GLAVA 8 MEHANIKI LOM PITANJA OD ZNAAJA Na

GLAVA 8: MEHANIČKI LOM PITANJA OD ZNAČAJA. . . • Na koji način greške u materijalu iniciraju lom? • Kako se utvrđuje otpornost na lom; kako se različite klase materijala mogu uporediti? • Kako procenjujemo napon potreban za lom? • Na koji način utiču brzina i istorija opterećivanja, kao i temperatura na napon loma? Ciklična opterećenja broda usled talasa. Ciklična toplotna opterećenja računarskog čipa. Ciklično opterećenje veštačkog kuka usled hodanja. Chapter 8 - 1

DUKTILAN I KRTI LOM • Klasifikacija: • Duktilan lom je poželjan! Duktilan: upozorenje pre loma Krti: Nema upozorenja Chapter 8 - 2

PRIMER: LOM CEVI • Duktilan lom: --jedan komad --velika deformacija • Krti lom: --mnogo komada --mala deformacija Chapter 8 - 3

UMEREN DUKTILAN LOM • Razvoj do loma: • Površine preloma 50 50 mm mm (čelik) 100 mm uključci su mesta nukleacije šupljina. Prelomna površina armaturne žice automobilske gume pri zatezanju. Chapter 8 - 4

POVRŠINA KRTOG LOMA • Transkristalno • Interkristalno (unutar zrna) (granice zrna) Čelik 304 S -ASTM (metal) Čelik 316 S -ASTM (metal) 160 mm 4 mm Polipropilen (polimer) Al-oksid (keramika) 3 mm 1 mm Chapter 8 - 5

SAVRŠENI I REALNI MATERIJALI • Ponašanje napon-deformacija (sobna T): Rminženjerskih << Rmsavršenih materijala • Da. Vinči (pre 500 godina). . . --što je duža žica, potrebna je manje opterećenje za lom. • Razlozi: --greške izazivaju ubrzani lom. --veći uzorci sadrže više grešaka! Chapter 8 - 6

GREŠKE SU KONCENTRATORI NAPONA! • Eliptičan otvor na ploči: • Raspodela napona ispred otvora: • Faktor koncentracije napona: • Veliko Kt doprinosi lomu: NIJE OPASNO Chapter 8 - 7

PROJEKTOVANJE PROTIV LOMA • Izbegavati oštre prelaze! Chapter 8 - 8

KADA ĆE PRSLINA DA RASTE? • rt na vrhu prsline je vrlo mali! • Rezultat: napon na vrhu prsline je mnogo velik. • Prslina raste kada: je napon na vrhu dovoljno velik da bude: K ≥ Kc Chapter 8 - 9

GEOMETRIJA, OPTEREĆENJE, MATERIJAL • Uslov za rast prsline: K ≥ Kc Faktor intenziteta napona: --zavisi od opterećenja i geometrije. Žilavost loma: --zavisi od materijala, temperature, sredine i brzine opterećenja. • K za neka standardna opterećenja i geometriju: Chapter 8 - 10

increasing ŽILAVOST LOMA Kcmetal Kckompoz. Kcker. ≈ Kcpolim. Prema podacima iz Tabele B 5, Callister 6 e. Tip armature kompozita je: f = vlakno; sf = kratko vlakno; w = niti; p = čestice. Chapter 8 - 11

PROJEKTOVANJE PROTIV RASTA PRSLINA • Uslov rasta prsline: K ≥ Kc • Najveće prsline, sa najvećim naponima prve rastu! --Rezultat 1: Maks. veličina greške određuje projektni napon. --Rezultat 2: Projektni napon određuje maks. dimenziju greške. Chapter 8 - 12

PRIMER PROJEKTOVANJA: KRILO LETELICE • Materijal ima Kc = 26 MPa√m • Dva pristupa za razmatranje. . . Dizajn A --najveća greška je 9 mm --napon loma = 112 MPa Dizajn B --upotreba istog materijala --najveća greška je 4 mm --napon loma = ? • Primeniti. . . • Ključni moment: Y i Kc su isti kod oba dizajna. --Rezultat: 112 MPa 9 mm 4 mm Rešenje: • Smanjenje veličine greške se isplati! Chapter 8 - 13

BRZINA OPTEREĆENJA • Porastom brzine opterećenja. . . --rastu Re i Rm --opada %A • Zašto? Veća brzina daje manje vremena dislokacijama da zaobiđu prepreke. • Udarno opterećenje: --teži slučaj ispitivanja --krtije ponašanje --manja žilavost Chapter 8 - 14

TEMPERATURA • Porastom temperature. . . --rastu %A i Kc • Temperatura prelaska u krto stanje. . . Chapter 8 - 15

STRATEGIJA PROJEKTOVANJA: ODRŽAVAJ T IZNAD PRELAZNE! • Pre II sv. rata: Titanik • II sv. rat: Liberty brodovi • Problem: upotrebljen tip čelika sa prelaznom T ~ sobna temp. Chapter 8 - 16

ZAMOR • Zamor = lom usled cikličnog napona. • Napon se menja sa vremenom. --ključni parametri su sa i ssr • Ključno: zamor. . . --može izazvati lom, čak kada je smax < sc. --izaziva ~ 90% mehaničkih lomova. Chapter 8 - 17

PARAMETRI PROJEKTOVANJA SA ZAMOROM • Dinamička čvrstoća, RD: --nema zamora ako je R < RD • Podekad je dinamička čvrstoća jednaka 0! Chapter 8 - 18

MEHANIZAM ZAMORA • Prslina raste inkrementalno oko 1 do 6 • Lom vratila porast dužine prsline po ciklusu opterećenja početak prsline --prslina je rasla iako je Kmax < Kc --prslina raste brže ako • Ds raste • prslina postaje duža • raste frekvencija opterećenja. Chapter 8 - 19

PRODUŽAVANJE VEKA ZAMORA 1. Uneti pritisni površinski napon (radi suzbijanja rasta površinskih prslina) --Postupak 1: sačmarenje --Postupak 2: cementacija 2. Ukloniti koncentratore napona. Chapter 8 - 20

PUZANJE • Izraženo je na povišenoj temperaturi, T > 0, 4 Ttoplj. • Deformacije se menjaju sa vremenom. Chapter 8 - 21

PUZANJE U II FAZI • Veći deo radnog veka komponenata je u II fazi. • Brzina deformacije je konstantna pri zadatim T i s --deformaciono ojačavanje je uravnoteženo oporavljanjem . brzina deformacije konstanta materijala eksponent napona (parametar materijala) aktivaciona energija puzanja (parametar materijala) primenjeni napon • Brzina deformacije raste kod većih T i s Chapter 8 - 22

LOM USLED PUZANJA • Lom: • Procena vremena do loma S 590 gvožđe, T = 800°C, s = 200 MPa duž granica zrna. šupljine na gr. zrna delujući napon 24 x 103 K-log č • Vreme do razaranja, tr temperatura funkcija delujućeg napona vreme do loma (razaranja) 1073 K Rešenje: tr = 233 č. Chapter 8 - 23

ZAKLJUČAK • Inženjerski materijali nemaju teorijsku čvrstoću. • Greške proizvode koncentraciju napona čime se izaziva prerani lom. • Oštri prelazi proizvode veće koncentracije napona i prerani lom. • Tip loma zavisi od T i napona: -kod necikličnih s i T < 0, 4 Ttoplj, napon loma opada sa: porastom maksimalne veličine greške, smanjenjem T, porastom brzine opterećenja. -kod cikličnog s: broj ciklusa do loma opada pri porastu Ds. -kod viših T (T > 0, 4 Ttoplj): vreme do loma opada sa porastom s ili T. Chapter 8 - 24