Pevnost a životnost - Hru II
PEVNOST a ŽIVOTNOST
Hru II Milan Růžička, Josef Jurenka, Zbyněk Hrubý
[email protected]
1
Pevnost a životnost - Hru II
Rain Flow (metoda stékání deště)
2
Pevnost a životnost - Hru II
3
Rain Flow – doporučený postup • sekvence se nakreslí od globálního extrému do globálního extrému • otočení o 90° • spouštení lokálních proudů zleva doprava – postupuje se od nejnižších lokálních minim k vyšším – proudy se spouští a tečou dokud nevytečou ze sekvence nebo nenarazí na proud tekoucí z nižšího lokálního minima nebo stejného dříve vyřešeného – v případě několika stejných minim je doporučeno je řešit, jak jdou za sebou v zátěžné sekvenci
• spouštení lokálních proudů zprava doleva – postupuje se od nejvyšších lokálních maxim k nižším – proudy se spouští a tečou dokud nevytečou ze sekvence nebo nenarazí na proud tekoucí z vyššího lokálního maxima nebo stejného dříve vyřešeného – v případě několika stejných maxim je doporučeno je řešit, jak jdou za sebou v zátěžné sekvenci
• skládání „půlek“ uzavřených kmitů k sobě – v případě některého neuzavřeného umělé uzavření nebo ni=0,5
Pevnost a životnost - Hru II
4
Rain Flow otočená sekvence z globálního extrému do globálního extrému
100-500…1x
150-350…2x
150-500…1x
250-400…2x
Pevnost a životnost - Hru II
5
Ekvivalentní amplituda napětí (ekv. horní napětí) σ a ≠ 0 σ m ≠ 0 ⇒ σ a eqv ≠ 0 σ m eqv = 0
σ a eqv =
σa σm 1− R m
σ a eqv = σ a (σ a + σ m ) σ h eqv = 2σ a (σ a + σ m ) σ h eqv = σ h (1 − R )m σ a eqv =
σa σm 1− σ' f
Haigh
SWT Oding MIL HDBK
oceli a Al slitiny m = 0,5
Landgraf & Morrow
Pevnost a životnost - Hru II
6
Kumulace poškození únavové poškození: Di =
ni Ni
ni Di = N i
g
Lineární kumulace poškození Palmgren-Miner (Miner 1945)
D =
n1 N1
+
n2 N2
+K +
np Np
p
=∑
ni
i =1 Ni
σc
Pevnost a životnost - Hru II
7
Omezený únavový život – predikce kritická hodnota poškození:
Dcr = 1
počet opakování zátěžné sekvence do lomu:
Z=
Dcr D
=
1 D
p
rozsah zátěžné sekvence (počet cyklů):
h0 = ∑ ni i =1
rozsah zátěžné sekvence (provozní parametry): l = [hodiny,kilometry,...] střední únavový život (50% pravděpodobnost porušení):
L = L50 % =
Np
L = Zl L = Zh0
w
ni σ a,i ∑ i =1 h0 σ a, p p
Pevnost a životnost - Hru II
Kumulace poškození
1 D
0
n/N
1
8
Pevnost a životnost - Hru II
9
Bezpečný únavový život bezpečný únavový život – pravděpodobnost poruchy P<<1 (0,001% 0,00001%) četnost s log n
s log N
N
posuv – bezpečnost nL
směrodatná odchylka únavového života S-N křivky:
s log N
směrodatná odchylka únavového života zátěžné sekvence:
s log n
celková bezpečnost únavového života:
nL
bezpečnost S-N křivky:
nN
(3,0÷6,0)
bezpečnost zátěžné sekvence:
nn
(1,5÷2,0)
bezpečný únavový život:
LB =
L50% nL
=
L50% nN nn
Pevnost a životnost - Hru II
10
Pravděpodobnost poruchy četnost s log n
s log N
Pf
posuv – bezpečnost nL
N
Předpoklad: log-normální rozdělení únavového života Výpočet kvantilu a pravděpodobnosti porušení:
uP =
log LB − log L50% 2 slog N
2 + slog n
LB
log =
L50% 2 slog N
2 + slog n
log =
1 nL
2 slog N
2 + slog n
Pf [%]
Pevnost a životnost - Hru II
11
Odvození přepočtu na bezpečný únavový život S (x ) = µ (x ) = 2
2
+∞
2 [ x − µ ( x ) ] f (x ) d x ∫
−∞
S 2 (konst ) = 0
uP =
S 2 (konst X ) = konst 2S 2 ( X )
S ( X ± Y ) = S ( X ) + S (Y ) 2
2
( )
2
S 2 ( X ) = µ X 2 − [µ ( X )]
2
uP =
σ a − σ cx S
=
σ a − σ cx Sa2 + Sc2
log NB − log N S
=
log NB − log N 2 2 Slog n + Slog N
Pevnost a životnost - Hru II
12
Př.: Životnost ocelového oka - zadání • Vypočítat únavové poškození, střední a bezpečný únavový život ocelového závěsného oka namáhaného zkušební sekvencí zatížení (~ 100 km) • Materiál: ocel L-ROL (14 331.7) Rm = 1050 MPa • Součinitel bezpečnosti odvodit z podmínky pravděpodobnosti lomu na konci bezpečného života P = 0,001 • Únavová křivka napětí materiálu (R = -1) je dána na bázi 106 kmitů amplitudou σc = 75 MPa, w1 = 4 pro N < 106, w2 = 8 pro N > 106 • Směr. odchylka amplitud provozního zatížení slogn = 0,12 • Směr. odchylka únavové křivky slogN = 0,15
Pevnost a životnost - Hru II
13
Zátěžná sekvence
550 500 450
σ [M P a ]
400 350
sekvence napětí pro kritické místo
300 250 200 150 100 50
čas
Pevnost a životnost - Hru II
14
Rain Flow
100-500…1x
150-350…2x
150-500…1x
250-400…2x
Pevnost a životnost - Hru II
15
Rain Flow - dekompozice Dekompozice zatěžovacího histogramu do vypovídajících uzavřených napěťových cyklů 550
napětí [MPa]
500
četnost
450 400
dolní
horní
ni
150
500
1
100
500
1
150
350
2
250
400
2
σ [M P a]
350 300 250 200 150 100 50 čas
Pevnost a životnost - Hru II
16
Uzavřené smyčky σd
σh
σa
σm
σa eqv
[MPa]
R [1]
[MPa]
[MPa]
[MPa]
[MPa]
150
500
0,3000
175
325
253
100
500
0,2000
200
300
280
150
350
0,4286
100
250
131
250
400
0,6250
75
325
109
σ a eqv =
σa σm 1 − R m
Pevnost a životnost - Hru II
17
Pevnost a životnost - Hru II
18
Pevnost a životnost - Hru II
19
Pravděpodobnost poruchy Z=
D = 0,000351
1 D
=
1 0,000351
= 2 850,066
L = 100 Z = 285 007 km P = 0,001 ⇒
u p = −3,09023
up =
log LB − log L 2 2 slog N + slog n
2 2 log LB = log L + u p slog N + slog n
log LB = log L + log10 LB = L 10
2 2 up slog N + slog n
2 2 u p slog N + slog n
= ... = 72 651km
nL =
L LB
=
285 007 72 651
= 3,923
Pevnost a životnost - Hru II
20
Př.: Hladký hřídel – kumulace poškození Hladký hřídel o průměru 12,0 mm je namáhán kombinací ohybu a krutu (symetricky střídavými). Je dána tabulka četností (histogram) amplitud ohybového a krouticího momentu, která odpovídá 12 měsícům provozu. třída 1 2 3
Mo [N.mm] Mk [N.mm] ni [kmitů] 20 000 50 000 10 000 50 000 75 000 5 000 70 000 100 000 200
Je dána Wöhlerova křivka (50% pravděp. poruš.) reálného hřídele při namáhání v tahu-tlaku popsaná vztahem σ aw N = konst Mez únavy 150 MPa pro bázi 106 cyklů. Exponent šikmé větve w = 3,5. Jsou dány směrodatné odchylky logaritmů životů. Pro únavovou křivku slogN = 0,15. Pro zatížení slogn = 0,2. Určit střední životnost hřídele, který je namáhán daným zatížením. Určit bezpečnou životnost hřídele tak, aby pravděpodobnost lomu nepřesáhla 1 % podle Palmgrenovy-Minerovy hypotézy kumulace poškození.
Pevnost a životnost - Hru II
21
Zatížení d = 12
⇒ Wo =
πd 3 32
=
π 123 32
= 169,64 mm
3
σo =
Wk =
Mo Wo
πd 3 16
τ =
=
π 123
Mk Wk
16
= 339,29 mm3
σ red = σ o2 + 3τ 2
Pevnost a životnost - Hru II
22
Wıhlerova křivka, kumulace poškození, L50% C = σ aw N = 1503,5 ⋅ 106 = 4,13 ⋅ 1013
Ni =
C w σ red ,a
3
Di =
3
D = ∑ Di = ∑ i =1
Z=
1 D
=
1 0,425
= 2,352
ni Ni
ni
i =1 Ni
= 0,425
L50% = l Z = 12 ⋅ 2,352 = 28,226
měsíců
L50% = l Z = 1⋅ 2,352 = 2,352
let
Pevnost a životnost - Hru II
23
Bezpečný život 3
3
D = ∑ Di = ∑ i =1
ni
i =1 N i
= 0,425
L50% = l Z = 1⋅ 2,352 = 2,352
P = 0,01 ⇒
u p = −2,362
EXCEL: NORMINV
LB = L50% 10
2 2 u p slog N + slog n
= 2,352 ⋅ 10
nL =
L50% LB
=
− 2,362 0,152 + 0,122
2,352 0,616
= 3,816
= 0,616 roku
Pevnost a životnost - Hru II
24
Př.: Stanovení životnosti prutové konstrukce 1/6 a h
1
a 3
2 a/2
F
D: průřez prutů 10x10 mm, rozměry a=500 mm, h=400 mm, modul pružnosti v tahu E=2·105, trám je dokonale tuhý, šikmá větev Wöhlerovy křivky je zadána časovanou mezí únavy na bázi 106 kmitů σc(106)=110 MPa a sklonem w=5, soustava je zatížena kmitavou symetricky střídavou silou o amplitudě 25 kN U: životnost podle NSA do ztráty funkčnosti (s uvažováním Damage Tolerance a PalmgrenovyMinerovy hypotézy kumulace poškození) bez uvažování pravděpodobnostního rozdělení životností
Pevnost a životnost - Hru II
25
Př.: Stanovení životnosti prutové konstrukce 2/6 N1
N2
N1 + N 2 + N 3 = F
N3 rovnice rovnováhy: F
N 2a + 2N 3a = 3 Fa 2
deformační podmínka: vše elastické, bez koncentrátorů, uvažujme součinitele povrchu a velikosti rovny jedné:
σ I 1a = 20,83 MPa σ I 2a = 83,33 MPa σ I 3a = 145,83 MPa
(1) (2)
∆l1 − 2∆l2 + ∆l3 = 0 ⇓
po dosazení fyzikálních rovnic: N1 − 2N 2 + N3 = 0
N1 = 1 F N 2 = 4 F N3 = 7 F 12 12 12 N1a = 1 Fa N 2a = 4 Fa N3a = 7 Fa 12 12 12 F 4F 7F σ1a = a σ 2a = a σ 3a = a 12 A 12 A 12 A
(3)
Pevnost a životnost - Hru II
26
Př.: Stanovení životnosti prutové konstrukce 3/6 v prutu 3 dojde tedy k poruše nejdříve z mocninné závislosti Wöhlerovy křivky:
( )
( )
w
σ c 10 6 = 110 MPa → σ c 10 6 N = 110 5 ⋅ 10 6 = 1,6105 ⋅ 1016 počet cyklů do poruchy v prutu 3:
NI 3 =
1,6105 ⋅ 1016
σ Iw3a
=
1,6105 ⋅ 1016 145,83
5
= 244 190
naakumulované poškození během této doby v prutech 1 a 2: NI 1 =
1,6105 ⋅ 1016
σ Iw1a NI 2 =
=
1,6105 ⋅ 1016 20,835
1,6105 ⋅ 1016
σ Iw2a
=
= 4 106 927 876 ⇒ DI 1 =
1,6105 ⋅ 1016 83,33
5
244 190 4 106 927 876
= 4 008 265 ⇒ DI 2 =
244 190 4 008 265
= 5,95 ⋅ 10 -5
= 0,061
Pevnost a životnost - Hru II
27
Př.: Stanovení životnosti prutové konstrukce 4/6 N1
N2
N1 + N 2 = F
rovnice rovnováhy po porušení prutu 3:
N 2a = 3 Fa 2
F
(1) (2)
deformační podmínka není potřeba, soustava je staticky určitá a tudíž řešitelná:
σ II 1a = 125 MPa σ II 2a = 375 MPa
N1a
N1 = − 1 F N 2 = 3 F 2 2 = − 1 Fa = 1 Fa N 2a = 3 Fa 2 2 2
σ 1a =
− 1Fa 2A
=
Fa 2A
σ 2a =
3Fa 2A
Pevnost a životnost - Hru II
28
Př.: Stanovení životnosti prutové konstrukce 5/6 jako další se poruší prut 2, který má už však jen část zbytkové životnosti DII2=1-DI2 z předchozího: DI 2 = 0,061 ⇒ DII 2 = 1− 0,061 = 0,939 počet cyklů do poruchy v prutu 2, kdyby neměl naakumulované žádné poškození: NII 2ideal =
1,6105 ⋅ 1016
σ IIw2 a
=
1,6105 ⋅ 1016 345
5
= 3 295
počet cyklů do poruchy v prutu 2, má z předchozího poškození 0,061:
DII 2 =
NII 2 NII 2 ideal
→ NII 2 = DII 2 NII 2ideal = 0,939 ⋅ 3 295 = 3 094
naakumulované poškození od porušení prutu 3 do porušení prutu 2 v prutu 1: 1,6105 ⋅ 1016 1,6105 ⋅ 1016 3 094 NII 1 = = = 527 731 ⇒ DII 1 = = 0,00586 w 5 σ II 1a 125 527 731
Pevnost a životnost - Hru II
29
Př.: Stanovení životnosti prutové konstrukce 6/6 prutová soustava tedy přestane plnit svoji funkci po N = NI 3 + NII 2 = 244 190 + 3 094 = 247 285
cyklů pruty 2 a 3 budou po tomto počtu cyklů porušeny a v prutu 1 bude naakumulováno poškození D1 = DI 1 + DII 1 = 0,0000 595 + 0,00586 = 0,00592
Pevnost a životnost - Hru II
30
Př.: Hřídelového osazeníStanovení životnosti prutové konstrukce 6/6 prutová soustava tedy přestane plnit svoji funkci po N = NI 3 + NII 2 = 244 190 + 3 094 = 247 285
cyklů pruty 2 a 3 budou po tomto počtu cyklů porušeny a v prutu 1 bude naakumulováno poškození D1 = DI 1 + DII 1 = 0,0000 595 + 0,00586 = 0,00592
Pevnost a životnost - Hru II
31
Př.: Hřídel – modifikace 3 D = 48 mm d = 40 mm ρ = 2 mm
d
Hřídel je namáhán míjivým krouticím momentem a symetricky střídavým ohybem (zadaná sekvence obsahuje 1000 cyklů se sepnutou spojkou a 1000 cyklů s rozepnutou spojkou) Kumulace poškození bude řešena mimo vrub (ve vrubu řešení přes lokální přístupy, viz. DPŽ nebo MSK)
ocel 12040:
P = 100 kW, n = 1500 min − 1, Mo = 600000 N.mm
Úkol: Vypočítat střední únavové poškození, Únavová křivka napětí materiálu (R = -1) je dána na bázi 106 kmitů amplitudou σc = 75 MPa, w1 = 4 pro N < 106, w2 = 8 pro N > 106
Pevnost a životnost - Hru II
32
Namáhání – jiné fázové složení Moh = 600000 N.mm
Mkh =
π
P 300000 = = 636620 N.mm n 1500 30
π
30
800000 600000
Moh = 600000 N.mm
400000
Mkh = 0 N.mm
N.mm
200000
Mo Mk
0 -200000 -400000 -600000 -800000
cyklus
zadaná sekvence obsahuje 1000 cyklů se sepnutou spojkou a 1000 cyklů s rozepnutou spojkou (ohybové namáhání zůstává stejné)
Pevnost a životnost - Hru II
33
Namáhání – jiné fázové složení 150.000
100.000
MPa
50.000
ohyb smyk signHMH
0.000
-50.000
-100.000
1000x
-150.000
cyklus
1000x σ redd = 87,7 MPa σ redm = 108,7 MPa σ redh = 129,7 MPa σ reda = 21,0 MPa
σ redaekv = σ reda (σ reda + σ redm ) = 52,1 MPa
σ redd = −95,5 MPa σ redm = 0 MPa σ redh = 95,5 MPa
σ reda = 95,5 MPa
Pevnost a životnost - Hru II
34
Pevnost a životnost - Hru II
35
Kumulace poškození Ni =
σa eqv
C
Di =
σ aw,eqv
ni Ni
[MPa]
Ni [1]
ni [1]
Di [1]
52,1
18441163
1000
0,0000542
95,5
380392
1000
0,00262
D=∑ i
Z=
1 D
ni Ni
=
= ... = 0,00268 1
0,00268
= 372,7
střední opakování zátěžné sekvence
Pevnost a životnost - Hru II
36
Př. – Předepjatý šroubový spoj Určete míru bezpečnosti spoje při namáhání míjivou silou F0 = 30 kN a předpětím v mezích 30 70 kN. Spoj se skládá z ocelového šroubu M20x2,5 (řezaného závitu) a přírub potrubí. materiál šroubu (při 25°C):
σpt = 550 MPa σk = 350 MPa poddajnosti: c1 = 1,2 ⋅ 10 −6 mm.N-1 c 2 = 0,12 ⋅ 10 − 6 mm.N-1
průměr jádra šroubu: d3 = 16,93 mm
Pevnost a životnost - Hru II
37
Silový rozbor M F
Při utahování šroubu kroutícím momentem M vzniká osová síla předpětí Q. Díky tomuto předpětí dochází k deformaci jak šroubu tak i spojovaných součástí: Šroub se prodlouží o: c1Q
Q
Příruby se stlačí o:
c 2Q
Poddajnosti c1 a c2 lze určit dle: c1 = c2 =
l1 E1A1
=
l2 E2 A2
1 tgα
=
1 tg β
l 1 je celková délka spojovaných součástí + výška matice (mm) E1 je modul pružnosti v tahu materiálu šroubu (MPa) A1 je střední průřez závitu (mm) l 2 je délka spojovaných součástí (mm) E2 je modul pružnosti v tahu spojovaného materiálu (MPa) A2 je plocha průřezu tzv. tlakového dvojkužele
Pevnost a životnost - Hru II
38
Pracovní diagram šroubového spoje a) stav po dotažení: ∆l cykl = 0 Fš = Fp = Q
F1 F2
Q
c) odsednutí přírub:
F
∆l cykl = δ > ξ β
α
přírub.
Fp = 0, F2 = Q, F1 = F − Q
šroub
Fp
δ ∆ lstat
F = F1 + F2
ξ
b) zatížení vnější kmitající silou F: F1 =
∆l cykl = δ ≤ ξ ∆Fš = F1 =
δ c1
,
∆Fp = F2 =
δ c2
1 + F F1 = , c
F c1
c 2
, F2 =
F
c1
c2
1 + c1 c2 c −1 F2 = F c
Pevnost a životnost - Hru II
Pracovní diagramy šroubového spoje
39
Pevnost a životnost - Hru II
40
Napětí ve šroubu F1
Napětí ve šroubu je funkcí zátěžné síly F:
↑
ad b) zatížení vnější kmitající silou F: ∆l cykl = δ ≤ ξ δ=ξ
tgα α = 1/c
Q/(c-1) →F
Qc/(c-1)=1.1Q
Při provozním zatížení silou F0 = 30 kN a neznámém předpětí Q lze zatím určit jen ad b)
σa =
F
4950
=
30000 4950
= 6,06 MPa
tj. F ≤ 1,1⋅ Q
σa =
F1 F F F = = = 2A0 2cA0 2 ⋅ 11⋅ 225 4950
σm =
1 F Q + 1 A0 2
ad c) odsednutí přírub: ∆l cykl = δ > ξ
tj. F > 1,1⋅ Q
σa =
F −Q F −Q F −Q = = 2A0 2 ⋅ 225 450
σm =
1 F Q F −Q F +Q + = Q + 1 = A0 2 A0 2A0 450
Pevnost a životnost - Hru II
41
Mez únavy šroubu Výpočet meze únavy σcx šroubu bude bez experimentálních podkladů velmi nejistý. Podle některých zkoušek je součinitel vrubu β šroubu vysoký!
Podklady pro výpočet: a) experimentální data (platná pro závity M < 16 ⇒ VLIV VELIKOSTI ŠROUBU)
β [-]
σcx [MPa]
σpt
σc
[MPa]
[MPa]
řezaný
válcovaný
řezaný
válcovaný
35 (11 550)
500
180
3,6
2,8
50
65
45 (12 050)
650-800
220
3,7
2,8
60
80
30 ChGSA (14 331)
950-1100
300
4,0
3,0
75
100
800
300
4,0
3,0
75
100
Ocel (ekvivalent)
30 ChA (14 140)
Vliv velikosti: d = 16 ÷ 40 ⇒ ks = 0,9 ÷ 0,7 d = 40 ÷ 80
⇒
k s = 0,7 ÷ 0,4
Pevnost a životnost - Hru II
42
Mez únavy šroubu b) Korekce na střední napětí σm: Pro nesymetrické zatěžování při σm ≥ 0,5 σp0,2 se provádí korekce na střední napětí. Pro řešený případ vychází:
σm =
Q A0
max =〈 min
70000
225 30000 225
Z tabulky (ocel 11 550, řezaný závit):
= 311,1 MPa = 133,3 MPa
σ cx = 50 MPa;
β = 3,6
Korekce na σ m ≈ 200 MPa
σ cx (R ≠ -1) = σ cx 1 − σ m
σ pt
= 50 1 − 200
550
= 39,9 MPa
Korekce na velikost: k s ≅ 0,9 (M20 ); σ cx (M20 ) = 35,9 MPa
Pevnost a životnost - Hru II
Mez únavy šroubu c) Wöhlerovy křivky spojů: Platí pro oceli s σpt = 900 1200 MPa, válcovaný závit. logσ σAx
Interpolace na M20:
↑
σ cx (M20 ) ≅ 55 MPa
300 200 M8 M24 70 50
104
105
106
logN
107
43
Pevnost a životnost - Hru II
Mez únavy šroubu d) empirický vztah dle Heywooda: 25 + d 25 + 20 σ cx = 0,15σ pt = 0,15 ⋅ 550 = 43,6 MPa 25 + 3d 25 + 3 ⋅ 20
σ cx (R ≠ -1) = σ cx 1 − σ m e) klasický vztah:
σ cx =
σ pt
= 43,6 1 − 200
550
= 34,8 MPa
σ c k s k sf kt 180 ⋅ 0,87 ⋅ 1⋅ 0,8 = = 35 MPa β 3,6
Závěr: s přihlédnutím k experimentům:
σ cx,šroubu = 35 MPa
44
Pevnost a životnost - Hru II
45
Bezpečnost šroubového spoje Rekapitulace: Mez únavy šroubu při σm ≈ 200 MPa je σcx = 35 MPa Namáhání: ad b) δ ≤ ξ:
σa =
ad c) δ > ξ:
σa =
1 F 2 cA0
=
1 F −Q 2 A0
F
4950 =
, σm =
F −Q
450
1 F 22Q + F Q + 1 = A0 2 4950
,σ m =
Q A0
+
F −Q
2 A0
=
F +Q
450
Předpokládá se, že provozní síla se bude zvyšovat z počáteční hodnoty F0 = 30 kN na hodnotu mezní, kdy nastává únavový lom. Předpokládat proporcionální růst síly podle vztahu: F = λ F0
Pevnost a životnost - Hru II
46
Bezpečnost šroubového spoje σa σ cx
F = λ F0
↑
σ a = ϕ (λ )σ a0
σa
Při provozní síle:
M: λ = kc
σA
λ = 1, tj. σ a = σ a
P: λ = 1
Na mezní čáře: σm
σM
Rm → σm
λ = k , tj. σ a = σ A
Mezní čára (čára „dynamické pevnosti“) Haighova diagramu (lineární):
σA σM + =1 x σ c Rm
Pevnost a životnost - Hru II
47
Bezpečnost šroubového spoje b) neodsednutí přírub: F = λ F0 F = k1F0
σA = c) odsednutí přírub:
1 k1F0 2 cA0
=
k1F0
,
4950
σM =
1 F 22Q + k1F0 Q + 1 = A0 2 4950
,
σM =
F = k 2F0
σA =
1 k 2F0 − Q 2
A0
=
k 2F0 − Q
450
Q A0
+
k 2F0 − Q
2A0
Mezní čára (čára „dynamické pevnosti“) Haighova diagramu (lineární):
σ A σM + =1 x σ c Rm
=
k 2F0 + Q
450
Pevnost a životnost - Hru II
48
Bezpečnost šroubového spoje 4.5 4 3.5 3 2.5 2 1.5 1 0.5 0 30000
ad c) odsednutí přírub: 3 2.5 2
k 2 [-]
k 1 [-]
ad b) zatížení vnější kmitající silou F:
1.5 1 0.5
40000
50000
60000
Q [N]
70000
0 30000
40000
50000
60000
Q [N]
Diskuze: S rostoucím předpětím roste σa, ale bezpečnost k1 > 2,0 je dostatečná. S poklesem předpětí roste riziko odsednutí přírub c) a pokles bezpečnosti pod k2 < 2,0 ⇒ nutné dotahovat spoje.
70000
Pevnost a životnost - Hru II
49
Bezpečnost šroubového spoje Optimální předpětí?
!
k 1 [-]
k1 = k 2 4.5 4 3.5 3 2.5 2 1.5 1 0.5 0 30000
k1 k2 40000
50000
Q [N]
60000
70000
Pevnost a životnost - Hru II
Úpravy pro zvýšení únavové odolnosti
50
Pevnost a životnost - Hru II
51
Úpravy pro zvýšení únavové odolnosti Šroub je namáhán pulzujícím tahem (pokud se neuvažuje ohybové namáhání od např. nerovnoběžnosti dosedacích ploch pod hlavou šroubu a maticí). Závit představuje vysoký koncentrátor napětí ⇒ dochází k přetěžování prvního závitu v matici ⇒ poruchy únavou. Východiskem mohou být různé konstrukční úpravy ⇒ rovnoměrnější rozložení silového toku závitem ⇒ snížení součinitele vrubu β .
Pevnost a životnost - Hru II
Úpravy pro zvýšení únavové odolnosti
52
Pevnost a životnost - Hru II
Úpravy pro zvýšení únavové odolnosti
53