Előadó: Dr. Bukovics Ádám 11. ELŐADÁS

SZÉCHENYI ISTVÁN EGYETEM

TARTÓSZERKEZETEK III.

Szerkezetépítési és Geotechnikai Tanszék

Előadó: Dr. Bukovics Ádám

E 11

11. ELŐADÁS Az ábrák forrása: [1] [2] [3]

Dr. Németh György: Tartószerkezetek III., Acélszerkezetek méretezésének alapjai Halász Ottó – Platthy Pál: Acélszerkezetek Ádány Sándor - Dulácska Endre – Dunai László – Fernezelyi Sándor – Horváth László: Acélszerkezetek, 1. Általános eljárások, Tervezés az Eurocode alapján





A rideg törés: ¾ rideg (rugalmas) anyagok ¾ szívós (rugalmas-képlékeny) anyagok ¾ a ridegség illetve a szívósság egy-egy acélfajtára csak meghatározott körülmények között jellemző

¾ folyamata hasonló az üvegtáblák ütés hatására bekövetkező töréséhez

E 11





E 11

Katasztrófák rideg törés miatt: ¾ Csingtao (Kína), 1923: egy nagy vasúti híd rideg törés miatt tönkrement. ¾ Hegesztett hidak tönkremenetele kis terhelés alatt Nyugat-Európában a II. vh. előtti években. ¾ 1943 és 1946 között ~1000 hajón károsodás, 16 kettévált és elsüllyedt. ¾ Répcelak, 1968: robbanás egy szénsavtartály repedése miatt.





A rideg törés jelensége: ¾ Hirtelen történik (dörrenésszerű hanghatás) ¾ A törést (vagy repedést) nem előzi meg sem maradó nyúlás, sem pedig harántkontrakció. ¾ Folytonossági hibából (anyaghiba, bemetszés, korróziós sérülés) indul ki. ¾ Durva szemcsézetű törési felület. ¾ Különösen veszélyeztetettek a vastag lemezből készülő, alacsony hőmérsékleten is üzemelő hegesztett szerkezetek.

E 11





Hidak

Daruk

Tartályok

Vízépítési acélszerkezetek

E 11

Rideg törésre hajlamos szerkezetek





Befolyásoló tényezők: ¾ A repedés megindulásának és gyors terjedésének feltételei: ridegen viselkedő anyag; nagy húzó- vagy nyírófeszültség. ÁLLAPOTTÉNYEZŐK

¾ Az anyag elridegedését okozza: a térbeli feszültségi állapot; az alacsony hőmérséklet; a nagy terhelési sebesség; előbbiek együttes előfordulása.

E 11





E 11

A térbeli feszültségi állapot elridegítő hatása: ¾ A folyási feltétel térbeli feszültségi állapotban: y

R

3

σ1 σ

=

3

= ⋅

y

R 2

σ

y

ez nem elérhető feszültség

−

3

−

2

3

−

σ 2 σ

σ1 σ

2

σ

+

R

2

1

σ

σ

=

+

2

1

d e

=

2

σ

2

σ

σr

=

folyás nem jön létre az anyag ridegen törik





A terhelési sebesség hatása:

Rm Ry

Törés folyás nélkül 1

Feszültségcsúcs képlékeny leépülése 2

t (idõ) 1

2 (inkubációs idő)

E 11





E 11

Védekezés rideg törés ellen: ¾ megfelelően szívós, az adott szerkezet legkedvezőtlenebb körülményei között sem ridegedő anyagok használatával ¾ a különféle szerkezeti acélok megfelelő vizsgálatokkal ridegtörési hajlam szerint rangsorba állíthatók, és a rangsorból – az állapottényezőket és egyéb körülményeket is figyelembe véve – a megfelelő anyagminőség kiválasztható ¾ anyagkiválasztó táblázatok és számításos eljárások alkalmazása





Anyagkiválasztó táblázatok: Figyelembe veszik: ¾ az üzemi hőmérsékletet, ¾ a szerkezeti elem jelentőségét (= a törés következményének jelentősége az egész szerkezet szempontjából) ¾ a feszültségi állapot jellegét (lineáris, síkbeli, térbeli) ¾ az anyagvastagságot ¾ az esetleges hidegalakítás mértékét A táblázatok az egyes anyagminőségekhez a különböző körülmények között alkalmazható legnagyobb vastagságot (tmax) adják meg

E 11





Törés folyás nélkül

E 11

Feszültségcsúcs képlékeny leépülése

(inkubációs idő)





E 11

i m e z

Tü

≤

n i

Tm

Számításos eljárás:

Tmin egy adott anyagminőségre -az állapottényezők és egyéb paraméterek figyelembevételévelmeghatározott hőmérséklet, amely ridegtörés szempontjából még nem jelent veszélyt. ¾ a ridegtörést a feszültségek nagyságának a korlátozásával is el lehet kerülni (ha 0,2·Ry-nál kisebb feszültség)





E 11

Charpy féle próba (ütve-hajlító kísérlet) ¾ A gép egy ingás ütőmű, mely bemetszett próbatestet tör el. ¾ Az ingát, mely jól csapágyazott tengely körül elfordítható rúdból és annak végén a nagy tömegű (15 vagy 30 kg) ütőfejből áll, meghatározott magasságról indítják. ¾ A pálya alsó pontján a kezdeti helyzeti energia mozgási energiává alakul. ¾ A bemetszett próbadarabra az ütőfej ütést mér és eltöri.





E 11

¾ A töréshez szükséges munka csökkenti a mozgási energiát ¾ Az inga mutatót vonszol magával, ami az ingának a törés után elért legmagasabb pontjánál megáll és utólag is leolvashatóan jelzi az ütőfej legmagasabb helyzetét ¾ kiszámítható a próbatest töréséhez szükséges munka





E 11

¾ különböző hőmérsékleteken mérik a próbatest ütve-hajlító eltörésével elnyelt energiát ¾ ha az elnyelt energiát a vizsgálati hőmérséklet függvényében ábrázoljuk, megállapítható az átmeneti hőmérséklet ¾ átmeneti hőmérséklet: az a hőmérséklet amelyen az ütőmunka éppen azonos az acélfajtára előírt értékkel (ez alapján állíthatók rangsorba a különböző anyagminőségek) ¾ csak az azonos fajtájú acélok ridegtörési hajlam szerinti rangsorolására alkalmas





Az ütőmunka alapján megállapított átmeneti hőmérséklet értelmezése A k (ütõmunka)

rideg törés

átmeneti zóna

képlékeny törés elõírt érték

T (hõmérséklet) Tá (átmeneti hõmérséklet)

E 11





E 11

A fáradás: ¾ Ismétlődő terhelés hatására a szerkezetek akkor is eltörhetnek, ha bennük a feszültség jóval a statikus szilárdság értéke alatt marad. ¾ Általában váratlanul, előzetes alakváltozás nélkül következik be. ¾ Különösen az olyan hegesztett szerkezetek veszélyeztetettek amelyekben az igénybevétel gyorsan és tág határok között változik. ¾A hegesztési sajátfeszültségek is szerepet játszanak, hozzáadódnak az igénybevételekből keletkező feszültségekhez.





E 11

¾ FÁRADT TÖRÉS

¾ KIS CIKLUSSZÁMÚ FÁRADT TÖRÉS (a halmozódó képlékeny alakváltozások miatt az anyag nyúlási képességének kimerülése okozza a törést) pl: egy lágyacélból készült huzaldarab hajtogatása





E 11

A fáradt törés kialakulása: ¾ Feszültségcsúcsból indul ki, a feszültségcsúcs oka lehet: folytonossági hiány (anyaghiba, bemetszés, sérülés); gyártási sajátfeszültség. ¾ A feszültségcsúcsnál a feszültségingadozás hatására kiskiterjedésű halmozódó képlékeny alakváltozások révén az anyag nyúlóképessége kimerül, repedés jön létre. ¾ A következő terhelési ciklusban feszültségcsúcs a repedés szélénél jelenik meg. ¾ Folyamatos repedésterjedés törésig.





Mikor törik? - amikor a megmaradt keresztmetszet teherbírása már nem elegendő a következő terhelési ciklus igénybevételeinek felvételére

Törési felület [1]

E 11





E 11

Wöhler kísérletei: ¾ Periodikus terhelés vasúti tengelyeken. ¾ Egy-egy kísérletsorozatnál σmin konstans. ¾ Próbatestenként két adat: σmax és a töréshez tartozó ismétlési szám (N)





A Wöhler görbe [1]

E 11





E 11

A Wöhler görbe közelítése egyenesekkel [1]

¾ A tartamszilárdság érdemi változása az N=104 – 107 tartományban van





E 11

1854: a porosz kereskedelmi August Wöhler miniszter megbizza a vasúti tengelytörések okának vizsgálatával (1819-1914) 1858: a kifáradás jelenségéhez Német kapcsolódó kutatási eredményeinek vasútmérnök nyilvánosságra hozatala





E 11

!!! A fáradási szilárdság nem anyagállandó !!! F

F

tompavarrat

tompavarrat

F

F

Statikus teherbírás szempontjából egyenértékűek

F

Fáradási szilárdságuk különböző

F

Különböző fáradási szilárdságú szerkezeti kialakítások





A fáradásvizsgálat problémái: ¾ A fáradási szilárdság (tartamszilárdság) csak kísérleti úton határozható meg. ¾ Egy Wöhler-görbe csak egyfajta szerkezeti kialakítású, méretű és anyagminőségű próbatestre érvényes. ¾ A kísérletek költségesek és hosszadalmasak. ¾ A kísérleti eredmények nagy szórást mutatnak. ¾ A szerkezetek fárasztó terhe általában sztohasztikus, a terhelési spektrum csak becsléssel határozható meg.

E 11





E 11

¾ Számos tényezőt - kényszerűségből - nem tudunk figyelembe venni. Például: a vegyi összetétel, a gyártási feszültségek, a szövetszerkezet, a hegesztő eljárás, a szemcseméret, a hőkezelés, a mikrostrukturális diszkontuinitások, a mérethatás, a varrathibák, a hegesztési pontatlanságok, a felületi egyenetlenségek, a hőmérséklet, a korrózió





A fárasztó teher és a terhelési spektrum [1]

¾ a valóságos szerkezeteken a terhelés általában szabálytalan feszültségingadozást okoz ¾ a terhelési spektrum meghatározása becsléssel

E 11





E 11

A Palmgren-Miner-féle lineáris károsodáshalmozódási hipotézis [1]

¾ az i-edik teher által okozott károsodás: Di = N i / N cr ¾ nincs fáradási törés, amíg:

Ni

∑D = ∑ N i

ci

≤1

Előadó: Dr. Bukovics Ádám 11. ELŐADÁS

Recommend Documents