Zmeczenie materialów

Transkrypt

1 Zmeczenie materialów

2 Rzeczywiste obciazenia elementów maszyn Naprezenia w dzwigarze skrzydla samolotu Naprezenia w ramie samochodu ciezarowego Rzeczywiste naprezenia maja charakter zmienny - czesto chaotyczny i przypadkowy 2

3 Zmeczeniowe uszkodzenia elementów maszyn Zlom zmeczeniowy 1 ognisko miejsce zapoczatkowania procesu pekniecia 2 strefa zmeczeniowa o gladkiej powierzchni o muszlowym wygladzie 3 linie zaznaczajace przemieszczanie sie czola pekniecia 4 strefa resztkowa obszar chropowaty, podobny do przelomu przy obciazeniu statycznym 3

4 Wplyw liczby cykli obciazenia na naprezenia graniczne - krzywa Wöhlera G G nieograniczona wytrzymalosc zmeczeniowa dla danego wspólczynnika stalosci obciazenia k graniczna liczba cykli obciazenia o stosownym przebiegu dla stali i dla stopów lekkich 4

5 SPIETRZENIE NAPREZEN Karb - nieciaglosc ksztaltu Spietrzanie naprezen w karbach 5

6 Wyidealizowany cykl obciazenia zmiennego m a max = + min 2 = max min 2 Naprezenia SREDNIE Naprezenia AMPLITUDOWE κ = m a Wspólczynnik stalosci obciazenia κ >1 κ = 1 0 <κ < 1 κ = 0 jednostronne tetniace obustronne wahadlowe 6

7 Rzeczywisty wspólczynnik bezpieczenstwa Naprezenia graniczne - trwala wytrzymalosc zmeczeniowa Z G δ = + β 1 m a ε wspólczynnik spietrzenia naprezen wspólczynnik wielkosci przedmiotu 7

8 Naprezenia graniczne a) max, min R m R e A b) a R e Z j Z max κ A Z Z o min κ A 1 O Zm κ Z j o A Za κ A Zm κ A R m m Z o Za κ A (7) Z j 2 O 1 Zm κ Za κ A A A 45 o 9 Z 2 3 maxκ A Za κ A (A) 10 4 R m R e m -z o 8 W nawiasach podano polozenie punktów A i 7 z rys. a po obrocie na os m Z A = f (t) -przebieg naprezen w funkcji czasu dla granicy zmeczenia w punkcie A 8

9 Naprezenia graniczne - uproszczony wykres Haigha Naprezenia graniczne - Z G =Z m +Z a Re Naprezenia graniczne (Z m,z a ) Re Re Res Punkt pracy ( m,βγ a ) Re 9

10 Oznaczenia trwalej wytrzymalosci zmeczeniowej dla typowych cykli obciazenia Obciazenie o zmiennym zwrocie wymuszen: Z rc rozciaganie/sciskanie Z go zginanie wahadlowe Z so obustronne skrecanie Z to obustronne scinanie Obciazenie o stalym zwrocie wymuszen: Z rj rozciaganie jednostronne Z cj sciskanie jednostronne Z gj zginanie jednostronne Z sj skrecanie jednostronne Z tj scinanie jednostronne 10

11 Wspólczynnik spietrzenia naprezen Wspólczynnik spietrzenia naprezen zalezy od: ksztaltu karbu - np. promien zaokraglenia przejscia wrazliwosci materialu na dzialanie karbu (szklo, zeliwo) stanu powierzchni (z mikrokarbami czy bez) β = β + β k p 1 wspólczynnik stanu powierzchni spólczynnik dzialania arbu wspólczynnik ksztaltu przedmiotu (odczytuje sie z wykresów) β k ( ) = 1 + η α 1 k k wspólczynnik wrazliwosci materialu na dzialanie karbu 11 (odczytuje sie z wykresów)

12 Wspólczynnik dzialania karbu wspólczynnik dzialania karbu 1,0 k 0,9 wspólczynnik wrazliwosci materialu na dzialanie karbu stan ulepszony β k = η α ( ) k k wspólczynnik ksztaltu karbu 0,8 0,7 0,6 stan surowy wieksze odsadzenie 0,5 0,4 stan wyzarzony Z go MPa mniejszy promien 12

13 Wspólczynnik stanu powierzchni β = β + β zgrubnie toczone k wspólczynnik stanu powierzchni - mikrokarby na powierzchni p 1 szlifowane 13

14 spólczynnik wielkosci przedmiotu g=1/ Im wiekszy przedmiot tym wieksze prawdopodobienstwo wystapienia wad bedacych zaczatkiem pekniec zmeczeniowych α 14

15 Rózne przypadki przejscia od punktu pracy C o do krzywej granicznej a m a x =const =const dowolne przejsci m m i n =const κ=const C o o 45 o 45 a =const krzywa graniczna m 15

16 Sekwencja dzialan przy wyznaczaniu rzeczywistego wspólczynnika bezpieczenstwa d podczas obliczen sprawdzajacych elementu obciazonego zmeczeniowo: 1.Wyznaczyc sily P max, P min, P m, P a (lub momenty sil) i odpowiadajace im naprezenia nominalne (s albo t zaleznie od stanu obciazenia) 2.Wyznaczyc nominalne wartosci s m i s a (bez uwzgledniania spietrzenia naprezen) oraz odpowiadajace im? 3.Ustalic jak odbywac sie bedzie przejscie do cyklu granicznego (np.?=const) konieczne do wyznaczenia Z G. 4.Na podstawie wymiarów przedmiotu (R, r,?) odczytac z wykresów wsp. a k 5.Na podstawie?, R m i a k odczytac z wykresów ß k,? k. 6.Na podstawie informacji o stanie powierzchni i obróbki cieplnej odczytac z wykresów ß p. 7.Na podstawie informacji o wytrzymalosci materialu, wymiarach przedmiotu i a k odczytac 1/e. 8.Wyznaczyc ß. 9.Obliczyc wartosc a β 1 ε 10.Wykonac wykres Haigha w podzialce i znalezc punkt pracy wg. naprezen nominalnych bez uwzgledniania spietrzania naprezen oraz po uwzglednieniu spietrzenia naprezen. 11.Odnalezc na wykresie punkt na krzywej granicznej odpowiadajacy analizowanemu przypadkowi obciazenia i odczytac z wykresu wartosc Z G. 12.Wyznaczyc wartosc rzeczywistego wspólczynnika bezpieczenstwa d. 16