Fiktivní elastické napětí ve vrubu Fiktivní nevrubovaný vzorek Reálná součást s vrubem Vyhodnocují se elastická napětí ve vrubu Protože je třeba napětí korigovat: Koriguje se zvýšením odolnosti na S-N křivce → fiktivní S-N křivka ve vrubu snížením špiček napětí ve vrubu + S-N křivka hladkého dílu ČVUT FS & ČSM WCFA'11 & PUM04

19 Metoda LESA ČVUT FS & ČSM WCFA'11 & PUM04

20 Metoda LESA Fiktivní S-N křivka ve vrubu ČVUT FS & ČSM WCFA'11 & PUM04

21 Metoda LESA Snížené špičky napětí ve vrubu + S-N křivka hladkého dílu
ČVUT FS & ČSM WCFA'11 & PUM04

22 Metoda LESA – aplikace Eichlseder
Nd ČVUT FS & ČSM WCFA'11 & PUM04

23 Metoda LESA ČVUT FS & ČSM WCFA'11 & PUM04

24 LPSA –Metoda lokálních elasto-plastických napětí a deformací
Uniaxiální metody (pro jednoosou ekvivalentní napjatost) NSA – Metoda nominálních napětí (Nominal Stress Approach) LESA - Metoda lokálních elastických napětí (Local Elastic Stress Approach) LPSA –Metoda lokálních elasto-plastických napětí a deformací (Local Plastic Stress (Strain) Approach FMA - Fracture Mechanics Approach ČVUT FS & ČSM WCFA'11 & PUM04

25 Únavová křivka deformace
Mansonova-Coffinova křivka ČVUT FS & ČSM WCFA'11 & PUM04

26 Metoda LPSA skutečná lokální deformace a napětí ve vrubu Fiktivní nevrubovaný vzorek Reálná součást s vrubem Vyhodnocují se lokální deformace a napětí ve podle vhodného elasto-plastického modelu Uvažuje se Mansonova-Coffinova únavová křivka pro deformace Určuje se tzv. poškozovací parametr P (uvážení různých veličin) ČVUT FS & ČSM WCFA'11 & PUM04

27 Skutečné lokální napětí a deformace
Součinitel tvaru (s. koncentrace elastických napětí) Součinitel koncentrace napětí Součinitel koncentrace deformace e B efic S B’ s A A’ sfic=aS s =asS e=aee tg a=E tg b=Esec C’ C ČVUT FS & ČSM WCFA'11 & PUM04

28 Metody ekvivalence energie
Neuber Glinka ČVUT FS & ČSM WCFA'11 & PUM04

29 Zobecněné Neuberovo pravidlo
m=0 platí pro tvrdé zatěžování, tj. napětí deformačního původu rovnoměrně rozdělené po průřezu m=1 platí pro měkké zatěžování, tj. napětí silového původu rovnoměrně rozdělené po průřezu m=0,1 pro napětí deformačního původu mimo vruby (např. teplotní pnutí) m=0,5 pro vruby zatížené silově i deformačně (Neuberovo pravidlo) m=0,6 pro napětí silového původu nerovnoměrně rozložená po průřezu (např. při ohybu). ČVUT FS & ČSM WCFA'11 & PUM04

30 Ekvivalentní napětí kmitu
Přepočet dle Landgrafa a Morrowa: = převod napěťových kmitů s různou střední složkou, na smluvní symetricky střídavé nebo míjivé kmity se stejným únavovým účinkem. SWT parametr: Přepočet dle Odinga: MIL HDBK: pro p=0,5 přejde v Odinga ČVUT FS & ČSM 30 WCFA'11 & PUM04

31 SWT (poškozovací) parametr
SWT parameter Únavová křivka SWT ČVUT FS & ČSM WCFA'11 & PUM04

32 Predikce životnosti 1 10 100 1000 10000 100000 1.E+01 1.E+02 1.E+03
Počet půlkmitů 2N SWT parametr ČVUT FS & ČSM WCFA'11 & PUM04

33 Další metody predikce životnosti
Landgraf: Smith, Watson,Topper: Bergmann: Erdogan a Roberts: Morrow: Feltner: Haibach: Pospíšil: Morrow Feltner ČVUT FS & ČSM WCFA'11 & PUM04

34 FMA – Metody Lomové mechaniky
Uniaxiální metody (pro jednoosou ekvivalentní napjatost) NSA – Metoda nominálních napětí (Nominal Stress Approach) LESA - Metoda lokálních elastických napětí (Local Elastic Stress Approach) LPSA –Metoda lokálních elasto-plastických napěít a deformací (Local Plastic Stress (Strain) Approach FMA – Metody Lomové mechaniky (Fracture Mechanics Approach) ČVUT FS & ČSM WCFA'11 & PUM04

35 Metoda FMA ČVUT FS & ČSM WCFA'11 & PUM04

36 Únavové trhliny Vruby versus trhliny Neuber
singularita napětí v kořeni trhliny ČVUT FS & ČSM WCFA'11 & PUM04

37 Např. krajová průchozí trhlina – jednoosá napjatost
Únavové trhliny Např. krajová průchozí trhlina – jednoosá napjatost Módy namáhání trhlin Kritérium křehkého lomu ČVUT FS & ČSM WCFA'11 & PUM04

38 kritická délka trhliny
Únavové trhliny bezpečná doba šíření délka trhliny kritická délka trhliny Interval Interval min. detekovatelná t. život 38 ČVUT FS & ČSM WCFA'11 & PUM04

39 Šíření trhlin při cyklickém zatěžování
Únavové trhliny Šíření trhlin při cyklickém zatěžování I: šíření krátkých trhlin nešířící se makrotrhliny II: stabilní růst únavové trhliny Parisova rovnice III: nestabilní šíření, lom ČVUT FS & ČSM WCFA'11 & PUM04

40 Rychlost šíření dlouhých a krátkých trhlin
Únavové trhliny Rychlost šíření dlouhých a krátkých trhlin Krátké trhliny Dlouhé trhliny ČVUT FS & ČSM WCFA'11 & PUM04

41 Únavové trhliny Trhliny ve vrubech Dlouhé trhliny
Faktor KI je nezávislý na vrubu aef=d+a Krátké trhliny (a/d nebo r/d )  Koncentrace zvyšuje rozkmit KI ve vrubu Lukáš, Klesnil formule ČVUT FS & ČSM WCFA'11 & PUM04

42 Analytický postup vs. K-kalibrace (MKP)
Únavové trhliny Analytický postup vs. K-kalibrace (MKP) (Jurenka, Růžička, 2000) ČVUT FS & ČSM WCFA'11 & PUM04

43 Metoda FMA ČVUT FS & ČSM WCFA'11 & PUM04