Integralność konstrukcji

Transkrypt

1 1 Integrlność konstrukcji Wykłd Nr 5 PROJEKTOWANIE W CELU UNIKNIĘCIA ZMĘCZENIOWEGO Wydził Inżynierii Mechnicznej i Robotyki Ktedr Wytrzymłości, Zmęczeni Mteriłów i Konstrukcji

2 2 ) Zmniejszenie wrżliwości n krb q (ptrz równnie 4.19) przez odpowiedni dobór prmetrów geometrycznych w celu minimlizcji współczynnik ksztłtu (koncentrcji nprężeń) k t, por. rys. 4.15, 4.22, 4.23 i przykłdy n rys Rys. 5.1 Typowe miejsce pękni zmęczeniowego w wle stopniownym () i przykłdy redukcji spiętrzeni nprężeń (b), (c)

3 3 ) Zmniejszenie wrżliwości n krb q (ptrz równnie 4.19) przez odpowiedni dobór prmetrów geometrycznych w celu minimlizcji współczynnik ksztłtu (koncentrcji nprężeń) k t, por. rys. 4.15, 4.22, 4.23 i przykłdy n rys Rys. 5.2 Typowe pęknięci zmęczeniowe w otworze wpustowym () i przykłd redukcji spiętrzeni nprężeń (b)

4 4 b) uniknięcie frettingu (gdy możliwe są młe przemieszczeni między cisno przylegjącymi powierzchnimi, tlenki metli obecne tm zwykle w formie proszku powodują uszkodzenie powierzchni. Konsekwencj - inicjcj i rozwój pęknięć zmęczeniowych). Przykłdy: rys. 5.3 i 5.4. Rys. 5.3 Typowe miejsc pęknięć zmęczeniowych () i niektóre sposoby ich uniknięci (b).

5 5 N f () = cykli k t () = 13 k t (c) = 4. 1 N f (b) = cykli (= 5Nf () ) k t (b) = 8. 1 N f (d) > cykli (> 620Nf () ) k t (c) = 3. 2 Rys. 5.4 Przykłdy rozwiązń konstrukcyjnych połączeń śrubowych: ) połączenie zkłdkowe (jednocięte) stopniowne, b) połączenie dwucięte, c) połączenie zkłdkowe ukosowne, d) połączeni dwucięte podwójnie ukosowne. Celowość stosowni przedstwionych wyżej geometrii: ) i c) - minimlizcj nprężeń zginjących; b) i d) - brdziej równomierne przenoszenie obciążeń przez śruby kutek: n rys. 5.4 podno szcunkowe wrtości współczynnik k t orz trwłości N f obserwowne w bdnich próbek o dnej geometrii ze stopu 7075-T6 przy R=0.5 [1]. [1] ines G. Wismn J.K (red) Zmęczenie Metli. WNT W-w, (tytuł org. Metl Ftigue, tłum. A. Turno)

6 6 c) tosownie zbiegów wprowdzjących n powierzchni ujemne nprężeni wstępne w miejscu krbu, które nkłdją się n obciążeni użytkowe, powodując obniżenie nprężeń średnich (młotkownie, śrutownie, wstępne przeciążenie dodne do loklnych nprężeń powyżej Re ) Rys. 5.5 Odciążenie elementu z krbem po uprzednim loklnym płynięciu. Wykres - w krbie i rozkłd nprężeń resztkowych w przekroju krbu: ) bez loklnego uplstycznieni przy odciążeniu (k t 2R e ); b)loklne uplstycznienie przy odciążeniu (k t 2R e ); r - nprężeni wstępne w krbie

7 7 c) tosownie zbiegów wprowdzjących n powierzchni ujemne nprężeni wstępne w miejscu krbu, które nkłdją się n obciążeni użytkowe, powodując obniżenie nprężeń średnich (młotkownie, śrutownie, wstępne przeciążenie dodne do loklnych nprężeń powyżej Re ) Uwg: ujemne przeciążenie wstępne o tej smej wrtości spowodowłoby strefę plstyczną z rozciągjącymi nprężenimi resztkowymi.

8 8 d) tosownie zbiegów wprowdzjących n powierzchni ujemne nprężeni wstępne w miejscu krbu, które nkłdją się n obciążeni użytkowe, powodując obniżenie nprężeń średnich (młotkownie, śrutownie, wstępne przeciążenie dodne do loklnych nprężeń powyżej Re ) cykl eksplotcyjny R e cykl rzeczyw isty - R e m, e m m, e - R e Rys. 5.6 Obniżenie nprężeń średnich w krbie dzięki ujemnym nprężeniom wstępnym ( r = R e ).

9 WPÓŁCZYNNIKI BEZPIECZEŃTWA Wprowdz się je w celu zrekompensowni niedokłdnych złożeń w obliczenich (np.: niepewność co do obciążeń, sttystycznej zmienności wytrzymłości zmęczeniowej mteriłu, wpływu procesu technologicznego, środowisk i in.). Wyodrębnić możn 3 podejści związne z doborem współczynników bezpieczeństw:

10 WPÓŁCZYNNIKI BEZPIECZEŃTWA Ŝ, Nˆ - mplitud nprężeni i trwłość oczekiwn w eksplotcji; = f(n f ) krzyw N odnosząc się do zniszczeni Podejście 1: Redukcj nprężeń w krzywej N przez współczynnik bezpieczeństw w nprężenich ( s = 1.52 lub więcej) (5.1) ˆ gdzie: f N Nˆ, p. A rys. 5.7 f tąd krzyw projektow m równnie: f Nˆ ˆ (5.2)

11 WPÓŁCZYNNIKI BEZPIECZEŃTWA Ŝ, Nˆ - mplitud nprężeni i trwłość oczekiwn w eksplotcji; = f(n f ) krzyw N odnosząc się do zniszczeni Podejście 2: Redukcj trwłości w krzywej N przez współczynnik bezpieczeństw w trwłościch ( N = lub więcej) N N f (5.3) Nˆ przy czym: ˆ f, punkt B rys. 5.7 N f tąd krzyw projektow m równnie: ˆ f N Nˆ (5.4)

12 5.2. WPÓŁCZYNNIKI BEZPIECZEŃTWA Podejście 1: Podejście 2: ˆ N N f Nˆ ˆ f Nˆ ˆ f N Nˆ Rys. 5.7 Współczynniki bezpieczeństw w nprężenich s i w trwłościch N, w celu otrzymni projektowych krzywych N. Oznczeni:, Nˆ - mplitud nprężeni i trwłość oczekiwn w eksplotcji; Ŝ = f(n f ) krzyw N odnosząc się do zniszczeni 12

13 5.2. WPÓŁCZYNNIKI BEZPIECZEŃTWA Podejście 3: Użycie jko krzywej projektowej krzywej N, któr odnosi się do odpowiednio młego prwdopodobieństw zniszczeni. Rys 5.8 Krzywe o różnym prwdopodobieństwie zniszczeni n podstwie sttystycznej nlizy wyników bdń zmęczeniowych. 13