Únava materiálov

Vybrané časti

Doc.Ing.Vladimír Chmelko,PhD.

ÚSTAV APLIKOVANEJ MECHANIKY A MECHATRONIKY STROJNÍCKEJ FAKULTY SLOVENSKEJ TECHNICKEJ UNIVERZITY V BRATISLAVE

Únavové lomy -viac ako 75%

Príčiny únavových lomov

1. VRUBOVÉ ÚČINKY

2. NEHOMOGENITA MATERIÁLU

3. MIKROPLASTICITA

Postup únavového poškodenia v mikroštruktúre

Prístupy k hodnoteniu únavovej životnosti

- experimentálne v prevádzkových podmienkach

- experimentálne v laboratórnych podmienkach

- výpočtové hodnotenie

Výpočtové hodnotenie únavovej životnosti

 - Životnosť do iniciácie trhliny (safe – live = prevencia zlyhania) – technická alebo inžinierska

           iniciácia únavovej trhliny. Definovaná je doba, počet cyklov, kým sa vytvorí trhlina o hĺbke

           0,5 – 1 mm a na povrchu o dĺžke 1 – 2 mm

 

- Životnosť do celkového lomu (fail – safe =bezpečné al. kontrolované zlyhanie)  - životnosť

           je definovaná ako doba potrebná na vytvorenie trhliny definovanej dĺžky

 

- Únavová pevnosť (Rezerva v zaťažovaní voči vzniku únavového lomu)

Hypotézy pevnosti a multiaxial fatigue

Kritériá pevnosti (statické)

Trasformácia 3-osovej napätosti na jednoosovú z hľadiska posúdenia pevnosti

Hypotézy multiaxial fatigue

Trasformácia 3-osovej napätosti na jednoosovú z hľadiska únavového poškodenia

Hypotézy „uniaxial“ použité v prípade „multiaxial“ fatigue môžu výsledné poškodenie výrazne

podceniť aj výrazne preceniť

Hlavné otázky :

- Ktoré veličiny prispievajú k únavovému poškodeniu (s, t, e, g, tenzory s, e,...) ?

- Ktorá rovina v objeme kritického bodu je z hľadiska únavovej životnosti rozhodujúca ?

- Ktoré parametre materiálu je vhodné použiť ?

- Akú metodiku detekcie cyklov použiť pri náhodnom charaktere zaťažovania ?

Ktoré veličiny prispievajú k únavovému poškodeniu

Jednoosová napätosť, dvojosová napätosť, trojosová napätosť :

                      - každej rovine v elemente objemu sú 2 napätia s, t resp. 2 pretvorenia e, g

Prístupy v multiaxial fatigue

Large variety of criteria (stress based, strain based, energetical, based on fractural mechanics).

Stress based criterion:

Findley

McDiarmid

Matake

Carpintieri-Spagnoly

Strain based criterion:

Fatemi-Socie

Brown-Miller

Smith-Watson-Topper

- linear combination (stress, strain):

- non-linear combination (stress, strain):

Gough

Dang Van - Kritérium poruchy

KRITICKÁ ROVINA - Napäťové kritériá

Findley (1959): vyjadrené lineárnou kombináciou normálového napätia  a rozkmitu šmykového

napätia na kritickej rovine pre daný počet cyklov do lomu

- k je materiálová konštanta,  f je funkcia počtu cyklov do lomu.

 

           Kritická rovina je definovaná ako rovina s maximálnym f, teda s maximálnou hodnotou

parametra poškodenia . Podľa Findleyho orientácia kritickej roviny závisí na smere najväčšieho

hlavného napätia  a materiálovom parametre k.

Carpinteri-Spagnoli:

Kritická rovina je rovina s maximálnym rozkmitom šmykových napätí 

Poloha kritickej roviny:

Pre prípad ak pomer sc-1/t c-1 =3 je zhodná s hypotézou von Mises

Fatemi-Socie:

Šmykové pretvorenie iniciuje trhliny a normálové napätie napomáha jej otváraniu a šíreniu

Porovnanie vybraných kritérií pre kombináciu ťah-krútenie

Únava materiálov

 

           - príčiny únavových lomov

           - fyzikálna podstata únavového procesu v mikroštruktúre materiálu

           - prístupy k hodnoteniu únavovej životnosti