Liniowa mechanika zniszczenia LFM Cz 2 Zmczenie LFM

Liniowa mechanika zniszczenia (LFM) Cz. 2. Zmęczenie

LFM - zmęczenie Obserwowane od dawna wraz z rozwojem techniki budowy statków … X wiek XV wiek IX wiek

LFM - zmęczenie Statek pracuje przemiennie jak belka wspornikowa i wolnopodparta Pokład rozciągany! Kil ściskany W Xi. X w. i aż do połowy wieku XX nie potrafiono sobie poradzić z problemem pęknięć wywołanych zmęczeniem. Kil rozciągany! Pokład ściskany

Katastrofa transportowca SS Schenctady, 16. 01. 1943, Portland, OR

LFM - zmęczenie … obserwowane od dawna w wyniku rozwoju kolei parowych … „Rakieta („The Rocket” ), pierwszy parowóz S. G. Stephensonów, 1929

LFM - zmęczenie Przekrój poprzeczny osi M A A t

LFM - zmęczenie Granica zmęczenia A. Wöhler (1819 -1914) Wykres Wöhlera dla zmęczenia wysoko-cyklicznego Maszyna Wöhlera do badań zmęczeniowych

LFM - zmęczenie Naprężenie maksymalne cyklu Pełny (schematyczny) wykres Wöhlera Wytrzymałość nisko-cykliczna Rm Wytrzymałość wysokocykliczna Granica zmęczenia ZG <103 Wytrzymałość quasi-statyczna 104 105 106 107 Liczba cykli do zniszczenia

LFM - zmęczenie Mechanizm zniszczenia [S. Kocańda, J. Szala: Podstawy obliczeń zmęczeniowych, PWN 1991] Typowy przełom zmęczeniowy i jego typowe strefy: 1, 2, 3 – ognisko, 4, 5, 6 – przełom zmęczeniowy, 7 – przełom doraźny

LFM – zmęczenie -revisited Typowy przełom zmęczeniowy i jego typowe strefy i ich udział w czasie trwania procesu: 1, 2, 3 – ognisko 4, 5, 6 – przełom zmęczeniowy – do 20% 7 – przełom doraźny – do 80% - poniżej 1% Inicjacja i kumulacja uszkodzeń Pod-krytyczna propagacja pęknięcia, mech. pękania Po-krytyczna propagacja pęknięcia, dyn. mech. pękania MATERIALNY PROCES niszczenia

LFM - zmęczenie Typowe obciążenia i odpowiadające im mechanizmy (próbki gładkie)

LFM - zmęczenie Typowe obciążenia i odpowiadające im mechanizmy próbki gładkie i z karbami)

LFM - zmęczenie Charakterystyki obciążenia zmęczeniowego σ σm - naprężenie średnie σmax σm σmin 2σa t T Współczynnik asymetrii cyklu Współczynnik stałości obciążenia σa – amplituda naprężenia f - częstotliwość Dla dużych t T – okres

LFM - zmęczenie σ σmax σm σmin 2σa Współczynnik asymetrii cyklu Współczynnik stałości obciążenia t T σ σmax σm σmin 2σa Cykl tętniący: t R=0 σ σmax σm σmin Cykl wahadłowy: σa t σa σ σmax σm σmin =1 t σa σa R = -1 =0 R=? Odpowiedź: R = -1

LFM - zmęczenie Podstawowe badania zmęczeniowe Próba zginana obrotowego (wahadłowa): σmax = σa Wytrzymałość zmęczeniowa ZG – maksymalne naprężenie cyklu, przy którym próbka nie ulegnie zniszczeniu po osiągnięciu umownej liczby cykli No m σm =0 1 Dla stali m 10

LFM - zmęczenie Podstawowe badania zmęczeniowe Zależności wytrzymałości zmęczeniowej od rodzaju próby Zginanie obrotowe Zgo 0, 4 0, 6 Rm Skręcanie wahadłowe Zso 0, 55 Zgo Rozciągnie/ściskanie wahadłowe Zrc 0, 7 Zgo

LFM - zmęczenie Losowy charakter procesu zniszczenia zmęczeniowego

LFM - zmęczenie Zmęczenie przy cyklach asymetrycznych (σm 0) Wykres Haigha i jego wersje uproszczone Cykl wahadłowy σm=0 Zt /2= T - Rm σa 0 Aproksymacja Soderberga σ Zw = W Rm σmax σm σmin σa t σa σm Cykl tętniący σmax= 2σa=Zt Zt /2= T σa=Zt/2 = σm σ Aproksymacja Goodmana σmax σm σmin 2σa t

LFM - zmęczenie Czynniki wpływające na wytrzymałość zmęczeniową Wpływ karbu Wpływ kształtu karbu 1 σ max σn ak Wsp. działania karbu d r Wsp. wrażliwości na działanie karbu r /d

LFM - zmęczenie Czynniki wpływające na wytrzymałość zmęczeniową Wpływ stanu powierzchni Wpływ korozji e Wpływ wielkości elementu 1 Warunek projektowania D>d Wsp. napr. wł. D/d Wsp. ef. udar. >>1 Wsp. rozrzutu Wsp. jakości kontroli Wsp. ważności el. Wsp. toler. wym.