5. Az acélszerkezetek méretezésének különleges kérdései: rideg törés, fáradás. BME Szilárdságtani és Tartószerkezeti Tanszék

k é z s s é n a épz T i iK t e z k e ö k n r r e é z s m ó ak t 5. Az acélszerkezetek r a z S T s s é ó i i méretezésének különleges c n k a u t r g t á s s n kérdései: rideg törés, fáradás. d o r k á l e i r z t S e z E e k M r e B sz FERNEZELYI SÁNDOR ó t EGYETEMI TANÁR r a T MAGASÉPÍTÉSI ACÉLSZERKEZETEK

Az acél szakító diagrammja k zé

s s é n a épz T i iK t e z k • Lineáris szakasz e ö k n r r e • Arányossági é z s m ó ak határnak t r a z • Folyási határ (f0) S T s s é ó • Folyás i i c n uk a • Felkeményedés t r g t á s • Kontrakció s n d o r k á • Szakító l e i r z etszilárdság (fu) S z E e • Szakadó nyúlás k M r B sze ó t r Ta

Az anyag ellenállást a törésig bekövetkező energia felvétel jellemzi. Ez az a munka, amit a ható erő (F) végez elmozdulás (ds) formájában az anyagon a törés bekövetkeztéig:

k é z s s é n a épz T i iK t e z k E = L = ∫ F ds e ö k n r r e é z s m ó ak t r a Átalakítással, a fentiből, megkapjuk a zbelső erők (feszültségek) S T s s fajlagos munkáját: é ó i i c n k a = ∫tσru d ε L gV t á s s n d o r k á l e i r z A törési munkát a feszültség alakváltozás diagramm alatti terület t S e z mutatja meg. E e k M r Acél anyag esetén ez, a jó képlékeny tulajdonságoknak köszönhetően e B nagy. z s ó t rAz anyag szívós (nem rideg). a T

Az anyag viselkedése dinamikus terhelés szék és n pz a hatására zeti T i Ké k e ö k n r r e A szívósság óvizsgálata sz mé

Az anyagok lehetnek:art

T s s • szívósak, i é ó i c n k a éstru t • képlékenyek g á s s n d o r k á • ridegek. l t-re i z S e z E e k BM szer ó t r Ta

k a Sz

Szívós vagy képlékeny k é anyag z s s é n z a p

T é a törést jelentős nagyságú maradó alakváltozás előzi i t K e i z k meg, ami sok energiát emészt fel. A töretfelület e ö k n r szakadozott, tompa fényű sze ér

m ó k t r a a z T sS s é ció i n uk a t r g t á s s n d o r k á l e i r z t S e z E e k BM szer ó t r Ta

Rideg, nem képlékeny törés ék

z s s é n z a p T é A rideg, nem képlékeny i t K e i z törés esetében a törést k e ö k n r r e nagyon kicsi vagy é z s m ó k t semmi maradó r a a z S alakváltozás sem előzi s T s é ó i i c meg, és viszonylagn k a u t r g t kevés energiátákell s s n d anyag o r befektetniáaz k l e i r z eltöréséhez. t S e z E e k BM szer ó t r Ta

A törés folyamata

k é z s s é n a épz T i iK t e z k e • repedés keletkezéséből ö k n r r e é z • a repedés terjedéséből, majd s m ó ak t r a z • az anyag végső szétválásából áll. S T s s é ó i A repedésterjedésnlehet i c k a u t r g t lassú, ilyen a kúszás és kifáradás, vagy á s s n d o r k a terhelés növelése mellett bekövetkező szívós á l e i r z t törés zilletve S e E e k r instabil, ami alakváltozás nélküli rideg e BM gyors, z s töréshez vezet ó t r a T

Mitől függ egy anyag töréssel szembeni viselkedése? szék és z an

p T é függ magától az anyagtól, i iK t e z k e • annak állapotától (összetétel, mikroszerkezet), ö k n r r e é z de jelentős mértékben függ az un. állapottényezőktől, s m ó ak t r a z • a hőmérséklettől, S T s s é ó i • a feszültségállapotnjellegétől és i c k a u t r • az igénybevétel ágsebességétől st s n d o r k á l e i r z t S e z E e k BM szer ó t r Ta

Az anyag és annak állapota 1k

é s z s n pzé a T é i t K e i z k e ö k n Rideg törésre rendkívül hajlamosak a r r e é z s m ó • Kovalens vagy ionos kötéssel rendelkező anyagok, k t r a a z S T (alacsony kristály szimmetria) s s é ó i i c pl. kerámiák, rideg kompozitok, nagyszilárdságú n k a u r gt nszerszámacélok, t acélok, pl.sáedzett hexagonális s d o r rácsszerkezetű fémek, mint pl. a magnézium. k á l e i r z t Bennük a legkisebb hiba is beindíthatja a rideg S e z E e törést k M r e B sz ó t r Ta

Az anyag és annak állapota 2k

é s z s n pzé a T é i t K e i z k Szívós anyagok e ö k n r r e é z • fémek lapközepes köbössszerkezettel m ó k t r a pl. az alumínium vagyTaaréz, z S s s é része óalakváltozásra hajlamos, a polimerek jelentős i i c k mellett is szívósan an trhibák u t még nagygméretű á s s n viselkednek. d o r k á l t-re i z S e z E e k BM szer ó t r Ta

k Az állapottényezők hatása az é z s s

n pzé a T anyagok terheléssel szembeni é i t K e i z k e ö k viselkedésére n r r e é z s m ó k t r a rideg a a z • a hőmérséklet csökkenése törést segíti elő, S T mert akadályozza ai képlékeny és ciósalakváltozást. n uk a t r g t á s s n d o r k á l e i r z t S e z E e k BM szer ó t r Ta

Az állapottényezők hatása az k é z s s anyagok terheléssel szembeni é n a épz T i iK t viselkedésére e k ez

ö k n r r e é z s m ó k t • A feszültség állapot r a a z S T s s – három tengelyű é nyomás elősegíti a képlékeny ó i i c n k alakváltozást. a tru t g á s s – a három tengelyű húzás, minden anyag n d o r k á l e esetében rideg törést eredményez .Ugyancsak a i r z t S e rideg törést segíti elő a többtengelyű feszültségi z E e k M r állapot, a bemetszések, a belső anyaghibák. e B sz ó t r Ta

Az állapottényezők hatása az k é z s s anyagok terheléssel szembeni é n a épz T i t K e viselkedésére i ez ök

k n r r e é z s m tó zak • Az igénybevétel arsebességének növelése T belüls Sa ridegséget segíti elő, bizonyos tartományon s é ó i i c hiszen az alakváltozás a diszlokációk mozgása, és n k a u t r g t ahhoz idő kell. s á s n d o r k á • Nagyon nagy alakítási sebességek esetén a fémek l e i r z et- viselkednek. S képlékenyen z E e k M r e B sz ó t r Ta

Ridegtörési problémák

k é z s s é n z a p T é • Az olyan anyagok, mint az acélok bizonyos i t K e i z körülmények között ridegen törhetnek. A jelenségre, k e ö k n r r hogy az acéloknál bizonyos ze körülmények között é s m ó k t nem ad elegendő biztonságot a hagyományos r a a T sfelSza figyelmet. méretezés, katasztrófáks hívták é ció i n uk a t r g t á s s n d o r k á l e i r z t S e z E e k BM szer ó t r Ta

k é z s s é n a épz T i iK t e z k e ö k n r r e é z s m ó ak t r a z S T s s é ó i i c n k a tru t g á s s n d o r k á l t-re i z S e z E e k BM szer ó t r Ta

A katasztrófákban közös volt k

é s z s n pzé a T é i t K e i ⇒ a nagyméretű szerkezetek előzetes alakváltozás z k e ö k n r r nélkül törtek, e é z s m ó k t ⇒ a terhelés jóval a megengedett terhelés alatt volt, r a a z S T s terjedt, s ⇒ a repedés nagysebességgel é ció i n minden k a ⇒ a katasztrófák esetben hidegben u t r g t á s s következtek be, n d o r k á l e i r ⇒ az anyagok a hagyományos vizsgálatoknak (ReH, z t S e z R , A, Z, HB) megfeleltek. E m e k M r e B sz ó t r Ta

A megfigyelésekből leszűrhető k é volt z s s é n z a

p T é i iK t e z k e ö hogy a nagy méretű, hidegben üzemelő, dinamikusan k n r r e é z igénybevett szerkezetek esetében a hagyományos s m ó ak t r a biztonságot. z méretezés nem nyújt elegendő S T s s é ó i i c n k a tru t g á s s n d o r k á l t-re i z S e z E e k BM szer ó t r Ta

A ridegtöréssel szembeni ellenállás vizsgálata szék és z an

p T é i iK t e z k • A rideg töréssel szembeni biztonság vizsgálata, e ö k n r r e tehát azt jelenti, hogy meghatározzuk, hogy adott é z s m ó k t anyag és szerkezet, milyen feltételek esetén fog r a a z S T szívósan illetve ridegen viselkedni. s s é ó i i c n • A probléma több oldalról is megközelíthető. k a u t r g t á s ⇒ads szívósság ellenőrzése az átmeneti n o r k á l hőmérséklet alapján,, e i r z t S e z ⇒törésmechanika. E e k M r e B sz ó t r Ta

A szívósság ellenőrzése az k é átmeneti hőmérséklet alapján z s s é n z a

p T é i iK t e z k Charpy féle ütővizsgálat e ö k n r r e é z Az ütve hajlító vizsgálat s m ó ak t r (MSZ EN 10045-1) célja az Ta z S s s anyag dinamikus é ó i i c n k a tru igénybevétellel szembeni t g s ellenállásánakdsá n o r k á l t-re meghatározása. A i z S e dinamikus igénybevétellel z E e k szembeni BM szer ellenállás a szívósság. ó t r Ta

Charpy vizsgálat

k é z s s é n a épz T i iK t e z k e ö k • A próbatest 10x10x55 mm méretű és 2 mm mély V n r r e é sz ellátva (vagy U alakú) bemetszésseltó van m k r a a z S T s s é ó i i c n k a tru t g á s s n d o r k á l t-re i z S e z E e k BM szer ó t r Ta

Charpy vizsgálat


Charpy vizsgálat

k é z s s é n a épz T i iK t e z k e ö k n r r e é z A kísérlet során a s m ó ak t r próbatestben elnyeltTa z S s s munka az ütőmunka é ó i i c n k a tru t g á s s n d r K = lG (h )o[J] k r o - h 1 á e i r z t S e z E e k M r e B sz ó t r Ta

Mitől függ az ütőmunka?

k é z s s é n z a p T é A hőmérséklet i t K e i z függvényében felvett k e ö k n r r e ütőmunka görbék é z s m ó k lehetővé teszik a szívós rt a a z T sS és a rideg állapot s é ó i i c közötti átmenet n uk a t r g t hőmérsékletének á s s n d o r kijelölését. k á l e i r z t S e z E e k BM szer ó t r Ta

Törésmechanika

k é z s s é n a épz T i iK t e • A törésmechnika feltételezi, hogy a z k e ö rk érn minden gyakorlatban előforduló zeanyagok s m ó esetben tartalmaznak hibákat és azt vizsgálja, k t r a a z S T hogy milyen feltételek esetén kezdenek el ezek a s s hibák instabilni é vagy ció katasztrofális módon k a tru terjedni. ágt s s n d A megválaszolandó kérdés tehát az, hogy : o r k á l t-re i z ⇒adott feszültségi állapotban mekkora lehet S e z E e a hiba, k M r B sze⇒adott hiba, milyen feszültségi állapotban ó t r kezd el instabilan terjedni. Ta

Az anyagok szívósságának k é vizsgálata Törésmechanika z s s é n z a

p T é i iK t e z • A vizsgálatokkal olyan, méretezésre isök e k rn GIc) alkalmas anyagjellemzőketze( rKIC éséCOD, s m ó k t határozhatunk meg, amelyek a külső terhelés r a a z T sS és a szerkezetbens megengedhető hibaméret é ó i i c között állítanak fel összefüggést, és n k a u t r g t alkalmasak annak eldöntésére, hogy adott á s s n d o r anyagból, adott hibamérettel rendelkező k á l e i r z t szerkezet adott terhelés mellett ridegen törikS e z E e e. k BM szer ó t r Ta

Az acélfajták jelölése az EN szerint k

é s z s n pzé a T é i t K e i Az acélfajták jelölése az EN10027-1 szerint a következő jelcsoporttal történik: z k e ö k n r r e é z s m ó k t arG3) Sza S nnn xx yy (pl. S 355TJ2 s s é ó i i c n k a acélról u t ahol S szerkezeti van szó r g t á s nnn az előírt legkisebb folyáshatár N/mm -ben s n d o k xx ilár az előírt hőmérsékleten mérhető minimális ütőmunkára e r - két karakter z eutaló t S E yy kez felhasználhatóságra vagy különleges kezelésre utaló jelek BM szer ó t r Ta 2

Feszültségszint meghatározásak

é s z s n pzé a T é i t K e Először a vizsgált elemben a várható repedés kezdőpontjában i z k e ö k n r ébredő feszültséget (σ ) kell kiszámítani, mint névleges r e é z s km feszültséget, a következő (rendkívüli)tó tehercsoportosításból: r a a z T sS s é ó i i c Ed = E{A[TEd ] "+" a∑nGK "+"kψ 1QK1 "+" ψ 2i QKi } u t r g t á s s n d o r k á amelyben ial fő hatásreaz üzemi hőmérséklet (T ), ami z etS a szerelési hőmérséklettől való eltérése miatt hőmozgásokat z E e k M r vagy feszültségeket kelthet. A tehercsoportosításban a használati e B sz ó határállapotban figyelembeveendő terheket kell számításba venni. t r Ta Ed

Ed

Feszültségszint meghatározásak

é s z s n pzé a T é A feszültségszintet rugalmas analízissel kell kiszámolni, tekintetbe i t K e i z k e véve a deformációkból származó másodlagoskhatásokat is. ö n r r e é z A számított feszültség alapján három ó feszültségi kategóriába s m t zak r a (t)), - alacsony (σEd = 0,25 fyT S s s éfy(t)), vagy ó i - közepes (σEd = n 0,50 i c k a u t r g = 0,75 fs - sorolhatjuk a szerkezeti elemet. - magas (σEd t y(t)) á s n d o r k á l e i r z t 2 S e f ( t ) = f − 0 , 25 t [N/mm ] z y y , nom E e k M r e B sz ó t r Ta

Anyagminőség kiválasztása k zé

s s é n a épz T i iK t e z k e ö k n r r e é z s m ó ak t r a z S T s s é ó i i c n k a tru t g á s s n d o r k á l t-re i z S e z E e k BM szer ó t r Ta Szil. oszt. jele

Alcsop. jele

S235

JR J0 J2 JR J0 J2 M,N ML,NL JR J0 J2 K2,M,N ML,NL M,N ML,NL M,N ML,NL

S275

S355

S420 S460

Charpypróba 10 CVN

Referencia hőmérséklet TEd

0

T J [°C] min

20 0 -20 20 0 -20 -20 -50 20 0 -20 -20 -50 -20 -50 -20 -50

27 27 27 27 27 27 40 27 27 27 27 40 27 40 27 40 27

-10 -20 -30 -40 -50 10

σEd = 0,75 fy(t)

60 90 125 55 75 110 135 185 40 60 90 110 155 95 135 90 125

50 75 105 45 65 95 110 160 35 50 75 90 130 80 115 70 105

40 60 90 35 55 75 95 135 25 40 60 75 110 65 95 60 90

35 50 75 30 45 65 75 110 20 35 50 60 90 55 80 50 70

0

-10 -20 -30 -40 -50 10

0

σEd = 0,50 fy(t)

30 25 20 90 75 65 55 45 40 40 35 30 125 105 90 75 65 55 60 50 40 170 145 125 105 90 75 25 20 15 80 70 55 50 40 35 35 30 25 115 95 80 70 55 50 55 45 35 155 130 115 95 80 70 65 55 45 180 155 130 115 95 80 95 75 65 200 200 180 155 130 115 15 15 10 65 55 45 40 30 25 25 20 15 95 80 65 55 45 40 40 35 25 135 110 95 80 65 55 50 40 35 155 135 110 95 80 65 75 60 50 200 180 155 135 110 95 45 35 30 140 120 100 85 70 60 65 55 45 190 165 140 120 100 85 40 30 25 130 110 95 75 65 55 60 50 40 180 155 130 110 95 75

-10 -20 -30 -40 -50

σEd = 0,25 fy(t)

35 45 65 30 40 55 70 95 25 30 45 55 80 50 70 45 65

135 175 200 125 165 200 200 230 110 150 200 200 210 200 200 200 200

115 155 200 110 145 190 200 200 95 130 175 200 200 185 200 175 200

100 135 175 95 125 165 190 200 80 110 150 175 200 160 200 155 200

85 115 155 80 110 145 165 200 70 95 130 150 200 140 185 130 175

75 100 135 70 95 125 145 190 60 80 110 130 175 120 160 115 155

65 85 115 60 80 110 125 165 55 70 95 110 150 100 140 95 130

60 75 100 55 70 95 110 145 45 60 80 95 130 85 120 80 115

Szil. oszt. jele

Alcsop. jele

Charpy- Referencia hőmérséklet TEd próba 10 0 -10 -20 -30 -40 -50 CVN

k é z s s é n S235 JR 20 27 60 50 40 35 30 25 20 z a p T é J0 0 27 90 75 60 50 40 35 30 i t K e i J2 -20 27 125 105 90 75 60 50 40 z k e ö k S275 JR 20 27 55 45 35 30 25 20 15 n r r e é J0 0 27 75 65 55 45 35 30 25sz Anyagválasztás m k J2 -20 27 110 95 75 65 55 45rtó 35 a a z M,N -20 40 135 110 95 75 65T 55 45 S magasépítési s s 65 ML,NL -50 27 185 160 135 110é 95 75 ió i c n szerkezetek k S355 JR 20 27 40 35 t25 20 15 15 10 a u r g J0 0 27 60 50 40 35st 25 20 15 á s esetén J2 -20 27 r 90d 75 60 on 50 40 35 25 k lá110 t90-re75 60 50 40 35 i K2,M,N -20 z40 S e 27 155 130 110 90 75 60 50 ML,NL -50 z E e S420 M,N -20 r40 95 80 65 55 45 35 30 k M BML,NL s-50ze 27 135 115 95 80 65 55 45 ó -20 40 90 70 60 50 40 30 25 S460 M,N t r a -50 27 125 105 90 70 60 50 40 TML,NL T J [°C] min

σEd = 0,75 fy(t)

A huzal hajtogatása - fáradás k zé

s s é n a épz T i iK t e z k e ö k n r r e é z s m ó ak t r a z S T s s é ó i i c n k a tru t g á s s n d o r k á l t-re i z S e z E e k BM szer ó t r Ta

A fáradt törés jellege


A fáradásról általában


Periódikus terhelés


k é z s s é n a épz T i iK t e z k e ö k n r r e Periódikus é z s m ó ak t r a z S T s s é ó i i c terhelés n k a u t r g t á s s n d o r k á l t-re i z S e z E e k BM szer ó t r Ta

A különböző igénybevételi fajtákk

é s z s n pzé a T é i t K e i z k e ö k n r r e é z s m ó k t r a a z T sS s é ció i n uk a t r g t á s s n d o r k á l e i r z t S e z E e k BM szer ó t r Ta

Goodman - diagramm


Smith - diagramm


Wöhler - diagramm


Wöhler görbe felvétele


Fáradási szilárdságok az EC k é szerint z s s é n z a

p T é i iK t e z k e ö k n r r e é z s m ó ak t r a z S T s s é ó i i c n k a tru t g á s s n d o r k á l t-re i z S e z E e k BM szer ó t r Ta

A feszültség csúcsok szerepe k zé


A fáradást befolyásoló tényezőkk

é s z s n pzé a T é i t K e i z k e ö k n r r e é z s m ó k t r a a z T sS s é ció i n uk a t r g t á s s n d o r k á l e i r z t S e z E e k BM szer ó t r Ta

Bemetsződések hatása




Hegesztési varratok hatása k zé




Változó feszültségek szerepe k zé


Üzemi feszültség


Feszültség – idő, alakváltozás k é diagrammok z s s é n z a


Adott feszültség ingadozás k é gyakorisága z s s é n z a


Túllépési gyakoriság


Lineáris károsodási hipotézis k zé






Fáradási részlet osztályok








k é z s s é n a épz T i iK t e z k e ö k n r Különböző r e é z s m ó ak t r részlet a z T sS s é ció osztályú i n k a u t r g t á Wöhler s s n d o r k á l t-re i görbék z S e z E e k BM szer ó t r Ta

5. Az acélszerkezetek méretezésének különleges kérdései: rideg törés, fáradás. BME Szilárdságtani és Tartószerkezeti Tanszék

Recommend Documents