Dynamická pevnost a životnost Přednášky...
Transcript of Dynamická pevnost a životnost Přednášky...
DPŽ ndash Hrubyacute 1
Dynamickaacute pevnost a životnost
Přednaacutešky - zaacuteklady
Milan Růžička Josef Jurenka Zbyněk Hrubyacute
mechanikafscvutcz zbynekhrubyfscvutcz
DPŽ ndash Hrubyacute 2
Podklady
mechanikafscvutczpredmetydpz
bull přednaacuteškoveacute podklady
bull podklady pro cvičeniacute
bull literatura
bull
DPŽ ndash Hrubyacute 3
Co je to mezniacute stav konstrukce
Ztraacuteta schopnosti konstrukce plnit funkci pro kterou byla určena
DPŽ ndash Hrubyacute 4
Statickaacute pevnosti křehkyacute lom
DPŽ ndash Hrubyacute 5
Plastickeacute přetvořeniacute
DPŽ ndash Hrubyacute 6
Stabilita
Kolaps mostu u
Quebecu 1907
DPŽ ndash Hrubyacute 7
Creep ndash tečeniacute za zvyacutešeneacute teploty
wwwallforpowercz
DPŽ ndash Hrubyacute 8
Dynamickaacute odezva rezonance
The Tacoma Narrows Bridge (1940 present day)
DPŽ ndash Hrubyacute 9
Uacutenava
DPŽ ndash Hrubyacute 10
Opotřebeniacute a koroze (pitting fretting)
httpwwwlambdatechscomimagesdamagejpg
DPŽ ndash Hrubyacute 11
Mezniacute stavy z pohledu funkčnosti
Statickaacute pevnost křehkyacute lom
Plastickeacute přetvořeniacute
Stabilita (vzpěr)
Creep (tečeniacute za vysokyacutech teplot)
Dynamickaacute odezva ndash vynuceneacute kmitaacuteniacute
Uacutenava ndash niacutezkocyklovaacute vysokocyklovaacute
Opotřebeniacute a koroze
hellip
Interakce a různeacute kombinace mezniacutech stavů
Ztraacuteta schopnosti konstrukce plnit funkci pro kterou byla určena
DPŽ ndash Hrubyacute 12
Uacutenava materiaacutelu
DPŽ ndash Hrubyacute 13
Uacutenava ndash scheacutema metodiky hodnoceniacute Konstrukčniacute naacutevrh
nevyhovuje vyhovuje
Zatiacuteženiacute vibrace
(teorie)
Materiaacutel Technologie vyacuteroby Provozniacute podmiacutenky
Materiaacuteloveacute zkoušky
- Woumlhlerova křivka
- Mansonova-Coffinova křivka
- cyklickaacute deformačniacute křivka
- lomovaacute houževnatost
Ovlivňujiacuteciacute faktory
- zbytkovaacute pnutiacute (RTG analyacutezy)
- defekty (NDT analyacutezy)
- koroze
- vliv zvyacutešenyacutech teplot
Provozniacute napětiacute Dovoleneacute napětiacute
Odhad životnosti Uacutenavoveacute zkoušky na konstrukci
Posouzeniacute životnosti Konstrukce produkce
Fraktografie NDT
RTG akustickaacute emise
Zatiacuteženiacute vibrace
(realita)
DPŽ ndash Hrubyacute 14
Uacutenava materiaacutelu ndash faacuteze aplikace
Apriorniacute (design)
naacutevrh konstrukce
optimalizace
naacutevrh technologie
omezeniacute provozniacutech
podmiacutenek
Aposteriorniacute (provoz)
provozniacute inspekce
poruchy a havaacuterie
wwwreskofcz
DPŽ ndash Hrubyacute 15
Vyacutepočet uacutenavoveacuteho poškozeniacute ndash
praxe scheacutema vyacutepočtu
Analyacuteza
mezniacuteho stavu
poškozeniacute
CAD
model
MISES VALUE
+367 E+00
+283 E+02
+170 E+02
+336 E+02
+419 E+02
+502 E+02
+585 E+02
+668 E+02
+751 E+02
+834 E+02
+867 E+01
+917 E+02
+100 E+03
+163 E+03
1
2
3
MKP
analyacuteza
V přiacutepadě
nevyhověniacute
uacuteprava
konstrukce
DPŽ ndash Hrubyacute 16
Uacutenava ndash uacutenavoveacute poškozeniacute ndash přiacutestupy
Critical
Location
Permanent strength
(unlimited fatigue life)
Fatigue strength
(limited fatigue life)
SAFE-LIFE
structure
FAIL-SAFE
structure
Damage Tolerance
structure
Slow Crack Growth
structure
Inspection
possible
Multiple
elements
YES
Theoretically
infinite life
NO
NO
NO
YES
YES
DPŽ ndash Hrubyacute 17
Metody predikce životnosti
Přiacutestup pomociacute nominaacutelniacutech napětiacute
(NSA - Nominal Stress Approach)
Přiacutestup pomociacute lokaacutelniacutech elastickyacutech napětiacute
(LESA - Local Elastic Stress Approach)
Přiacutestup pomociacute lokaacutelniacutech elasto-plastickyacutech
napětiacute a deformaciacute
(LPSA - Local Plastic Stress
and Strain Approach)
Přiacutestup využiacutevajiacuteciacute lomoveacute mechaniky
(FMA - Fracture Mechanics Approach)
Hrubyacute
Jurenka
DPŽ ndash Hrubyacute 18
Pozadiacute fenomeacutenu uacutenavy
DPŽ ndash Hrubyacute 19
Krystalografickeacute mřiacutežky kovů
kubickaacute prostorově centrovanaacute
(body centered cubic ndash BCC)
chrom wolfram vanad železo α
kubickaacute plošně centrovanaacute
(face centered cubic ndash FCC)
železo γ nikl hliniacutek měď olovo zlato
platina střiacutebro
httpmechmeswebsnadnoczdokumentypri-st-05_vnitrnistrukturakovupdf
šesterečnaacute
(hexagonal)
hořčiacutek zinek titan
DPŽ ndash Hrubyacute 20
Krystalografickaacute mřiacutežka - poruchy
httppythonriceedu~arbCourses360_defects_handout_01pdf
čaacuteroveacute poruchy - dislokace
plochoveacute
poruchy -
zrna hranice zrn
bodoveacute poruchy
DPŽ ndash Hrubyacute 21
Technickeacute slitiny železa
httpcswikipediaorgwikiSouborDiagramm_phasenjpg
makroskopickaacute isometrie
diacuteky naacutehodneacute orientaci
anisotropniacutech krystalů v tuheacute
faacutezi
httpwwwpedmuniczwphyFyzVlaindexhtm
V každeacutem materiaacutelu jsou
poruchy ideaacutelniacute struktury
DPŽ ndash Hrubyacute 22
bull Faacuteze změn mechanickyacutech
vlastnostiacute změny struktury kovu v
celeacutem objemu Doba trvaacuteniacute několik
procent života do lomu
bull Faacuteze nukleace (iniciace)
mikrotrhliny formovaacuteniacute
makrotrhliny zahrnuje lokaacutelniacute
změny v povrchoveacute vrstvě vyvolaneacute
silokačniacutemi efekty a naacutesledneacute
propojovaacuteniacute mikrotrhlin nebo růst
dominantniacute mikrotrhliny Doba trvaacuteniacute
10 i 90 života
bull Faacuteze šiacuteřeniacute makrotrhliny Zahrnuje
staacutedium růstu dominantniacute
makrotrhliny změnu jejiacuteho směru
kolmo na max hlavniacute napětiacute
bull Faacuteze zaacutevěrečneacuteho lomu je
reprezentovaacutena přechodem na
zrychlenyacutem rozvojem zakončenyacutem
houževnatyacutem nebo křehkyacutem lomem
na mezi kluzu nebo mezi pevnosti
1 A
10 2 A
1 m 10 2 m 1 mm 10
2 mm
Atomic
Distance Grain Size
of Austenite
Micro-crack
Formation
Glissile
Dislocation
Macro-crack
Creation
Macro-crack
Growth
Faacuteze uacutenavoveacuteho procesu 1
2
3
4
DPŽ ndash Hrubyacute 23
t
t
t
t
t t
t
t
t
a
b
c
d
e
0
A
B
C
DD
C
B
A
0
Cacute
E
Cyklickeacute
zpevněniacute
Cyklickeacute
změkčeniacute
Cyklickaacute
relaxace
Cyklickyacute creep
(ratchetting)
Paměťovyacute
efekt
1 Mechanickeacute změny při cyklovaacuteniacute
DPŽ ndash Hrubyacute 24
Miacutesta iniciace lomovaacute plocha
Striačniacute čaacutery
postupu čela
trhliny
Miacutesto
iniciace
Extruse
Skluzovaacute paacutesma
Intruse
2
3
4
DPŽ ndash Hrubyacute 25
Charakteristiky harmonickeacuteho
cyklickeacuteho namaacutehaacuteniacute
DPŽ ndash Hrubyacute 26
Harmonickeacute zatěžovaacuteniacute
amplituda napětiacute
středniacute hodnota napětiacute
perioda kmitu napěťově řiacutezeneacute zatěžovaacuteniacute ndash
měkkeacute
deformačně řiacutezeneacute zatěžovaacuteniacute ndash
tvrdeacute
httpfatiguecalculatorcom
2
dha
2
dhm
rozkmit napětiacute
koeficient nesouměrnosti
frekvence kmitu
dh
h
dR
T
Tf
1
T
a
m
h
d
DPŽ ndash Hrubyacute 27
Druhy kmitů sta
tickyacute v
tla
ku
pu
lzu
jiacuteciacute
v t
laku
sym
etr
ick
y s
třiacuted
avyacute
miacutej
ivyacute
v t
lak
u
neso
um
ěrn
ě s
třiacuted
avyacute
(stř
h
od
no
ta v
tla
ku
)
nes
ou
mě
rně
stř
iacuteda
vyacute
(stř
h
od
no
ta v
tah
u)
sta
tic
kyacute
v t
ah
u
pu
lzu
jiacuteciacute
v t
ah
u
miacutejiv
yacute v
tah
u
1R
1R
R 10R
1R
1R
01R
1R
0R
DPŽ ndash Hrubyacute 28
Uacutenavoveacute křivky napětiacute
DPŽ ndash Hrubyacute 29
Historie uacutenavy materiaacutelu
19 stoletiacute rozvoj technickeacuteho poznaacuteniacute rozšiacuteřeniacute možnosti využitiacute
oceli a kovovyacutech materiaacutelů v běžneacute praxi
Rozvoj železničniacute dopravy parniacute lokomotiva Mr G Stephenson 1829
Stavebnictviacute (mosty a nosneacute konstrukce) Eiffelova věž 1889
Rozvoj lodniacute dopravy
Vyacuteraznyacute technickyacute pokrok rostouciacute počet havaacuteriiacute ndash lomy konstrukciacute
Lomy os železničniacutech soukoliacute (konec 19 st)
August Wőhler (1819-1914)
DPŽ ndash Hrubyacute 30
Odhad meze uacutenavy
Uhliacutek oceli (P=1 )
Střiacutedavyacute tah-tlak σc = 033 (035)Rm
Miacutejivyacute tah-tlak σhc = 061Rm
Střiacutedavyacute ohyb σoc = 043 Rm
Střiacutedavyacute krut τc = 025 Rm
DPŽ ndash Hrubyacute 31
Odhad meze uacutenavy
Meze uacutenavy v ohybu platneacute pro 50 pravděpodobnost porušeniacute
DPŽ ndash Hrubyacute 32
Rm
oblast
Re
C
Woumlhlerova křivka + Frenchova čaacutera
DPŽ ndash Hrubyacute 33
Wőhlerova křivka ndash ocel (bcc) hliniacutek (fcc)
httpwwwtokuroglucomSnCurveExpjpg httpenwikipediaorgwikiFatigue_(material)
DPŽ ndash Hrubyacute 34
Wőhlerova křivka ndash popis šikmeacute čaacutesti
KNw
CNwCN
CN
a
awa
wa
loglog
loglogloglogloglog
loglog
CNwa
bfa N2
Basquin
mocninnyacute tvar
Basquin 11 5231
10
100
1000
1 10 100 1000 10000 100000
N [1]
a [
MP
a]
bfC
1
2
1
bw
1
DPŽ ndash Hrubyacute 35
Wőhlerova křivka ndash celkovyacute popis
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
10E+01 10E+02 10E+03 10E+04 10E+05 10E+06 10E+07 10E+08 10E+09
N [1]
a [
MP
a]
CANw
Ca
Weibullův
KohoutůvndashVěchetův b
CaCN
BN
DPŽ ndash Hrubyacute 36
Dalšiacute odhady meze uacutenavy Vyhodnocovanaacute
veličina
Vztah pro mez uacutenavy při R=-1
(pravděpodobnost poruchy
P=50) [MPa]
Koeficienty a podmiacutenky
platnosti
Autor
mez pevnosti Rm
[MPa]-1=0432timesRm+22
-1=046timesRm
-1=6
1Rm+400
t-1=027timesRm
t-1=0249timesRm+25
konstrukčniacute oceli
oceli do Rm =1400 MPa
oceli do Rm =1200 až 1800
MPa
oceli Rm Ł1200
konstrukčniacute oceli
Buch
Žukov
Ponomarjev
Žukov
Buch
mez kluzu
v tahu Re a krutu
timestk [MPa]
-1=0452timesRe+94
-1=045timesRe+122
t-1=0448times tk+52
konstrukčniacute oceli
konstrukčniacute oceli
konstrukčniacute oceli
Buch
Žukov
Buch
skutečnaacute lomovaacute
pevnost f
[MPa]
-1=035times f ndash10
-1=0315times f -19
konstrukčniacute oceli
konstrukčniacute oceli
Žukov
Mc-Adam
tvrdost HB
[MPa]-1=(0128hellip0156)timesHB
-1=(0168hellip0222)timesHB
uhliacutekoveacute oceli
legovaneacute oceli
Grebenik
Grebenik
meze Rm Re
[MPa]-1=0285times( Re + Rm) konstrukčniacute oceli Šapošnikov
DPŽ ndash Hrubyacute 37
Uacutenavoveacute křivky deformace
DPŽ ndash Hrubyacute 38
Manson-Coffin ndash unavovaacute křivka
deformace
00001
0001
001
01
1
1E+00 1E+01 1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07
počet půlkmitů 2N [1]
am
plitu
da p
om
d
efo
rmace
a [
1]
ae
ap
a
f
f Eb
c
1
1
DPŽ ndash Hrubyacute 39
Manson-Coffin ndash matematickyacute popis
NcNbE
NNE
NNE
fpla
fela
cf
pla
bfela
cf
pla
bfela
2logloglog2log
loglog
2loglog2
loglog
22
cfbfpl
aelaa NN
E22
σfrsquohellipsoučinitel uacutenavoveacute pevnosti bhellipexponent uacutenavoveacute pevnosti
εfrsquohellipsoučinitel uacutenavoveacute deformace chellipexponent uacutenavoveacute deformace
bc
f
fcb
f
ft
ctf
bt
f
aplael
E
EN
NNE
11
2
1
2
1
22
Tranzitniacute počet cyklů Po logaritmickeacute uacutepravě
DPŽ ndash Hrubyacute 40
Cyklickaacute deformačniacute křivka
DPŽ ndash Hrubyacute 41
Ramberg-Osgood (platneacute pro přibližneacute
vyjaacutedřeniacute tahoveacuteho diagramu i cyklickeacute
deformačniacute křivky)
E
el
npl
K
1
elE nplK
1DOsgoodRamberg
1
n
KE
+ =
DPŽ ndash Hrubyacute 42
Hysterezniacute smyčky cyklickaacute deformačniacute křivka
Rambergova-Osgoodova aproximace
Cyklickaacute
deformačniacute
křivka Saturovaneacute
hysterezniacute
smyčky
zpevněniacute
změkčeniacute
cyklickaacute
statickaacute
1D
1n
aaa
KE
D1el
aa E 1Dnpl
aa K
R = -1
DPŽ ndash Hrubyacute 43
Saturovanaacute hysterezniacute smyčka
naapla
elaa
KE
1
Krsquo - modul cyklickeacuteho zpevněniacute
nrsquo - exponent cyklickeacuteho zpevněniacute
E - modul pružnosti v tahu
nplaa K
DPŽ ndash Hrubyacute 44
Masingova aproximace hysterezniacutech
smyček a CDK
Saturovaneacute hysterezniacute smyčky uměle
posunuty spodniacutem rohem do počaacutetku
souřadneacuteho systeacutemu [εpl σ] majiacute
shodnou horniacute větev Většina kovů se
však podle Masingova pravidla nechovaacute
Data převzata z Radim Halama Experimentaacutelniacute poznatky a fenomenologickeacute modelovaacuteniacute cyklickeacute plasticity kovů [Habilitačniacute praacutece VŠB-TU Ostrava] 2009
εpl
σ CDK prochaacuteziacute středy posunutyacutech
hyster smyček
Nevykazuje chovaacuteniacute podle
Masingova pravidla
DPŽ ndash Hrubyacute 45
Odhady uacutenavovyacutech parametrů
Parametr Nelegovaneacute a niacutezkolegovaneacute oceli Hliniacutekoveacute a titanoveacute slitiny
f mRtimes51 mRtimes671
b -0087 -0095
f times590 350
c -058 -069
C mRtimes450 mRtimes420
C timestimestimes 410951450
E
Rm E
Rmtimes420
CN 5105 times 6101times
K mRtimes651 mRtimes611
n 015 011
kde
01 pro 3103 timesŁE
Rm
timesE
Rm01253751 pro 3103 timesE
Rm
0
DPŽ ndash Hrubyacute 46
Koncentrace napětiacute
DPŽ ndash Hrubyacute 47
Koncentrace napětiacute
Součinitel tvaru
(součinitel koncentrace
elastickyacutech napětiacute)
0max
1
x
y
x
nom
maxt
SK
0
1
x
y
x
Poměrnyacute gradient
(gradient normovanyacute maximaacutelniacutem
elastickyacutem napětiacutem)
httpwwwameswebinfoStressConcentrationFactor
StressConcentrationFactorsaspx
DPŽ ndash Hrubyacute 48
Součinitel vrubu β vrubovaacute citlivost q
0
100
200
300
400
500
600
1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07 1E+08
Number of cycles [1]
Str
es
s a
mp
litu
de
[M
Pa
]
smooth
notched
FL
FLN
xc
cfK
q11 Thum
Poloměr vrubu
Vliv vrubu bez
vlivu velikosti
a povrchu
DPŽ ndash Hrubyacute 49
Vliv velikosti a jakosti povrchu
DPŽ ndash Hrubyacute 50
Vliv velikosti součaacutesti - kS
m
d
D
dc
Dc
SV
Vk
exp
exp
10
y
x
S
02
03
04
05
06
07
08
09
1
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
průměr hřiacutedele D [mm]
so
učin
itel veliko
sti
[
1]
Rm=400 až 580Rm=700 až 710litaacute ocelRm=820 až 860Rm=850 až 910Rm=890 až 1000Rm=890 až 1000 aproximacem=-003m=-004m=-005m=-006m=-0068
oceli
DPŽ ndash Hrubyacute 51
Vliv jakosti obrobeniacute povrchu - kSF
kSF
Jakost povrchu
Pevnost v tahu
etalonc
realc
SFk
DPŽ ndash Hrubyacute 52
Vliv technologie uacuteprav povrchu - kT
etalonc
technolc
Tk
DPŽ ndash Hrubyacute 53
Mez uacutenavy reaacutelneacuteho diacutelu ndash dimenzovaacuteniacute
na teoreticky nekonečnou životnost
(trvalou pevnost)
f
TSFScvc
xc
K
kkk
vpcvc
xc
DPŽ ndash Hrubyacute 54
Vliv středniacuteho napětiacute
DPŽ ndash Hrubyacute 55
Vliv středniacuteho napětiacute
DPŽ ndash Hrubyacute 56
Smithův diagram
FL
DPŽ ndash Hrubyacute 57
Haighův (Goodmanův) diagram
0Re Re Rm
Re
-m +m
a
aekv
k
F
mCA
1
F
mCA
1
a
m
F Re
C
k = 2
CC
F tg
k = 1
odhad fiktivniacuteho napětiacute
tah
ohyb
krut
Rm
Rm
Rm
F
F
F
8070
7151
t
Hodnoty součinitele citlivosti k asymetrii cyklu ψ
(bdquosbiacutehavostldquo)
Goodmanova čaacutera
DPŽ ndash Hrubyacute 58
Vyacutepočet bezpečnosti
pt
mx
c
a
k
1
1
kt
m
kt
a
k
1
2
21min kkk
1pt
M
x
c
A
1
kt
M
kt
A
aA k mM k
DPŽ ndash Hrubyacute 59
Př Prutovaacute soustava ndash SU
bull absolutně tuhyacute traacutem
bull h = 1 000 mm
bull a = 500 mm
bull mez pevnosti materiaacutelu prutů 600 MPa
bull hladkeacute pruty kruhovyacute průřez 100 mm2
bull povrch prutů leštěn ndash souč jak povrchu 095
bull součinitele velikosti všech prutů 098
bull Fh = + 10 000 N
bull Fd = - 10 000 N
bull určit bezpečnost pro teoreticky
nekonečnou životnost
h
2a
F
a2
DPŽ ndash Hrubyacute 60
Př Prutovaacute soustava ndash SN
bull absolutně tuhyacute traacutem
bull h = 1 000 mm
bull a = 500 mm
bull mez pevnosti materiaacutelu prutů 600 MPa
bull hladkeacute pruty kruhovyacute průřez 100 mm2
bull povrch prutů leštěn ndash souč jak povrchu 095
bull součinitele velikosti všech prutů 098
bull Fh = + 20 000 N
bull Fd = - 20 000 N
bull určit bezpečnost pro teoreticky
nekonečnou životnost
h
a a
F
a2
DPŽ ndash Hrubyacute 61
Př Prutovaacute soustava ndash SU ndash 2 parametry
bull určit maximaacutelniacute rozmeziacute symetricky
střiacutedavyacutech sil (působiacuteciacutech ve faacutezi) pro
teoreticky nekonečnou životnost v
zaacutevislosti na uacutehlu alfa
bull l = 1 000 mm
bull mez pevnosti materiaacutelu prutů 600
MPa
bull hladkeacute pruty kruhovyacute průřez 100
mm2
bull povrch prutů leštěn ndash souč jak
povrchu 095
bull součinitele velikosti všech prutů 098
V
H
l l
1 2
V
H
N1 N2
DPŽ ndash Hrubyacute 62
zakresleniacute diagramu pro mezniacute stav
A
Vxc
A
Hxc
cos2
cos2
cotg
cos2
cotg
cos2
bezpečnost gt 1 jeden prut na mezi
uacutenavy součaacutesti tj v
jednom prutu
bezpečnost rovna
jedneacute
Př Prutovaacute soustava ndash SU ndash 2 parametry
DPŽ ndash Hrubyacute 63
Reaacutelneacute napěťodeformačniacute stavy ve
vrubech
DPŽ ndash Hrubyacute 64
Součinitel tvaru (s koncentrace
elastickyacutech napětiacute)
Součinitel koncentrace napětiacute
Součinitel koncentrace deformace
Reaacutelnaacute napětiacute a deformace ve vrubech
0
0
0
0
e
B
S
C
eSK ficfic
t
0
0
S
C
SK
0
0
e
B
eK
e
(nom)
B 0 fic
S (nom)
Brsquo
A
Arsquo
fic=S
=timesS
=times
Crsquo
C
DPŽ ndash Hrubyacute 65
Skutečnaacute napětiacute a deformace ve vrubech
22SeeS
12
0
2
12d
2
nplnpl
vKnE
KE
U
pl
Neuber Glinka
1
22
1 n
vKE
U
vfic UU
nomnomficficfic SeU 22
2
1
2
1
2
1
z rovnosti
ploch
DPŽ ndash Hrubyacute 66
0
fic
m=1
m=066
m=05m=01
m=0
Zobecněneacute Neuberovo pravidlo
5050 el
fic E
elfic EE
2
m=0 platiacute pro tvrdeacute zatěžovaacuteniacute tj
napětiacute deformačniacuteho původu
rovnoměrně rozděleneacute po
průřezu
m=1 platiacute pro měkkeacute zatěžovaacuteniacute tj
napětiacute siloveacuteho původu
rovnoměrně rozděleneacute po
průřezu
m=01 pro napětiacute deformačniacuteho
původu mimo vruby (např
teplotniacute pnutiacute)
m=05 pro vruby zatiacuteženeacute silově i
deformačně (Neuberovo
pravidlo)
m=06 pro napětiacute siloveacuteho původu
nerovnoměrně rozloženaacute po
průřezu (např při ohybu) mmel
fic E 1
DPŽ ndash Hrubyacute 67
Př Ramberg-Osgood 12
Vzorek bez vrubu z oceli 11 5231 je vystaven tvrdeacutemu zatěžovaacuteniacute o amplitudě celkoveacute
deformace 102 3timesa Určit amplitudu napětiacute Je zadaacuteno
MPa10072 5timesE
MPa1164K
1990n
0
100
200
300
400
500
600
700
0000 0005 0010 0015 0020 0025 0030
am
plitu
da n
ap
ětiacute
[M
Pa]
amplituda poměrneacute plastikeacute deformace [-]
CDK
n
apla K
DPŽ ndash Hrubyacute 68
-300 -200 -100 0 100 200 300260
280
300
320
340
360
380
ai
ai+
1
Př Ramberg-Osgood 22
MATLAB
sig=50
krok=0
for i=110000
krok=krok+1
Sig=1164(2e-3 - sig207e5)^0199
if abs(Sig-sig)lt00001
break
end
sig=Sig
end Pro libovolnyacute odhad je řešeniacute MPa273a
1990
5
1
1007200201164
times
iai
a
19901
5 1164100720020
times aa
1
naa
aKE
DPŽ ndash Hrubyacute 69
Př koncentrace napětiacute vs deformace 13
Vzorek z oceli 11 5231 je vystaven měkkeacutemu zatěžovaacuteniacute v podeacutelneacutem směru o amplitudě
napětiacute 200 MPa Určit elastickou a plastickou složku poměrneacute deformace
662
MPa10072 5timesE MPa1164K 1990n
zadaacuteno vůči neoslabeneacutemu nominaacutelniacutemu napětiacute
mimo vrub pro danou hladinu zatiacuteženiacute
200
Oslash10
20
5
DPŽ ndash Hrubyacute 70
MPa3533200662 times avruba
319901
1
1014301164
200
times
na
aplK
019801164
3533
19901
1
nvrubavrub
aplK
3
5109660
10072
200 timestimes
E
aael
0026010072
35335
times
E
vrubavrub
ael
333 101091109660101430 timestimestimes aplaela
1720101091
022403
times
a
vruba
Př koncentrace napětiacute vs deformace 23
022400198000260 vrubapl
vrubael
vruba
DPŽ ndash Hrubyacute 71
Př koncentrace napětiacute vs deformace 33
MKP elastickeacute řešeniacute
MKP elastoplastickeacute řešeniacute
324200
863max a
a
1720
662
DPŽ ndash Hrubyacute 72
Př Vetknutyacute sloupek 12
-16 K10511 times
50 100
Ocelovyacute sloupek = lopatka dmychadla je vloženyacute mezi dva tuheacute členy = disky
oběžneacuteho kola a je namaacutehaacuten cyklicky proměnnou teplotou
Uacutekol Posoudit zda hroziacute porušeniacute při 10 000 teplotniacutech cyklech
Daacuteno rozsah pracovniacutech teplot T1 = 22 degC T2 = 370 degC
modul pružnosti v tahu E = 205 GPa
uacutenavovaacute křivka poměrneacute deformace vztaženaacute
k provozniacute teplotě s parametry
160b
580c
MPa1140 f
10 f
teplotniacute roztažnost
DPŽ ndash Hrubyacute 73
C3482237012 TTT
336 1000122
10002434810511 times
timestimestimes
teplotaaT
3580160
5104601000201000020
10052
1140
22
times
times
c
fbf
a NNE
hroziacute poruchateplota
aa Ł
Př Vetknutyacute sloupek 22
DPŽ ndash Hrubyacute 74
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 14
22SeeS
nomnomficfic Se 22
2
1
2
1
2
1
2
1
Neuber
1
2222
2222
1 nfic
vKEEE
SSeU
mmelfic E 1
c
bnK
nf
f
b
c
f
fE
do Ramberga-Osgooda
naaa
KE
1
DPŽ ndash Hrubyacute 75
mmelfic E 1
m
bc
f
f
m
ficEE
E
1
m
bc
f
fmm
ficE
E
1
1
0
f
1
fic
m
bc
f
fm E
i
iii
f
f1
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 24
DPŽ ndash Hrubyacute 76
11
1
1
1
1
1
bc
f
i
f
f
m
bc
f
i
fimi
m
bc
f
i
fimi
fic
m
bc
f
i
fimi
ii
b
cEEmEm
E
1
npl
K
E
el
1
n
KE
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 34
DPŽ ndash Hrubyacute 77
K [MPa] n [-] c [-] εrsquof [-] b [-] σrsquof [MPa] E [MPa]
1020 014066 -06586 0921985 -0092718 1009234 21105
MPa700fic 50m
Iterace
Napětiacute ve vrubu
[MPa]
0 700
1 55953
2 48112
3 45414
4 45114
5 45111
6 45111 0005175
00030270002148
plel
00030271020
11451
1406601
1
npl
K
00021481012
114515
times
E
el
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 44
DPŽ ndash Hrubyacute 2
Podklady
mechanikafscvutczpredmetydpz
bull přednaacuteškoveacute podklady
bull podklady pro cvičeniacute
bull literatura
bull
DPŽ ndash Hrubyacute 3
Co je to mezniacute stav konstrukce
Ztraacuteta schopnosti konstrukce plnit funkci pro kterou byla určena
DPŽ ndash Hrubyacute 4
Statickaacute pevnosti křehkyacute lom
DPŽ ndash Hrubyacute 5
Plastickeacute přetvořeniacute
DPŽ ndash Hrubyacute 6
Stabilita
Kolaps mostu u
Quebecu 1907
DPŽ ndash Hrubyacute 7
Creep ndash tečeniacute za zvyacutešeneacute teploty
wwwallforpowercz
DPŽ ndash Hrubyacute 8
Dynamickaacute odezva rezonance
The Tacoma Narrows Bridge (1940 present day)
DPŽ ndash Hrubyacute 9
Uacutenava
DPŽ ndash Hrubyacute 10
Opotřebeniacute a koroze (pitting fretting)
httpwwwlambdatechscomimagesdamagejpg
DPŽ ndash Hrubyacute 11
Mezniacute stavy z pohledu funkčnosti
Statickaacute pevnost křehkyacute lom
Plastickeacute přetvořeniacute
Stabilita (vzpěr)
Creep (tečeniacute za vysokyacutech teplot)
Dynamickaacute odezva ndash vynuceneacute kmitaacuteniacute
Uacutenava ndash niacutezkocyklovaacute vysokocyklovaacute
Opotřebeniacute a koroze
hellip
Interakce a různeacute kombinace mezniacutech stavů
Ztraacuteta schopnosti konstrukce plnit funkci pro kterou byla určena
DPŽ ndash Hrubyacute 12
Uacutenava materiaacutelu
DPŽ ndash Hrubyacute 13
Uacutenava ndash scheacutema metodiky hodnoceniacute Konstrukčniacute naacutevrh
nevyhovuje vyhovuje
Zatiacuteženiacute vibrace
(teorie)
Materiaacutel Technologie vyacuteroby Provozniacute podmiacutenky
Materiaacuteloveacute zkoušky
- Woumlhlerova křivka
- Mansonova-Coffinova křivka
- cyklickaacute deformačniacute křivka
- lomovaacute houževnatost
Ovlivňujiacuteciacute faktory
- zbytkovaacute pnutiacute (RTG analyacutezy)
- defekty (NDT analyacutezy)
- koroze
- vliv zvyacutešenyacutech teplot
Provozniacute napětiacute Dovoleneacute napětiacute
Odhad životnosti Uacutenavoveacute zkoušky na konstrukci
Posouzeniacute životnosti Konstrukce produkce
Fraktografie NDT
RTG akustickaacute emise
Zatiacuteženiacute vibrace
(realita)
DPŽ ndash Hrubyacute 14
Uacutenava materiaacutelu ndash faacuteze aplikace
Apriorniacute (design)
naacutevrh konstrukce
optimalizace
naacutevrh technologie
omezeniacute provozniacutech
podmiacutenek
Aposteriorniacute (provoz)
provozniacute inspekce
poruchy a havaacuterie
wwwreskofcz
DPŽ ndash Hrubyacute 15
Vyacutepočet uacutenavoveacuteho poškozeniacute ndash
praxe scheacutema vyacutepočtu
Analyacuteza
mezniacuteho stavu
poškozeniacute
CAD
model
MISES VALUE
+367 E+00
+283 E+02
+170 E+02
+336 E+02
+419 E+02
+502 E+02
+585 E+02
+668 E+02
+751 E+02
+834 E+02
+867 E+01
+917 E+02
+100 E+03
+163 E+03
1
2
3
MKP
analyacuteza
V přiacutepadě
nevyhověniacute
uacuteprava
konstrukce
DPŽ ndash Hrubyacute 16
Uacutenava ndash uacutenavoveacute poškozeniacute ndash přiacutestupy
Critical
Location
Permanent strength
(unlimited fatigue life)
Fatigue strength
(limited fatigue life)
SAFE-LIFE
structure
FAIL-SAFE
structure
Damage Tolerance
structure
Slow Crack Growth
structure
Inspection
possible
Multiple
elements
YES
Theoretically
infinite life
NO
NO
NO
YES
YES
DPŽ ndash Hrubyacute 17
Metody predikce životnosti
Přiacutestup pomociacute nominaacutelniacutech napětiacute
(NSA - Nominal Stress Approach)
Přiacutestup pomociacute lokaacutelniacutech elastickyacutech napětiacute
(LESA - Local Elastic Stress Approach)
Přiacutestup pomociacute lokaacutelniacutech elasto-plastickyacutech
napětiacute a deformaciacute
(LPSA - Local Plastic Stress
and Strain Approach)
Přiacutestup využiacutevajiacuteciacute lomoveacute mechaniky
(FMA - Fracture Mechanics Approach)
Hrubyacute
Jurenka
DPŽ ndash Hrubyacute 18
Pozadiacute fenomeacutenu uacutenavy
DPŽ ndash Hrubyacute 19
Krystalografickeacute mřiacutežky kovů
kubickaacute prostorově centrovanaacute
(body centered cubic ndash BCC)
chrom wolfram vanad železo α
kubickaacute plošně centrovanaacute
(face centered cubic ndash FCC)
železo γ nikl hliniacutek měď olovo zlato
platina střiacutebro
httpmechmeswebsnadnoczdokumentypri-st-05_vnitrnistrukturakovupdf
šesterečnaacute
(hexagonal)
hořčiacutek zinek titan
DPŽ ndash Hrubyacute 20
Krystalografickaacute mřiacutežka - poruchy
httppythonriceedu~arbCourses360_defects_handout_01pdf
čaacuteroveacute poruchy - dislokace
plochoveacute
poruchy -
zrna hranice zrn
bodoveacute poruchy
DPŽ ndash Hrubyacute 21
Technickeacute slitiny železa
httpcswikipediaorgwikiSouborDiagramm_phasenjpg
makroskopickaacute isometrie
diacuteky naacutehodneacute orientaci
anisotropniacutech krystalů v tuheacute
faacutezi
httpwwwpedmuniczwphyFyzVlaindexhtm
V každeacutem materiaacutelu jsou
poruchy ideaacutelniacute struktury
DPŽ ndash Hrubyacute 22
bull Faacuteze změn mechanickyacutech
vlastnostiacute změny struktury kovu v
celeacutem objemu Doba trvaacuteniacute několik
procent života do lomu
bull Faacuteze nukleace (iniciace)
mikrotrhliny formovaacuteniacute
makrotrhliny zahrnuje lokaacutelniacute
změny v povrchoveacute vrstvě vyvolaneacute
silokačniacutemi efekty a naacutesledneacute
propojovaacuteniacute mikrotrhlin nebo růst
dominantniacute mikrotrhliny Doba trvaacuteniacute
10 i 90 života
bull Faacuteze šiacuteřeniacute makrotrhliny Zahrnuje
staacutedium růstu dominantniacute
makrotrhliny změnu jejiacuteho směru
kolmo na max hlavniacute napětiacute
bull Faacuteze zaacutevěrečneacuteho lomu je
reprezentovaacutena přechodem na
zrychlenyacutem rozvojem zakončenyacutem
houževnatyacutem nebo křehkyacutem lomem
na mezi kluzu nebo mezi pevnosti
1 A
10 2 A
1 m 10 2 m 1 mm 10
2 mm
Atomic
Distance Grain Size
of Austenite
Micro-crack
Formation
Glissile
Dislocation
Macro-crack
Creation
Macro-crack
Growth
Faacuteze uacutenavoveacuteho procesu 1
2
3
4
DPŽ ndash Hrubyacute 23
t
t
t
t
t t
t
t
t
a
b
c
d
e
0
A
B
C
DD
C
B
A
0
Cacute
E
Cyklickeacute
zpevněniacute
Cyklickeacute
změkčeniacute
Cyklickaacute
relaxace
Cyklickyacute creep
(ratchetting)
Paměťovyacute
efekt
1 Mechanickeacute změny při cyklovaacuteniacute
DPŽ ndash Hrubyacute 24
Miacutesta iniciace lomovaacute plocha
Striačniacute čaacutery
postupu čela
trhliny
Miacutesto
iniciace
Extruse
Skluzovaacute paacutesma
Intruse
2
3
4
DPŽ ndash Hrubyacute 25
Charakteristiky harmonickeacuteho
cyklickeacuteho namaacutehaacuteniacute
DPŽ ndash Hrubyacute 26
Harmonickeacute zatěžovaacuteniacute
amplituda napětiacute
středniacute hodnota napětiacute
perioda kmitu napěťově řiacutezeneacute zatěžovaacuteniacute ndash
měkkeacute
deformačně řiacutezeneacute zatěžovaacuteniacute ndash
tvrdeacute
httpfatiguecalculatorcom
2
dha
2
dhm
rozkmit napětiacute
koeficient nesouměrnosti
frekvence kmitu
dh
h
dR
T
Tf
1
T
a
m
h
d
DPŽ ndash Hrubyacute 27
Druhy kmitů sta
tickyacute v
tla
ku
pu
lzu
jiacuteciacute
v t
laku
sym
etr
ick
y s
třiacuted
avyacute
miacutej
ivyacute
v t
lak
u
neso
um
ěrn
ě s
třiacuted
avyacute
(stř
h
od
no
ta v
tla
ku
)
nes
ou
mě
rně
stř
iacuteda
vyacute
(stř
h
od
no
ta v
tah
u)
sta
tic
kyacute
v t
ah
u
pu
lzu
jiacuteciacute
v t
ah
u
miacutejiv
yacute v
tah
u
1R
1R
R 10R
1R
1R
01R
1R
0R
DPŽ ndash Hrubyacute 28
Uacutenavoveacute křivky napětiacute
DPŽ ndash Hrubyacute 29
Historie uacutenavy materiaacutelu
19 stoletiacute rozvoj technickeacuteho poznaacuteniacute rozšiacuteřeniacute možnosti využitiacute
oceli a kovovyacutech materiaacutelů v běžneacute praxi
Rozvoj železničniacute dopravy parniacute lokomotiva Mr G Stephenson 1829
Stavebnictviacute (mosty a nosneacute konstrukce) Eiffelova věž 1889
Rozvoj lodniacute dopravy
Vyacuteraznyacute technickyacute pokrok rostouciacute počet havaacuteriiacute ndash lomy konstrukciacute
Lomy os železničniacutech soukoliacute (konec 19 st)
August Wőhler (1819-1914)
DPŽ ndash Hrubyacute 30
Odhad meze uacutenavy
Uhliacutek oceli (P=1 )
Střiacutedavyacute tah-tlak σc = 033 (035)Rm
Miacutejivyacute tah-tlak σhc = 061Rm
Střiacutedavyacute ohyb σoc = 043 Rm
Střiacutedavyacute krut τc = 025 Rm
DPŽ ndash Hrubyacute 31
Odhad meze uacutenavy
Meze uacutenavy v ohybu platneacute pro 50 pravděpodobnost porušeniacute
DPŽ ndash Hrubyacute 32
Rm
oblast
Re
C
Woumlhlerova křivka + Frenchova čaacutera
DPŽ ndash Hrubyacute 33
Wőhlerova křivka ndash ocel (bcc) hliniacutek (fcc)
httpwwwtokuroglucomSnCurveExpjpg httpenwikipediaorgwikiFatigue_(material)
DPŽ ndash Hrubyacute 34
Wőhlerova křivka ndash popis šikmeacute čaacutesti
KNw
CNwCN
CN
a
awa
wa
loglog
loglogloglogloglog
loglog
CNwa
bfa N2
Basquin
mocninnyacute tvar
Basquin 11 5231
10
100
1000
1 10 100 1000 10000 100000
N [1]
a [
MP
a]
bfC
1
2
1
bw
1
DPŽ ndash Hrubyacute 35
Wőhlerova křivka ndash celkovyacute popis
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
10E+01 10E+02 10E+03 10E+04 10E+05 10E+06 10E+07 10E+08 10E+09
N [1]
a [
MP
a]
CANw
Ca
Weibullův
KohoutůvndashVěchetův b
CaCN
BN
DPŽ ndash Hrubyacute 36
Dalšiacute odhady meze uacutenavy Vyhodnocovanaacute
veličina
Vztah pro mez uacutenavy při R=-1
(pravděpodobnost poruchy
P=50) [MPa]
Koeficienty a podmiacutenky
platnosti
Autor
mez pevnosti Rm
[MPa]-1=0432timesRm+22
-1=046timesRm
-1=6
1Rm+400
t-1=027timesRm
t-1=0249timesRm+25
konstrukčniacute oceli
oceli do Rm =1400 MPa
oceli do Rm =1200 až 1800
MPa
oceli Rm Ł1200
konstrukčniacute oceli
Buch
Žukov
Ponomarjev
Žukov
Buch
mez kluzu
v tahu Re a krutu
timestk [MPa]
-1=0452timesRe+94
-1=045timesRe+122
t-1=0448times tk+52
konstrukčniacute oceli
konstrukčniacute oceli
konstrukčniacute oceli
Buch
Žukov
Buch
skutečnaacute lomovaacute
pevnost f
[MPa]
-1=035times f ndash10
-1=0315times f -19
konstrukčniacute oceli
konstrukčniacute oceli
Žukov
Mc-Adam
tvrdost HB
[MPa]-1=(0128hellip0156)timesHB
-1=(0168hellip0222)timesHB
uhliacutekoveacute oceli
legovaneacute oceli
Grebenik
Grebenik
meze Rm Re
[MPa]-1=0285times( Re + Rm) konstrukčniacute oceli Šapošnikov
DPŽ ndash Hrubyacute 37
Uacutenavoveacute křivky deformace
DPŽ ndash Hrubyacute 38
Manson-Coffin ndash unavovaacute křivka
deformace
00001
0001
001
01
1
1E+00 1E+01 1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07
počet půlkmitů 2N [1]
am
plitu
da p
om
d
efo
rmace
a [
1]
ae
ap
a
f
f Eb
c
1
1
DPŽ ndash Hrubyacute 39
Manson-Coffin ndash matematickyacute popis
NcNbE
NNE
NNE
fpla
fela
cf
pla
bfela
cf
pla
bfela
2logloglog2log
loglog
2loglog2
loglog
22
cfbfpl
aelaa NN
E22
σfrsquohellipsoučinitel uacutenavoveacute pevnosti bhellipexponent uacutenavoveacute pevnosti
εfrsquohellipsoučinitel uacutenavoveacute deformace chellipexponent uacutenavoveacute deformace
bc
f
fcb
f
ft
ctf
bt
f
aplael
E
EN
NNE
11
2
1
2
1
22
Tranzitniacute počet cyklů Po logaritmickeacute uacutepravě
DPŽ ndash Hrubyacute 40
Cyklickaacute deformačniacute křivka
DPŽ ndash Hrubyacute 41
Ramberg-Osgood (platneacute pro přibližneacute
vyjaacutedřeniacute tahoveacuteho diagramu i cyklickeacute
deformačniacute křivky)
E
el
npl
K
1
elE nplK
1DOsgoodRamberg
1
n
KE
+ =
DPŽ ndash Hrubyacute 42
Hysterezniacute smyčky cyklickaacute deformačniacute křivka
Rambergova-Osgoodova aproximace
Cyklickaacute
deformačniacute
křivka Saturovaneacute
hysterezniacute
smyčky
zpevněniacute
změkčeniacute
cyklickaacute
statickaacute
1D
1n
aaa
KE
D1el
aa E 1Dnpl
aa K
R = -1
DPŽ ndash Hrubyacute 43
Saturovanaacute hysterezniacute smyčka
naapla
elaa
KE
1
Krsquo - modul cyklickeacuteho zpevněniacute
nrsquo - exponent cyklickeacuteho zpevněniacute
E - modul pružnosti v tahu
nplaa K
DPŽ ndash Hrubyacute 44
Masingova aproximace hysterezniacutech
smyček a CDK
Saturovaneacute hysterezniacute smyčky uměle
posunuty spodniacutem rohem do počaacutetku
souřadneacuteho systeacutemu [εpl σ] majiacute
shodnou horniacute větev Většina kovů se
však podle Masingova pravidla nechovaacute
Data převzata z Radim Halama Experimentaacutelniacute poznatky a fenomenologickeacute modelovaacuteniacute cyklickeacute plasticity kovů [Habilitačniacute praacutece VŠB-TU Ostrava] 2009
εpl
σ CDK prochaacuteziacute středy posunutyacutech
hyster smyček
Nevykazuje chovaacuteniacute podle
Masingova pravidla
DPŽ ndash Hrubyacute 45
Odhady uacutenavovyacutech parametrů
Parametr Nelegovaneacute a niacutezkolegovaneacute oceli Hliniacutekoveacute a titanoveacute slitiny
f mRtimes51 mRtimes671
b -0087 -0095
f times590 350
c -058 -069
C mRtimes450 mRtimes420
C timestimestimes 410951450
E
Rm E
Rmtimes420
CN 5105 times 6101times
K mRtimes651 mRtimes611
n 015 011
kde
01 pro 3103 timesŁE
Rm
timesE
Rm01253751 pro 3103 timesE
Rm
0
DPŽ ndash Hrubyacute 46
Koncentrace napětiacute
DPŽ ndash Hrubyacute 47
Koncentrace napětiacute
Součinitel tvaru
(součinitel koncentrace
elastickyacutech napětiacute)
0max
1
x
y
x
nom
maxt
SK
0
1
x
y
x
Poměrnyacute gradient
(gradient normovanyacute maximaacutelniacutem
elastickyacutem napětiacutem)
httpwwwameswebinfoStressConcentrationFactor
StressConcentrationFactorsaspx
DPŽ ndash Hrubyacute 48
Součinitel vrubu β vrubovaacute citlivost q
0
100
200
300
400
500
600
1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07 1E+08
Number of cycles [1]
Str
es
s a
mp
litu
de
[M
Pa
]
smooth
notched
FL
FLN
xc
cfK
q11 Thum
Poloměr vrubu
Vliv vrubu bez
vlivu velikosti
a povrchu
DPŽ ndash Hrubyacute 49
Vliv velikosti a jakosti povrchu
DPŽ ndash Hrubyacute 50
Vliv velikosti součaacutesti - kS
m
d
D
dc
Dc
SV
Vk
exp
exp
10
y
x
S
02
03
04
05
06
07
08
09
1
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
průměr hřiacutedele D [mm]
so
učin
itel veliko
sti
[
1]
Rm=400 až 580Rm=700 až 710litaacute ocelRm=820 až 860Rm=850 až 910Rm=890 až 1000Rm=890 až 1000 aproximacem=-003m=-004m=-005m=-006m=-0068
oceli
DPŽ ndash Hrubyacute 51
Vliv jakosti obrobeniacute povrchu - kSF
kSF
Jakost povrchu
Pevnost v tahu
etalonc
realc
SFk
DPŽ ndash Hrubyacute 52
Vliv technologie uacuteprav povrchu - kT
etalonc
technolc
Tk
DPŽ ndash Hrubyacute 53
Mez uacutenavy reaacutelneacuteho diacutelu ndash dimenzovaacuteniacute
na teoreticky nekonečnou životnost
(trvalou pevnost)
f
TSFScvc
xc
K
kkk
vpcvc
xc
DPŽ ndash Hrubyacute 54
Vliv středniacuteho napětiacute
DPŽ ndash Hrubyacute 55
Vliv středniacuteho napětiacute
DPŽ ndash Hrubyacute 56
Smithův diagram
FL
DPŽ ndash Hrubyacute 57
Haighův (Goodmanův) diagram
0Re Re Rm
Re
-m +m
a
aekv
k
F
mCA
1
F
mCA
1
a
m
F Re
C
k = 2
CC
F tg
k = 1
odhad fiktivniacuteho napětiacute
tah
ohyb
krut
Rm
Rm
Rm
F
F
F
8070
7151
t
Hodnoty součinitele citlivosti k asymetrii cyklu ψ
(bdquosbiacutehavostldquo)
Goodmanova čaacutera
DPŽ ndash Hrubyacute 58
Vyacutepočet bezpečnosti
pt
mx
c
a
k
1
1
kt
m
kt
a
k
1
2
21min kkk
1pt
M
x
c
A
1
kt
M
kt
A
aA k mM k
DPŽ ndash Hrubyacute 59
Př Prutovaacute soustava ndash SU
bull absolutně tuhyacute traacutem
bull h = 1 000 mm
bull a = 500 mm
bull mez pevnosti materiaacutelu prutů 600 MPa
bull hladkeacute pruty kruhovyacute průřez 100 mm2
bull povrch prutů leštěn ndash souč jak povrchu 095
bull součinitele velikosti všech prutů 098
bull Fh = + 10 000 N
bull Fd = - 10 000 N
bull určit bezpečnost pro teoreticky
nekonečnou životnost
h
2a
F
a2
DPŽ ndash Hrubyacute 60
Př Prutovaacute soustava ndash SN
bull absolutně tuhyacute traacutem
bull h = 1 000 mm
bull a = 500 mm
bull mez pevnosti materiaacutelu prutů 600 MPa
bull hladkeacute pruty kruhovyacute průřez 100 mm2
bull povrch prutů leštěn ndash souč jak povrchu 095
bull součinitele velikosti všech prutů 098
bull Fh = + 20 000 N
bull Fd = - 20 000 N
bull určit bezpečnost pro teoreticky
nekonečnou životnost
h
a a
F
a2
DPŽ ndash Hrubyacute 61
Př Prutovaacute soustava ndash SU ndash 2 parametry
bull určit maximaacutelniacute rozmeziacute symetricky
střiacutedavyacutech sil (působiacuteciacutech ve faacutezi) pro
teoreticky nekonečnou životnost v
zaacutevislosti na uacutehlu alfa
bull l = 1 000 mm
bull mez pevnosti materiaacutelu prutů 600
MPa
bull hladkeacute pruty kruhovyacute průřez 100
mm2
bull povrch prutů leštěn ndash souč jak
povrchu 095
bull součinitele velikosti všech prutů 098
V
H
l l
1 2
V
H
N1 N2
DPŽ ndash Hrubyacute 62
zakresleniacute diagramu pro mezniacute stav
A
Vxc
A
Hxc
cos2
cos2
cotg
cos2
cotg
cos2
bezpečnost gt 1 jeden prut na mezi
uacutenavy součaacutesti tj v
jednom prutu
bezpečnost rovna
jedneacute
Př Prutovaacute soustava ndash SU ndash 2 parametry
DPŽ ndash Hrubyacute 63
Reaacutelneacute napěťodeformačniacute stavy ve
vrubech
DPŽ ndash Hrubyacute 64
Součinitel tvaru (s koncentrace
elastickyacutech napětiacute)
Součinitel koncentrace napětiacute
Součinitel koncentrace deformace
Reaacutelnaacute napětiacute a deformace ve vrubech
0
0
0
0
e
B
S
C
eSK ficfic
t
0
0
S
C
SK
0
0
e
B
eK
e
(nom)
B 0 fic
S (nom)
Brsquo
A
Arsquo
fic=S
=timesS
=times
Crsquo
C
DPŽ ndash Hrubyacute 65
Skutečnaacute napětiacute a deformace ve vrubech
22SeeS
12
0
2
12d
2
nplnpl
vKnE
KE
U
pl
Neuber Glinka
1
22
1 n
vKE
U
vfic UU
nomnomficficfic SeU 22
2
1
2
1
2
1
z rovnosti
ploch
DPŽ ndash Hrubyacute 66
0
fic
m=1
m=066
m=05m=01
m=0
Zobecněneacute Neuberovo pravidlo
5050 el
fic E
elfic EE
2
m=0 platiacute pro tvrdeacute zatěžovaacuteniacute tj
napětiacute deformačniacuteho původu
rovnoměrně rozděleneacute po
průřezu
m=1 platiacute pro měkkeacute zatěžovaacuteniacute tj
napětiacute siloveacuteho původu
rovnoměrně rozděleneacute po
průřezu
m=01 pro napětiacute deformačniacuteho
původu mimo vruby (např
teplotniacute pnutiacute)
m=05 pro vruby zatiacuteženeacute silově i
deformačně (Neuberovo
pravidlo)
m=06 pro napětiacute siloveacuteho původu
nerovnoměrně rozloženaacute po
průřezu (např při ohybu) mmel
fic E 1
DPŽ ndash Hrubyacute 67
Př Ramberg-Osgood 12
Vzorek bez vrubu z oceli 11 5231 je vystaven tvrdeacutemu zatěžovaacuteniacute o amplitudě celkoveacute
deformace 102 3timesa Určit amplitudu napětiacute Je zadaacuteno
MPa10072 5timesE
MPa1164K
1990n
0
100
200
300
400
500
600
700
0000 0005 0010 0015 0020 0025 0030
am
plitu
da n
ap
ětiacute
[M
Pa]
amplituda poměrneacute plastikeacute deformace [-]
CDK
n
apla K
DPŽ ndash Hrubyacute 68
-300 -200 -100 0 100 200 300260
280
300
320
340
360
380
ai
ai+
1
Př Ramberg-Osgood 22
MATLAB
sig=50
krok=0
for i=110000
krok=krok+1
Sig=1164(2e-3 - sig207e5)^0199
if abs(Sig-sig)lt00001
break
end
sig=Sig
end Pro libovolnyacute odhad je řešeniacute MPa273a
1990
5
1
1007200201164
times
iai
a
19901
5 1164100720020
times aa
1
naa
aKE
DPŽ ndash Hrubyacute 69
Př koncentrace napětiacute vs deformace 13
Vzorek z oceli 11 5231 je vystaven měkkeacutemu zatěžovaacuteniacute v podeacutelneacutem směru o amplitudě
napětiacute 200 MPa Určit elastickou a plastickou složku poměrneacute deformace
662
MPa10072 5timesE MPa1164K 1990n
zadaacuteno vůči neoslabeneacutemu nominaacutelniacutemu napětiacute
mimo vrub pro danou hladinu zatiacuteženiacute
200
Oslash10
20
5
DPŽ ndash Hrubyacute 70
MPa3533200662 times avruba
319901
1
1014301164
200
times
na
aplK
019801164
3533
19901
1
nvrubavrub
aplK
3
5109660
10072
200 timestimes
E
aael
0026010072
35335
times
E
vrubavrub
ael
333 101091109660101430 timestimestimes aplaela
1720101091
022403
times
a
vruba
Př koncentrace napětiacute vs deformace 23
022400198000260 vrubapl
vrubael
vruba
DPŽ ndash Hrubyacute 71
Př koncentrace napětiacute vs deformace 33
MKP elastickeacute řešeniacute
MKP elastoplastickeacute řešeniacute
324200
863max a
a
1720
662
DPŽ ndash Hrubyacute 72
Př Vetknutyacute sloupek 12
-16 K10511 times
50 100
Ocelovyacute sloupek = lopatka dmychadla je vloženyacute mezi dva tuheacute členy = disky
oběžneacuteho kola a je namaacutehaacuten cyklicky proměnnou teplotou
Uacutekol Posoudit zda hroziacute porušeniacute při 10 000 teplotniacutech cyklech
Daacuteno rozsah pracovniacutech teplot T1 = 22 degC T2 = 370 degC
modul pružnosti v tahu E = 205 GPa
uacutenavovaacute křivka poměrneacute deformace vztaženaacute
k provozniacute teplotě s parametry
160b
580c
MPa1140 f
10 f
teplotniacute roztažnost
DPŽ ndash Hrubyacute 73
C3482237012 TTT
336 1000122
10002434810511 times
timestimestimes
teplotaaT
3580160
5104601000201000020
10052
1140
22
times
times
c
fbf
a NNE
hroziacute poruchateplota
aa Ł
Př Vetknutyacute sloupek 22
DPŽ ndash Hrubyacute 74
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 14
22SeeS
nomnomficfic Se 22
2
1
2
1
2
1
2
1
Neuber
1
2222
2222
1 nfic
vKEEE
SSeU
mmelfic E 1
c
bnK
nf
f
b
c
f
fE
do Ramberga-Osgooda
naaa
KE
1
DPŽ ndash Hrubyacute 75
mmelfic E 1
m
bc
f
f
m
ficEE
E
1
m
bc
f
fmm
ficE
E
1
1
0
f
1
fic
m
bc
f
fm E
i
iii
f
f1
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 24
DPŽ ndash Hrubyacute 76
11
1
1
1
1
1
bc
f
i
f
f
m
bc
f
i
fimi
m
bc
f
i
fimi
fic
m
bc
f
i
fimi
ii
b
cEEmEm
E
1
npl
K
E
el
1
n
KE
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 34
DPŽ ndash Hrubyacute 77
K [MPa] n [-] c [-] εrsquof [-] b [-] σrsquof [MPa] E [MPa]
1020 014066 -06586 0921985 -0092718 1009234 21105
MPa700fic 50m
Iterace
Napětiacute ve vrubu
[MPa]
0 700
1 55953
2 48112
3 45414
4 45114
5 45111
6 45111 0005175
00030270002148
plel
00030271020
11451
1406601
1
npl
K
00021481012
114515
times
E
el
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 44
DPŽ ndash Hrubyacute 3
Co je to mezniacute stav konstrukce
Ztraacuteta schopnosti konstrukce plnit funkci pro kterou byla určena
DPŽ ndash Hrubyacute 4
Statickaacute pevnosti křehkyacute lom
DPŽ ndash Hrubyacute 5
Plastickeacute přetvořeniacute
DPŽ ndash Hrubyacute 6
Stabilita
Kolaps mostu u
Quebecu 1907
DPŽ ndash Hrubyacute 7
Creep ndash tečeniacute za zvyacutešeneacute teploty
wwwallforpowercz
DPŽ ndash Hrubyacute 8
Dynamickaacute odezva rezonance
The Tacoma Narrows Bridge (1940 present day)
DPŽ ndash Hrubyacute 9
Uacutenava
DPŽ ndash Hrubyacute 10
Opotřebeniacute a koroze (pitting fretting)
httpwwwlambdatechscomimagesdamagejpg
DPŽ ndash Hrubyacute 11
Mezniacute stavy z pohledu funkčnosti
Statickaacute pevnost křehkyacute lom
Plastickeacute přetvořeniacute
Stabilita (vzpěr)
Creep (tečeniacute za vysokyacutech teplot)
Dynamickaacute odezva ndash vynuceneacute kmitaacuteniacute
Uacutenava ndash niacutezkocyklovaacute vysokocyklovaacute
Opotřebeniacute a koroze
hellip
Interakce a různeacute kombinace mezniacutech stavů
Ztraacuteta schopnosti konstrukce plnit funkci pro kterou byla určena
DPŽ ndash Hrubyacute 12
Uacutenava materiaacutelu
DPŽ ndash Hrubyacute 13
Uacutenava ndash scheacutema metodiky hodnoceniacute Konstrukčniacute naacutevrh
nevyhovuje vyhovuje
Zatiacuteženiacute vibrace
(teorie)
Materiaacutel Technologie vyacuteroby Provozniacute podmiacutenky
Materiaacuteloveacute zkoušky
- Woumlhlerova křivka
- Mansonova-Coffinova křivka
- cyklickaacute deformačniacute křivka
- lomovaacute houževnatost
Ovlivňujiacuteciacute faktory
- zbytkovaacute pnutiacute (RTG analyacutezy)
- defekty (NDT analyacutezy)
- koroze
- vliv zvyacutešenyacutech teplot
Provozniacute napětiacute Dovoleneacute napětiacute
Odhad životnosti Uacutenavoveacute zkoušky na konstrukci
Posouzeniacute životnosti Konstrukce produkce
Fraktografie NDT
RTG akustickaacute emise
Zatiacuteženiacute vibrace
(realita)
DPŽ ndash Hrubyacute 14
Uacutenava materiaacutelu ndash faacuteze aplikace
Apriorniacute (design)
naacutevrh konstrukce
optimalizace
naacutevrh technologie
omezeniacute provozniacutech
podmiacutenek
Aposteriorniacute (provoz)
provozniacute inspekce
poruchy a havaacuterie
wwwreskofcz
DPŽ ndash Hrubyacute 15
Vyacutepočet uacutenavoveacuteho poškozeniacute ndash
praxe scheacutema vyacutepočtu
Analyacuteza
mezniacuteho stavu
poškozeniacute
CAD
model
MISES VALUE
+367 E+00
+283 E+02
+170 E+02
+336 E+02
+419 E+02
+502 E+02
+585 E+02
+668 E+02
+751 E+02
+834 E+02
+867 E+01
+917 E+02
+100 E+03
+163 E+03
1
2
3
MKP
analyacuteza
V přiacutepadě
nevyhověniacute
uacuteprava
konstrukce
DPŽ ndash Hrubyacute 16
Uacutenava ndash uacutenavoveacute poškozeniacute ndash přiacutestupy
Critical
Location
Permanent strength
(unlimited fatigue life)
Fatigue strength
(limited fatigue life)
SAFE-LIFE
structure
FAIL-SAFE
structure
Damage Tolerance
structure
Slow Crack Growth
structure
Inspection
possible
Multiple
elements
YES
Theoretically
infinite life
NO
NO
NO
YES
YES
DPŽ ndash Hrubyacute 17
Metody predikce životnosti
Přiacutestup pomociacute nominaacutelniacutech napětiacute
(NSA - Nominal Stress Approach)
Přiacutestup pomociacute lokaacutelniacutech elastickyacutech napětiacute
(LESA - Local Elastic Stress Approach)
Přiacutestup pomociacute lokaacutelniacutech elasto-plastickyacutech
napětiacute a deformaciacute
(LPSA - Local Plastic Stress
and Strain Approach)
Přiacutestup využiacutevajiacuteciacute lomoveacute mechaniky
(FMA - Fracture Mechanics Approach)
Hrubyacute
Jurenka
DPŽ ndash Hrubyacute 18
Pozadiacute fenomeacutenu uacutenavy
DPŽ ndash Hrubyacute 19
Krystalografickeacute mřiacutežky kovů
kubickaacute prostorově centrovanaacute
(body centered cubic ndash BCC)
chrom wolfram vanad železo α
kubickaacute plošně centrovanaacute
(face centered cubic ndash FCC)
železo γ nikl hliniacutek měď olovo zlato
platina střiacutebro
httpmechmeswebsnadnoczdokumentypri-st-05_vnitrnistrukturakovupdf
šesterečnaacute
(hexagonal)
hořčiacutek zinek titan
DPŽ ndash Hrubyacute 20
Krystalografickaacute mřiacutežka - poruchy
httppythonriceedu~arbCourses360_defects_handout_01pdf
čaacuteroveacute poruchy - dislokace
plochoveacute
poruchy -
zrna hranice zrn
bodoveacute poruchy
DPŽ ndash Hrubyacute 21
Technickeacute slitiny železa
httpcswikipediaorgwikiSouborDiagramm_phasenjpg
makroskopickaacute isometrie
diacuteky naacutehodneacute orientaci
anisotropniacutech krystalů v tuheacute
faacutezi
httpwwwpedmuniczwphyFyzVlaindexhtm
V každeacutem materiaacutelu jsou
poruchy ideaacutelniacute struktury
DPŽ ndash Hrubyacute 22
bull Faacuteze změn mechanickyacutech
vlastnostiacute změny struktury kovu v
celeacutem objemu Doba trvaacuteniacute několik
procent života do lomu
bull Faacuteze nukleace (iniciace)
mikrotrhliny formovaacuteniacute
makrotrhliny zahrnuje lokaacutelniacute
změny v povrchoveacute vrstvě vyvolaneacute
silokačniacutemi efekty a naacutesledneacute
propojovaacuteniacute mikrotrhlin nebo růst
dominantniacute mikrotrhliny Doba trvaacuteniacute
10 i 90 života
bull Faacuteze šiacuteřeniacute makrotrhliny Zahrnuje
staacutedium růstu dominantniacute
makrotrhliny změnu jejiacuteho směru
kolmo na max hlavniacute napětiacute
bull Faacuteze zaacutevěrečneacuteho lomu je
reprezentovaacutena přechodem na
zrychlenyacutem rozvojem zakončenyacutem
houževnatyacutem nebo křehkyacutem lomem
na mezi kluzu nebo mezi pevnosti
1 A
10 2 A
1 m 10 2 m 1 mm 10
2 mm
Atomic
Distance Grain Size
of Austenite
Micro-crack
Formation
Glissile
Dislocation
Macro-crack
Creation
Macro-crack
Growth
Faacuteze uacutenavoveacuteho procesu 1
2
3
4
DPŽ ndash Hrubyacute 23
t
t
t
t
t t
t
t
t
a
b
c
d
e
0
A
B
C
DD
C
B
A
0
Cacute
E
Cyklickeacute
zpevněniacute
Cyklickeacute
změkčeniacute
Cyklickaacute
relaxace
Cyklickyacute creep
(ratchetting)
Paměťovyacute
efekt
1 Mechanickeacute změny při cyklovaacuteniacute
DPŽ ndash Hrubyacute 24
Miacutesta iniciace lomovaacute plocha
Striačniacute čaacutery
postupu čela
trhliny
Miacutesto
iniciace
Extruse
Skluzovaacute paacutesma
Intruse
2
3
4
DPŽ ndash Hrubyacute 25
Charakteristiky harmonickeacuteho
cyklickeacuteho namaacutehaacuteniacute
DPŽ ndash Hrubyacute 26
Harmonickeacute zatěžovaacuteniacute
amplituda napětiacute
středniacute hodnota napětiacute
perioda kmitu napěťově řiacutezeneacute zatěžovaacuteniacute ndash
měkkeacute
deformačně řiacutezeneacute zatěžovaacuteniacute ndash
tvrdeacute
httpfatiguecalculatorcom
2
dha
2
dhm
rozkmit napětiacute
koeficient nesouměrnosti
frekvence kmitu
dh
h
dR
T
Tf
1
T
a
m
h
d
DPŽ ndash Hrubyacute 27
Druhy kmitů sta
tickyacute v
tla
ku
pu
lzu
jiacuteciacute
v t
laku
sym
etr
ick
y s
třiacuted
avyacute
miacutej
ivyacute
v t
lak
u
neso
um
ěrn
ě s
třiacuted
avyacute
(stř
h
od
no
ta v
tla
ku
)
nes
ou
mě
rně
stř
iacuteda
vyacute
(stř
h
od
no
ta v
tah
u)
sta
tic
kyacute
v t
ah
u
pu
lzu
jiacuteciacute
v t
ah
u
miacutejiv
yacute v
tah
u
1R
1R
R 10R
1R
1R
01R
1R
0R
DPŽ ndash Hrubyacute 28
Uacutenavoveacute křivky napětiacute
DPŽ ndash Hrubyacute 29
Historie uacutenavy materiaacutelu
19 stoletiacute rozvoj technickeacuteho poznaacuteniacute rozšiacuteřeniacute možnosti využitiacute
oceli a kovovyacutech materiaacutelů v běžneacute praxi
Rozvoj železničniacute dopravy parniacute lokomotiva Mr G Stephenson 1829
Stavebnictviacute (mosty a nosneacute konstrukce) Eiffelova věž 1889
Rozvoj lodniacute dopravy
Vyacuteraznyacute technickyacute pokrok rostouciacute počet havaacuteriiacute ndash lomy konstrukciacute
Lomy os železničniacutech soukoliacute (konec 19 st)
August Wőhler (1819-1914)
DPŽ ndash Hrubyacute 30
Odhad meze uacutenavy
Uhliacutek oceli (P=1 )
Střiacutedavyacute tah-tlak σc = 033 (035)Rm
Miacutejivyacute tah-tlak σhc = 061Rm
Střiacutedavyacute ohyb σoc = 043 Rm
Střiacutedavyacute krut τc = 025 Rm
DPŽ ndash Hrubyacute 31
Odhad meze uacutenavy
Meze uacutenavy v ohybu platneacute pro 50 pravděpodobnost porušeniacute
DPŽ ndash Hrubyacute 32
Rm
oblast
Re
C
Woumlhlerova křivka + Frenchova čaacutera
DPŽ ndash Hrubyacute 33
Wőhlerova křivka ndash ocel (bcc) hliniacutek (fcc)
httpwwwtokuroglucomSnCurveExpjpg httpenwikipediaorgwikiFatigue_(material)
DPŽ ndash Hrubyacute 34
Wőhlerova křivka ndash popis šikmeacute čaacutesti
KNw
CNwCN
CN
a
awa
wa
loglog
loglogloglogloglog
loglog
CNwa
bfa N2
Basquin
mocninnyacute tvar
Basquin 11 5231
10
100
1000
1 10 100 1000 10000 100000
N [1]
a [
MP
a]
bfC
1
2
1
bw
1
DPŽ ndash Hrubyacute 35
Wőhlerova křivka ndash celkovyacute popis
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
10E+01 10E+02 10E+03 10E+04 10E+05 10E+06 10E+07 10E+08 10E+09
N [1]
a [
MP
a]
CANw
Ca
Weibullův
KohoutůvndashVěchetův b
CaCN
BN
DPŽ ndash Hrubyacute 36
Dalšiacute odhady meze uacutenavy Vyhodnocovanaacute
veličina
Vztah pro mez uacutenavy při R=-1
(pravděpodobnost poruchy
P=50) [MPa]
Koeficienty a podmiacutenky
platnosti
Autor
mez pevnosti Rm
[MPa]-1=0432timesRm+22
-1=046timesRm
-1=6
1Rm+400
t-1=027timesRm
t-1=0249timesRm+25
konstrukčniacute oceli
oceli do Rm =1400 MPa
oceli do Rm =1200 až 1800
MPa
oceli Rm Ł1200
konstrukčniacute oceli
Buch
Žukov
Ponomarjev
Žukov
Buch
mez kluzu
v tahu Re a krutu
timestk [MPa]
-1=0452timesRe+94
-1=045timesRe+122
t-1=0448times tk+52
konstrukčniacute oceli
konstrukčniacute oceli
konstrukčniacute oceli
Buch
Žukov
Buch
skutečnaacute lomovaacute
pevnost f
[MPa]
-1=035times f ndash10
-1=0315times f -19
konstrukčniacute oceli
konstrukčniacute oceli
Žukov
Mc-Adam
tvrdost HB
[MPa]-1=(0128hellip0156)timesHB
-1=(0168hellip0222)timesHB
uhliacutekoveacute oceli
legovaneacute oceli
Grebenik
Grebenik
meze Rm Re
[MPa]-1=0285times( Re + Rm) konstrukčniacute oceli Šapošnikov
DPŽ ndash Hrubyacute 37
Uacutenavoveacute křivky deformace
DPŽ ndash Hrubyacute 38
Manson-Coffin ndash unavovaacute křivka
deformace
00001
0001
001
01
1
1E+00 1E+01 1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07
počet půlkmitů 2N [1]
am
plitu
da p
om
d
efo
rmace
a [
1]
ae
ap
a
f
f Eb
c
1
1
DPŽ ndash Hrubyacute 39
Manson-Coffin ndash matematickyacute popis
NcNbE
NNE
NNE
fpla
fela
cf
pla
bfela
cf
pla
bfela
2logloglog2log
loglog
2loglog2
loglog
22
cfbfpl
aelaa NN
E22
σfrsquohellipsoučinitel uacutenavoveacute pevnosti bhellipexponent uacutenavoveacute pevnosti
εfrsquohellipsoučinitel uacutenavoveacute deformace chellipexponent uacutenavoveacute deformace
bc
f
fcb
f
ft
ctf
bt
f
aplael
E
EN
NNE
11
2
1
2
1
22
Tranzitniacute počet cyklů Po logaritmickeacute uacutepravě
DPŽ ndash Hrubyacute 40
Cyklickaacute deformačniacute křivka
DPŽ ndash Hrubyacute 41
Ramberg-Osgood (platneacute pro přibližneacute
vyjaacutedřeniacute tahoveacuteho diagramu i cyklickeacute
deformačniacute křivky)
E
el
npl
K
1
elE nplK
1DOsgoodRamberg
1
n
KE
+ =
DPŽ ndash Hrubyacute 42
Hysterezniacute smyčky cyklickaacute deformačniacute křivka
Rambergova-Osgoodova aproximace
Cyklickaacute
deformačniacute
křivka Saturovaneacute
hysterezniacute
smyčky
zpevněniacute
změkčeniacute
cyklickaacute
statickaacute
1D
1n
aaa
KE
D1el
aa E 1Dnpl
aa K
R = -1
DPŽ ndash Hrubyacute 43
Saturovanaacute hysterezniacute smyčka
naapla
elaa
KE
1
Krsquo - modul cyklickeacuteho zpevněniacute
nrsquo - exponent cyklickeacuteho zpevněniacute
E - modul pružnosti v tahu
nplaa K
DPŽ ndash Hrubyacute 44
Masingova aproximace hysterezniacutech
smyček a CDK
Saturovaneacute hysterezniacute smyčky uměle
posunuty spodniacutem rohem do počaacutetku
souřadneacuteho systeacutemu [εpl σ] majiacute
shodnou horniacute větev Většina kovů se
však podle Masingova pravidla nechovaacute
Data převzata z Radim Halama Experimentaacutelniacute poznatky a fenomenologickeacute modelovaacuteniacute cyklickeacute plasticity kovů [Habilitačniacute praacutece VŠB-TU Ostrava] 2009
εpl
σ CDK prochaacuteziacute středy posunutyacutech
hyster smyček
Nevykazuje chovaacuteniacute podle
Masingova pravidla
DPŽ ndash Hrubyacute 45
Odhady uacutenavovyacutech parametrů
Parametr Nelegovaneacute a niacutezkolegovaneacute oceli Hliniacutekoveacute a titanoveacute slitiny
f mRtimes51 mRtimes671
b -0087 -0095
f times590 350
c -058 -069
C mRtimes450 mRtimes420
C timestimestimes 410951450
E
Rm E
Rmtimes420
CN 5105 times 6101times
K mRtimes651 mRtimes611
n 015 011
kde
01 pro 3103 timesŁE
Rm
timesE
Rm01253751 pro 3103 timesE
Rm
0
DPŽ ndash Hrubyacute 46
Koncentrace napětiacute
DPŽ ndash Hrubyacute 47
Koncentrace napětiacute
Součinitel tvaru
(součinitel koncentrace
elastickyacutech napětiacute)
0max
1
x
y
x
nom
maxt
SK
0
1
x
y
x
Poměrnyacute gradient
(gradient normovanyacute maximaacutelniacutem
elastickyacutem napětiacutem)
httpwwwameswebinfoStressConcentrationFactor
StressConcentrationFactorsaspx
DPŽ ndash Hrubyacute 48
Součinitel vrubu β vrubovaacute citlivost q
0
100
200
300
400
500
600
1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07 1E+08
Number of cycles [1]
Str
es
s a
mp
litu
de
[M
Pa
]
smooth
notched
FL
FLN
xc
cfK
q11 Thum
Poloměr vrubu
Vliv vrubu bez
vlivu velikosti
a povrchu
DPŽ ndash Hrubyacute 49
Vliv velikosti a jakosti povrchu
DPŽ ndash Hrubyacute 50
Vliv velikosti součaacutesti - kS
m
d
D
dc
Dc
SV
Vk
exp
exp
10
y
x
S
02
03
04
05
06
07
08
09
1
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
průměr hřiacutedele D [mm]
so
učin
itel veliko
sti
[
1]
Rm=400 až 580Rm=700 až 710litaacute ocelRm=820 až 860Rm=850 až 910Rm=890 až 1000Rm=890 až 1000 aproximacem=-003m=-004m=-005m=-006m=-0068
oceli
DPŽ ndash Hrubyacute 51
Vliv jakosti obrobeniacute povrchu - kSF
kSF
Jakost povrchu
Pevnost v tahu
etalonc
realc
SFk
DPŽ ndash Hrubyacute 52
Vliv technologie uacuteprav povrchu - kT
etalonc
technolc
Tk
DPŽ ndash Hrubyacute 53
Mez uacutenavy reaacutelneacuteho diacutelu ndash dimenzovaacuteniacute
na teoreticky nekonečnou životnost
(trvalou pevnost)
f
TSFScvc
xc
K
kkk
vpcvc
xc
DPŽ ndash Hrubyacute 54
Vliv středniacuteho napětiacute
DPŽ ndash Hrubyacute 55
Vliv středniacuteho napětiacute
DPŽ ndash Hrubyacute 56
Smithův diagram
FL
DPŽ ndash Hrubyacute 57
Haighův (Goodmanův) diagram
0Re Re Rm
Re
-m +m
a
aekv
k
F
mCA
1
F
mCA
1
a
m
F Re
C
k = 2
CC
F tg
k = 1
odhad fiktivniacuteho napětiacute
tah
ohyb
krut
Rm
Rm
Rm
F
F
F
8070
7151
t
Hodnoty součinitele citlivosti k asymetrii cyklu ψ
(bdquosbiacutehavostldquo)
Goodmanova čaacutera
DPŽ ndash Hrubyacute 58
Vyacutepočet bezpečnosti
pt
mx
c
a
k
1
1
kt
m
kt
a
k
1
2
21min kkk
1pt
M
x
c
A
1
kt
M
kt
A
aA k mM k
DPŽ ndash Hrubyacute 59
Př Prutovaacute soustava ndash SU
bull absolutně tuhyacute traacutem
bull h = 1 000 mm
bull a = 500 mm
bull mez pevnosti materiaacutelu prutů 600 MPa
bull hladkeacute pruty kruhovyacute průřez 100 mm2
bull povrch prutů leštěn ndash souč jak povrchu 095
bull součinitele velikosti všech prutů 098
bull Fh = + 10 000 N
bull Fd = - 10 000 N
bull určit bezpečnost pro teoreticky
nekonečnou životnost
h
2a
F
a2
DPŽ ndash Hrubyacute 60
Př Prutovaacute soustava ndash SN
bull absolutně tuhyacute traacutem
bull h = 1 000 mm
bull a = 500 mm
bull mez pevnosti materiaacutelu prutů 600 MPa
bull hladkeacute pruty kruhovyacute průřez 100 mm2
bull povrch prutů leštěn ndash souč jak povrchu 095
bull součinitele velikosti všech prutů 098
bull Fh = + 20 000 N
bull Fd = - 20 000 N
bull určit bezpečnost pro teoreticky
nekonečnou životnost
h
a a
F
a2
DPŽ ndash Hrubyacute 61
Př Prutovaacute soustava ndash SU ndash 2 parametry
bull určit maximaacutelniacute rozmeziacute symetricky
střiacutedavyacutech sil (působiacuteciacutech ve faacutezi) pro
teoreticky nekonečnou životnost v
zaacutevislosti na uacutehlu alfa
bull l = 1 000 mm
bull mez pevnosti materiaacutelu prutů 600
MPa
bull hladkeacute pruty kruhovyacute průřez 100
mm2
bull povrch prutů leštěn ndash souč jak
povrchu 095
bull součinitele velikosti všech prutů 098
V
H
l l
1 2
V
H
N1 N2
DPŽ ndash Hrubyacute 62
zakresleniacute diagramu pro mezniacute stav
A
Vxc
A
Hxc
cos2
cos2
cotg
cos2
cotg
cos2
bezpečnost gt 1 jeden prut na mezi
uacutenavy součaacutesti tj v
jednom prutu
bezpečnost rovna
jedneacute
Př Prutovaacute soustava ndash SU ndash 2 parametry
DPŽ ndash Hrubyacute 63
Reaacutelneacute napěťodeformačniacute stavy ve
vrubech
DPŽ ndash Hrubyacute 64
Součinitel tvaru (s koncentrace
elastickyacutech napětiacute)
Součinitel koncentrace napětiacute
Součinitel koncentrace deformace
Reaacutelnaacute napětiacute a deformace ve vrubech
0
0
0
0
e
B
S
C
eSK ficfic
t
0
0
S
C
SK
0
0
e
B
eK
e
(nom)
B 0 fic
S (nom)
Brsquo
A
Arsquo
fic=S
=timesS
=times
Crsquo
C
DPŽ ndash Hrubyacute 65
Skutečnaacute napětiacute a deformace ve vrubech
22SeeS
12
0
2
12d
2
nplnpl
vKnE
KE
U
pl
Neuber Glinka
1
22
1 n
vKE
U
vfic UU
nomnomficficfic SeU 22
2
1
2
1
2
1
z rovnosti
ploch
DPŽ ndash Hrubyacute 66
0
fic
m=1
m=066
m=05m=01
m=0
Zobecněneacute Neuberovo pravidlo
5050 el
fic E
elfic EE
2
m=0 platiacute pro tvrdeacute zatěžovaacuteniacute tj
napětiacute deformačniacuteho původu
rovnoměrně rozděleneacute po
průřezu
m=1 platiacute pro měkkeacute zatěžovaacuteniacute tj
napětiacute siloveacuteho původu
rovnoměrně rozděleneacute po
průřezu
m=01 pro napětiacute deformačniacuteho
původu mimo vruby (např
teplotniacute pnutiacute)
m=05 pro vruby zatiacuteženeacute silově i
deformačně (Neuberovo
pravidlo)
m=06 pro napětiacute siloveacuteho původu
nerovnoměrně rozloženaacute po
průřezu (např při ohybu) mmel
fic E 1
DPŽ ndash Hrubyacute 67
Př Ramberg-Osgood 12
Vzorek bez vrubu z oceli 11 5231 je vystaven tvrdeacutemu zatěžovaacuteniacute o amplitudě celkoveacute
deformace 102 3timesa Určit amplitudu napětiacute Je zadaacuteno
MPa10072 5timesE
MPa1164K
1990n
0
100
200
300
400
500
600
700
0000 0005 0010 0015 0020 0025 0030
am
plitu
da n
ap
ětiacute
[M
Pa]
amplituda poměrneacute plastikeacute deformace [-]
CDK
n
apla K
DPŽ ndash Hrubyacute 68
-300 -200 -100 0 100 200 300260
280
300
320
340
360
380
ai
ai+
1
Př Ramberg-Osgood 22
MATLAB
sig=50
krok=0
for i=110000
krok=krok+1
Sig=1164(2e-3 - sig207e5)^0199
if abs(Sig-sig)lt00001
break
end
sig=Sig
end Pro libovolnyacute odhad je řešeniacute MPa273a
1990
5
1
1007200201164
times
iai
a
19901
5 1164100720020
times aa
1
naa
aKE
DPŽ ndash Hrubyacute 69
Př koncentrace napětiacute vs deformace 13
Vzorek z oceli 11 5231 je vystaven měkkeacutemu zatěžovaacuteniacute v podeacutelneacutem směru o amplitudě
napětiacute 200 MPa Určit elastickou a plastickou složku poměrneacute deformace
662
MPa10072 5timesE MPa1164K 1990n
zadaacuteno vůči neoslabeneacutemu nominaacutelniacutemu napětiacute
mimo vrub pro danou hladinu zatiacuteženiacute
200
Oslash10
20
5
DPŽ ndash Hrubyacute 70
MPa3533200662 times avruba
319901
1
1014301164
200
times
na
aplK
019801164
3533
19901
1
nvrubavrub
aplK
3
5109660
10072
200 timestimes
E
aael
0026010072
35335
times
E
vrubavrub
ael
333 101091109660101430 timestimestimes aplaela
1720101091
022403
times
a
vruba
Př koncentrace napětiacute vs deformace 23
022400198000260 vrubapl
vrubael
vruba
DPŽ ndash Hrubyacute 71
Př koncentrace napětiacute vs deformace 33
MKP elastickeacute řešeniacute
MKP elastoplastickeacute řešeniacute
324200
863max a
a
1720
662
DPŽ ndash Hrubyacute 72
Př Vetknutyacute sloupek 12
-16 K10511 times
50 100
Ocelovyacute sloupek = lopatka dmychadla je vloženyacute mezi dva tuheacute členy = disky
oběžneacuteho kola a je namaacutehaacuten cyklicky proměnnou teplotou
Uacutekol Posoudit zda hroziacute porušeniacute při 10 000 teplotniacutech cyklech
Daacuteno rozsah pracovniacutech teplot T1 = 22 degC T2 = 370 degC
modul pružnosti v tahu E = 205 GPa
uacutenavovaacute křivka poměrneacute deformace vztaženaacute
k provozniacute teplotě s parametry
160b
580c
MPa1140 f
10 f
teplotniacute roztažnost
DPŽ ndash Hrubyacute 73
C3482237012 TTT
336 1000122
10002434810511 times
timestimestimes
teplotaaT
3580160
5104601000201000020
10052
1140
22
times
times
c
fbf
a NNE
hroziacute poruchateplota
aa Ł
Př Vetknutyacute sloupek 22
DPŽ ndash Hrubyacute 74
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 14
22SeeS
nomnomficfic Se 22
2
1
2
1
2
1
2
1
Neuber
1
2222
2222
1 nfic
vKEEE
SSeU
mmelfic E 1
c
bnK
nf
f
b
c
f
fE
do Ramberga-Osgooda
naaa
KE
1
DPŽ ndash Hrubyacute 75
mmelfic E 1
m
bc
f
f
m
ficEE
E
1
m
bc
f
fmm
ficE
E
1
1
0
f
1
fic
m
bc
f
fm E
i
iii
f
f1
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 24
DPŽ ndash Hrubyacute 76
11
1
1
1
1
1
bc
f
i
f
f
m
bc
f
i
fimi
m
bc
f
i
fimi
fic
m
bc
f
i
fimi
ii
b
cEEmEm
E
1
npl
K
E
el
1
n
KE
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 34
DPŽ ndash Hrubyacute 77
K [MPa] n [-] c [-] εrsquof [-] b [-] σrsquof [MPa] E [MPa]
1020 014066 -06586 0921985 -0092718 1009234 21105
MPa700fic 50m
Iterace
Napětiacute ve vrubu
[MPa]
0 700
1 55953
2 48112
3 45414
4 45114
5 45111
6 45111 0005175
00030270002148
plel
00030271020
11451
1406601
1
npl
K
00021481012
114515
times
E
el
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 44
DPŽ ndash Hrubyacute 4
Statickaacute pevnosti křehkyacute lom
DPŽ ndash Hrubyacute 5
Plastickeacute přetvořeniacute
DPŽ ndash Hrubyacute 6
Stabilita
Kolaps mostu u
Quebecu 1907
DPŽ ndash Hrubyacute 7
Creep ndash tečeniacute za zvyacutešeneacute teploty
wwwallforpowercz
DPŽ ndash Hrubyacute 8
Dynamickaacute odezva rezonance
The Tacoma Narrows Bridge (1940 present day)
DPŽ ndash Hrubyacute 9
Uacutenava
DPŽ ndash Hrubyacute 10
Opotřebeniacute a koroze (pitting fretting)
httpwwwlambdatechscomimagesdamagejpg
DPŽ ndash Hrubyacute 11
Mezniacute stavy z pohledu funkčnosti
Statickaacute pevnost křehkyacute lom
Plastickeacute přetvořeniacute
Stabilita (vzpěr)
Creep (tečeniacute za vysokyacutech teplot)
Dynamickaacute odezva ndash vynuceneacute kmitaacuteniacute
Uacutenava ndash niacutezkocyklovaacute vysokocyklovaacute
Opotřebeniacute a koroze
hellip
Interakce a různeacute kombinace mezniacutech stavů
Ztraacuteta schopnosti konstrukce plnit funkci pro kterou byla určena
DPŽ ndash Hrubyacute 12
Uacutenava materiaacutelu
DPŽ ndash Hrubyacute 13
Uacutenava ndash scheacutema metodiky hodnoceniacute Konstrukčniacute naacutevrh
nevyhovuje vyhovuje
Zatiacuteženiacute vibrace
(teorie)
Materiaacutel Technologie vyacuteroby Provozniacute podmiacutenky
Materiaacuteloveacute zkoušky
- Woumlhlerova křivka
- Mansonova-Coffinova křivka
- cyklickaacute deformačniacute křivka
- lomovaacute houževnatost
Ovlivňujiacuteciacute faktory
- zbytkovaacute pnutiacute (RTG analyacutezy)
- defekty (NDT analyacutezy)
- koroze
- vliv zvyacutešenyacutech teplot
Provozniacute napětiacute Dovoleneacute napětiacute
Odhad životnosti Uacutenavoveacute zkoušky na konstrukci
Posouzeniacute životnosti Konstrukce produkce
Fraktografie NDT
RTG akustickaacute emise
Zatiacuteženiacute vibrace
(realita)
DPŽ ndash Hrubyacute 14
Uacutenava materiaacutelu ndash faacuteze aplikace
Apriorniacute (design)
naacutevrh konstrukce
optimalizace
naacutevrh technologie
omezeniacute provozniacutech
podmiacutenek
Aposteriorniacute (provoz)
provozniacute inspekce
poruchy a havaacuterie
wwwreskofcz
DPŽ ndash Hrubyacute 15
Vyacutepočet uacutenavoveacuteho poškozeniacute ndash
praxe scheacutema vyacutepočtu
Analyacuteza
mezniacuteho stavu
poškozeniacute
CAD
model
MISES VALUE
+367 E+00
+283 E+02
+170 E+02
+336 E+02
+419 E+02
+502 E+02
+585 E+02
+668 E+02
+751 E+02
+834 E+02
+867 E+01
+917 E+02
+100 E+03
+163 E+03
1
2
3
MKP
analyacuteza
V přiacutepadě
nevyhověniacute
uacuteprava
konstrukce
DPŽ ndash Hrubyacute 16
Uacutenava ndash uacutenavoveacute poškozeniacute ndash přiacutestupy
Critical
Location
Permanent strength
(unlimited fatigue life)
Fatigue strength
(limited fatigue life)
SAFE-LIFE
structure
FAIL-SAFE
structure
Damage Tolerance
structure
Slow Crack Growth
structure
Inspection
possible
Multiple
elements
YES
Theoretically
infinite life
NO
NO
NO
YES
YES
DPŽ ndash Hrubyacute 17
Metody predikce životnosti
Přiacutestup pomociacute nominaacutelniacutech napětiacute
(NSA - Nominal Stress Approach)
Přiacutestup pomociacute lokaacutelniacutech elastickyacutech napětiacute
(LESA - Local Elastic Stress Approach)
Přiacutestup pomociacute lokaacutelniacutech elasto-plastickyacutech
napětiacute a deformaciacute
(LPSA - Local Plastic Stress
and Strain Approach)
Přiacutestup využiacutevajiacuteciacute lomoveacute mechaniky
(FMA - Fracture Mechanics Approach)
Hrubyacute
Jurenka
DPŽ ndash Hrubyacute 18
Pozadiacute fenomeacutenu uacutenavy
DPŽ ndash Hrubyacute 19
Krystalografickeacute mřiacutežky kovů
kubickaacute prostorově centrovanaacute
(body centered cubic ndash BCC)
chrom wolfram vanad železo α
kubickaacute plošně centrovanaacute
(face centered cubic ndash FCC)
železo γ nikl hliniacutek měď olovo zlato
platina střiacutebro
httpmechmeswebsnadnoczdokumentypri-st-05_vnitrnistrukturakovupdf
šesterečnaacute
(hexagonal)
hořčiacutek zinek titan
DPŽ ndash Hrubyacute 20
Krystalografickaacute mřiacutežka - poruchy
httppythonriceedu~arbCourses360_defects_handout_01pdf
čaacuteroveacute poruchy - dislokace
plochoveacute
poruchy -
zrna hranice zrn
bodoveacute poruchy
DPŽ ndash Hrubyacute 21
Technickeacute slitiny železa
httpcswikipediaorgwikiSouborDiagramm_phasenjpg
makroskopickaacute isometrie
diacuteky naacutehodneacute orientaci
anisotropniacutech krystalů v tuheacute
faacutezi
httpwwwpedmuniczwphyFyzVlaindexhtm
V každeacutem materiaacutelu jsou
poruchy ideaacutelniacute struktury
DPŽ ndash Hrubyacute 22
bull Faacuteze změn mechanickyacutech
vlastnostiacute změny struktury kovu v
celeacutem objemu Doba trvaacuteniacute několik
procent života do lomu
bull Faacuteze nukleace (iniciace)
mikrotrhliny formovaacuteniacute
makrotrhliny zahrnuje lokaacutelniacute
změny v povrchoveacute vrstvě vyvolaneacute
silokačniacutemi efekty a naacutesledneacute
propojovaacuteniacute mikrotrhlin nebo růst
dominantniacute mikrotrhliny Doba trvaacuteniacute
10 i 90 života
bull Faacuteze šiacuteřeniacute makrotrhliny Zahrnuje
staacutedium růstu dominantniacute
makrotrhliny změnu jejiacuteho směru
kolmo na max hlavniacute napětiacute
bull Faacuteze zaacutevěrečneacuteho lomu je
reprezentovaacutena přechodem na
zrychlenyacutem rozvojem zakončenyacutem
houževnatyacutem nebo křehkyacutem lomem
na mezi kluzu nebo mezi pevnosti
1 A
10 2 A
1 m 10 2 m 1 mm 10
2 mm
Atomic
Distance Grain Size
of Austenite
Micro-crack
Formation
Glissile
Dislocation
Macro-crack
Creation
Macro-crack
Growth
Faacuteze uacutenavoveacuteho procesu 1
2
3
4
DPŽ ndash Hrubyacute 23
t
t
t
t
t t
t
t
t
a
b
c
d
e
0
A
B
C
DD
C
B
A
0
Cacute
E
Cyklickeacute
zpevněniacute
Cyklickeacute
změkčeniacute
Cyklickaacute
relaxace
Cyklickyacute creep
(ratchetting)
Paměťovyacute
efekt
1 Mechanickeacute změny při cyklovaacuteniacute
DPŽ ndash Hrubyacute 24
Miacutesta iniciace lomovaacute plocha
Striačniacute čaacutery
postupu čela
trhliny
Miacutesto
iniciace
Extruse
Skluzovaacute paacutesma
Intruse
2
3
4
DPŽ ndash Hrubyacute 25
Charakteristiky harmonickeacuteho
cyklickeacuteho namaacutehaacuteniacute
DPŽ ndash Hrubyacute 26
Harmonickeacute zatěžovaacuteniacute
amplituda napětiacute
středniacute hodnota napětiacute
perioda kmitu napěťově řiacutezeneacute zatěžovaacuteniacute ndash
měkkeacute
deformačně řiacutezeneacute zatěžovaacuteniacute ndash
tvrdeacute
httpfatiguecalculatorcom
2
dha
2
dhm
rozkmit napětiacute
koeficient nesouměrnosti
frekvence kmitu
dh
h
dR
T
Tf
1
T
a
m
h
d
DPŽ ndash Hrubyacute 27
Druhy kmitů sta
tickyacute v
tla
ku
pu
lzu
jiacuteciacute
v t
laku
sym
etr
ick
y s
třiacuted
avyacute
miacutej
ivyacute
v t
lak
u
neso
um
ěrn
ě s
třiacuted
avyacute
(stř
h
od
no
ta v
tla
ku
)
nes
ou
mě
rně
stř
iacuteda
vyacute
(stř
h
od
no
ta v
tah
u)
sta
tic
kyacute
v t
ah
u
pu
lzu
jiacuteciacute
v t
ah
u
miacutejiv
yacute v
tah
u
1R
1R
R 10R
1R
1R
01R
1R
0R
DPŽ ndash Hrubyacute 28
Uacutenavoveacute křivky napětiacute
DPŽ ndash Hrubyacute 29
Historie uacutenavy materiaacutelu
19 stoletiacute rozvoj technickeacuteho poznaacuteniacute rozšiacuteřeniacute možnosti využitiacute
oceli a kovovyacutech materiaacutelů v běžneacute praxi
Rozvoj železničniacute dopravy parniacute lokomotiva Mr G Stephenson 1829
Stavebnictviacute (mosty a nosneacute konstrukce) Eiffelova věž 1889
Rozvoj lodniacute dopravy
Vyacuteraznyacute technickyacute pokrok rostouciacute počet havaacuteriiacute ndash lomy konstrukciacute
Lomy os železničniacutech soukoliacute (konec 19 st)
August Wőhler (1819-1914)
DPŽ ndash Hrubyacute 30
Odhad meze uacutenavy
Uhliacutek oceli (P=1 )
Střiacutedavyacute tah-tlak σc = 033 (035)Rm
Miacutejivyacute tah-tlak σhc = 061Rm
Střiacutedavyacute ohyb σoc = 043 Rm
Střiacutedavyacute krut τc = 025 Rm
DPŽ ndash Hrubyacute 31
Odhad meze uacutenavy
Meze uacutenavy v ohybu platneacute pro 50 pravděpodobnost porušeniacute
DPŽ ndash Hrubyacute 32
Rm
oblast
Re
C
Woumlhlerova křivka + Frenchova čaacutera
DPŽ ndash Hrubyacute 33
Wőhlerova křivka ndash ocel (bcc) hliniacutek (fcc)
httpwwwtokuroglucomSnCurveExpjpg httpenwikipediaorgwikiFatigue_(material)
DPŽ ndash Hrubyacute 34
Wőhlerova křivka ndash popis šikmeacute čaacutesti
KNw
CNwCN
CN
a
awa
wa
loglog
loglogloglogloglog
loglog
CNwa
bfa N2
Basquin
mocninnyacute tvar
Basquin 11 5231
10
100
1000
1 10 100 1000 10000 100000
N [1]
a [
MP
a]
bfC
1
2
1
bw
1
DPŽ ndash Hrubyacute 35
Wőhlerova křivka ndash celkovyacute popis
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
10E+01 10E+02 10E+03 10E+04 10E+05 10E+06 10E+07 10E+08 10E+09
N [1]
a [
MP
a]
CANw
Ca
Weibullův
KohoutůvndashVěchetův b
CaCN
BN
DPŽ ndash Hrubyacute 36
Dalšiacute odhady meze uacutenavy Vyhodnocovanaacute
veličina
Vztah pro mez uacutenavy při R=-1
(pravděpodobnost poruchy
P=50) [MPa]
Koeficienty a podmiacutenky
platnosti
Autor
mez pevnosti Rm
[MPa]-1=0432timesRm+22
-1=046timesRm
-1=6
1Rm+400
t-1=027timesRm
t-1=0249timesRm+25
konstrukčniacute oceli
oceli do Rm =1400 MPa
oceli do Rm =1200 až 1800
MPa
oceli Rm Ł1200
konstrukčniacute oceli
Buch
Žukov
Ponomarjev
Žukov
Buch
mez kluzu
v tahu Re a krutu
timestk [MPa]
-1=0452timesRe+94
-1=045timesRe+122
t-1=0448times tk+52
konstrukčniacute oceli
konstrukčniacute oceli
konstrukčniacute oceli
Buch
Žukov
Buch
skutečnaacute lomovaacute
pevnost f
[MPa]
-1=035times f ndash10
-1=0315times f -19
konstrukčniacute oceli
konstrukčniacute oceli
Žukov
Mc-Adam
tvrdost HB
[MPa]-1=(0128hellip0156)timesHB
-1=(0168hellip0222)timesHB
uhliacutekoveacute oceli
legovaneacute oceli
Grebenik
Grebenik
meze Rm Re
[MPa]-1=0285times( Re + Rm) konstrukčniacute oceli Šapošnikov
DPŽ ndash Hrubyacute 37
Uacutenavoveacute křivky deformace
DPŽ ndash Hrubyacute 38
Manson-Coffin ndash unavovaacute křivka
deformace
00001
0001
001
01
1
1E+00 1E+01 1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07
počet půlkmitů 2N [1]
am
plitu
da p
om
d
efo
rmace
a [
1]
ae
ap
a
f
f Eb
c
1
1
DPŽ ndash Hrubyacute 39
Manson-Coffin ndash matematickyacute popis
NcNbE
NNE
NNE
fpla
fela
cf
pla
bfela
cf
pla
bfela
2logloglog2log
loglog
2loglog2
loglog
22
cfbfpl
aelaa NN
E22
σfrsquohellipsoučinitel uacutenavoveacute pevnosti bhellipexponent uacutenavoveacute pevnosti
εfrsquohellipsoučinitel uacutenavoveacute deformace chellipexponent uacutenavoveacute deformace
bc
f
fcb
f
ft
ctf
bt
f
aplael
E
EN
NNE
11
2
1
2
1
22
Tranzitniacute počet cyklů Po logaritmickeacute uacutepravě
DPŽ ndash Hrubyacute 40
Cyklickaacute deformačniacute křivka
DPŽ ndash Hrubyacute 41
Ramberg-Osgood (platneacute pro přibližneacute
vyjaacutedřeniacute tahoveacuteho diagramu i cyklickeacute
deformačniacute křivky)
E
el
npl
K
1
elE nplK
1DOsgoodRamberg
1
n
KE
+ =
DPŽ ndash Hrubyacute 42
Hysterezniacute smyčky cyklickaacute deformačniacute křivka
Rambergova-Osgoodova aproximace
Cyklickaacute
deformačniacute
křivka Saturovaneacute
hysterezniacute
smyčky
zpevněniacute
změkčeniacute
cyklickaacute
statickaacute
1D
1n
aaa
KE
D1el
aa E 1Dnpl
aa K
R = -1
DPŽ ndash Hrubyacute 43
Saturovanaacute hysterezniacute smyčka
naapla
elaa
KE
1
Krsquo - modul cyklickeacuteho zpevněniacute
nrsquo - exponent cyklickeacuteho zpevněniacute
E - modul pružnosti v tahu
nplaa K
DPŽ ndash Hrubyacute 44
Masingova aproximace hysterezniacutech
smyček a CDK
Saturovaneacute hysterezniacute smyčky uměle
posunuty spodniacutem rohem do počaacutetku
souřadneacuteho systeacutemu [εpl σ] majiacute
shodnou horniacute větev Většina kovů se
však podle Masingova pravidla nechovaacute
Data převzata z Radim Halama Experimentaacutelniacute poznatky a fenomenologickeacute modelovaacuteniacute cyklickeacute plasticity kovů [Habilitačniacute praacutece VŠB-TU Ostrava] 2009
εpl
σ CDK prochaacuteziacute středy posunutyacutech
hyster smyček
Nevykazuje chovaacuteniacute podle
Masingova pravidla
DPŽ ndash Hrubyacute 45
Odhady uacutenavovyacutech parametrů
Parametr Nelegovaneacute a niacutezkolegovaneacute oceli Hliniacutekoveacute a titanoveacute slitiny
f mRtimes51 mRtimes671
b -0087 -0095
f times590 350
c -058 -069
C mRtimes450 mRtimes420
C timestimestimes 410951450
E
Rm E
Rmtimes420
CN 5105 times 6101times
K mRtimes651 mRtimes611
n 015 011
kde
01 pro 3103 timesŁE
Rm
timesE
Rm01253751 pro 3103 timesE
Rm
0
DPŽ ndash Hrubyacute 46
Koncentrace napětiacute
DPŽ ndash Hrubyacute 47
Koncentrace napětiacute
Součinitel tvaru
(součinitel koncentrace
elastickyacutech napětiacute)
0max
1
x
y
x
nom
maxt
SK
0
1
x
y
x
Poměrnyacute gradient
(gradient normovanyacute maximaacutelniacutem
elastickyacutem napětiacutem)
httpwwwameswebinfoStressConcentrationFactor
StressConcentrationFactorsaspx
DPŽ ndash Hrubyacute 48
Součinitel vrubu β vrubovaacute citlivost q
0
100
200
300
400
500
600
1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07 1E+08
Number of cycles [1]
Str
es
s a
mp
litu
de
[M
Pa
]
smooth
notched
FL
FLN
xc
cfK
q11 Thum
Poloměr vrubu
Vliv vrubu bez
vlivu velikosti
a povrchu
DPŽ ndash Hrubyacute 49
Vliv velikosti a jakosti povrchu
DPŽ ndash Hrubyacute 50
Vliv velikosti součaacutesti - kS
m
d
D
dc
Dc
SV
Vk
exp
exp
10
y
x
S
02
03
04
05
06
07
08
09
1
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
průměr hřiacutedele D [mm]
so
učin
itel veliko
sti
[
1]
Rm=400 až 580Rm=700 až 710litaacute ocelRm=820 až 860Rm=850 až 910Rm=890 až 1000Rm=890 až 1000 aproximacem=-003m=-004m=-005m=-006m=-0068
oceli
DPŽ ndash Hrubyacute 51
Vliv jakosti obrobeniacute povrchu - kSF
kSF
Jakost povrchu
Pevnost v tahu
etalonc
realc
SFk
DPŽ ndash Hrubyacute 52
Vliv technologie uacuteprav povrchu - kT
etalonc
technolc
Tk
DPŽ ndash Hrubyacute 53
Mez uacutenavy reaacutelneacuteho diacutelu ndash dimenzovaacuteniacute
na teoreticky nekonečnou životnost
(trvalou pevnost)
f
TSFScvc
xc
K
kkk
vpcvc
xc
DPŽ ndash Hrubyacute 54
Vliv středniacuteho napětiacute
DPŽ ndash Hrubyacute 55
Vliv středniacuteho napětiacute
DPŽ ndash Hrubyacute 56
Smithův diagram
FL
DPŽ ndash Hrubyacute 57
Haighův (Goodmanův) diagram
0Re Re Rm
Re
-m +m
a
aekv
k
F
mCA
1
F
mCA
1
a
m
F Re
C
k = 2
CC
F tg
k = 1
odhad fiktivniacuteho napětiacute
tah
ohyb
krut
Rm
Rm
Rm
F
F
F
8070
7151
t
Hodnoty součinitele citlivosti k asymetrii cyklu ψ
(bdquosbiacutehavostldquo)
Goodmanova čaacutera
DPŽ ndash Hrubyacute 58
Vyacutepočet bezpečnosti
pt
mx
c
a
k
1
1
kt
m
kt
a
k
1
2
21min kkk
1pt
M
x
c
A
1
kt
M
kt
A
aA k mM k
DPŽ ndash Hrubyacute 59
Př Prutovaacute soustava ndash SU
bull absolutně tuhyacute traacutem
bull h = 1 000 mm
bull a = 500 mm
bull mez pevnosti materiaacutelu prutů 600 MPa
bull hladkeacute pruty kruhovyacute průřez 100 mm2
bull povrch prutů leštěn ndash souč jak povrchu 095
bull součinitele velikosti všech prutů 098
bull Fh = + 10 000 N
bull Fd = - 10 000 N
bull určit bezpečnost pro teoreticky
nekonečnou životnost
h
2a
F
a2
DPŽ ndash Hrubyacute 60
Př Prutovaacute soustava ndash SN
bull absolutně tuhyacute traacutem
bull h = 1 000 mm
bull a = 500 mm
bull mez pevnosti materiaacutelu prutů 600 MPa
bull hladkeacute pruty kruhovyacute průřez 100 mm2
bull povrch prutů leštěn ndash souč jak povrchu 095
bull součinitele velikosti všech prutů 098
bull Fh = + 20 000 N
bull Fd = - 20 000 N
bull určit bezpečnost pro teoreticky
nekonečnou životnost
h
a a
F
a2
DPŽ ndash Hrubyacute 61
Př Prutovaacute soustava ndash SU ndash 2 parametry
bull určit maximaacutelniacute rozmeziacute symetricky
střiacutedavyacutech sil (působiacuteciacutech ve faacutezi) pro
teoreticky nekonečnou životnost v
zaacutevislosti na uacutehlu alfa
bull l = 1 000 mm
bull mez pevnosti materiaacutelu prutů 600
MPa
bull hladkeacute pruty kruhovyacute průřez 100
mm2
bull povrch prutů leštěn ndash souč jak
povrchu 095
bull součinitele velikosti všech prutů 098
V
H
l l
1 2
V
H
N1 N2
DPŽ ndash Hrubyacute 62
zakresleniacute diagramu pro mezniacute stav
A
Vxc
A
Hxc
cos2
cos2
cotg
cos2
cotg
cos2
bezpečnost gt 1 jeden prut na mezi
uacutenavy součaacutesti tj v
jednom prutu
bezpečnost rovna
jedneacute
Př Prutovaacute soustava ndash SU ndash 2 parametry
DPŽ ndash Hrubyacute 63
Reaacutelneacute napěťodeformačniacute stavy ve
vrubech
DPŽ ndash Hrubyacute 64
Součinitel tvaru (s koncentrace
elastickyacutech napětiacute)
Součinitel koncentrace napětiacute
Součinitel koncentrace deformace
Reaacutelnaacute napětiacute a deformace ve vrubech
0
0
0
0
e
B
S
C
eSK ficfic
t
0
0
S
C
SK
0
0
e
B
eK
e
(nom)
B 0 fic
S (nom)
Brsquo
A
Arsquo
fic=S
=timesS
=times
Crsquo
C
DPŽ ndash Hrubyacute 65
Skutečnaacute napětiacute a deformace ve vrubech
22SeeS
12
0
2
12d
2
nplnpl
vKnE
KE
U
pl
Neuber Glinka
1
22
1 n
vKE
U
vfic UU
nomnomficficfic SeU 22
2
1
2
1
2
1
z rovnosti
ploch
DPŽ ndash Hrubyacute 66
0
fic
m=1
m=066
m=05m=01
m=0
Zobecněneacute Neuberovo pravidlo
5050 el
fic E
elfic EE
2
m=0 platiacute pro tvrdeacute zatěžovaacuteniacute tj
napětiacute deformačniacuteho původu
rovnoměrně rozděleneacute po
průřezu
m=1 platiacute pro měkkeacute zatěžovaacuteniacute tj
napětiacute siloveacuteho původu
rovnoměrně rozděleneacute po
průřezu
m=01 pro napětiacute deformačniacuteho
původu mimo vruby (např
teplotniacute pnutiacute)
m=05 pro vruby zatiacuteženeacute silově i
deformačně (Neuberovo
pravidlo)
m=06 pro napětiacute siloveacuteho původu
nerovnoměrně rozloženaacute po
průřezu (např při ohybu) mmel
fic E 1
DPŽ ndash Hrubyacute 67
Př Ramberg-Osgood 12
Vzorek bez vrubu z oceli 11 5231 je vystaven tvrdeacutemu zatěžovaacuteniacute o amplitudě celkoveacute
deformace 102 3timesa Určit amplitudu napětiacute Je zadaacuteno
MPa10072 5timesE
MPa1164K
1990n
0
100
200
300
400
500
600
700
0000 0005 0010 0015 0020 0025 0030
am
plitu
da n
ap
ětiacute
[M
Pa]
amplituda poměrneacute plastikeacute deformace [-]
CDK
n
apla K
DPŽ ndash Hrubyacute 68
-300 -200 -100 0 100 200 300260
280
300
320
340
360
380
ai
ai+
1
Př Ramberg-Osgood 22
MATLAB
sig=50
krok=0
for i=110000
krok=krok+1
Sig=1164(2e-3 - sig207e5)^0199
if abs(Sig-sig)lt00001
break
end
sig=Sig
end Pro libovolnyacute odhad je řešeniacute MPa273a
1990
5
1
1007200201164
times
iai
a
19901
5 1164100720020
times aa
1
naa
aKE
DPŽ ndash Hrubyacute 69
Př koncentrace napětiacute vs deformace 13
Vzorek z oceli 11 5231 je vystaven měkkeacutemu zatěžovaacuteniacute v podeacutelneacutem směru o amplitudě
napětiacute 200 MPa Určit elastickou a plastickou složku poměrneacute deformace
662
MPa10072 5timesE MPa1164K 1990n
zadaacuteno vůči neoslabeneacutemu nominaacutelniacutemu napětiacute
mimo vrub pro danou hladinu zatiacuteženiacute
200
Oslash10
20
5
DPŽ ndash Hrubyacute 70
MPa3533200662 times avruba
319901
1
1014301164
200
times
na
aplK
019801164
3533
19901
1
nvrubavrub
aplK
3
5109660
10072
200 timestimes
E
aael
0026010072
35335
times
E
vrubavrub
ael
333 101091109660101430 timestimestimes aplaela
1720101091
022403
times
a
vruba
Př koncentrace napětiacute vs deformace 23
022400198000260 vrubapl
vrubael
vruba
DPŽ ndash Hrubyacute 71
Př koncentrace napětiacute vs deformace 33
MKP elastickeacute řešeniacute
MKP elastoplastickeacute řešeniacute
324200
863max a
a
1720
662
DPŽ ndash Hrubyacute 72
Př Vetknutyacute sloupek 12
-16 K10511 times
50 100
Ocelovyacute sloupek = lopatka dmychadla je vloženyacute mezi dva tuheacute členy = disky
oběžneacuteho kola a je namaacutehaacuten cyklicky proměnnou teplotou
Uacutekol Posoudit zda hroziacute porušeniacute při 10 000 teplotniacutech cyklech
Daacuteno rozsah pracovniacutech teplot T1 = 22 degC T2 = 370 degC
modul pružnosti v tahu E = 205 GPa
uacutenavovaacute křivka poměrneacute deformace vztaženaacute
k provozniacute teplotě s parametry
160b
580c
MPa1140 f
10 f
teplotniacute roztažnost
DPŽ ndash Hrubyacute 73
C3482237012 TTT
336 1000122
10002434810511 times
timestimestimes
teplotaaT
3580160
5104601000201000020
10052
1140
22
times
times
c
fbf
a NNE
hroziacute poruchateplota
aa Ł
Př Vetknutyacute sloupek 22
DPŽ ndash Hrubyacute 74
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 14
22SeeS
nomnomficfic Se 22
2
1
2
1
2
1
2
1
Neuber
1
2222
2222
1 nfic
vKEEE
SSeU
mmelfic E 1
c
bnK
nf
f
b
c
f
fE
do Ramberga-Osgooda
naaa
KE
1
DPŽ ndash Hrubyacute 75
mmelfic E 1
m
bc
f
f
m
ficEE
E
1
m
bc
f
fmm
ficE
E
1
1
0
f
1
fic
m
bc
f
fm E
i
iii
f
f1
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 24
DPŽ ndash Hrubyacute 76
11
1
1
1
1
1
bc
f
i
f
f
m
bc
f
i
fimi
m
bc
f
i
fimi
fic
m
bc
f
i
fimi
ii
b
cEEmEm
E
1
npl
K
E
el
1
n
KE
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 34
DPŽ ndash Hrubyacute 77
K [MPa] n [-] c [-] εrsquof [-] b [-] σrsquof [MPa] E [MPa]
1020 014066 -06586 0921985 -0092718 1009234 21105
MPa700fic 50m
Iterace
Napětiacute ve vrubu
[MPa]
0 700
1 55953
2 48112
3 45414
4 45114
5 45111
6 45111 0005175
00030270002148
plel
00030271020
11451
1406601
1
npl
K
00021481012
114515
times
E
el
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 44
DPŽ ndash Hrubyacute 5
Plastickeacute přetvořeniacute
DPŽ ndash Hrubyacute 6
Stabilita
Kolaps mostu u
Quebecu 1907
DPŽ ndash Hrubyacute 7
Creep ndash tečeniacute za zvyacutešeneacute teploty
wwwallforpowercz
DPŽ ndash Hrubyacute 8
Dynamickaacute odezva rezonance
The Tacoma Narrows Bridge (1940 present day)
DPŽ ndash Hrubyacute 9
Uacutenava
DPŽ ndash Hrubyacute 10
Opotřebeniacute a koroze (pitting fretting)
httpwwwlambdatechscomimagesdamagejpg
DPŽ ndash Hrubyacute 11
Mezniacute stavy z pohledu funkčnosti
Statickaacute pevnost křehkyacute lom
Plastickeacute přetvořeniacute
Stabilita (vzpěr)
Creep (tečeniacute za vysokyacutech teplot)
Dynamickaacute odezva ndash vynuceneacute kmitaacuteniacute
Uacutenava ndash niacutezkocyklovaacute vysokocyklovaacute
Opotřebeniacute a koroze
hellip
Interakce a různeacute kombinace mezniacutech stavů
Ztraacuteta schopnosti konstrukce plnit funkci pro kterou byla určena
DPŽ ndash Hrubyacute 12
Uacutenava materiaacutelu
DPŽ ndash Hrubyacute 13
Uacutenava ndash scheacutema metodiky hodnoceniacute Konstrukčniacute naacutevrh
nevyhovuje vyhovuje
Zatiacuteženiacute vibrace
(teorie)
Materiaacutel Technologie vyacuteroby Provozniacute podmiacutenky
Materiaacuteloveacute zkoušky
- Woumlhlerova křivka
- Mansonova-Coffinova křivka
- cyklickaacute deformačniacute křivka
- lomovaacute houževnatost
Ovlivňujiacuteciacute faktory
- zbytkovaacute pnutiacute (RTG analyacutezy)
- defekty (NDT analyacutezy)
- koroze
- vliv zvyacutešenyacutech teplot
Provozniacute napětiacute Dovoleneacute napětiacute
Odhad životnosti Uacutenavoveacute zkoušky na konstrukci
Posouzeniacute životnosti Konstrukce produkce
Fraktografie NDT
RTG akustickaacute emise
Zatiacuteženiacute vibrace
(realita)
DPŽ ndash Hrubyacute 14
Uacutenava materiaacutelu ndash faacuteze aplikace
Apriorniacute (design)
naacutevrh konstrukce
optimalizace
naacutevrh technologie
omezeniacute provozniacutech
podmiacutenek
Aposteriorniacute (provoz)
provozniacute inspekce
poruchy a havaacuterie
wwwreskofcz
DPŽ ndash Hrubyacute 15
Vyacutepočet uacutenavoveacuteho poškozeniacute ndash
praxe scheacutema vyacutepočtu
Analyacuteza
mezniacuteho stavu
poškozeniacute
CAD
model
MISES VALUE
+367 E+00
+283 E+02
+170 E+02
+336 E+02
+419 E+02
+502 E+02
+585 E+02
+668 E+02
+751 E+02
+834 E+02
+867 E+01
+917 E+02
+100 E+03
+163 E+03
1
2
3
MKP
analyacuteza
V přiacutepadě
nevyhověniacute
uacuteprava
konstrukce
DPŽ ndash Hrubyacute 16
Uacutenava ndash uacutenavoveacute poškozeniacute ndash přiacutestupy
Critical
Location
Permanent strength
(unlimited fatigue life)
Fatigue strength
(limited fatigue life)
SAFE-LIFE
structure
FAIL-SAFE
structure
Damage Tolerance
structure
Slow Crack Growth
structure
Inspection
possible
Multiple
elements
YES
Theoretically
infinite life
NO
NO
NO
YES
YES
DPŽ ndash Hrubyacute 17
Metody predikce životnosti
Přiacutestup pomociacute nominaacutelniacutech napětiacute
(NSA - Nominal Stress Approach)
Přiacutestup pomociacute lokaacutelniacutech elastickyacutech napětiacute
(LESA - Local Elastic Stress Approach)
Přiacutestup pomociacute lokaacutelniacutech elasto-plastickyacutech
napětiacute a deformaciacute
(LPSA - Local Plastic Stress
and Strain Approach)
Přiacutestup využiacutevajiacuteciacute lomoveacute mechaniky
(FMA - Fracture Mechanics Approach)
Hrubyacute
Jurenka
DPŽ ndash Hrubyacute 18
Pozadiacute fenomeacutenu uacutenavy
DPŽ ndash Hrubyacute 19
Krystalografickeacute mřiacutežky kovů
kubickaacute prostorově centrovanaacute
(body centered cubic ndash BCC)
chrom wolfram vanad železo α
kubickaacute plošně centrovanaacute
(face centered cubic ndash FCC)
železo γ nikl hliniacutek měď olovo zlato
platina střiacutebro
httpmechmeswebsnadnoczdokumentypri-st-05_vnitrnistrukturakovupdf
šesterečnaacute
(hexagonal)
hořčiacutek zinek titan
DPŽ ndash Hrubyacute 20
Krystalografickaacute mřiacutežka - poruchy
httppythonriceedu~arbCourses360_defects_handout_01pdf
čaacuteroveacute poruchy - dislokace
plochoveacute
poruchy -
zrna hranice zrn
bodoveacute poruchy
DPŽ ndash Hrubyacute 21
Technickeacute slitiny železa
httpcswikipediaorgwikiSouborDiagramm_phasenjpg
makroskopickaacute isometrie
diacuteky naacutehodneacute orientaci
anisotropniacutech krystalů v tuheacute
faacutezi
httpwwwpedmuniczwphyFyzVlaindexhtm
V každeacutem materiaacutelu jsou
poruchy ideaacutelniacute struktury
DPŽ ndash Hrubyacute 22
bull Faacuteze změn mechanickyacutech
vlastnostiacute změny struktury kovu v
celeacutem objemu Doba trvaacuteniacute několik
procent života do lomu
bull Faacuteze nukleace (iniciace)
mikrotrhliny formovaacuteniacute
makrotrhliny zahrnuje lokaacutelniacute
změny v povrchoveacute vrstvě vyvolaneacute
silokačniacutemi efekty a naacutesledneacute
propojovaacuteniacute mikrotrhlin nebo růst
dominantniacute mikrotrhliny Doba trvaacuteniacute
10 i 90 života
bull Faacuteze šiacuteřeniacute makrotrhliny Zahrnuje
staacutedium růstu dominantniacute
makrotrhliny změnu jejiacuteho směru
kolmo na max hlavniacute napětiacute
bull Faacuteze zaacutevěrečneacuteho lomu je
reprezentovaacutena přechodem na
zrychlenyacutem rozvojem zakončenyacutem
houževnatyacutem nebo křehkyacutem lomem
na mezi kluzu nebo mezi pevnosti
1 A
10 2 A
1 m 10 2 m 1 mm 10
2 mm
Atomic
Distance Grain Size
of Austenite
Micro-crack
Formation
Glissile
Dislocation
Macro-crack
Creation
Macro-crack
Growth
Faacuteze uacutenavoveacuteho procesu 1
2
3
4
DPŽ ndash Hrubyacute 23
t
t
t
t
t t
t
t
t
a
b
c
d
e
0
A
B
C
DD
C
B
A
0
Cacute
E
Cyklickeacute
zpevněniacute
Cyklickeacute
změkčeniacute
Cyklickaacute
relaxace
Cyklickyacute creep
(ratchetting)
Paměťovyacute
efekt
1 Mechanickeacute změny při cyklovaacuteniacute
DPŽ ndash Hrubyacute 24
Miacutesta iniciace lomovaacute plocha
Striačniacute čaacutery
postupu čela
trhliny
Miacutesto
iniciace
Extruse
Skluzovaacute paacutesma
Intruse
2
3
4
DPŽ ndash Hrubyacute 25
Charakteristiky harmonickeacuteho
cyklickeacuteho namaacutehaacuteniacute
DPŽ ndash Hrubyacute 26
Harmonickeacute zatěžovaacuteniacute
amplituda napětiacute
středniacute hodnota napětiacute
perioda kmitu napěťově řiacutezeneacute zatěžovaacuteniacute ndash
měkkeacute
deformačně řiacutezeneacute zatěžovaacuteniacute ndash
tvrdeacute
httpfatiguecalculatorcom
2
dha
2
dhm
rozkmit napětiacute
koeficient nesouměrnosti
frekvence kmitu
dh
h
dR
T
Tf
1
T
a
m
h
d
DPŽ ndash Hrubyacute 27
Druhy kmitů sta
tickyacute v
tla
ku
pu
lzu
jiacuteciacute
v t
laku
sym
etr
ick
y s
třiacuted
avyacute
miacutej
ivyacute
v t
lak
u
neso
um
ěrn
ě s
třiacuted
avyacute
(stř
h
od
no
ta v
tla
ku
)
nes
ou
mě
rně
stř
iacuteda
vyacute
(stř
h
od
no
ta v
tah
u)
sta
tic
kyacute
v t
ah
u
pu
lzu
jiacuteciacute
v t
ah
u
miacutejiv
yacute v
tah
u
1R
1R
R 10R
1R
1R
01R
1R
0R
DPŽ ndash Hrubyacute 28
Uacutenavoveacute křivky napětiacute
DPŽ ndash Hrubyacute 29
Historie uacutenavy materiaacutelu
19 stoletiacute rozvoj technickeacuteho poznaacuteniacute rozšiacuteřeniacute možnosti využitiacute
oceli a kovovyacutech materiaacutelů v běžneacute praxi
Rozvoj železničniacute dopravy parniacute lokomotiva Mr G Stephenson 1829
Stavebnictviacute (mosty a nosneacute konstrukce) Eiffelova věž 1889
Rozvoj lodniacute dopravy
Vyacuteraznyacute technickyacute pokrok rostouciacute počet havaacuteriiacute ndash lomy konstrukciacute
Lomy os železničniacutech soukoliacute (konec 19 st)
August Wőhler (1819-1914)
DPŽ ndash Hrubyacute 30
Odhad meze uacutenavy
Uhliacutek oceli (P=1 )
Střiacutedavyacute tah-tlak σc = 033 (035)Rm
Miacutejivyacute tah-tlak σhc = 061Rm
Střiacutedavyacute ohyb σoc = 043 Rm
Střiacutedavyacute krut τc = 025 Rm
DPŽ ndash Hrubyacute 31
Odhad meze uacutenavy
Meze uacutenavy v ohybu platneacute pro 50 pravděpodobnost porušeniacute
DPŽ ndash Hrubyacute 32
Rm
oblast
Re
C
Woumlhlerova křivka + Frenchova čaacutera
DPŽ ndash Hrubyacute 33
Wőhlerova křivka ndash ocel (bcc) hliniacutek (fcc)
httpwwwtokuroglucomSnCurveExpjpg httpenwikipediaorgwikiFatigue_(material)
DPŽ ndash Hrubyacute 34
Wőhlerova křivka ndash popis šikmeacute čaacutesti
KNw
CNwCN
CN
a
awa
wa
loglog
loglogloglogloglog
loglog
CNwa
bfa N2
Basquin
mocninnyacute tvar
Basquin 11 5231
10
100
1000
1 10 100 1000 10000 100000
N [1]
a [
MP
a]
bfC
1
2
1
bw
1
DPŽ ndash Hrubyacute 35
Wőhlerova křivka ndash celkovyacute popis
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
10E+01 10E+02 10E+03 10E+04 10E+05 10E+06 10E+07 10E+08 10E+09
N [1]
a [
MP
a]
CANw
Ca
Weibullův
KohoutůvndashVěchetův b
CaCN
BN
DPŽ ndash Hrubyacute 36
Dalšiacute odhady meze uacutenavy Vyhodnocovanaacute
veličina
Vztah pro mez uacutenavy při R=-1
(pravděpodobnost poruchy
P=50) [MPa]
Koeficienty a podmiacutenky
platnosti
Autor
mez pevnosti Rm
[MPa]-1=0432timesRm+22
-1=046timesRm
-1=6
1Rm+400
t-1=027timesRm
t-1=0249timesRm+25
konstrukčniacute oceli
oceli do Rm =1400 MPa
oceli do Rm =1200 až 1800
MPa
oceli Rm Ł1200
konstrukčniacute oceli
Buch
Žukov
Ponomarjev
Žukov
Buch
mez kluzu
v tahu Re a krutu
timestk [MPa]
-1=0452timesRe+94
-1=045timesRe+122
t-1=0448times tk+52
konstrukčniacute oceli
konstrukčniacute oceli
konstrukčniacute oceli
Buch
Žukov
Buch
skutečnaacute lomovaacute
pevnost f
[MPa]
-1=035times f ndash10
-1=0315times f -19
konstrukčniacute oceli
konstrukčniacute oceli
Žukov
Mc-Adam
tvrdost HB
[MPa]-1=(0128hellip0156)timesHB
-1=(0168hellip0222)timesHB
uhliacutekoveacute oceli
legovaneacute oceli
Grebenik
Grebenik
meze Rm Re
[MPa]-1=0285times( Re + Rm) konstrukčniacute oceli Šapošnikov
DPŽ ndash Hrubyacute 37
Uacutenavoveacute křivky deformace
DPŽ ndash Hrubyacute 38
Manson-Coffin ndash unavovaacute křivka
deformace
00001
0001
001
01
1
1E+00 1E+01 1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07
počet půlkmitů 2N [1]
am
plitu
da p
om
d
efo
rmace
a [
1]
ae
ap
a
f
f Eb
c
1
1
DPŽ ndash Hrubyacute 39
Manson-Coffin ndash matematickyacute popis
NcNbE
NNE
NNE
fpla
fela
cf
pla
bfela
cf
pla
bfela
2logloglog2log
loglog
2loglog2
loglog
22
cfbfpl
aelaa NN
E22
σfrsquohellipsoučinitel uacutenavoveacute pevnosti bhellipexponent uacutenavoveacute pevnosti
εfrsquohellipsoučinitel uacutenavoveacute deformace chellipexponent uacutenavoveacute deformace
bc
f
fcb
f
ft
ctf
bt
f
aplael
E
EN
NNE
11
2
1
2
1
22
Tranzitniacute počet cyklů Po logaritmickeacute uacutepravě
DPŽ ndash Hrubyacute 40
Cyklickaacute deformačniacute křivka
DPŽ ndash Hrubyacute 41
Ramberg-Osgood (platneacute pro přibližneacute
vyjaacutedřeniacute tahoveacuteho diagramu i cyklickeacute
deformačniacute křivky)
E
el
npl
K
1
elE nplK
1DOsgoodRamberg
1
n
KE
+ =
DPŽ ndash Hrubyacute 42
Hysterezniacute smyčky cyklickaacute deformačniacute křivka
Rambergova-Osgoodova aproximace
Cyklickaacute
deformačniacute
křivka Saturovaneacute
hysterezniacute
smyčky
zpevněniacute
změkčeniacute
cyklickaacute
statickaacute
1D
1n
aaa
KE
D1el
aa E 1Dnpl
aa K
R = -1
DPŽ ndash Hrubyacute 43
Saturovanaacute hysterezniacute smyčka
naapla
elaa
KE
1
Krsquo - modul cyklickeacuteho zpevněniacute
nrsquo - exponent cyklickeacuteho zpevněniacute
E - modul pružnosti v tahu
nplaa K
DPŽ ndash Hrubyacute 44
Masingova aproximace hysterezniacutech
smyček a CDK
Saturovaneacute hysterezniacute smyčky uměle
posunuty spodniacutem rohem do počaacutetku
souřadneacuteho systeacutemu [εpl σ] majiacute
shodnou horniacute větev Většina kovů se
však podle Masingova pravidla nechovaacute
Data převzata z Radim Halama Experimentaacutelniacute poznatky a fenomenologickeacute modelovaacuteniacute cyklickeacute plasticity kovů [Habilitačniacute praacutece VŠB-TU Ostrava] 2009
εpl
σ CDK prochaacuteziacute středy posunutyacutech
hyster smyček
Nevykazuje chovaacuteniacute podle
Masingova pravidla
DPŽ ndash Hrubyacute 45
Odhady uacutenavovyacutech parametrů
Parametr Nelegovaneacute a niacutezkolegovaneacute oceli Hliniacutekoveacute a titanoveacute slitiny
f mRtimes51 mRtimes671
b -0087 -0095
f times590 350
c -058 -069
C mRtimes450 mRtimes420
C timestimestimes 410951450
E
Rm E
Rmtimes420
CN 5105 times 6101times
K mRtimes651 mRtimes611
n 015 011
kde
01 pro 3103 timesŁE
Rm
timesE
Rm01253751 pro 3103 timesE
Rm
0
DPŽ ndash Hrubyacute 46
Koncentrace napětiacute
DPŽ ndash Hrubyacute 47
Koncentrace napětiacute
Součinitel tvaru
(součinitel koncentrace
elastickyacutech napětiacute)
0max
1
x
y
x
nom
maxt
SK
0
1
x
y
x
Poměrnyacute gradient
(gradient normovanyacute maximaacutelniacutem
elastickyacutem napětiacutem)
httpwwwameswebinfoStressConcentrationFactor
StressConcentrationFactorsaspx
DPŽ ndash Hrubyacute 48
Součinitel vrubu β vrubovaacute citlivost q
0
100
200
300
400
500
600
1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07 1E+08
Number of cycles [1]
Str
es
s a
mp
litu
de
[M
Pa
]
smooth
notched
FL
FLN
xc
cfK
q11 Thum
Poloměr vrubu
Vliv vrubu bez
vlivu velikosti
a povrchu
DPŽ ndash Hrubyacute 49
Vliv velikosti a jakosti povrchu
DPŽ ndash Hrubyacute 50
Vliv velikosti součaacutesti - kS
m
d
D
dc
Dc
SV
Vk
exp
exp
10
y
x
S
02
03
04
05
06
07
08
09
1
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
průměr hřiacutedele D [mm]
so
učin
itel veliko
sti
[
1]
Rm=400 až 580Rm=700 až 710litaacute ocelRm=820 až 860Rm=850 až 910Rm=890 až 1000Rm=890 až 1000 aproximacem=-003m=-004m=-005m=-006m=-0068
oceli
DPŽ ndash Hrubyacute 51
Vliv jakosti obrobeniacute povrchu - kSF
kSF
Jakost povrchu
Pevnost v tahu
etalonc
realc
SFk
DPŽ ndash Hrubyacute 52
Vliv technologie uacuteprav povrchu - kT
etalonc
technolc
Tk
DPŽ ndash Hrubyacute 53
Mez uacutenavy reaacutelneacuteho diacutelu ndash dimenzovaacuteniacute
na teoreticky nekonečnou životnost
(trvalou pevnost)
f
TSFScvc
xc
K
kkk
vpcvc
xc
DPŽ ndash Hrubyacute 54
Vliv středniacuteho napětiacute
DPŽ ndash Hrubyacute 55
Vliv středniacuteho napětiacute
DPŽ ndash Hrubyacute 56
Smithův diagram
FL
DPŽ ndash Hrubyacute 57
Haighův (Goodmanův) diagram
0Re Re Rm
Re
-m +m
a
aekv
k
F
mCA
1
F
mCA
1
a
m
F Re
C
k = 2
CC
F tg
k = 1
odhad fiktivniacuteho napětiacute
tah
ohyb
krut
Rm
Rm
Rm
F
F
F
8070
7151
t
Hodnoty součinitele citlivosti k asymetrii cyklu ψ
(bdquosbiacutehavostldquo)
Goodmanova čaacutera
DPŽ ndash Hrubyacute 58
Vyacutepočet bezpečnosti
pt
mx
c
a
k
1
1
kt
m
kt
a
k
1
2
21min kkk
1pt
M
x
c
A
1
kt
M
kt
A
aA k mM k
DPŽ ndash Hrubyacute 59
Př Prutovaacute soustava ndash SU
bull absolutně tuhyacute traacutem
bull h = 1 000 mm
bull a = 500 mm
bull mez pevnosti materiaacutelu prutů 600 MPa
bull hladkeacute pruty kruhovyacute průřez 100 mm2
bull povrch prutů leštěn ndash souč jak povrchu 095
bull součinitele velikosti všech prutů 098
bull Fh = + 10 000 N
bull Fd = - 10 000 N
bull určit bezpečnost pro teoreticky
nekonečnou životnost
h
2a
F
a2
DPŽ ndash Hrubyacute 60
Př Prutovaacute soustava ndash SN
bull absolutně tuhyacute traacutem
bull h = 1 000 mm
bull a = 500 mm
bull mez pevnosti materiaacutelu prutů 600 MPa
bull hladkeacute pruty kruhovyacute průřez 100 mm2
bull povrch prutů leštěn ndash souč jak povrchu 095
bull součinitele velikosti všech prutů 098
bull Fh = + 20 000 N
bull Fd = - 20 000 N
bull určit bezpečnost pro teoreticky
nekonečnou životnost
h
a a
F
a2
DPŽ ndash Hrubyacute 61
Př Prutovaacute soustava ndash SU ndash 2 parametry
bull určit maximaacutelniacute rozmeziacute symetricky
střiacutedavyacutech sil (působiacuteciacutech ve faacutezi) pro
teoreticky nekonečnou životnost v
zaacutevislosti na uacutehlu alfa
bull l = 1 000 mm
bull mez pevnosti materiaacutelu prutů 600
MPa
bull hladkeacute pruty kruhovyacute průřez 100
mm2
bull povrch prutů leštěn ndash souč jak
povrchu 095
bull součinitele velikosti všech prutů 098
V
H
l l
1 2
V
H
N1 N2
DPŽ ndash Hrubyacute 62
zakresleniacute diagramu pro mezniacute stav
A
Vxc
A
Hxc
cos2
cos2
cotg
cos2
cotg
cos2
bezpečnost gt 1 jeden prut na mezi
uacutenavy součaacutesti tj v
jednom prutu
bezpečnost rovna
jedneacute
Př Prutovaacute soustava ndash SU ndash 2 parametry
DPŽ ndash Hrubyacute 63
Reaacutelneacute napěťodeformačniacute stavy ve
vrubech
DPŽ ndash Hrubyacute 64
Součinitel tvaru (s koncentrace
elastickyacutech napětiacute)
Součinitel koncentrace napětiacute
Součinitel koncentrace deformace
Reaacutelnaacute napětiacute a deformace ve vrubech
0
0
0
0
e
B
S
C
eSK ficfic
t
0
0
S
C
SK
0
0
e
B
eK
e
(nom)
B 0 fic
S (nom)
Brsquo
A
Arsquo
fic=S
=timesS
=times
Crsquo
C
DPŽ ndash Hrubyacute 65
Skutečnaacute napětiacute a deformace ve vrubech
22SeeS
12
0
2
12d
2
nplnpl
vKnE
KE
U
pl
Neuber Glinka
1
22
1 n
vKE
U
vfic UU
nomnomficficfic SeU 22
2
1
2
1
2
1
z rovnosti
ploch
DPŽ ndash Hrubyacute 66
0
fic
m=1
m=066
m=05m=01
m=0
Zobecněneacute Neuberovo pravidlo
5050 el
fic E
elfic EE
2
m=0 platiacute pro tvrdeacute zatěžovaacuteniacute tj
napětiacute deformačniacuteho původu
rovnoměrně rozděleneacute po
průřezu
m=1 platiacute pro měkkeacute zatěžovaacuteniacute tj
napětiacute siloveacuteho původu
rovnoměrně rozděleneacute po
průřezu
m=01 pro napětiacute deformačniacuteho
původu mimo vruby (např
teplotniacute pnutiacute)
m=05 pro vruby zatiacuteženeacute silově i
deformačně (Neuberovo
pravidlo)
m=06 pro napětiacute siloveacuteho původu
nerovnoměrně rozloženaacute po
průřezu (např při ohybu) mmel
fic E 1
DPŽ ndash Hrubyacute 67
Př Ramberg-Osgood 12
Vzorek bez vrubu z oceli 11 5231 je vystaven tvrdeacutemu zatěžovaacuteniacute o amplitudě celkoveacute
deformace 102 3timesa Určit amplitudu napětiacute Je zadaacuteno
MPa10072 5timesE
MPa1164K
1990n
0
100
200
300
400
500
600
700
0000 0005 0010 0015 0020 0025 0030
am
plitu
da n
ap
ětiacute
[M
Pa]
amplituda poměrneacute plastikeacute deformace [-]
CDK
n
apla K
DPŽ ndash Hrubyacute 68
-300 -200 -100 0 100 200 300260
280
300
320
340
360
380
ai
ai+
1
Př Ramberg-Osgood 22
MATLAB
sig=50
krok=0
for i=110000
krok=krok+1
Sig=1164(2e-3 - sig207e5)^0199
if abs(Sig-sig)lt00001
break
end
sig=Sig
end Pro libovolnyacute odhad je řešeniacute MPa273a
1990
5
1
1007200201164
times
iai
a
19901
5 1164100720020
times aa
1
naa
aKE
DPŽ ndash Hrubyacute 69
Př koncentrace napětiacute vs deformace 13
Vzorek z oceli 11 5231 je vystaven měkkeacutemu zatěžovaacuteniacute v podeacutelneacutem směru o amplitudě
napětiacute 200 MPa Určit elastickou a plastickou složku poměrneacute deformace
662
MPa10072 5timesE MPa1164K 1990n
zadaacuteno vůči neoslabeneacutemu nominaacutelniacutemu napětiacute
mimo vrub pro danou hladinu zatiacuteženiacute
200
Oslash10
20
5
DPŽ ndash Hrubyacute 70
MPa3533200662 times avruba
319901
1
1014301164
200
times
na
aplK
019801164
3533
19901
1
nvrubavrub
aplK
3
5109660
10072
200 timestimes
E
aael
0026010072
35335
times
E
vrubavrub
ael
333 101091109660101430 timestimestimes aplaela
1720101091
022403
times
a
vruba
Př koncentrace napětiacute vs deformace 23
022400198000260 vrubapl
vrubael
vruba
DPŽ ndash Hrubyacute 71
Př koncentrace napětiacute vs deformace 33
MKP elastickeacute řešeniacute
MKP elastoplastickeacute řešeniacute
324200
863max a
a
1720
662
DPŽ ndash Hrubyacute 72
Př Vetknutyacute sloupek 12
-16 K10511 times
50 100
Ocelovyacute sloupek = lopatka dmychadla je vloženyacute mezi dva tuheacute členy = disky
oběžneacuteho kola a je namaacutehaacuten cyklicky proměnnou teplotou
Uacutekol Posoudit zda hroziacute porušeniacute při 10 000 teplotniacutech cyklech
Daacuteno rozsah pracovniacutech teplot T1 = 22 degC T2 = 370 degC
modul pružnosti v tahu E = 205 GPa
uacutenavovaacute křivka poměrneacute deformace vztaženaacute
k provozniacute teplotě s parametry
160b
580c
MPa1140 f
10 f
teplotniacute roztažnost
DPŽ ndash Hrubyacute 73
C3482237012 TTT
336 1000122
10002434810511 times
timestimestimes
teplotaaT
3580160
5104601000201000020
10052
1140
22
times
times
c
fbf
a NNE
hroziacute poruchateplota
aa Ł
Př Vetknutyacute sloupek 22
DPŽ ndash Hrubyacute 74
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 14
22SeeS
nomnomficfic Se 22
2
1
2
1
2
1
2
1
Neuber
1
2222
2222
1 nfic
vKEEE
SSeU
mmelfic E 1
c
bnK
nf
f
b
c
f
fE
do Ramberga-Osgooda
naaa
KE
1
DPŽ ndash Hrubyacute 75
mmelfic E 1
m
bc
f
f
m
ficEE
E
1
m
bc
f
fmm
ficE
E
1
1
0
f
1
fic
m
bc
f
fm E
i
iii
f
f1
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 24
DPŽ ndash Hrubyacute 76
11
1
1
1
1
1
bc
f
i
f
f
m
bc
f
i
fimi
m
bc
f
i
fimi
fic
m
bc
f
i
fimi
ii
b
cEEmEm
E
1
npl
K
E
el
1
n
KE
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 34
DPŽ ndash Hrubyacute 77
K [MPa] n [-] c [-] εrsquof [-] b [-] σrsquof [MPa] E [MPa]
1020 014066 -06586 0921985 -0092718 1009234 21105
MPa700fic 50m
Iterace
Napětiacute ve vrubu
[MPa]
0 700
1 55953
2 48112
3 45414
4 45114
5 45111
6 45111 0005175
00030270002148
plel
00030271020
11451
1406601
1
npl
K
00021481012
114515
times
E
el
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 44
DPŽ ndash Hrubyacute 6
Stabilita
Kolaps mostu u
Quebecu 1907
DPŽ ndash Hrubyacute 7
Creep ndash tečeniacute za zvyacutešeneacute teploty
wwwallforpowercz
DPŽ ndash Hrubyacute 8
Dynamickaacute odezva rezonance
The Tacoma Narrows Bridge (1940 present day)
DPŽ ndash Hrubyacute 9
Uacutenava
DPŽ ndash Hrubyacute 10
Opotřebeniacute a koroze (pitting fretting)
httpwwwlambdatechscomimagesdamagejpg
DPŽ ndash Hrubyacute 11
Mezniacute stavy z pohledu funkčnosti
Statickaacute pevnost křehkyacute lom
Plastickeacute přetvořeniacute
Stabilita (vzpěr)
Creep (tečeniacute za vysokyacutech teplot)
Dynamickaacute odezva ndash vynuceneacute kmitaacuteniacute
Uacutenava ndash niacutezkocyklovaacute vysokocyklovaacute
Opotřebeniacute a koroze
hellip
Interakce a různeacute kombinace mezniacutech stavů
Ztraacuteta schopnosti konstrukce plnit funkci pro kterou byla určena
DPŽ ndash Hrubyacute 12
Uacutenava materiaacutelu
DPŽ ndash Hrubyacute 13
Uacutenava ndash scheacutema metodiky hodnoceniacute Konstrukčniacute naacutevrh
nevyhovuje vyhovuje
Zatiacuteženiacute vibrace
(teorie)
Materiaacutel Technologie vyacuteroby Provozniacute podmiacutenky
Materiaacuteloveacute zkoušky
- Woumlhlerova křivka
- Mansonova-Coffinova křivka
- cyklickaacute deformačniacute křivka
- lomovaacute houževnatost
Ovlivňujiacuteciacute faktory
- zbytkovaacute pnutiacute (RTG analyacutezy)
- defekty (NDT analyacutezy)
- koroze
- vliv zvyacutešenyacutech teplot
Provozniacute napětiacute Dovoleneacute napětiacute
Odhad životnosti Uacutenavoveacute zkoušky na konstrukci
Posouzeniacute životnosti Konstrukce produkce
Fraktografie NDT
RTG akustickaacute emise
Zatiacuteženiacute vibrace
(realita)
DPŽ ndash Hrubyacute 14
Uacutenava materiaacutelu ndash faacuteze aplikace
Apriorniacute (design)
naacutevrh konstrukce
optimalizace
naacutevrh technologie
omezeniacute provozniacutech
podmiacutenek
Aposteriorniacute (provoz)
provozniacute inspekce
poruchy a havaacuterie
wwwreskofcz
DPŽ ndash Hrubyacute 15
Vyacutepočet uacutenavoveacuteho poškozeniacute ndash
praxe scheacutema vyacutepočtu
Analyacuteza
mezniacuteho stavu
poškozeniacute
CAD
model
MISES VALUE
+367 E+00
+283 E+02
+170 E+02
+336 E+02
+419 E+02
+502 E+02
+585 E+02
+668 E+02
+751 E+02
+834 E+02
+867 E+01
+917 E+02
+100 E+03
+163 E+03
1
2
3
MKP
analyacuteza
V přiacutepadě
nevyhověniacute
uacuteprava
konstrukce
DPŽ ndash Hrubyacute 16
Uacutenava ndash uacutenavoveacute poškozeniacute ndash přiacutestupy
Critical
Location
Permanent strength
(unlimited fatigue life)
Fatigue strength
(limited fatigue life)
SAFE-LIFE
structure
FAIL-SAFE
structure
Damage Tolerance
structure
Slow Crack Growth
structure
Inspection
possible
Multiple
elements
YES
Theoretically
infinite life
NO
NO
NO
YES
YES
DPŽ ndash Hrubyacute 17
Metody predikce životnosti
Přiacutestup pomociacute nominaacutelniacutech napětiacute
(NSA - Nominal Stress Approach)
Přiacutestup pomociacute lokaacutelniacutech elastickyacutech napětiacute
(LESA - Local Elastic Stress Approach)
Přiacutestup pomociacute lokaacutelniacutech elasto-plastickyacutech
napětiacute a deformaciacute
(LPSA - Local Plastic Stress
and Strain Approach)
Přiacutestup využiacutevajiacuteciacute lomoveacute mechaniky
(FMA - Fracture Mechanics Approach)
Hrubyacute
Jurenka
DPŽ ndash Hrubyacute 18
Pozadiacute fenomeacutenu uacutenavy
DPŽ ndash Hrubyacute 19
Krystalografickeacute mřiacutežky kovů
kubickaacute prostorově centrovanaacute
(body centered cubic ndash BCC)
chrom wolfram vanad železo α
kubickaacute plošně centrovanaacute
(face centered cubic ndash FCC)
železo γ nikl hliniacutek měď olovo zlato
platina střiacutebro
httpmechmeswebsnadnoczdokumentypri-st-05_vnitrnistrukturakovupdf
šesterečnaacute
(hexagonal)
hořčiacutek zinek titan
DPŽ ndash Hrubyacute 20
Krystalografickaacute mřiacutežka - poruchy
httppythonriceedu~arbCourses360_defects_handout_01pdf
čaacuteroveacute poruchy - dislokace
plochoveacute
poruchy -
zrna hranice zrn
bodoveacute poruchy
DPŽ ndash Hrubyacute 21
Technickeacute slitiny železa
httpcswikipediaorgwikiSouborDiagramm_phasenjpg
makroskopickaacute isometrie
diacuteky naacutehodneacute orientaci
anisotropniacutech krystalů v tuheacute
faacutezi
httpwwwpedmuniczwphyFyzVlaindexhtm
V každeacutem materiaacutelu jsou
poruchy ideaacutelniacute struktury
DPŽ ndash Hrubyacute 22
bull Faacuteze změn mechanickyacutech
vlastnostiacute změny struktury kovu v
celeacutem objemu Doba trvaacuteniacute několik
procent života do lomu
bull Faacuteze nukleace (iniciace)
mikrotrhliny formovaacuteniacute
makrotrhliny zahrnuje lokaacutelniacute
změny v povrchoveacute vrstvě vyvolaneacute
silokačniacutemi efekty a naacutesledneacute
propojovaacuteniacute mikrotrhlin nebo růst
dominantniacute mikrotrhliny Doba trvaacuteniacute
10 i 90 života
bull Faacuteze šiacuteřeniacute makrotrhliny Zahrnuje
staacutedium růstu dominantniacute
makrotrhliny změnu jejiacuteho směru
kolmo na max hlavniacute napětiacute
bull Faacuteze zaacutevěrečneacuteho lomu je
reprezentovaacutena přechodem na
zrychlenyacutem rozvojem zakončenyacutem
houževnatyacutem nebo křehkyacutem lomem
na mezi kluzu nebo mezi pevnosti
1 A
10 2 A
1 m 10 2 m 1 mm 10
2 mm
Atomic
Distance Grain Size
of Austenite
Micro-crack
Formation
Glissile
Dislocation
Macro-crack
Creation
Macro-crack
Growth
Faacuteze uacutenavoveacuteho procesu 1
2
3
4
DPŽ ndash Hrubyacute 23
t
t
t
t
t t
t
t
t
a
b
c
d
e
0
A
B
C
DD
C
B
A
0
Cacute
E
Cyklickeacute
zpevněniacute
Cyklickeacute
změkčeniacute
Cyklickaacute
relaxace
Cyklickyacute creep
(ratchetting)
Paměťovyacute
efekt
1 Mechanickeacute změny při cyklovaacuteniacute
DPŽ ndash Hrubyacute 24
Miacutesta iniciace lomovaacute plocha
Striačniacute čaacutery
postupu čela
trhliny
Miacutesto
iniciace
Extruse
Skluzovaacute paacutesma
Intruse
2
3
4
DPŽ ndash Hrubyacute 25
Charakteristiky harmonickeacuteho
cyklickeacuteho namaacutehaacuteniacute
DPŽ ndash Hrubyacute 26
Harmonickeacute zatěžovaacuteniacute
amplituda napětiacute
středniacute hodnota napětiacute
perioda kmitu napěťově řiacutezeneacute zatěžovaacuteniacute ndash
měkkeacute
deformačně řiacutezeneacute zatěžovaacuteniacute ndash
tvrdeacute
httpfatiguecalculatorcom
2
dha
2
dhm
rozkmit napětiacute
koeficient nesouměrnosti
frekvence kmitu
dh
h
dR
T
Tf
1
T
a
m
h
d
DPŽ ndash Hrubyacute 27
Druhy kmitů sta
tickyacute v
tla
ku
pu
lzu
jiacuteciacute
v t
laku
sym
etr
ick
y s
třiacuted
avyacute
miacutej
ivyacute
v t
lak
u
neso
um
ěrn
ě s
třiacuted
avyacute
(stř
h
od
no
ta v
tla
ku
)
nes
ou
mě
rně
stř
iacuteda
vyacute
(stř
h
od
no
ta v
tah
u)
sta
tic
kyacute
v t
ah
u
pu
lzu
jiacuteciacute
v t
ah
u
miacutejiv
yacute v
tah
u
1R
1R
R 10R
1R
1R
01R
1R
0R
DPŽ ndash Hrubyacute 28
Uacutenavoveacute křivky napětiacute
DPŽ ndash Hrubyacute 29
Historie uacutenavy materiaacutelu
19 stoletiacute rozvoj technickeacuteho poznaacuteniacute rozšiacuteřeniacute možnosti využitiacute
oceli a kovovyacutech materiaacutelů v běžneacute praxi
Rozvoj železničniacute dopravy parniacute lokomotiva Mr G Stephenson 1829
Stavebnictviacute (mosty a nosneacute konstrukce) Eiffelova věž 1889
Rozvoj lodniacute dopravy
Vyacuteraznyacute technickyacute pokrok rostouciacute počet havaacuteriiacute ndash lomy konstrukciacute
Lomy os železničniacutech soukoliacute (konec 19 st)
August Wőhler (1819-1914)
DPŽ ndash Hrubyacute 30
Odhad meze uacutenavy
Uhliacutek oceli (P=1 )
Střiacutedavyacute tah-tlak σc = 033 (035)Rm
Miacutejivyacute tah-tlak σhc = 061Rm
Střiacutedavyacute ohyb σoc = 043 Rm
Střiacutedavyacute krut τc = 025 Rm
DPŽ ndash Hrubyacute 31
Odhad meze uacutenavy
Meze uacutenavy v ohybu platneacute pro 50 pravděpodobnost porušeniacute
DPŽ ndash Hrubyacute 32
Rm
oblast
Re
C
Woumlhlerova křivka + Frenchova čaacutera
DPŽ ndash Hrubyacute 33
Wőhlerova křivka ndash ocel (bcc) hliniacutek (fcc)
httpwwwtokuroglucomSnCurveExpjpg httpenwikipediaorgwikiFatigue_(material)
DPŽ ndash Hrubyacute 34
Wőhlerova křivka ndash popis šikmeacute čaacutesti
KNw
CNwCN
CN
a
awa
wa
loglog
loglogloglogloglog
loglog
CNwa
bfa N2
Basquin
mocninnyacute tvar
Basquin 11 5231
10
100
1000
1 10 100 1000 10000 100000
N [1]
a [
MP
a]
bfC
1
2
1
bw
1
DPŽ ndash Hrubyacute 35
Wőhlerova křivka ndash celkovyacute popis
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
10E+01 10E+02 10E+03 10E+04 10E+05 10E+06 10E+07 10E+08 10E+09
N [1]
a [
MP
a]
CANw
Ca
Weibullův
KohoutůvndashVěchetův b
CaCN
BN
DPŽ ndash Hrubyacute 36
Dalšiacute odhady meze uacutenavy Vyhodnocovanaacute
veličina
Vztah pro mez uacutenavy při R=-1
(pravděpodobnost poruchy
P=50) [MPa]
Koeficienty a podmiacutenky
platnosti
Autor
mez pevnosti Rm
[MPa]-1=0432timesRm+22
-1=046timesRm
-1=6
1Rm+400
t-1=027timesRm
t-1=0249timesRm+25
konstrukčniacute oceli
oceli do Rm =1400 MPa
oceli do Rm =1200 až 1800
MPa
oceli Rm Ł1200
konstrukčniacute oceli
Buch
Žukov
Ponomarjev
Žukov
Buch
mez kluzu
v tahu Re a krutu
timestk [MPa]
-1=0452timesRe+94
-1=045timesRe+122
t-1=0448times tk+52
konstrukčniacute oceli
konstrukčniacute oceli
konstrukčniacute oceli
Buch
Žukov
Buch
skutečnaacute lomovaacute
pevnost f
[MPa]
-1=035times f ndash10
-1=0315times f -19
konstrukčniacute oceli
konstrukčniacute oceli
Žukov
Mc-Adam
tvrdost HB
[MPa]-1=(0128hellip0156)timesHB
-1=(0168hellip0222)timesHB
uhliacutekoveacute oceli
legovaneacute oceli
Grebenik
Grebenik
meze Rm Re
[MPa]-1=0285times( Re + Rm) konstrukčniacute oceli Šapošnikov
DPŽ ndash Hrubyacute 37
Uacutenavoveacute křivky deformace
DPŽ ndash Hrubyacute 38
Manson-Coffin ndash unavovaacute křivka
deformace
00001
0001
001
01
1
1E+00 1E+01 1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07
počet půlkmitů 2N [1]
am
plitu
da p
om
d
efo
rmace
a [
1]
ae
ap
a
f
f Eb
c
1
1
DPŽ ndash Hrubyacute 39
Manson-Coffin ndash matematickyacute popis
NcNbE
NNE
NNE
fpla
fela
cf
pla
bfela
cf
pla
bfela
2logloglog2log
loglog
2loglog2
loglog
22
cfbfpl
aelaa NN
E22
σfrsquohellipsoučinitel uacutenavoveacute pevnosti bhellipexponent uacutenavoveacute pevnosti
εfrsquohellipsoučinitel uacutenavoveacute deformace chellipexponent uacutenavoveacute deformace
bc
f
fcb
f
ft
ctf
bt
f
aplael
E
EN
NNE
11
2
1
2
1
22
Tranzitniacute počet cyklů Po logaritmickeacute uacutepravě
DPŽ ndash Hrubyacute 40
Cyklickaacute deformačniacute křivka
DPŽ ndash Hrubyacute 41
Ramberg-Osgood (platneacute pro přibližneacute
vyjaacutedřeniacute tahoveacuteho diagramu i cyklickeacute
deformačniacute křivky)
E
el
npl
K
1
elE nplK
1DOsgoodRamberg
1
n
KE
+ =
DPŽ ndash Hrubyacute 42
Hysterezniacute smyčky cyklickaacute deformačniacute křivka
Rambergova-Osgoodova aproximace
Cyklickaacute
deformačniacute
křivka Saturovaneacute
hysterezniacute
smyčky
zpevněniacute
změkčeniacute
cyklickaacute
statickaacute
1D
1n
aaa
KE
D1el
aa E 1Dnpl
aa K
R = -1
DPŽ ndash Hrubyacute 43
Saturovanaacute hysterezniacute smyčka
naapla
elaa
KE
1
Krsquo - modul cyklickeacuteho zpevněniacute
nrsquo - exponent cyklickeacuteho zpevněniacute
E - modul pružnosti v tahu
nplaa K
DPŽ ndash Hrubyacute 44
Masingova aproximace hysterezniacutech
smyček a CDK
Saturovaneacute hysterezniacute smyčky uměle
posunuty spodniacutem rohem do počaacutetku
souřadneacuteho systeacutemu [εpl σ] majiacute
shodnou horniacute větev Většina kovů se
však podle Masingova pravidla nechovaacute
Data převzata z Radim Halama Experimentaacutelniacute poznatky a fenomenologickeacute modelovaacuteniacute cyklickeacute plasticity kovů [Habilitačniacute praacutece VŠB-TU Ostrava] 2009
εpl
σ CDK prochaacuteziacute středy posunutyacutech
hyster smyček
Nevykazuje chovaacuteniacute podle
Masingova pravidla
DPŽ ndash Hrubyacute 45
Odhady uacutenavovyacutech parametrů
Parametr Nelegovaneacute a niacutezkolegovaneacute oceli Hliniacutekoveacute a titanoveacute slitiny
f mRtimes51 mRtimes671
b -0087 -0095
f times590 350
c -058 -069
C mRtimes450 mRtimes420
C timestimestimes 410951450
E
Rm E
Rmtimes420
CN 5105 times 6101times
K mRtimes651 mRtimes611
n 015 011
kde
01 pro 3103 timesŁE
Rm
timesE
Rm01253751 pro 3103 timesE
Rm
0
DPŽ ndash Hrubyacute 46
Koncentrace napětiacute
DPŽ ndash Hrubyacute 47
Koncentrace napětiacute
Součinitel tvaru
(součinitel koncentrace
elastickyacutech napětiacute)
0max
1
x
y
x
nom
maxt
SK
0
1
x
y
x
Poměrnyacute gradient
(gradient normovanyacute maximaacutelniacutem
elastickyacutem napětiacutem)
httpwwwameswebinfoStressConcentrationFactor
StressConcentrationFactorsaspx
DPŽ ndash Hrubyacute 48
Součinitel vrubu β vrubovaacute citlivost q
0
100
200
300
400
500
600
1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07 1E+08
Number of cycles [1]
Str
es
s a
mp
litu
de
[M
Pa
]
smooth
notched
FL
FLN
xc
cfK
q11 Thum
Poloměr vrubu
Vliv vrubu bez
vlivu velikosti
a povrchu
DPŽ ndash Hrubyacute 49
Vliv velikosti a jakosti povrchu
DPŽ ndash Hrubyacute 50
Vliv velikosti součaacutesti - kS
m
d
D
dc
Dc
SV
Vk
exp
exp
10
y
x
S
02
03
04
05
06
07
08
09
1
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
průměr hřiacutedele D [mm]
so
učin
itel veliko
sti
[
1]
Rm=400 až 580Rm=700 až 710litaacute ocelRm=820 až 860Rm=850 až 910Rm=890 až 1000Rm=890 až 1000 aproximacem=-003m=-004m=-005m=-006m=-0068
oceli
DPŽ ndash Hrubyacute 51
Vliv jakosti obrobeniacute povrchu - kSF
kSF
Jakost povrchu
Pevnost v tahu
etalonc
realc
SFk
DPŽ ndash Hrubyacute 52
Vliv technologie uacuteprav povrchu - kT
etalonc
technolc
Tk
DPŽ ndash Hrubyacute 53
Mez uacutenavy reaacutelneacuteho diacutelu ndash dimenzovaacuteniacute
na teoreticky nekonečnou životnost
(trvalou pevnost)
f
TSFScvc
xc
K
kkk
vpcvc
xc
DPŽ ndash Hrubyacute 54
Vliv středniacuteho napětiacute
DPŽ ndash Hrubyacute 55
Vliv středniacuteho napětiacute
DPŽ ndash Hrubyacute 56
Smithův diagram
FL
DPŽ ndash Hrubyacute 57
Haighův (Goodmanův) diagram
0Re Re Rm
Re
-m +m
a
aekv
k
F
mCA
1
F
mCA
1
a
m
F Re
C
k = 2
CC
F tg
k = 1
odhad fiktivniacuteho napětiacute
tah
ohyb
krut
Rm
Rm
Rm
F
F
F
8070
7151
t
Hodnoty součinitele citlivosti k asymetrii cyklu ψ
(bdquosbiacutehavostldquo)
Goodmanova čaacutera
DPŽ ndash Hrubyacute 58
Vyacutepočet bezpečnosti
pt
mx
c
a
k
1
1
kt
m
kt
a
k
1
2
21min kkk
1pt
M
x
c
A
1
kt
M
kt
A
aA k mM k
DPŽ ndash Hrubyacute 59
Př Prutovaacute soustava ndash SU
bull absolutně tuhyacute traacutem
bull h = 1 000 mm
bull a = 500 mm
bull mez pevnosti materiaacutelu prutů 600 MPa
bull hladkeacute pruty kruhovyacute průřez 100 mm2
bull povrch prutů leštěn ndash souč jak povrchu 095
bull součinitele velikosti všech prutů 098
bull Fh = + 10 000 N
bull Fd = - 10 000 N
bull určit bezpečnost pro teoreticky
nekonečnou životnost
h
2a
F
a2
DPŽ ndash Hrubyacute 60
Př Prutovaacute soustava ndash SN
bull absolutně tuhyacute traacutem
bull h = 1 000 mm
bull a = 500 mm
bull mez pevnosti materiaacutelu prutů 600 MPa
bull hladkeacute pruty kruhovyacute průřez 100 mm2
bull povrch prutů leštěn ndash souč jak povrchu 095
bull součinitele velikosti všech prutů 098
bull Fh = + 20 000 N
bull Fd = - 20 000 N
bull určit bezpečnost pro teoreticky
nekonečnou životnost
h
a a
F
a2
DPŽ ndash Hrubyacute 61
Př Prutovaacute soustava ndash SU ndash 2 parametry
bull určit maximaacutelniacute rozmeziacute symetricky
střiacutedavyacutech sil (působiacuteciacutech ve faacutezi) pro
teoreticky nekonečnou životnost v
zaacutevislosti na uacutehlu alfa
bull l = 1 000 mm
bull mez pevnosti materiaacutelu prutů 600
MPa
bull hladkeacute pruty kruhovyacute průřez 100
mm2
bull povrch prutů leštěn ndash souč jak
povrchu 095
bull součinitele velikosti všech prutů 098
V
H
l l
1 2
V
H
N1 N2
DPŽ ndash Hrubyacute 62
zakresleniacute diagramu pro mezniacute stav
A
Vxc
A
Hxc
cos2
cos2
cotg
cos2
cotg
cos2
bezpečnost gt 1 jeden prut na mezi
uacutenavy součaacutesti tj v
jednom prutu
bezpečnost rovna
jedneacute
Př Prutovaacute soustava ndash SU ndash 2 parametry
DPŽ ndash Hrubyacute 63
Reaacutelneacute napěťodeformačniacute stavy ve
vrubech
DPŽ ndash Hrubyacute 64
Součinitel tvaru (s koncentrace
elastickyacutech napětiacute)
Součinitel koncentrace napětiacute
Součinitel koncentrace deformace
Reaacutelnaacute napětiacute a deformace ve vrubech
0
0
0
0
e
B
S
C
eSK ficfic
t
0
0
S
C
SK
0
0
e
B
eK
e
(nom)
B 0 fic
S (nom)
Brsquo
A
Arsquo
fic=S
=timesS
=times
Crsquo
C
DPŽ ndash Hrubyacute 65
Skutečnaacute napětiacute a deformace ve vrubech
22SeeS
12
0
2
12d
2
nplnpl
vKnE
KE
U
pl
Neuber Glinka
1
22
1 n
vKE
U
vfic UU
nomnomficficfic SeU 22
2
1
2
1
2
1
z rovnosti
ploch
DPŽ ndash Hrubyacute 66
0
fic
m=1
m=066
m=05m=01
m=0
Zobecněneacute Neuberovo pravidlo
5050 el
fic E
elfic EE
2
m=0 platiacute pro tvrdeacute zatěžovaacuteniacute tj
napětiacute deformačniacuteho původu
rovnoměrně rozděleneacute po
průřezu
m=1 platiacute pro měkkeacute zatěžovaacuteniacute tj
napětiacute siloveacuteho původu
rovnoměrně rozděleneacute po
průřezu
m=01 pro napětiacute deformačniacuteho
původu mimo vruby (např
teplotniacute pnutiacute)
m=05 pro vruby zatiacuteženeacute silově i
deformačně (Neuberovo
pravidlo)
m=06 pro napětiacute siloveacuteho původu
nerovnoměrně rozloženaacute po
průřezu (např při ohybu) mmel
fic E 1
DPŽ ndash Hrubyacute 67
Př Ramberg-Osgood 12
Vzorek bez vrubu z oceli 11 5231 je vystaven tvrdeacutemu zatěžovaacuteniacute o amplitudě celkoveacute
deformace 102 3timesa Určit amplitudu napětiacute Je zadaacuteno
MPa10072 5timesE
MPa1164K
1990n
0
100
200
300
400
500
600
700
0000 0005 0010 0015 0020 0025 0030
am
plitu
da n
ap
ětiacute
[M
Pa]
amplituda poměrneacute plastikeacute deformace [-]
CDK
n
apla K
DPŽ ndash Hrubyacute 68
-300 -200 -100 0 100 200 300260
280
300
320
340
360
380
ai
ai+
1
Př Ramberg-Osgood 22
MATLAB
sig=50
krok=0
for i=110000
krok=krok+1
Sig=1164(2e-3 - sig207e5)^0199
if abs(Sig-sig)lt00001
break
end
sig=Sig
end Pro libovolnyacute odhad je řešeniacute MPa273a
1990
5
1
1007200201164
times
iai
a
19901
5 1164100720020
times aa
1
naa
aKE
DPŽ ndash Hrubyacute 69
Př koncentrace napětiacute vs deformace 13
Vzorek z oceli 11 5231 je vystaven měkkeacutemu zatěžovaacuteniacute v podeacutelneacutem směru o amplitudě
napětiacute 200 MPa Určit elastickou a plastickou složku poměrneacute deformace
662
MPa10072 5timesE MPa1164K 1990n
zadaacuteno vůči neoslabeneacutemu nominaacutelniacutemu napětiacute
mimo vrub pro danou hladinu zatiacuteženiacute
200
Oslash10
20
5
DPŽ ndash Hrubyacute 70
MPa3533200662 times avruba
319901
1
1014301164
200
times
na
aplK
019801164
3533
19901
1
nvrubavrub
aplK
3
5109660
10072
200 timestimes
E
aael
0026010072
35335
times
E
vrubavrub
ael
333 101091109660101430 timestimestimes aplaela
1720101091
022403
times
a
vruba
Př koncentrace napětiacute vs deformace 23
022400198000260 vrubapl
vrubael
vruba
DPŽ ndash Hrubyacute 71
Př koncentrace napětiacute vs deformace 33
MKP elastickeacute řešeniacute
MKP elastoplastickeacute řešeniacute
324200
863max a
a
1720
662
DPŽ ndash Hrubyacute 72
Př Vetknutyacute sloupek 12
-16 K10511 times
50 100
Ocelovyacute sloupek = lopatka dmychadla je vloženyacute mezi dva tuheacute členy = disky
oběžneacuteho kola a je namaacutehaacuten cyklicky proměnnou teplotou
Uacutekol Posoudit zda hroziacute porušeniacute při 10 000 teplotniacutech cyklech
Daacuteno rozsah pracovniacutech teplot T1 = 22 degC T2 = 370 degC
modul pružnosti v tahu E = 205 GPa
uacutenavovaacute křivka poměrneacute deformace vztaženaacute
k provozniacute teplotě s parametry
160b
580c
MPa1140 f
10 f
teplotniacute roztažnost
DPŽ ndash Hrubyacute 73
C3482237012 TTT
336 1000122
10002434810511 times
timestimestimes
teplotaaT
3580160
5104601000201000020
10052
1140
22
times
times
c
fbf
a NNE
hroziacute poruchateplota
aa Ł
Př Vetknutyacute sloupek 22
DPŽ ndash Hrubyacute 74
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 14
22SeeS
nomnomficfic Se 22
2
1
2
1
2
1
2
1
Neuber
1
2222
2222
1 nfic
vKEEE
SSeU
mmelfic E 1
c
bnK
nf
f
b
c
f
fE
do Ramberga-Osgooda
naaa
KE
1
DPŽ ndash Hrubyacute 75
mmelfic E 1
m
bc
f
f
m
ficEE
E
1
m
bc
f
fmm
ficE
E
1
1
0
f
1
fic
m
bc
f
fm E
i
iii
f
f1
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 24
DPŽ ndash Hrubyacute 76
11
1
1
1
1
1
bc
f
i
f
f
m
bc
f
i
fimi
m
bc
f
i
fimi
fic
m
bc
f
i
fimi
ii
b
cEEmEm
E
1
npl
K
E
el
1
n
KE
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 34
DPŽ ndash Hrubyacute 77
K [MPa] n [-] c [-] εrsquof [-] b [-] σrsquof [MPa] E [MPa]
1020 014066 -06586 0921985 -0092718 1009234 21105
MPa700fic 50m
Iterace
Napětiacute ve vrubu
[MPa]
0 700
1 55953
2 48112
3 45414
4 45114
5 45111
6 45111 0005175
00030270002148
plel
00030271020
11451
1406601
1
npl
K
00021481012
114515
times
E
el
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 44
DPŽ ndash Hrubyacute 7
Creep ndash tečeniacute za zvyacutešeneacute teploty
wwwallforpowercz
DPŽ ndash Hrubyacute 8
Dynamickaacute odezva rezonance
The Tacoma Narrows Bridge (1940 present day)
DPŽ ndash Hrubyacute 9
Uacutenava
DPŽ ndash Hrubyacute 10
Opotřebeniacute a koroze (pitting fretting)
httpwwwlambdatechscomimagesdamagejpg
DPŽ ndash Hrubyacute 11
Mezniacute stavy z pohledu funkčnosti
Statickaacute pevnost křehkyacute lom
Plastickeacute přetvořeniacute
Stabilita (vzpěr)
Creep (tečeniacute za vysokyacutech teplot)
Dynamickaacute odezva ndash vynuceneacute kmitaacuteniacute
Uacutenava ndash niacutezkocyklovaacute vysokocyklovaacute
Opotřebeniacute a koroze
hellip
Interakce a různeacute kombinace mezniacutech stavů
Ztraacuteta schopnosti konstrukce plnit funkci pro kterou byla určena
DPŽ ndash Hrubyacute 12
Uacutenava materiaacutelu
DPŽ ndash Hrubyacute 13
Uacutenava ndash scheacutema metodiky hodnoceniacute Konstrukčniacute naacutevrh
nevyhovuje vyhovuje
Zatiacuteženiacute vibrace
(teorie)
Materiaacutel Technologie vyacuteroby Provozniacute podmiacutenky
Materiaacuteloveacute zkoušky
- Woumlhlerova křivka
- Mansonova-Coffinova křivka
- cyklickaacute deformačniacute křivka
- lomovaacute houževnatost
Ovlivňujiacuteciacute faktory
- zbytkovaacute pnutiacute (RTG analyacutezy)
- defekty (NDT analyacutezy)
- koroze
- vliv zvyacutešenyacutech teplot
Provozniacute napětiacute Dovoleneacute napětiacute
Odhad životnosti Uacutenavoveacute zkoušky na konstrukci
Posouzeniacute životnosti Konstrukce produkce
Fraktografie NDT
RTG akustickaacute emise
Zatiacuteženiacute vibrace
(realita)
DPŽ ndash Hrubyacute 14
Uacutenava materiaacutelu ndash faacuteze aplikace
Apriorniacute (design)
naacutevrh konstrukce
optimalizace
naacutevrh technologie
omezeniacute provozniacutech
podmiacutenek
Aposteriorniacute (provoz)
provozniacute inspekce
poruchy a havaacuterie
wwwreskofcz
DPŽ ndash Hrubyacute 15
Vyacutepočet uacutenavoveacuteho poškozeniacute ndash
praxe scheacutema vyacutepočtu
Analyacuteza
mezniacuteho stavu
poškozeniacute
CAD
model
MISES VALUE
+367 E+00
+283 E+02
+170 E+02
+336 E+02
+419 E+02
+502 E+02
+585 E+02
+668 E+02
+751 E+02
+834 E+02
+867 E+01
+917 E+02
+100 E+03
+163 E+03
1
2
3
MKP
analyacuteza
V přiacutepadě
nevyhověniacute
uacuteprava
konstrukce
DPŽ ndash Hrubyacute 16
Uacutenava ndash uacutenavoveacute poškozeniacute ndash přiacutestupy
Critical
Location
Permanent strength
(unlimited fatigue life)
Fatigue strength
(limited fatigue life)
SAFE-LIFE
structure
FAIL-SAFE
structure
Damage Tolerance
structure
Slow Crack Growth
structure
Inspection
possible
Multiple
elements
YES
Theoretically
infinite life
NO
NO
NO
YES
YES
DPŽ ndash Hrubyacute 17
Metody predikce životnosti
Přiacutestup pomociacute nominaacutelniacutech napětiacute
(NSA - Nominal Stress Approach)
Přiacutestup pomociacute lokaacutelniacutech elastickyacutech napětiacute
(LESA - Local Elastic Stress Approach)
Přiacutestup pomociacute lokaacutelniacutech elasto-plastickyacutech
napětiacute a deformaciacute
(LPSA - Local Plastic Stress
and Strain Approach)
Přiacutestup využiacutevajiacuteciacute lomoveacute mechaniky
(FMA - Fracture Mechanics Approach)
Hrubyacute
Jurenka
DPŽ ndash Hrubyacute 18
Pozadiacute fenomeacutenu uacutenavy
DPŽ ndash Hrubyacute 19
Krystalografickeacute mřiacutežky kovů
kubickaacute prostorově centrovanaacute
(body centered cubic ndash BCC)
chrom wolfram vanad železo α
kubickaacute plošně centrovanaacute
(face centered cubic ndash FCC)
železo γ nikl hliniacutek měď olovo zlato
platina střiacutebro
httpmechmeswebsnadnoczdokumentypri-st-05_vnitrnistrukturakovupdf
šesterečnaacute
(hexagonal)
hořčiacutek zinek titan
DPŽ ndash Hrubyacute 20
Krystalografickaacute mřiacutežka - poruchy
httppythonriceedu~arbCourses360_defects_handout_01pdf
čaacuteroveacute poruchy - dislokace
plochoveacute
poruchy -
zrna hranice zrn
bodoveacute poruchy
DPŽ ndash Hrubyacute 21
Technickeacute slitiny železa
httpcswikipediaorgwikiSouborDiagramm_phasenjpg
makroskopickaacute isometrie
diacuteky naacutehodneacute orientaci
anisotropniacutech krystalů v tuheacute
faacutezi
httpwwwpedmuniczwphyFyzVlaindexhtm
V každeacutem materiaacutelu jsou
poruchy ideaacutelniacute struktury
DPŽ ndash Hrubyacute 22
bull Faacuteze změn mechanickyacutech
vlastnostiacute změny struktury kovu v
celeacutem objemu Doba trvaacuteniacute několik
procent života do lomu
bull Faacuteze nukleace (iniciace)
mikrotrhliny formovaacuteniacute
makrotrhliny zahrnuje lokaacutelniacute
změny v povrchoveacute vrstvě vyvolaneacute
silokačniacutemi efekty a naacutesledneacute
propojovaacuteniacute mikrotrhlin nebo růst
dominantniacute mikrotrhliny Doba trvaacuteniacute
10 i 90 života
bull Faacuteze šiacuteřeniacute makrotrhliny Zahrnuje
staacutedium růstu dominantniacute
makrotrhliny změnu jejiacuteho směru
kolmo na max hlavniacute napětiacute
bull Faacuteze zaacutevěrečneacuteho lomu je
reprezentovaacutena přechodem na
zrychlenyacutem rozvojem zakončenyacutem
houževnatyacutem nebo křehkyacutem lomem
na mezi kluzu nebo mezi pevnosti
1 A
10 2 A
1 m 10 2 m 1 mm 10
2 mm
Atomic
Distance Grain Size
of Austenite
Micro-crack
Formation
Glissile
Dislocation
Macro-crack
Creation
Macro-crack
Growth
Faacuteze uacutenavoveacuteho procesu 1
2
3
4
DPŽ ndash Hrubyacute 23
t
t
t
t
t t
t
t
t
a
b
c
d
e
0
A
B
C
DD
C
B
A
0
Cacute
E
Cyklickeacute
zpevněniacute
Cyklickeacute
změkčeniacute
Cyklickaacute
relaxace
Cyklickyacute creep
(ratchetting)
Paměťovyacute
efekt
1 Mechanickeacute změny při cyklovaacuteniacute
DPŽ ndash Hrubyacute 24
Miacutesta iniciace lomovaacute plocha
Striačniacute čaacutery
postupu čela
trhliny
Miacutesto
iniciace
Extruse
Skluzovaacute paacutesma
Intruse
2
3
4
DPŽ ndash Hrubyacute 25
Charakteristiky harmonickeacuteho
cyklickeacuteho namaacutehaacuteniacute
DPŽ ndash Hrubyacute 26
Harmonickeacute zatěžovaacuteniacute
amplituda napětiacute
středniacute hodnota napětiacute
perioda kmitu napěťově řiacutezeneacute zatěžovaacuteniacute ndash
měkkeacute
deformačně řiacutezeneacute zatěžovaacuteniacute ndash
tvrdeacute
httpfatiguecalculatorcom
2
dha
2
dhm
rozkmit napětiacute
koeficient nesouměrnosti
frekvence kmitu
dh
h
dR
T
Tf
1
T
a
m
h
d
DPŽ ndash Hrubyacute 27
Druhy kmitů sta
tickyacute v
tla
ku
pu
lzu
jiacuteciacute
v t
laku
sym
etr
ick
y s
třiacuted
avyacute
miacutej
ivyacute
v t
lak
u
neso
um
ěrn
ě s
třiacuted
avyacute
(stř
h
od
no
ta v
tla
ku
)
nes
ou
mě
rně
stř
iacuteda
vyacute
(stř
h
od
no
ta v
tah
u)
sta
tic
kyacute
v t
ah
u
pu
lzu
jiacuteciacute
v t
ah
u
miacutejiv
yacute v
tah
u
1R
1R
R 10R
1R
1R
01R
1R
0R
DPŽ ndash Hrubyacute 28
Uacutenavoveacute křivky napětiacute
DPŽ ndash Hrubyacute 29
Historie uacutenavy materiaacutelu
19 stoletiacute rozvoj technickeacuteho poznaacuteniacute rozšiacuteřeniacute možnosti využitiacute
oceli a kovovyacutech materiaacutelů v běžneacute praxi
Rozvoj železničniacute dopravy parniacute lokomotiva Mr G Stephenson 1829
Stavebnictviacute (mosty a nosneacute konstrukce) Eiffelova věž 1889
Rozvoj lodniacute dopravy
Vyacuteraznyacute technickyacute pokrok rostouciacute počet havaacuteriiacute ndash lomy konstrukciacute
Lomy os železničniacutech soukoliacute (konec 19 st)
August Wőhler (1819-1914)
DPŽ ndash Hrubyacute 30
Odhad meze uacutenavy
Uhliacutek oceli (P=1 )
Střiacutedavyacute tah-tlak σc = 033 (035)Rm
Miacutejivyacute tah-tlak σhc = 061Rm
Střiacutedavyacute ohyb σoc = 043 Rm
Střiacutedavyacute krut τc = 025 Rm
DPŽ ndash Hrubyacute 31
Odhad meze uacutenavy
Meze uacutenavy v ohybu platneacute pro 50 pravděpodobnost porušeniacute
DPŽ ndash Hrubyacute 32
Rm
oblast
Re
C
Woumlhlerova křivka + Frenchova čaacutera
DPŽ ndash Hrubyacute 33
Wőhlerova křivka ndash ocel (bcc) hliniacutek (fcc)
httpwwwtokuroglucomSnCurveExpjpg httpenwikipediaorgwikiFatigue_(material)
DPŽ ndash Hrubyacute 34
Wőhlerova křivka ndash popis šikmeacute čaacutesti
KNw
CNwCN
CN
a
awa
wa
loglog
loglogloglogloglog
loglog
CNwa
bfa N2
Basquin
mocninnyacute tvar
Basquin 11 5231
10
100
1000
1 10 100 1000 10000 100000
N [1]
a [
MP
a]
bfC
1
2
1
bw
1
DPŽ ndash Hrubyacute 35
Wőhlerova křivka ndash celkovyacute popis
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
10E+01 10E+02 10E+03 10E+04 10E+05 10E+06 10E+07 10E+08 10E+09
N [1]
a [
MP
a]
CANw
Ca
Weibullův
KohoutůvndashVěchetův b
CaCN
BN
DPŽ ndash Hrubyacute 36
Dalšiacute odhady meze uacutenavy Vyhodnocovanaacute
veličina
Vztah pro mez uacutenavy při R=-1
(pravděpodobnost poruchy
P=50) [MPa]
Koeficienty a podmiacutenky
platnosti
Autor
mez pevnosti Rm
[MPa]-1=0432timesRm+22
-1=046timesRm
-1=6
1Rm+400
t-1=027timesRm
t-1=0249timesRm+25
konstrukčniacute oceli
oceli do Rm =1400 MPa
oceli do Rm =1200 až 1800
MPa
oceli Rm Ł1200
konstrukčniacute oceli
Buch
Žukov
Ponomarjev
Žukov
Buch
mez kluzu
v tahu Re a krutu
timestk [MPa]
-1=0452timesRe+94
-1=045timesRe+122
t-1=0448times tk+52
konstrukčniacute oceli
konstrukčniacute oceli
konstrukčniacute oceli
Buch
Žukov
Buch
skutečnaacute lomovaacute
pevnost f
[MPa]
-1=035times f ndash10
-1=0315times f -19
konstrukčniacute oceli
konstrukčniacute oceli
Žukov
Mc-Adam
tvrdost HB
[MPa]-1=(0128hellip0156)timesHB
-1=(0168hellip0222)timesHB
uhliacutekoveacute oceli
legovaneacute oceli
Grebenik
Grebenik
meze Rm Re
[MPa]-1=0285times( Re + Rm) konstrukčniacute oceli Šapošnikov
DPŽ ndash Hrubyacute 37
Uacutenavoveacute křivky deformace
DPŽ ndash Hrubyacute 38
Manson-Coffin ndash unavovaacute křivka
deformace
00001
0001
001
01
1
1E+00 1E+01 1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07
počet půlkmitů 2N [1]
am
plitu
da p
om
d
efo
rmace
a [
1]
ae
ap
a
f
f Eb
c
1
1
DPŽ ndash Hrubyacute 39
Manson-Coffin ndash matematickyacute popis
NcNbE
NNE
NNE
fpla
fela
cf
pla
bfela
cf
pla
bfela
2logloglog2log
loglog
2loglog2
loglog
22
cfbfpl
aelaa NN
E22
σfrsquohellipsoučinitel uacutenavoveacute pevnosti bhellipexponent uacutenavoveacute pevnosti
εfrsquohellipsoučinitel uacutenavoveacute deformace chellipexponent uacutenavoveacute deformace
bc
f
fcb
f
ft
ctf
bt
f
aplael
E
EN
NNE
11
2
1
2
1
22
Tranzitniacute počet cyklů Po logaritmickeacute uacutepravě
DPŽ ndash Hrubyacute 40
Cyklickaacute deformačniacute křivka
DPŽ ndash Hrubyacute 41
Ramberg-Osgood (platneacute pro přibližneacute
vyjaacutedřeniacute tahoveacuteho diagramu i cyklickeacute
deformačniacute křivky)
E
el
npl
K
1
elE nplK
1DOsgoodRamberg
1
n
KE
+ =
DPŽ ndash Hrubyacute 42
Hysterezniacute smyčky cyklickaacute deformačniacute křivka
Rambergova-Osgoodova aproximace
Cyklickaacute
deformačniacute
křivka Saturovaneacute
hysterezniacute
smyčky
zpevněniacute
změkčeniacute
cyklickaacute
statickaacute
1D
1n
aaa
KE
D1el
aa E 1Dnpl
aa K
R = -1
DPŽ ndash Hrubyacute 43
Saturovanaacute hysterezniacute smyčka
naapla
elaa
KE
1
Krsquo - modul cyklickeacuteho zpevněniacute
nrsquo - exponent cyklickeacuteho zpevněniacute
E - modul pružnosti v tahu
nplaa K
DPŽ ndash Hrubyacute 44
Masingova aproximace hysterezniacutech
smyček a CDK
Saturovaneacute hysterezniacute smyčky uměle
posunuty spodniacutem rohem do počaacutetku
souřadneacuteho systeacutemu [εpl σ] majiacute
shodnou horniacute větev Většina kovů se
však podle Masingova pravidla nechovaacute
Data převzata z Radim Halama Experimentaacutelniacute poznatky a fenomenologickeacute modelovaacuteniacute cyklickeacute plasticity kovů [Habilitačniacute praacutece VŠB-TU Ostrava] 2009
εpl
σ CDK prochaacuteziacute středy posunutyacutech
hyster smyček
Nevykazuje chovaacuteniacute podle
Masingova pravidla
DPŽ ndash Hrubyacute 45
Odhady uacutenavovyacutech parametrů
Parametr Nelegovaneacute a niacutezkolegovaneacute oceli Hliniacutekoveacute a titanoveacute slitiny
f mRtimes51 mRtimes671
b -0087 -0095
f times590 350
c -058 -069
C mRtimes450 mRtimes420
C timestimestimes 410951450
E
Rm E
Rmtimes420
CN 5105 times 6101times
K mRtimes651 mRtimes611
n 015 011
kde
01 pro 3103 timesŁE
Rm
timesE
Rm01253751 pro 3103 timesE
Rm
0
DPŽ ndash Hrubyacute 46
Koncentrace napětiacute
DPŽ ndash Hrubyacute 47
Koncentrace napětiacute
Součinitel tvaru
(součinitel koncentrace
elastickyacutech napětiacute)
0max
1
x
y
x
nom
maxt
SK
0
1
x
y
x
Poměrnyacute gradient
(gradient normovanyacute maximaacutelniacutem
elastickyacutem napětiacutem)
httpwwwameswebinfoStressConcentrationFactor
StressConcentrationFactorsaspx
DPŽ ndash Hrubyacute 48
Součinitel vrubu β vrubovaacute citlivost q
0
100
200
300
400
500
600
1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07 1E+08
Number of cycles [1]
Str
es
s a
mp
litu
de
[M
Pa
]
smooth
notched
FL
FLN
xc
cfK
q11 Thum
Poloměr vrubu
Vliv vrubu bez
vlivu velikosti
a povrchu
DPŽ ndash Hrubyacute 49
Vliv velikosti a jakosti povrchu
DPŽ ndash Hrubyacute 50
Vliv velikosti součaacutesti - kS
m
d
D
dc
Dc
SV
Vk
exp
exp
10
y
x
S
02
03
04
05
06
07
08
09
1
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
průměr hřiacutedele D [mm]
so
učin
itel veliko
sti
[
1]
Rm=400 až 580Rm=700 až 710litaacute ocelRm=820 až 860Rm=850 až 910Rm=890 až 1000Rm=890 až 1000 aproximacem=-003m=-004m=-005m=-006m=-0068
oceli
DPŽ ndash Hrubyacute 51
Vliv jakosti obrobeniacute povrchu - kSF
kSF
Jakost povrchu
Pevnost v tahu
etalonc
realc
SFk
DPŽ ndash Hrubyacute 52
Vliv technologie uacuteprav povrchu - kT
etalonc
technolc
Tk
DPŽ ndash Hrubyacute 53
Mez uacutenavy reaacutelneacuteho diacutelu ndash dimenzovaacuteniacute
na teoreticky nekonečnou životnost
(trvalou pevnost)
f
TSFScvc
xc
K
kkk
vpcvc
xc
DPŽ ndash Hrubyacute 54
Vliv středniacuteho napětiacute
DPŽ ndash Hrubyacute 55
Vliv středniacuteho napětiacute
DPŽ ndash Hrubyacute 56
Smithův diagram
FL
DPŽ ndash Hrubyacute 57
Haighův (Goodmanův) diagram
0Re Re Rm
Re
-m +m
a
aekv
k
F
mCA
1
F
mCA
1
a
m
F Re
C
k = 2
CC
F tg
k = 1
odhad fiktivniacuteho napětiacute
tah
ohyb
krut
Rm
Rm
Rm
F
F
F
8070
7151
t
Hodnoty součinitele citlivosti k asymetrii cyklu ψ
(bdquosbiacutehavostldquo)
Goodmanova čaacutera
DPŽ ndash Hrubyacute 58
Vyacutepočet bezpečnosti
pt
mx
c
a
k
1
1
kt
m
kt
a
k
1
2
21min kkk
1pt
M
x
c
A
1
kt
M
kt
A
aA k mM k
DPŽ ndash Hrubyacute 59
Př Prutovaacute soustava ndash SU
bull absolutně tuhyacute traacutem
bull h = 1 000 mm
bull a = 500 mm
bull mez pevnosti materiaacutelu prutů 600 MPa
bull hladkeacute pruty kruhovyacute průřez 100 mm2
bull povrch prutů leštěn ndash souč jak povrchu 095
bull součinitele velikosti všech prutů 098
bull Fh = + 10 000 N
bull Fd = - 10 000 N
bull určit bezpečnost pro teoreticky
nekonečnou životnost
h
2a
F
a2
DPŽ ndash Hrubyacute 60
Př Prutovaacute soustava ndash SN
bull absolutně tuhyacute traacutem
bull h = 1 000 mm
bull a = 500 mm
bull mez pevnosti materiaacutelu prutů 600 MPa
bull hladkeacute pruty kruhovyacute průřez 100 mm2
bull povrch prutů leštěn ndash souč jak povrchu 095
bull součinitele velikosti všech prutů 098
bull Fh = + 20 000 N
bull Fd = - 20 000 N
bull určit bezpečnost pro teoreticky
nekonečnou životnost
h
a a
F
a2
DPŽ ndash Hrubyacute 61
Př Prutovaacute soustava ndash SU ndash 2 parametry
bull určit maximaacutelniacute rozmeziacute symetricky
střiacutedavyacutech sil (působiacuteciacutech ve faacutezi) pro
teoreticky nekonečnou životnost v
zaacutevislosti na uacutehlu alfa
bull l = 1 000 mm
bull mez pevnosti materiaacutelu prutů 600
MPa
bull hladkeacute pruty kruhovyacute průřez 100
mm2
bull povrch prutů leštěn ndash souč jak
povrchu 095
bull součinitele velikosti všech prutů 098
V
H
l l
1 2
V
H
N1 N2
DPŽ ndash Hrubyacute 62
zakresleniacute diagramu pro mezniacute stav
A
Vxc
A
Hxc
cos2
cos2
cotg
cos2
cotg
cos2
bezpečnost gt 1 jeden prut na mezi
uacutenavy součaacutesti tj v
jednom prutu
bezpečnost rovna
jedneacute
Př Prutovaacute soustava ndash SU ndash 2 parametry
DPŽ ndash Hrubyacute 63
Reaacutelneacute napěťodeformačniacute stavy ve
vrubech
DPŽ ndash Hrubyacute 64
Součinitel tvaru (s koncentrace
elastickyacutech napětiacute)
Součinitel koncentrace napětiacute
Součinitel koncentrace deformace
Reaacutelnaacute napětiacute a deformace ve vrubech
0
0
0
0
e
B
S
C
eSK ficfic
t
0
0
S
C
SK
0
0
e
B
eK
e
(nom)
B 0 fic
S (nom)
Brsquo
A
Arsquo
fic=S
=timesS
=times
Crsquo
C
DPŽ ndash Hrubyacute 65
Skutečnaacute napětiacute a deformace ve vrubech
22SeeS
12
0
2
12d
2
nplnpl
vKnE
KE
U
pl
Neuber Glinka
1
22
1 n
vKE
U
vfic UU
nomnomficficfic SeU 22
2
1
2
1
2
1
z rovnosti
ploch
DPŽ ndash Hrubyacute 66
0
fic
m=1
m=066
m=05m=01
m=0
Zobecněneacute Neuberovo pravidlo
5050 el
fic E
elfic EE
2
m=0 platiacute pro tvrdeacute zatěžovaacuteniacute tj
napětiacute deformačniacuteho původu
rovnoměrně rozděleneacute po
průřezu
m=1 platiacute pro měkkeacute zatěžovaacuteniacute tj
napětiacute siloveacuteho původu
rovnoměrně rozděleneacute po
průřezu
m=01 pro napětiacute deformačniacuteho
původu mimo vruby (např
teplotniacute pnutiacute)
m=05 pro vruby zatiacuteženeacute silově i
deformačně (Neuberovo
pravidlo)
m=06 pro napětiacute siloveacuteho původu
nerovnoměrně rozloženaacute po
průřezu (např při ohybu) mmel
fic E 1
DPŽ ndash Hrubyacute 67
Př Ramberg-Osgood 12
Vzorek bez vrubu z oceli 11 5231 je vystaven tvrdeacutemu zatěžovaacuteniacute o amplitudě celkoveacute
deformace 102 3timesa Určit amplitudu napětiacute Je zadaacuteno
MPa10072 5timesE
MPa1164K
1990n
0
100
200
300
400
500
600
700
0000 0005 0010 0015 0020 0025 0030
am
plitu
da n
ap
ětiacute
[M
Pa]
amplituda poměrneacute plastikeacute deformace [-]
CDK
n
apla K
DPŽ ndash Hrubyacute 68
-300 -200 -100 0 100 200 300260
280
300
320
340
360
380
ai
ai+
1
Př Ramberg-Osgood 22
MATLAB
sig=50
krok=0
for i=110000
krok=krok+1
Sig=1164(2e-3 - sig207e5)^0199
if abs(Sig-sig)lt00001
break
end
sig=Sig
end Pro libovolnyacute odhad je řešeniacute MPa273a
1990
5
1
1007200201164
times
iai
a
19901
5 1164100720020
times aa
1
naa
aKE
DPŽ ndash Hrubyacute 69
Př koncentrace napětiacute vs deformace 13
Vzorek z oceli 11 5231 je vystaven měkkeacutemu zatěžovaacuteniacute v podeacutelneacutem směru o amplitudě
napětiacute 200 MPa Určit elastickou a plastickou složku poměrneacute deformace
662
MPa10072 5timesE MPa1164K 1990n
zadaacuteno vůči neoslabeneacutemu nominaacutelniacutemu napětiacute
mimo vrub pro danou hladinu zatiacuteženiacute
200
Oslash10
20
5
DPŽ ndash Hrubyacute 70
MPa3533200662 times avruba
319901
1
1014301164
200
times
na
aplK
019801164
3533
19901
1
nvrubavrub
aplK
3
5109660
10072
200 timestimes
E
aael
0026010072
35335
times
E
vrubavrub
ael
333 101091109660101430 timestimestimes aplaela
1720101091
022403
times
a
vruba
Př koncentrace napětiacute vs deformace 23
022400198000260 vrubapl
vrubael
vruba
DPŽ ndash Hrubyacute 71
Př koncentrace napětiacute vs deformace 33
MKP elastickeacute řešeniacute
MKP elastoplastickeacute řešeniacute
324200
863max a
a
1720
662
DPŽ ndash Hrubyacute 72
Př Vetknutyacute sloupek 12
-16 K10511 times
50 100
Ocelovyacute sloupek = lopatka dmychadla je vloženyacute mezi dva tuheacute členy = disky
oběžneacuteho kola a je namaacutehaacuten cyklicky proměnnou teplotou
Uacutekol Posoudit zda hroziacute porušeniacute při 10 000 teplotniacutech cyklech
Daacuteno rozsah pracovniacutech teplot T1 = 22 degC T2 = 370 degC
modul pružnosti v tahu E = 205 GPa
uacutenavovaacute křivka poměrneacute deformace vztaženaacute
k provozniacute teplotě s parametry
160b
580c
MPa1140 f
10 f
teplotniacute roztažnost
DPŽ ndash Hrubyacute 73
C3482237012 TTT
336 1000122
10002434810511 times
timestimestimes
teplotaaT
3580160
5104601000201000020
10052
1140
22
times
times
c
fbf
a NNE
hroziacute poruchateplota
aa Ł
Př Vetknutyacute sloupek 22
DPŽ ndash Hrubyacute 74
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 14
22SeeS
nomnomficfic Se 22
2
1
2
1
2
1
2
1
Neuber
1
2222
2222
1 nfic
vKEEE
SSeU
mmelfic E 1
c
bnK
nf
f
b
c
f
fE
do Ramberga-Osgooda
naaa
KE
1
DPŽ ndash Hrubyacute 75
mmelfic E 1
m
bc
f
f
m
ficEE
E
1
m
bc
f
fmm
ficE
E
1
1
0
f
1
fic
m
bc
f
fm E
i
iii
f
f1
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 24
DPŽ ndash Hrubyacute 76
11
1
1
1
1
1
bc
f
i
f
f
m
bc
f
i
fimi
m
bc
f
i
fimi
fic
m
bc
f
i
fimi
ii
b
cEEmEm
E
1
npl
K
E
el
1
n
KE
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 34
DPŽ ndash Hrubyacute 77
K [MPa] n [-] c [-] εrsquof [-] b [-] σrsquof [MPa] E [MPa]
1020 014066 -06586 0921985 -0092718 1009234 21105
MPa700fic 50m
Iterace
Napětiacute ve vrubu
[MPa]
0 700
1 55953
2 48112
3 45414
4 45114
5 45111
6 45111 0005175
00030270002148
plel
00030271020
11451
1406601
1
npl
K
00021481012
114515
times
E
el
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 44
DPŽ ndash Hrubyacute 8
Dynamickaacute odezva rezonance
The Tacoma Narrows Bridge (1940 present day)
DPŽ ndash Hrubyacute 9
Uacutenava
DPŽ ndash Hrubyacute 10
Opotřebeniacute a koroze (pitting fretting)
httpwwwlambdatechscomimagesdamagejpg
DPŽ ndash Hrubyacute 11
Mezniacute stavy z pohledu funkčnosti
Statickaacute pevnost křehkyacute lom
Plastickeacute přetvořeniacute
Stabilita (vzpěr)
Creep (tečeniacute za vysokyacutech teplot)
Dynamickaacute odezva ndash vynuceneacute kmitaacuteniacute
Uacutenava ndash niacutezkocyklovaacute vysokocyklovaacute
Opotřebeniacute a koroze
hellip
Interakce a různeacute kombinace mezniacutech stavů
Ztraacuteta schopnosti konstrukce plnit funkci pro kterou byla určena
DPŽ ndash Hrubyacute 12
Uacutenava materiaacutelu
DPŽ ndash Hrubyacute 13
Uacutenava ndash scheacutema metodiky hodnoceniacute Konstrukčniacute naacutevrh
nevyhovuje vyhovuje
Zatiacuteženiacute vibrace
(teorie)
Materiaacutel Technologie vyacuteroby Provozniacute podmiacutenky
Materiaacuteloveacute zkoušky
- Woumlhlerova křivka
- Mansonova-Coffinova křivka
- cyklickaacute deformačniacute křivka
- lomovaacute houževnatost
Ovlivňujiacuteciacute faktory
- zbytkovaacute pnutiacute (RTG analyacutezy)
- defekty (NDT analyacutezy)
- koroze
- vliv zvyacutešenyacutech teplot
Provozniacute napětiacute Dovoleneacute napětiacute
Odhad životnosti Uacutenavoveacute zkoušky na konstrukci
Posouzeniacute životnosti Konstrukce produkce
Fraktografie NDT
RTG akustickaacute emise
Zatiacuteženiacute vibrace
(realita)
DPŽ ndash Hrubyacute 14
Uacutenava materiaacutelu ndash faacuteze aplikace
Apriorniacute (design)
naacutevrh konstrukce
optimalizace
naacutevrh technologie
omezeniacute provozniacutech
podmiacutenek
Aposteriorniacute (provoz)
provozniacute inspekce
poruchy a havaacuterie
wwwreskofcz
DPŽ ndash Hrubyacute 15
Vyacutepočet uacutenavoveacuteho poškozeniacute ndash
praxe scheacutema vyacutepočtu
Analyacuteza
mezniacuteho stavu
poškozeniacute
CAD
model
MISES VALUE
+367 E+00
+283 E+02
+170 E+02
+336 E+02
+419 E+02
+502 E+02
+585 E+02
+668 E+02
+751 E+02
+834 E+02
+867 E+01
+917 E+02
+100 E+03
+163 E+03
1
2
3
MKP
analyacuteza
V přiacutepadě
nevyhověniacute
uacuteprava
konstrukce
DPŽ ndash Hrubyacute 16
Uacutenava ndash uacutenavoveacute poškozeniacute ndash přiacutestupy
Critical
Location
Permanent strength
(unlimited fatigue life)
Fatigue strength
(limited fatigue life)
SAFE-LIFE
structure
FAIL-SAFE
structure
Damage Tolerance
structure
Slow Crack Growth
structure
Inspection
possible
Multiple
elements
YES
Theoretically
infinite life
NO
NO
NO
YES
YES
DPŽ ndash Hrubyacute 17
Metody predikce životnosti
Přiacutestup pomociacute nominaacutelniacutech napětiacute
(NSA - Nominal Stress Approach)
Přiacutestup pomociacute lokaacutelniacutech elastickyacutech napětiacute
(LESA - Local Elastic Stress Approach)
Přiacutestup pomociacute lokaacutelniacutech elasto-plastickyacutech
napětiacute a deformaciacute
(LPSA - Local Plastic Stress
and Strain Approach)
Přiacutestup využiacutevajiacuteciacute lomoveacute mechaniky
(FMA - Fracture Mechanics Approach)
Hrubyacute
Jurenka
DPŽ ndash Hrubyacute 18
Pozadiacute fenomeacutenu uacutenavy
DPŽ ndash Hrubyacute 19
Krystalografickeacute mřiacutežky kovů
kubickaacute prostorově centrovanaacute
(body centered cubic ndash BCC)
chrom wolfram vanad železo α
kubickaacute plošně centrovanaacute
(face centered cubic ndash FCC)
železo γ nikl hliniacutek měď olovo zlato
platina střiacutebro
httpmechmeswebsnadnoczdokumentypri-st-05_vnitrnistrukturakovupdf
šesterečnaacute
(hexagonal)
hořčiacutek zinek titan
DPŽ ndash Hrubyacute 20
Krystalografickaacute mřiacutežka - poruchy
httppythonriceedu~arbCourses360_defects_handout_01pdf
čaacuteroveacute poruchy - dislokace
plochoveacute
poruchy -
zrna hranice zrn
bodoveacute poruchy
DPŽ ndash Hrubyacute 21
Technickeacute slitiny železa
httpcswikipediaorgwikiSouborDiagramm_phasenjpg
makroskopickaacute isometrie
diacuteky naacutehodneacute orientaci
anisotropniacutech krystalů v tuheacute
faacutezi
httpwwwpedmuniczwphyFyzVlaindexhtm
V každeacutem materiaacutelu jsou
poruchy ideaacutelniacute struktury
DPŽ ndash Hrubyacute 22
bull Faacuteze změn mechanickyacutech
vlastnostiacute změny struktury kovu v
celeacutem objemu Doba trvaacuteniacute několik
procent života do lomu
bull Faacuteze nukleace (iniciace)
mikrotrhliny formovaacuteniacute
makrotrhliny zahrnuje lokaacutelniacute
změny v povrchoveacute vrstvě vyvolaneacute
silokačniacutemi efekty a naacutesledneacute
propojovaacuteniacute mikrotrhlin nebo růst
dominantniacute mikrotrhliny Doba trvaacuteniacute
10 i 90 života
bull Faacuteze šiacuteřeniacute makrotrhliny Zahrnuje
staacutedium růstu dominantniacute
makrotrhliny změnu jejiacuteho směru
kolmo na max hlavniacute napětiacute
bull Faacuteze zaacutevěrečneacuteho lomu je
reprezentovaacutena přechodem na
zrychlenyacutem rozvojem zakončenyacutem
houževnatyacutem nebo křehkyacutem lomem
na mezi kluzu nebo mezi pevnosti
1 A
10 2 A
1 m 10 2 m 1 mm 10
2 mm
Atomic
Distance Grain Size
of Austenite
Micro-crack
Formation
Glissile
Dislocation
Macro-crack
Creation
Macro-crack
Growth
Faacuteze uacutenavoveacuteho procesu 1
2
3
4
DPŽ ndash Hrubyacute 23
t
t
t
t
t t
t
t
t
a
b
c
d
e
0
A
B
C
DD
C
B
A
0
Cacute
E
Cyklickeacute
zpevněniacute
Cyklickeacute
změkčeniacute
Cyklickaacute
relaxace
Cyklickyacute creep
(ratchetting)
Paměťovyacute
efekt
1 Mechanickeacute změny při cyklovaacuteniacute
DPŽ ndash Hrubyacute 24
Miacutesta iniciace lomovaacute plocha
Striačniacute čaacutery
postupu čela
trhliny
Miacutesto
iniciace
Extruse
Skluzovaacute paacutesma
Intruse
2
3
4
DPŽ ndash Hrubyacute 25
Charakteristiky harmonickeacuteho
cyklickeacuteho namaacutehaacuteniacute
DPŽ ndash Hrubyacute 26
Harmonickeacute zatěžovaacuteniacute
amplituda napětiacute
středniacute hodnota napětiacute
perioda kmitu napěťově řiacutezeneacute zatěžovaacuteniacute ndash
měkkeacute
deformačně řiacutezeneacute zatěžovaacuteniacute ndash
tvrdeacute
httpfatiguecalculatorcom
2
dha
2
dhm
rozkmit napětiacute
koeficient nesouměrnosti
frekvence kmitu
dh
h
dR
T
Tf
1
T
a
m
h
d
DPŽ ndash Hrubyacute 27
Druhy kmitů sta
tickyacute v
tla
ku
pu
lzu
jiacuteciacute
v t
laku
sym
etr
ick
y s
třiacuted
avyacute
miacutej
ivyacute
v t
lak
u
neso
um
ěrn
ě s
třiacuted
avyacute
(stř
h
od
no
ta v
tla
ku
)
nes
ou
mě
rně
stř
iacuteda
vyacute
(stř
h
od
no
ta v
tah
u)
sta
tic
kyacute
v t
ah
u
pu
lzu
jiacuteciacute
v t
ah
u
miacutejiv
yacute v
tah
u
1R
1R
R 10R
1R
1R
01R
1R
0R
DPŽ ndash Hrubyacute 28
Uacutenavoveacute křivky napětiacute
DPŽ ndash Hrubyacute 29
Historie uacutenavy materiaacutelu
19 stoletiacute rozvoj technickeacuteho poznaacuteniacute rozšiacuteřeniacute možnosti využitiacute
oceli a kovovyacutech materiaacutelů v běžneacute praxi
Rozvoj železničniacute dopravy parniacute lokomotiva Mr G Stephenson 1829
Stavebnictviacute (mosty a nosneacute konstrukce) Eiffelova věž 1889
Rozvoj lodniacute dopravy
Vyacuteraznyacute technickyacute pokrok rostouciacute počet havaacuteriiacute ndash lomy konstrukciacute
Lomy os železničniacutech soukoliacute (konec 19 st)
August Wőhler (1819-1914)
DPŽ ndash Hrubyacute 30
Odhad meze uacutenavy
Uhliacutek oceli (P=1 )
Střiacutedavyacute tah-tlak σc = 033 (035)Rm
Miacutejivyacute tah-tlak σhc = 061Rm
Střiacutedavyacute ohyb σoc = 043 Rm
Střiacutedavyacute krut τc = 025 Rm
DPŽ ndash Hrubyacute 31
Odhad meze uacutenavy
Meze uacutenavy v ohybu platneacute pro 50 pravděpodobnost porušeniacute
DPŽ ndash Hrubyacute 32
Rm
oblast
Re
C
Woumlhlerova křivka + Frenchova čaacutera
DPŽ ndash Hrubyacute 33
Wőhlerova křivka ndash ocel (bcc) hliniacutek (fcc)
httpwwwtokuroglucomSnCurveExpjpg httpenwikipediaorgwikiFatigue_(material)
DPŽ ndash Hrubyacute 34
Wőhlerova křivka ndash popis šikmeacute čaacutesti
KNw
CNwCN
CN
a
awa
wa
loglog
loglogloglogloglog
loglog
CNwa
bfa N2
Basquin
mocninnyacute tvar
Basquin 11 5231
10
100
1000
1 10 100 1000 10000 100000
N [1]
a [
MP
a]
bfC
1
2
1
bw
1
DPŽ ndash Hrubyacute 35
Wőhlerova křivka ndash celkovyacute popis
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
10E+01 10E+02 10E+03 10E+04 10E+05 10E+06 10E+07 10E+08 10E+09
N [1]
a [
MP
a]
CANw
Ca
Weibullův
KohoutůvndashVěchetův b
CaCN
BN
DPŽ ndash Hrubyacute 36
Dalšiacute odhady meze uacutenavy Vyhodnocovanaacute
veličina
Vztah pro mez uacutenavy při R=-1
(pravděpodobnost poruchy
P=50) [MPa]
Koeficienty a podmiacutenky
platnosti
Autor
mez pevnosti Rm
[MPa]-1=0432timesRm+22
-1=046timesRm
-1=6
1Rm+400
t-1=027timesRm
t-1=0249timesRm+25
konstrukčniacute oceli
oceli do Rm =1400 MPa
oceli do Rm =1200 až 1800
MPa
oceli Rm Ł1200
konstrukčniacute oceli
Buch
Žukov
Ponomarjev
Žukov
Buch
mez kluzu
v tahu Re a krutu
timestk [MPa]
-1=0452timesRe+94
-1=045timesRe+122
t-1=0448times tk+52
konstrukčniacute oceli
konstrukčniacute oceli
konstrukčniacute oceli
Buch
Žukov
Buch
skutečnaacute lomovaacute
pevnost f
[MPa]
-1=035times f ndash10
-1=0315times f -19
konstrukčniacute oceli
konstrukčniacute oceli
Žukov
Mc-Adam
tvrdost HB
[MPa]-1=(0128hellip0156)timesHB
-1=(0168hellip0222)timesHB
uhliacutekoveacute oceli
legovaneacute oceli
Grebenik
Grebenik
meze Rm Re
[MPa]-1=0285times( Re + Rm) konstrukčniacute oceli Šapošnikov
DPŽ ndash Hrubyacute 37
Uacutenavoveacute křivky deformace
DPŽ ndash Hrubyacute 38
Manson-Coffin ndash unavovaacute křivka
deformace
00001
0001
001
01
1
1E+00 1E+01 1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07
počet půlkmitů 2N [1]
am
plitu
da p
om
d
efo
rmace
a [
1]
ae
ap
a
f
f Eb
c
1
1
DPŽ ndash Hrubyacute 39
Manson-Coffin ndash matematickyacute popis
NcNbE
NNE
NNE
fpla
fela
cf
pla
bfela
cf
pla
bfela
2logloglog2log
loglog
2loglog2
loglog
22
cfbfpl
aelaa NN
E22
σfrsquohellipsoučinitel uacutenavoveacute pevnosti bhellipexponent uacutenavoveacute pevnosti
εfrsquohellipsoučinitel uacutenavoveacute deformace chellipexponent uacutenavoveacute deformace
bc
f
fcb
f
ft
ctf
bt
f
aplael
E
EN
NNE
11
2
1
2
1
22
Tranzitniacute počet cyklů Po logaritmickeacute uacutepravě
DPŽ ndash Hrubyacute 40
Cyklickaacute deformačniacute křivka
DPŽ ndash Hrubyacute 41
Ramberg-Osgood (platneacute pro přibližneacute
vyjaacutedřeniacute tahoveacuteho diagramu i cyklickeacute
deformačniacute křivky)
E
el
npl
K
1
elE nplK
1DOsgoodRamberg
1
n
KE
+ =
DPŽ ndash Hrubyacute 42
Hysterezniacute smyčky cyklickaacute deformačniacute křivka
Rambergova-Osgoodova aproximace
Cyklickaacute
deformačniacute
křivka Saturovaneacute
hysterezniacute
smyčky
zpevněniacute
změkčeniacute
cyklickaacute
statickaacute
1D
1n
aaa
KE
D1el
aa E 1Dnpl
aa K
R = -1
DPŽ ndash Hrubyacute 43
Saturovanaacute hysterezniacute smyčka
naapla
elaa
KE
1
Krsquo - modul cyklickeacuteho zpevněniacute
nrsquo - exponent cyklickeacuteho zpevněniacute
E - modul pružnosti v tahu
nplaa K
DPŽ ndash Hrubyacute 44
Masingova aproximace hysterezniacutech
smyček a CDK
Saturovaneacute hysterezniacute smyčky uměle
posunuty spodniacutem rohem do počaacutetku
souřadneacuteho systeacutemu [εpl σ] majiacute
shodnou horniacute větev Většina kovů se
však podle Masingova pravidla nechovaacute
Data převzata z Radim Halama Experimentaacutelniacute poznatky a fenomenologickeacute modelovaacuteniacute cyklickeacute plasticity kovů [Habilitačniacute praacutece VŠB-TU Ostrava] 2009
εpl
σ CDK prochaacuteziacute středy posunutyacutech
hyster smyček
Nevykazuje chovaacuteniacute podle
Masingova pravidla
DPŽ ndash Hrubyacute 45
Odhady uacutenavovyacutech parametrů
Parametr Nelegovaneacute a niacutezkolegovaneacute oceli Hliniacutekoveacute a titanoveacute slitiny
f mRtimes51 mRtimes671
b -0087 -0095
f times590 350
c -058 -069
C mRtimes450 mRtimes420
C timestimestimes 410951450
E
Rm E
Rmtimes420
CN 5105 times 6101times
K mRtimes651 mRtimes611
n 015 011
kde
01 pro 3103 timesŁE
Rm
timesE
Rm01253751 pro 3103 timesE
Rm
0
DPŽ ndash Hrubyacute 46
Koncentrace napětiacute
DPŽ ndash Hrubyacute 47
Koncentrace napětiacute
Součinitel tvaru
(součinitel koncentrace
elastickyacutech napětiacute)
0max
1
x
y
x
nom
maxt
SK
0
1
x
y
x
Poměrnyacute gradient
(gradient normovanyacute maximaacutelniacutem
elastickyacutem napětiacutem)
httpwwwameswebinfoStressConcentrationFactor
StressConcentrationFactorsaspx
DPŽ ndash Hrubyacute 48
Součinitel vrubu β vrubovaacute citlivost q
0
100
200
300
400
500
600
1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07 1E+08
Number of cycles [1]
Str
es
s a
mp
litu
de
[M
Pa
]
smooth
notched
FL
FLN
xc
cfK
q11 Thum
Poloměr vrubu
Vliv vrubu bez
vlivu velikosti
a povrchu
DPŽ ndash Hrubyacute 49
Vliv velikosti a jakosti povrchu
DPŽ ndash Hrubyacute 50
Vliv velikosti součaacutesti - kS
m
d
D
dc
Dc
SV
Vk
exp
exp
10
y
x
S
02
03
04
05
06
07
08
09
1
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
průměr hřiacutedele D [mm]
so
učin
itel veliko
sti
[
1]
Rm=400 až 580Rm=700 až 710litaacute ocelRm=820 až 860Rm=850 až 910Rm=890 až 1000Rm=890 až 1000 aproximacem=-003m=-004m=-005m=-006m=-0068
oceli
DPŽ ndash Hrubyacute 51
Vliv jakosti obrobeniacute povrchu - kSF
kSF
Jakost povrchu
Pevnost v tahu
etalonc
realc
SFk
DPŽ ndash Hrubyacute 52
Vliv technologie uacuteprav povrchu - kT
etalonc
technolc
Tk
DPŽ ndash Hrubyacute 53
Mez uacutenavy reaacutelneacuteho diacutelu ndash dimenzovaacuteniacute
na teoreticky nekonečnou životnost
(trvalou pevnost)
f
TSFScvc
xc
K
kkk
vpcvc
xc
DPŽ ndash Hrubyacute 54
Vliv středniacuteho napětiacute
DPŽ ndash Hrubyacute 55
Vliv středniacuteho napětiacute
DPŽ ndash Hrubyacute 56
Smithův diagram
FL
DPŽ ndash Hrubyacute 57
Haighův (Goodmanův) diagram
0Re Re Rm
Re
-m +m
a
aekv
k
F
mCA
1
F
mCA
1
a
m
F Re
C
k = 2
CC
F tg
k = 1
odhad fiktivniacuteho napětiacute
tah
ohyb
krut
Rm
Rm
Rm
F
F
F
8070
7151
t
Hodnoty součinitele citlivosti k asymetrii cyklu ψ
(bdquosbiacutehavostldquo)
Goodmanova čaacutera
DPŽ ndash Hrubyacute 58
Vyacutepočet bezpečnosti
pt
mx
c
a
k
1
1
kt
m
kt
a
k
1
2
21min kkk
1pt
M
x
c
A
1
kt
M
kt
A
aA k mM k
DPŽ ndash Hrubyacute 59
Př Prutovaacute soustava ndash SU
bull absolutně tuhyacute traacutem
bull h = 1 000 mm
bull a = 500 mm
bull mez pevnosti materiaacutelu prutů 600 MPa
bull hladkeacute pruty kruhovyacute průřez 100 mm2
bull povrch prutů leštěn ndash souč jak povrchu 095
bull součinitele velikosti všech prutů 098
bull Fh = + 10 000 N
bull Fd = - 10 000 N
bull určit bezpečnost pro teoreticky
nekonečnou životnost
h
2a
F
a2
DPŽ ndash Hrubyacute 60
Př Prutovaacute soustava ndash SN
bull absolutně tuhyacute traacutem
bull h = 1 000 mm
bull a = 500 mm
bull mez pevnosti materiaacutelu prutů 600 MPa
bull hladkeacute pruty kruhovyacute průřez 100 mm2
bull povrch prutů leštěn ndash souč jak povrchu 095
bull součinitele velikosti všech prutů 098
bull Fh = + 20 000 N
bull Fd = - 20 000 N
bull určit bezpečnost pro teoreticky
nekonečnou životnost
h
a a
F
a2
DPŽ ndash Hrubyacute 61
Př Prutovaacute soustava ndash SU ndash 2 parametry
bull určit maximaacutelniacute rozmeziacute symetricky
střiacutedavyacutech sil (působiacuteciacutech ve faacutezi) pro
teoreticky nekonečnou životnost v
zaacutevislosti na uacutehlu alfa
bull l = 1 000 mm
bull mez pevnosti materiaacutelu prutů 600
MPa
bull hladkeacute pruty kruhovyacute průřez 100
mm2
bull povrch prutů leštěn ndash souč jak
povrchu 095
bull součinitele velikosti všech prutů 098
V
H
l l
1 2
V
H
N1 N2
DPŽ ndash Hrubyacute 62
zakresleniacute diagramu pro mezniacute stav
A
Vxc
A
Hxc
cos2
cos2
cotg
cos2
cotg
cos2
bezpečnost gt 1 jeden prut na mezi
uacutenavy součaacutesti tj v
jednom prutu
bezpečnost rovna
jedneacute
Př Prutovaacute soustava ndash SU ndash 2 parametry
DPŽ ndash Hrubyacute 63
Reaacutelneacute napěťodeformačniacute stavy ve
vrubech
DPŽ ndash Hrubyacute 64
Součinitel tvaru (s koncentrace
elastickyacutech napětiacute)
Součinitel koncentrace napětiacute
Součinitel koncentrace deformace
Reaacutelnaacute napětiacute a deformace ve vrubech
0
0
0
0
e
B
S
C
eSK ficfic
t
0
0
S
C
SK
0
0
e
B
eK
e
(nom)
B 0 fic
S (nom)
Brsquo
A
Arsquo
fic=S
=timesS
=times
Crsquo
C
DPŽ ndash Hrubyacute 65
Skutečnaacute napětiacute a deformace ve vrubech
22SeeS
12
0
2
12d
2
nplnpl
vKnE
KE
U
pl
Neuber Glinka
1
22
1 n
vKE
U
vfic UU
nomnomficficfic SeU 22
2
1
2
1
2
1
z rovnosti
ploch
DPŽ ndash Hrubyacute 66
0
fic
m=1
m=066
m=05m=01
m=0
Zobecněneacute Neuberovo pravidlo
5050 el
fic E
elfic EE
2
m=0 platiacute pro tvrdeacute zatěžovaacuteniacute tj
napětiacute deformačniacuteho původu
rovnoměrně rozděleneacute po
průřezu
m=1 platiacute pro měkkeacute zatěžovaacuteniacute tj
napětiacute siloveacuteho původu
rovnoměrně rozděleneacute po
průřezu
m=01 pro napětiacute deformačniacuteho
původu mimo vruby (např
teplotniacute pnutiacute)
m=05 pro vruby zatiacuteženeacute silově i
deformačně (Neuberovo
pravidlo)
m=06 pro napětiacute siloveacuteho původu
nerovnoměrně rozloženaacute po
průřezu (např při ohybu) mmel
fic E 1
DPŽ ndash Hrubyacute 67
Př Ramberg-Osgood 12
Vzorek bez vrubu z oceli 11 5231 je vystaven tvrdeacutemu zatěžovaacuteniacute o amplitudě celkoveacute
deformace 102 3timesa Určit amplitudu napětiacute Je zadaacuteno
MPa10072 5timesE
MPa1164K
1990n
0
100
200
300
400
500
600
700
0000 0005 0010 0015 0020 0025 0030
am
plitu
da n
ap
ětiacute
[M
Pa]
amplituda poměrneacute plastikeacute deformace [-]
CDK
n
apla K
DPŽ ndash Hrubyacute 68
-300 -200 -100 0 100 200 300260
280
300
320
340
360
380
ai
ai+
1
Př Ramberg-Osgood 22
MATLAB
sig=50
krok=0
for i=110000
krok=krok+1
Sig=1164(2e-3 - sig207e5)^0199
if abs(Sig-sig)lt00001
break
end
sig=Sig
end Pro libovolnyacute odhad je řešeniacute MPa273a
1990
5
1
1007200201164
times
iai
a
19901
5 1164100720020
times aa
1
naa
aKE
DPŽ ndash Hrubyacute 69
Př koncentrace napětiacute vs deformace 13
Vzorek z oceli 11 5231 je vystaven měkkeacutemu zatěžovaacuteniacute v podeacutelneacutem směru o amplitudě
napětiacute 200 MPa Určit elastickou a plastickou složku poměrneacute deformace
662
MPa10072 5timesE MPa1164K 1990n
zadaacuteno vůči neoslabeneacutemu nominaacutelniacutemu napětiacute
mimo vrub pro danou hladinu zatiacuteženiacute
200
Oslash10
20
5
DPŽ ndash Hrubyacute 70
MPa3533200662 times avruba
319901
1
1014301164
200
times
na
aplK
019801164
3533
19901
1
nvrubavrub
aplK
3
5109660
10072
200 timestimes
E
aael
0026010072
35335
times
E
vrubavrub
ael
333 101091109660101430 timestimestimes aplaela
1720101091
022403
times
a
vruba
Př koncentrace napětiacute vs deformace 23
022400198000260 vrubapl
vrubael
vruba
DPŽ ndash Hrubyacute 71
Př koncentrace napětiacute vs deformace 33
MKP elastickeacute řešeniacute
MKP elastoplastickeacute řešeniacute
324200
863max a
a
1720
662
DPŽ ndash Hrubyacute 72
Př Vetknutyacute sloupek 12
-16 K10511 times
50 100
Ocelovyacute sloupek = lopatka dmychadla je vloženyacute mezi dva tuheacute členy = disky
oběžneacuteho kola a je namaacutehaacuten cyklicky proměnnou teplotou
Uacutekol Posoudit zda hroziacute porušeniacute při 10 000 teplotniacutech cyklech
Daacuteno rozsah pracovniacutech teplot T1 = 22 degC T2 = 370 degC
modul pružnosti v tahu E = 205 GPa
uacutenavovaacute křivka poměrneacute deformace vztaženaacute
k provozniacute teplotě s parametry
160b
580c
MPa1140 f
10 f
teplotniacute roztažnost
DPŽ ndash Hrubyacute 73
C3482237012 TTT
336 1000122
10002434810511 times
timestimestimes
teplotaaT
3580160
5104601000201000020
10052
1140
22
times
times
c
fbf
a NNE
hroziacute poruchateplota
aa Ł
Př Vetknutyacute sloupek 22
DPŽ ndash Hrubyacute 74
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 14
22SeeS
nomnomficfic Se 22
2
1
2
1
2
1
2
1
Neuber
1
2222
2222
1 nfic
vKEEE
SSeU
mmelfic E 1
c
bnK
nf
f
b
c
f
fE
do Ramberga-Osgooda
naaa
KE
1
DPŽ ndash Hrubyacute 75
mmelfic E 1
m
bc
f
f
m
ficEE
E
1
m
bc
f
fmm
ficE
E
1
1
0
f
1
fic
m
bc
f
fm E
i
iii
f
f1
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 24
DPŽ ndash Hrubyacute 76
11
1
1
1
1
1
bc
f
i
f
f
m
bc
f
i
fimi
m
bc
f
i
fimi
fic
m
bc
f
i
fimi
ii
b
cEEmEm
E
1
npl
K
E
el
1
n
KE
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 34
DPŽ ndash Hrubyacute 77
K [MPa] n [-] c [-] εrsquof [-] b [-] σrsquof [MPa] E [MPa]
1020 014066 -06586 0921985 -0092718 1009234 21105
MPa700fic 50m
Iterace
Napětiacute ve vrubu
[MPa]
0 700
1 55953
2 48112
3 45414
4 45114
5 45111
6 45111 0005175
00030270002148
plel
00030271020
11451
1406601
1
npl
K
00021481012
114515
times
E
el
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 44
DPŽ ndash Hrubyacute 9
Uacutenava
DPŽ ndash Hrubyacute 10
Opotřebeniacute a koroze (pitting fretting)
httpwwwlambdatechscomimagesdamagejpg
DPŽ ndash Hrubyacute 11
Mezniacute stavy z pohledu funkčnosti
Statickaacute pevnost křehkyacute lom
Plastickeacute přetvořeniacute
Stabilita (vzpěr)
Creep (tečeniacute za vysokyacutech teplot)
Dynamickaacute odezva ndash vynuceneacute kmitaacuteniacute
Uacutenava ndash niacutezkocyklovaacute vysokocyklovaacute
Opotřebeniacute a koroze
hellip
Interakce a různeacute kombinace mezniacutech stavů
Ztraacuteta schopnosti konstrukce plnit funkci pro kterou byla určena
DPŽ ndash Hrubyacute 12
Uacutenava materiaacutelu
DPŽ ndash Hrubyacute 13
Uacutenava ndash scheacutema metodiky hodnoceniacute Konstrukčniacute naacutevrh
nevyhovuje vyhovuje
Zatiacuteženiacute vibrace
(teorie)
Materiaacutel Technologie vyacuteroby Provozniacute podmiacutenky
Materiaacuteloveacute zkoušky
- Woumlhlerova křivka
- Mansonova-Coffinova křivka
- cyklickaacute deformačniacute křivka
- lomovaacute houževnatost
Ovlivňujiacuteciacute faktory
- zbytkovaacute pnutiacute (RTG analyacutezy)
- defekty (NDT analyacutezy)
- koroze
- vliv zvyacutešenyacutech teplot
Provozniacute napětiacute Dovoleneacute napětiacute
Odhad životnosti Uacutenavoveacute zkoušky na konstrukci
Posouzeniacute životnosti Konstrukce produkce
Fraktografie NDT
RTG akustickaacute emise
Zatiacuteženiacute vibrace
(realita)
DPŽ ndash Hrubyacute 14
Uacutenava materiaacutelu ndash faacuteze aplikace
Apriorniacute (design)
naacutevrh konstrukce
optimalizace
naacutevrh technologie
omezeniacute provozniacutech
podmiacutenek
Aposteriorniacute (provoz)
provozniacute inspekce
poruchy a havaacuterie
wwwreskofcz
DPŽ ndash Hrubyacute 15
Vyacutepočet uacutenavoveacuteho poškozeniacute ndash
praxe scheacutema vyacutepočtu
Analyacuteza
mezniacuteho stavu
poškozeniacute
CAD
model
MISES VALUE
+367 E+00
+283 E+02
+170 E+02
+336 E+02
+419 E+02
+502 E+02
+585 E+02
+668 E+02
+751 E+02
+834 E+02
+867 E+01
+917 E+02
+100 E+03
+163 E+03
1
2
3
MKP
analyacuteza
V přiacutepadě
nevyhověniacute
uacuteprava
konstrukce
DPŽ ndash Hrubyacute 16
Uacutenava ndash uacutenavoveacute poškozeniacute ndash přiacutestupy
Critical
Location
Permanent strength
(unlimited fatigue life)
Fatigue strength
(limited fatigue life)
SAFE-LIFE
structure
FAIL-SAFE
structure
Damage Tolerance
structure
Slow Crack Growth
structure
Inspection
possible
Multiple
elements
YES
Theoretically
infinite life
NO
NO
NO
YES
YES
DPŽ ndash Hrubyacute 17
Metody predikce životnosti
Přiacutestup pomociacute nominaacutelniacutech napětiacute
(NSA - Nominal Stress Approach)
Přiacutestup pomociacute lokaacutelniacutech elastickyacutech napětiacute
(LESA - Local Elastic Stress Approach)
Přiacutestup pomociacute lokaacutelniacutech elasto-plastickyacutech
napětiacute a deformaciacute
(LPSA - Local Plastic Stress
and Strain Approach)
Přiacutestup využiacutevajiacuteciacute lomoveacute mechaniky
(FMA - Fracture Mechanics Approach)
Hrubyacute
Jurenka
DPŽ ndash Hrubyacute 18
Pozadiacute fenomeacutenu uacutenavy
DPŽ ndash Hrubyacute 19
Krystalografickeacute mřiacutežky kovů
kubickaacute prostorově centrovanaacute
(body centered cubic ndash BCC)
chrom wolfram vanad železo α
kubickaacute plošně centrovanaacute
(face centered cubic ndash FCC)
železo γ nikl hliniacutek měď olovo zlato
platina střiacutebro
httpmechmeswebsnadnoczdokumentypri-st-05_vnitrnistrukturakovupdf
šesterečnaacute
(hexagonal)
hořčiacutek zinek titan
DPŽ ndash Hrubyacute 20
Krystalografickaacute mřiacutežka - poruchy
httppythonriceedu~arbCourses360_defects_handout_01pdf
čaacuteroveacute poruchy - dislokace
plochoveacute
poruchy -
zrna hranice zrn
bodoveacute poruchy
DPŽ ndash Hrubyacute 21
Technickeacute slitiny železa
httpcswikipediaorgwikiSouborDiagramm_phasenjpg
makroskopickaacute isometrie
diacuteky naacutehodneacute orientaci
anisotropniacutech krystalů v tuheacute
faacutezi
httpwwwpedmuniczwphyFyzVlaindexhtm
V každeacutem materiaacutelu jsou
poruchy ideaacutelniacute struktury
DPŽ ndash Hrubyacute 22
bull Faacuteze změn mechanickyacutech
vlastnostiacute změny struktury kovu v
celeacutem objemu Doba trvaacuteniacute několik
procent života do lomu
bull Faacuteze nukleace (iniciace)
mikrotrhliny formovaacuteniacute
makrotrhliny zahrnuje lokaacutelniacute
změny v povrchoveacute vrstvě vyvolaneacute
silokačniacutemi efekty a naacutesledneacute
propojovaacuteniacute mikrotrhlin nebo růst
dominantniacute mikrotrhliny Doba trvaacuteniacute
10 i 90 života
bull Faacuteze šiacuteřeniacute makrotrhliny Zahrnuje
staacutedium růstu dominantniacute
makrotrhliny změnu jejiacuteho směru
kolmo na max hlavniacute napětiacute
bull Faacuteze zaacutevěrečneacuteho lomu je
reprezentovaacutena přechodem na
zrychlenyacutem rozvojem zakončenyacutem
houževnatyacutem nebo křehkyacutem lomem
na mezi kluzu nebo mezi pevnosti
1 A
10 2 A
1 m 10 2 m 1 mm 10
2 mm
Atomic
Distance Grain Size
of Austenite
Micro-crack
Formation
Glissile
Dislocation
Macro-crack
Creation
Macro-crack
Growth
Faacuteze uacutenavoveacuteho procesu 1
2
3
4
DPŽ ndash Hrubyacute 23
t
t
t
t
t t
t
t
t
a
b
c
d
e
0
A
B
C
DD
C
B
A
0
Cacute
E
Cyklickeacute
zpevněniacute
Cyklickeacute
změkčeniacute
Cyklickaacute
relaxace
Cyklickyacute creep
(ratchetting)
Paměťovyacute
efekt
1 Mechanickeacute změny při cyklovaacuteniacute
DPŽ ndash Hrubyacute 24
Miacutesta iniciace lomovaacute plocha
Striačniacute čaacutery
postupu čela
trhliny
Miacutesto
iniciace
Extruse
Skluzovaacute paacutesma
Intruse
2
3
4
DPŽ ndash Hrubyacute 25
Charakteristiky harmonickeacuteho
cyklickeacuteho namaacutehaacuteniacute
DPŽ ndash Hrubyacute 26
Harmonickeacute zatěžovaacuteniacute
amplituda napětiacute
středniacute hodnota napětiacute
perioda kmitu napěťově řiacutezeneacute zatěžovaacuteniacute ndash
měkkeacute
deformačně řiacutezeneacute zatěžovaacuteniacute ndash
tvrdeacute
httpfatiguecalculatorcom
2
dha
2
dhm
rozkmit napětiacute
koeficient nesouměrnosti
frekvence kmitu
dh
h
dR
T
Tf
1
T
a
m
h
d
DPŽ ndash Hrubyacute 27
Druhy kmitů sta
tickyacute v
tla
ku
pu
lzu
jiacuteciacute
v t
laku
sym
etr
ick
y s
třiacuted
avyacute
miacutej
ivyacute
v t
lak
u
neso
um
ěrn
ě s
třiacuted
avyacute
(stř
h
od
no
ta v
tla
ku
)
nes
ou
mě
rně
stř
iacuteda
vyacute
(stř
h
od
no
ta v
tah
u)
sta
tic
kyacute
v t
ah
u
pu
lzu
jiacuteciacute
v t
ah
u
miacutejiv
yacute v
tah
u
1R
1R
R 10R
1R
1R
01R
1R
0R
DPŽ ndash Hrubyacute 28
Uacutenavoveacute křivky napětiacute
DPŽ ndash Hrubyacute 29
Historie uacutenavy materiaacutelu
19 stoletiacute rozvoj technickeacuteho poznaacuteniacute rozšiacuteřeniacute možnosti využitiacute
oceli a kovovyacutech materiaacutelů v běžneacute praxi
Rozvoj železničniacute dopravy parniacute lokomotiva Mr G Stephenson 1829
Stavebnictviacute (mosty a nosneacute konstrukce) Eiffelova věž 1889
Rozvoj lodniacute dopravy
Vyacuteraznyacute technickyacute pokrok rostouciacute počet havaacuteriiacute ndash lomy konstrukciacute
Lomy os železničniacutech soukoliacute (konec 19 st)
August Wőhler (1819-1914)
DPŽ ndash Hrubyacute 30
Odhad meze uacutenavy
Uhliacutek oceli (P=1 )
Střiacutedavyacute tah-tlak σc = 033 (035)Rm
Miacutejivyacute tah-tlak σhc = 061Rm
Střiacutedavyacute ohyb σoc = 043 Rm
Střiacutedavyacute krut τc = 025 Rm
DPŽ ndash Hrubyacute 31
Odhad meze uacutenavy
Meze uacutenavy v ohybu platneacute pro 50 pravděpodobnost porušeniacute
DPŽ ndash Hrubyacute 32
Rm
oblast
Re
C
Woumlhlerova křivka + Frenchova čaacutera
DPŽ ndash Hrubyacute 33
Wőhlerova křivka ndash ocel (bcc) hliniacutek (fcc)
httpwwwtokuroglucomSnCurveExpjpg httpenwikipediaorgwikiFatigue_(material)
DPŽ ndash Hrubyacute 34
Wőhlerova křivka ndash popis šikmeacute čaacutesti
KNw
CNwCN
CN
a
awa
wa
loglog
loglogloglogloglog
loglog
CNwa
bfa N2
Basquin
mocninnyacute tvar
Basquin 11 5231
10
100
1000
1 10 100 1000 10000 100000
N [1]
a [
MP
a]
bfC
1
2
1
bw
1
DPŽ ndash Hrubyacute 35
Wőhlerova křivka ndash celkovyacute popis
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
10E+01 10E+02 10E+03 10E+04 10E+05 10E+06 10E+07 10E+08 10E+09
N [1]
a [
MP
a]
CANw
Ca
Weibullův
KohoutůvndashVěchetův b
CaCN
BN
DPŽ ndash Hrubyacute 36
Dalšiacute odhady meze uacutenavy Vyhodnocovanaacute
veličina
Vztah pro mez uacutenavy při R=-1
(pravděpodobnost poruchy
P=50) [MPa]
Koeficienty a podmiacutenky
platnosti
Autor
mez pevnosti Rm
[MPa]-1=0432timesRm+22
-1=046timesRm
-1=6
1Rm+400
t-1=027timesRm
t-1=0249timesRm+25
konstrukčniacute oceli
oceli do Rm =1400 MPa
oceli do Rm =1200 až 1800
MPa
oceli Rm Ł1200
konstrukčniacute oceli
Buch
Žukov
Ponomarjev
Žukov
Buch
mez kluzu
v tahu Re a krutu
timestk [MPa]
-1=0452timesRe+94
-1=045timesRe+122
t-1=0448times tk+52
konstrukčniacute oceli
konstrukčniacute oceli
konstrukčniacute oceli
Buch
Žukov
Buch
skutečnaacute lomovaacute
pevnost f
[MPa]
-1=035times f ndash10
-1=0315times f -19
konstrukčniacute oceli
konstrukčniacute oceli
Žukov
Mc-Adam
tvrdost HB
[MPa]-1=(0128hellip0156)timesHB
-1=(0168hellip0222)timesHB
uhliacutekoveacute oceli
legovaneacute oceli
Grebenik
Grebenik
meze Rm Re
[MPa]-1=0285times( Re + Rm) konstrukčniacute oceli Šapošnikov
DPŽ ndash Hrubyacute 37
Uacutenavoveacute křivky deformace
DPŽ ndash Hrubyacute 38
Manson-Coffin ndash unavovaacute křivka
deformace
00001
0001
001
01
1
1E+00 1E+01 1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07
počet půlkmitů 2N [1]
am
plitu
da p
om
d
efo
rmace
a [
1]
ae
ap
a
f
f Eb
c
1
1
DPŽ ndash Hrubyacute 39
Manson-Coffin ndash matematickyacute popis
NcNbE
NNE
NNE
fpla
fela
cf
pla
bfela
cf
pla
bfela
2logloglog2log
loglog
2loglog2
loglog
22
cfbfpl
aelaa NN
E22
σfrsquohellipsoučinitel uacutenavoveacute pevnosti bhellipexponent uacutenavoveacute pevnosti
εfrsquohellipsoučinitel uacutenavoveacute deformace chellipexponent uacutenavoveacute deformace
bc
f
fcb
f
ft
ctf
bt
f
aplael
E
EN
NNE
11
2
1
2
1
22
Tranzitniacute počet cyklů Po logaritmickeacute uacutepravě
DPŽ ndash Hrubyacute 40
Cyklickaacute deformačniacute křivka
DPŽ ndash Hrubyacute 41
Ramberg-Osgood (platneacute pro přibližneacute
vyjaacutedřeniacute tahoveacuteho diagramu i cyklickeacute
deformačniacute křivky)
E
el
npl
K
1
elE nplK
1DOsgoodRamberg
1
n
KE
+ =
DPŽ ndash Hrubyacute 42
Hysterezniacute smyčky cyklickaacute deformačniacute křivka
Rambergova-Osgoodova aproximace
Cyklickaacute
deformačniacute
křivka Saturovaneacute
hysterezniacute
smyčky
zpevněniacute
změkčeniacute
cyklickaacute
statickaacute
1D
1n
aaa
KE
D1el
aa E 1Dnpl
aa K
R = -1
DPŽ ndash Hrubyacute 43
Saturovanaacute hysterezniacute smyčka
naapla
elaa
KE
1
Krsquo - modul cyklickeacuteho zpevněniacute
nrsquo - exponent cyklickeacuteho zpevněniacute
E - modul pružnosti v tahu
nplaa K
DPŽ ndash Hrubyacute 44
Masingova aproximace hysterezniacutech
smyček a CDK
Saturovaneacute hysterezniacute smyčky uměle
posunuty spodniacutem rohem do počaacutetku
souřadneacuteho systeacutemu [εpl σ] majiacute
shodnou horniacute větev Většina kovů se
však podle Masingova pravidla nechovaacute
Data převzata z Radim Halama Experimentaacutelniacute poznatky a fenomenologickeacute modelovaacuteniacute cyklickeacute plasticity kovů [Habilitačniacute praacutece VŠB-TU Ostrava] 2009
εpl
σ CDK prochaacuteziacute středy posunutyacutech
hyster smyček
Nevykazuje chovaacuteniacute podle
Masingova pravidla
DPŽ ndash Hrubyacute 45
Odhady uacutenavovyacutech parametrů
Parametr Nelegovaneacute a niacutezkolegovaneacute oceli Hliniacutekoveacute a titanoveacute slitiny
f mRtimes51 mRtimes671
b -0087 -0095
f times590 350
c -058 -069
C mRtimes450 mRtimes420
C timestimestimes 410951450
E
Rm E
Rmtimes420
CN 5105 times 6101times
K mRtimes651 mRtimes611
n 015 011
kde
01 pro 3103 timesŁE
Rm
timesE
Rm01253751 pro 3103 timesE
Rm
0
DPŽ ndash Hrubyacute 46
Koncentrace napětiacute
DPŽ ndash Hrubyacute 47
Koncentrace napětiacute
Součinitel tvaru
(součinitel koncentrace
elastickyacutech napětiacute)
0max
1
x
y
x
nom
maxt
SK
0
1
x
y
x
Poměrnyacute gradient
(gradient normovanyacute maximaacutelniacutem
elastickyacutem napětiacutem)
httpwwwameswebinfoStressConcentrationFactor
StressConcentrationFactorsaspx
DPŽ ndash Hrubyacute 48
Součinitel vrubu β vrubovaacute citlivost q
0
100
200
300
400
500
600
1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07 1E+08
Number of cycles [1]
Str
es
s a
mp
litu
de
[M
Pa
]
smooth
notched
FL
FLN
xc
cfK
q11 Thum
Poloměr vrubu
Vliv vrubu bez
vlivu velikosti
a povrchu
DPŽ ndash Hrubyacute 49
Vliv velikosti a jakosti povrchu
DPŽ ndash Hrubyacute 50
Vliv velikosti součaacutesti - kS
m
d
D
dc
Dc
SV
Vk
exp
exp
10
y
x
S
02
03
04
05
06
07
08
09
1
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
průměr hřiacutedele D [mm]
so
učin
itel veliko
sti
[
1]
Rm=400 až 580Rm=700 až 710litaacute ocelRm=820 až 860Rm=850 až 910Rm=890 až 1000Rm=890 až 1000 aproximacem=-003m=-004m=-005m=-006m=-0068
oceli
DPŽ ndash Hrubyacute 51
Vliv jakosti obrobeniacute povrchu - kSF
kSF
Jakost povrchu
Pevnost v tahu
etalonc
realc
SFk
DPŽ ndash Hrubyacute 52
Vliv technologie uacuteprav povrchu - kT
etalonc
technolc
Tk
DPŽ ndash Hrubyacute 53
Mez uacutenavy reaacutelneacuteho diacutelu ndash dimenzovaacuteniacute
na teoreticky nekonečnou životnost
(trvalou pevnost)
f
TSFScvc
xc
K
kkk
vpcvc
xc
DPŽ ndash Hrubyacute 54
Vliv středniacuteho napětiacute
DPŽ ndash Hrubyacute 55
Vliv středniacuteho napětiacute
DPŽ ndash Hrubyacute 56
Smithův diagram
FL
DPŽ ndash Hrubyacute 57
Haighův (Goodmanův) diagram
0Re Re Rm
Re
-m +m
a
aekv
k
F
mCA
1
F
mCA
1
a
m
F Re
C
k = 2
CC
F tg
k = 1
odhad fiktivniacuteho napětiacute
tah
ohyb
krut
Rm
Rm
Rm
F
F
F
8070
7151
t
Hodnoty součinitele citlivosti k asymetrii cyklu ψ
(bdquosbiacutehavostldquo)
Goodmanova čaacutera
DPŽ ndash Hrubyacute 58
Vyacutepočet bezpečnosti
pt
mx
c
a
k
1
1
kt
m
kt
a
k
1
2
21min kkk
1pt
M
x
c
A
1
kt
M
kt
A
aA k mM k
DPŽ ndash Hrubyacute 59
Př Prutovaacute soustava ndash SU
bull absolutně tuhyacute traacutem
bull h = 1 000 mm
bull a = 500 mm
bull mez pevnosti materiaacutelu prutů 600 MPa
bull hladkeacute pruty kruhovyacute průřez 100 mm2
bull povrch prutů leštěn ndash souč jak povrchu 095
bull součinitele velikosti všech prutů 098
bull Fh = + 10 000 N
bull Fd = - 10 000 N
bull určit bezpečnost pro teoreticky
nekonečnou životnost
h
2a
F
a2
DPŽ ndash Hrubyacute 60
Př Prutovaacute soustava ndash SN
bull absolutně tuhyacute traacutem
bull h = 1 000 mm
bull a = 500 mm
bull mez pevnosti materiaacutelu prutů 600 MPa
bull hladkeacute pruty kruhovyacute průřez 100 mm2
bull povrch prutů leštěn ndash souč jak povrchu 095
bull součinitele velikosti všech prutů 098
bull Fh = + 20 000 N
bull Fd = - 20 000 N
bull určit bezpečnost pro teoreticky
nekonečnou životnost
h
a a
F
a2
DPŽ ndash Hrubyacute 61
Př Prutovaacute soustava ndash SU ndash 2 parametry
bull určit maximaacutelniacute rozmeziacute symetricky
střiacutedavyacutech sil (působiacuteciacutech ve faacutezi) pro
teoreticky nekonečnou životnost v
zaacutevislosti na uacutehlu alfa
bull l = 1 000 mm
bull mez pevnosti materiaacutelu prutů 600
MPa
bull hladkeacute pruty kruhovyacute průřez 100
mm2
bull povrch prutů leštěn ndash souč jak
povrchu 095
bull součinitele velikosti všech prutů 098
V
H
l l
1 2
V
H
N1 N2
DPŽ ndash Hrubyacute 62
zakresleniacute diagramu pro mezniacute stav
A
Vxc
A
Hxc
cos2
cos2
cotg
cos2
cotg
cos2
bezpečnost gt 1 jeden prut na mezi
uacutenavy součaacutesti tj v
jednom prutu
bezpečnost rovna
jedneacute
Př Prutovaacute soustava ndash SU ndash 2 parametry
DPŽ ndash Hrubyacute 63
Reaacutelneacute napěťodeformačniacute stavy ve
vrubech
DPŽ ndash Hrubyacute 64
Součinitel tvaru (s koncentrace
elastickyacutech napětiacute)
Součinitel koncentrace napětiacute
Součinitel koncentrace deformace
Reaacutelnaacute napětiacute a deformace ve vrubech
0
0
0
0
e
B
S
C
eSK ficfic
t
0
0
S
C
SK
0
0
e
B
eK
e
(nom)
B 0 fic
S (nom)
Brsquo
A
Arsquo
fic=S
=timesS
=times
Crsquo
C
DPŽ ndash Hrubyacute 65
Skutečnaacute napětiacute a deformace ve vrubech
22SeeS
12
0
2
12d
2
nplnpl
vKnE
KE
U
pl
Neuber Glinka
1
22
1 n
vKE
U
vfic UU
nomnomficficfic SeU 22
2
1
2
1
2
1
z rovnosti
ploch
DPŽ ndash Hrubyacute 66
0
fic
m=1
m=066
m=05m=01
m=0
Zobecněneacute Neuberovo pravidlo
5050 el
fic E
elfic EE
2
m=0 platiacute pro tvrdeacute zatěžovaacuteniacute tj
napětiacute deformačniacuteho původu
rovnoměrně rozděleneacute po
průřezu
m=1 platiacute pro měkkeacute zatěžovaacuteniacute tj
napětiacute siloveacuteho původu
rovnoměrně rozděleneacute po
průřezu
m=01 pro napětiacute deformačniacuteho
původu mimo vruby (např
teplotniacute pnutiacute)
m=05 pro vruby zatiacuteženeacute silově i
deformačně (Neuberovo
pravidlo)
m=06 pro napětiacute siloveacuteho původu
nerovnoměrně rozloženaacute po
průřezu (např při ohybu) mmel
fic E 1
DPŽ ndash Hrubyacute 67
Př Ramberg-Osgood 12
Vzorek bez vrubu z oceli 11 5231 je vystaven tvrdeacutemu zatěžovaacuteniacute o amplitudě celkoveacute
deformace 102 3timesa Určit amplitudu napětiacute Je zadaacuteno
MPa10072 5timesE
MPa1164K
1990n
0
100
200
300
400
500
600
700
0000 0005 0010 0015 0020 0025 0030
am
plitu
da n
ap
ětiacute
[M
Pa]
amplituda poměrneacute plastikeacute deformace [-]
CDK
n
apla K
DPŽ ndash Hrubyacute 68
-300 -200 -100 0 100 200 300260
280
300
320
340
360
380
ai
ai+
1
Př Ramberg-Osgood 22
MATLAB
sig=50
krok=0
for i=110000
krok=krok+1
Sig=1164(2e-3 - sig207e5)^0199
if abs(Sig-sig)lt00001
break
end
sig=Sig
end Pro libovolnyacute odhad je řešeniacute MPa273a
1990
5
1
1007200201164
times
iai
a
19901
5 1164100720020
times aa
1
naa
aKE
DPŽ ndash Hrubyacute 69
Př koncentrace napětiacute vs deformace 13
Vzorek z oceli 11 5231 je vystaven měkkeacutemu zatěžovaacuteniacute v podeacutelneacutem směru o amplitudě
napětiacute 200 MPa Určit elastickou a plastickou složku poměrneacute deformace
662
MPa10072 5timesE MPa1164K 1990n
zadaacuteno vůči neoslabeneacutemu nominaacutelniacutemu napětiacute
mimo vrub pro danou hladinu zatiacuteženiacute
200
Oslash10
20
5
DPŽ ndash Hrubyacute 70
MPa3533200662 times avruba
319901
1
1014301164
200
times
na
aplK
019801164
3533
19901
1
nvrubavrub
aplK
3
5109660
10072
200 timestimes
E
aael
0026010072
35335
times
E
vrubavrub
ael
333 101091109660101430 timestimestimes aplaela
1720101091
022403
times
a
vruba
Př koncentrace napětiacute vs deformace 23
022400198000260 vrubapl
vrubael
vruba
DPŽ ndash Hrubyacute 71
Př koncentrace napětiacute vs deformace 33
MKP elastickeacute řešeniacute
MKP elastoplastickeacute řešeniacute
324200
863max a
a
1720
662
DPŽ ndash Hrubyacute 72
Př Vetknutyacute sloupek 12
-16 K10511 times
50 100
Ocelovyacute sloupek = lopatka dmychadla je vloženyacute mezi dva tuheacute členy = disky
oběžneacuteho kola a je namaacutehaacuten cyklicky proměnnou teplotou
Uacutekol Posoudit zda hroziacute porušeniacute při 10 000 teplotniacutech cyklech
Daacuteno rozsah pracovniacutech teplot T1 = 22 degC T2 = 370 degC
modul pružnosti v tahu E = 205 GPa
uacutenavovaacute křivka poměrneacute deformace vztaženaacute
k provozniacute teplotě s parametry
160b
580c
MPa1140 f
10 f
teplotniacute roztažnost
DPŽ ndash Hrubyacute 73
C3482237012 TTT
336 1000122
10002434810511 times
timestimestimes
teplotaaT
3580160
5104601000201000020
10052
1140
22
times
times
c
fbf
a NNE
hroziacute poruchateplota
aa Ł
Př Vetknutyacute sloupek 22
DPŽ ndash Hrubyacute 74
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 14
22SeeS
nomnomficfic Se 22
2
1
2
1
2
1
2
1
Neuber
1
2222
2222
1 nfic
vKEEE
SSeU
mmelfic E 1
c
bnK
nf
f
b
c
f
fE
do Ramberga-Osgooda
naaa
KE
1
DPŽ ndash Hrubyacute 75
mmelfic E 1
m
bc
f
f
m
ficEE
E
1
m
bc
f
fmm
ficE
E
1
1
0
f
1
fic
m
bc
f
fm E
i
iii
f
f1
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 24
DPŽ ndash Hrubyacute 76
11
1
1
1
1
1
bc
f
i
f
f
m
bc
f
i
fimi
m
bc
f
i
fimi
fic
m
bc
f
i
fimi
ii
b
cEEmEm
E
1
npl
K
E
el
1
n
KE
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 34
DPŽ ndash Hrubyacute 77
K [MPa] n [-] c [-] εrsquof [-] b [-] σrsquof [MPa] E [MPa]
1020 014066 -06586 0921985 -0092718 1009234 21105
MPa700fic 50m
Iterace
Napětiacute ve vrubu
[MPa]
0 700
1 55953
2 48112
3 45414
4 45114
5 45111
6 45111 0005175
00030270002148
plel
00030271020
11451
1406601
1
npl
K
00021481012
114515
times
E
el
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 44
DPŽ ndash Hrubyacute 10
Opotřebeniacute a koroze (pitting fretting)
httpwwwlambdatechscomimagesdamagejpg
DPŽ ndash Hrubyacute 11
Mezniacute stavy z pohledu funkčnosti
Statickaacute pevnost křehkyacute lom
Plastickeacute přetvořeniacute
Stabilita (vzpěr)
Creep (tečeniacute za vysokyacutech teplot)
Dynamickaacute odezva ndash vynuceneacute kmitaacuteniacute
Uacutenava ndash niacutezkocyklovaacute vysokocyklovaacute
Opotřebeniacute a koroze
hellip
Interakce a různeacute kombinace mezniacutech stavů
Ztraacuteta schopnosti konstrukce plnit funkci pro kterou byla určena
DPŽ ndash Hrubyacute 12
Uacutenava materiaacutelu
DPŽ ndash Hrubyacute 13
Uacutenava ndash scheacutema metodiky hodnoceniacute Konstrukčniacute naacutevrh
nevyhovuje vyhovuje
Zatiacuteženiacute vibrace
(teorie)
Materiaacutel Technologie vyacuteroby Provozniacute podmiacutenky
Materiaacuteloveacute zkoušky
- Woumlhlerova křivka
- Mansonova-Coffinova křivka
- cyklickaacute deformačniacute křivka
- lomovaacute houževnatost
Ovlivňujiacuteciacute faktory
- zbytkovaacute pnutiacute (RTG analyacutezy)
- defekty (NDT analyacutezy)
- koroze
- vliv zvyacutešenyacutech teplot
Provozniacute napětiacute Dovoleneacute napětiacute
Odhad životnosti Uacutenavoveacute zkoušky na konstrukci
Posouzeniacute životnosti Konstrukce produkce
Fraktografie NDT
RTG akustickaacute emise
Zatiacuteženiacute vibrace
(realita)
DPŽ ndash Hrubyacute 14
Uacutenava materiaacutelu ndash faacuteze aplikace
Apriorniacute (design)
naacutevrh konstrukce
optimalizace
naacutevrh technologie
omezeniacute provozniacutech
podmiacutenek
Aposteriorniacute (provoz)
provozniacute inspekce
poruchy a havaacuterie
wwwreskofcz
DPŽ ndash Hrubyacute 15
Vyacutepočet uacutenavoveacuteho poškozeniacute ndash
praxe scheacutema vyacutepočtu
Analyacuteza
mezniacuteho stavu
poškozeniacute
CAD
model
MISES VALUE
+367 E+00
+283 E+02
+170 E+02
+336 E+02
+419 E+02
+502 E+02
+585 E+02
+668 E+02
+751 E+02
+834 E+02
+867 E+01
+917 E+02
+100 E+03
+163 E+03
1
2
3
MKP
analyacuteza
V přiacutepadě
nevyhověniacute
uacuteprava
konstrukce
DPŽ ndash Hrubyacute 16
Uacutenava ndash uacutenavoveacute poškozeniacute ndash přiacutestupy
Critical
Location
Permanent strength
(unlimited fatigue life)
Fatigue strength
(limited fatigue life)
SAFE-LIFE
structure
FAIL-SAFE
structure
Damage Tolerance
structure
Slow Crack Growth
structure
Inspection
possible
Multiple
elements
YES
Theoretically
infinite life
NO
NO
NO
YES
YES
DPŽ ndash Hrubyacute 17
Metody predikce životnosti
Přiacutestup pomociacute nominaacutelniacutech napětiacute
(NSA - Nominal Stress Approach)
Přiacutestup pomociacute lokaacutelniacutech elastickyacutech napětiacute
(LESA - Local Elastic Stress Approach)
Přiacutestup pomociacute lokaacutelniacutech elasto-plastickyacutech
napětiacute a deformaciacute
(LPSA - Local Plastic Stress
and Strain Approach)
Přiacutestup využiacutevajiacuteciacute lomoveacute mechaniky
(FMA - Fracture Mechanics Approach)
Hrubyacute
Jurenka
DPŽ ndash Hrubyacute 18
Pozadiacute fenomeacutenu uacutenavy
DPŽ ndash Hrubyacute 19
Krystalografickeacute mřiacutežky kovů
kubickaacute prostorově centrovanaacute
(body centered cubic ndash BCC)
chrom wolfram vanad železo α
kubickaacute plošně centrovanaacute
(face centered cubic ndash FCC)
železo γ nikl hliniacutek měď olovo zlato
platina střiacutebro
httpmechmeswebsnadnoczdokumentypri-st-05_vnitrnistrukturakovupdf
šesterečnaacute
(hexagonal)
hořčiacutek zinek titan
DPŽ ndash Hrubyacute 20
Krystalografickaacute mřiacutežka - poruchy
httppythonriceedu~arbCourses360_defects_handout_01pdf
čaacuteroveacute poruchy - dislokace
plochoveacute
poruchy -
zrna hranice zrn
bodoveacute poruchy
DPŽ ndash Hrubyacute 21
Technickeacute slitiny železa
httpcswikipediaorgwikiSouborDiagramm_phasenjpg
makroskopickaacute isometrie
diacuteky naacutehodneacute orientaci
anisotropniacutech krystalů v tuheacute
faacutezi
httpwwwpedmuniczwphyFyzVlaindexhtm
V každeacutem materiaacutelu jsou
poruchy ideaacutelniacute struktury
DPŽ ndash Hrubyacute 22
bull Faacuteze změn mechanickyacutech
vlastnostiacute změny struktury kovu v
celeacutem objemu Doba trvaacuteniacute několik
procent života do lomu
bull Faacuteze nukleace (iniciace)
mikrotrhliny formovaacuteniacute
makrotrhliny zahrnuje lokaacutelniacute
změny v povrchoveacute vrstvě vyvolaneacute
silokačniacutemi efekty a naacutesledneacute
propojovaacuteniacute mikrotrhlin nebo růst
dominantniacute mikrotrhliny Doba trvaacuteniacute
10 i 90 života
bull Faacuteze šiacuteřeniacute makrotrhliny Zahrnuje
staacutedium růstu dominantniacute
makrotrhliny změnu jejiacuteho směru
kolmo na max hlavniacute napětiacute
bull Faacuteze zaacutevěrečneacuteho lomu je
reprezentovaacutena přechodem na
zrychlenyacutem rozvojem zakončenyacutem
houževnatyacutem nebo křehkyacutem lomem
na mezi kluzu nebo mezi pevnosti
1 A
10 2 A
1 m 10 2 m 1 mm 10
2 mm
Atomic
Distance Grain Size
of Austenite
Micro-crack
Formation
Glissile
Dislocation
Macro-crack
Creation
Macro-crack
Growth
Faacuteze uacutenavoveacuteho procesu 1
2
3
4
DPŽ ndash Hrubyacute 23
t
t
t
t
t t
t
t
t
a
b
c
d
e
0
A
B
C
DD
C
B
A
0
Cacute
E
Cyklickeacute
zpevněniacute
Cyklickeacute
změkčeniacute
Cyklickaacute
relaxace
Cyklickyacute creep
(ratchetting)
Paměťovyacute
efekt
1 Mechanickeacute změny při cyklovaacuteniacute
DPŽ ndash Hrubyacute 24
Miacutesta iniciace lomovaacute plocha
Striačniacute čaacutery
postupu čela
trhliny
Miacutesto
iniciace
Extruse
Skluzovaacute paacutesma
Intruse
2
3
4
DPŽ ndash Hrubyacute 25
Charakteristiky harmonickeacuteho
cyklickeacuteho namaacutehaacuteniacute
DPŽ ndash Hrubyacute 26
Harmonickeacute zatěžovaacuteniacute
amplituda napětiacute
středniacute hodnota napětiacute
perioda kmitu napěťově řiacutezeneacute zatěžovaacuteniacute ndash
měkkeacute
deformačně řiacutezeneacute zatěžovaacuteniacute ndash
tvrdeacute
httpfatiguecalculatorcom
2
dha
2
dhm
rozkmit napětiacute
koeficient nesouměrnosti
frekvence kmitu
dh
h
dR
T
Tf
1
T
a
m
h
d
DPŽ ndash Hrubyacute 27
Druhy kmitů sta
tickyacute v
tla
ku
pu
lzu
jiacuteciacute
v t
laku
sym
etr
ick
y s
třiacuted
avyacute
miacutej
ivyacute
v t
lak
u
neso
um
ěrn
ě s
třiacuted
avyacute
(stř
h
od
no
ta v
tla
ku
)
nes
ou
mě
rně
stř
iacuteda
vyacute
(stř
h
od
no
ta v
tah
u)
sta
tic
kyacute
v t
ah
u
pu
lzu
jiacuteciacute
v t
ah
u
miacutejiv
yacute v
tah
u
1R
1R
R 10R
1R
1R
01R
1R
0R
DPŽ ndash Hrubyacute 28
Uacutenavoveacute křivky napětiacute
DPŽ ndash Hrubyacute 29
Historie uacutenavy materiaacutelu
19 stoletiacute rozvoj technickeacuteho poznaacuteniacute rozšiacuteřeniacute možnosti využitiacute
oceli a kovovyacutech materiaacutelů v běžneacute praxi
Rozvoj železničniacute dopravy parniacute lokomotiva Mr G Stephenson 1829
Stavebnictviacute (mosty a nosneacute konstrukce) Eiffelova věž 1889
Rozvoj lodniacute dopravy
Vyacuteraznyacute technickyacute pokrok rostouciacute počet havaacuteriiacute ndash lomy konstrukciacute
Lomy os železničniacutech soukoliacute (konec 19 st)
August Wőhler (1819-1914)
DPŽ ndash Hrubyacute 30
Odhad meze uacutenavy
Uhliacutek oceli (P=1 )
Střiacutedavyacute tah-tlak σc = 033 (035)Rm
Miacutejivyacute tah-tlak σhc = 061Rm
Střiacutedavyacute ohyb σoc = 043 Rm
Střiacutedavyacute krut τc = 025 Rm
DPŽ ndash Hrubyacute 31
Odhad meze uacutenavy
Meze uacutenavy v ohybu platneacute pro 50 pravděpodobnost porušeniacute
DPŽ ndash Hrubyacute 32
Rm
oblast
Re
C
Woumlhlerova křivka + Frenchova čaacutera
DPŽ ndash Hrubyacute 33
Wőhlerova křivka ndash ocel (bcc) hliniacutek (fcc)
httpwwwtokuroglucomSnCurveExpjpg httpenwikipediaorgwikiFatigue_(material)
DPŽ ndash Hrubyacute 34
Wőhlerova křivka ndash popis šikmeacute čaacutesti
KNw
CNwCN
CN
a
awa
wa
loglog
loglogloglogloglog
loglog
CNwa
bfa N2
Basquin
mocninnyacute tvar
Basquin 11 5231
10
100
1000
1 10 100 1000 10000 100000
N [1]
a [
MP
a]
bfC
1
2
1
bw
1
DPŽ ndash Hrubyacute 35
Wőhlerova křivka ndash celkovyacute popis
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
10E+01 10E+02 10E+03 10E+04 10E+05 10E+06 10E+07 10E+08 10E+09
N [1]
a [
MP
a]
CANw
Ca
Weibullův
KohoutůvndashVěchetův b
CaCN
BN
DPŽ ndash Hrubyacute 36
Dalšiacute odhady meze uacutenavy Vyhodnocovanaacute
veličina
Vztah pro mez uacutenavy při R=-1
(pravděpodobnost poruchy
P=50) [MPa]
Koeficienty a podmiacutenky
platnosti
Autor
mez pevnosti Rm
[MPa]-1=0432timesRm+22
-1=046timesRm
-1=6
1Rm+400
t-1=027timesRm
t-1=0249timesRm+25
konstrukčniacute oceli
oceli do Rm =1400 MPa
oceli do Rm =1200 až 1800
MPa
oceli Rm Ł1200
konstrukčniacute oceli
Buch
Žukov
Ponomarjev
Žukov
Buch
mez kluzu
v tahu Re a krutu
timestk [MPa]
-1=0452timesRe+94
-1=045timesRe+122
t-1=0448times tk+52
konstrukčniacute oceli
konstrukčniacute oceli
konstrukčniacute oceli
Buch
Žukov
Buch
skutečnaacute lomovaacute
pevnost f
[MPa]
-1=035times f ndash10
-1=0315times f -19
konstrukčniacute oceli
konstrukčniacute oceli
Žukov
Mc-Adam
tvrdost HB
[MPa]-1=(0128hellip0156)timesHB
-1=(0168hellip0222)timesHB
uhliacutekoveacute oceli
legovaneacute oceli
Grebenik
Grebenik
meze Rm Re
[MPa]-1=0285times( Re + Rm) konstrukčniacute oceli Šapošnikov
DPŽ ndash Hrubyacute 37
Uacutenavoveacute křivky deformace
DPŽ ndash Hrubyacute 38
Manson-Coffin ndash unavovaacute křivka
deformace
00001
0001
001
01
1
1E+00 1E+01 1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07
počet půlkmitů 2N [1]
am
plitu
da p
om
d
efo
rmace
a [
1]
ae
ap
a
f
f Eb
c
1
1
DPŽ ndash Hrubyacute 39
Manson-Coffin ndash matematickyacute popis
NcNbE
NNE
NNE
fpla
fela
cf
pla
bfela
cf
pla
bfela
2logloglog2log
loglog
2loglog2
loglog
22
cfbfpl
aelaa NN
E22
σfrsquohellipsoučinitel uacutenavoveacute pevnosti bhellipexponent uacutenavoveacute pevnosti
εfrsquohellipsoučinitel uacutenavoveacute deformace chellipexponent uacutenavoveacute deformace
bc
f
fcb
f
ft
ctf
bt
f
aplael
E
EN
NNE
11
2
1
2
1
22
Tranzitniacute počet cyklů Po logaritmickeacute uacutepravě
DPŽ ndash Hrubyacute 40
Cyklickaacute deformačniacute křivka
DPŽ ndash Hrubyacute 41
Ramberg-Osgood (platneacute pro přibližneacute
vyjaacutedřeniacute tahoveacuteho diagramu i cyklickeacute
deformačniacute křivky)
E
el
npl
K
1
elE nplK
1DOsgoodRamberg
1
n
KE
+ =
DPŽ ndash Hrubyacute 42
Hysterezniacute smyčky cyklickaacute deformačniacute křivka
Rambergova-Osgoodova aproximace
Cyklickaacute
deformačniacute
křivka Saturovaneacute
hysterezniacute
smyčky
zpevněniacute
změkčeniacute
cyklickaacute
statickaacute
1D
1n
aaa
KE
D1el
aa E 1Dnpl
aa K
R = -1
DPŽ ndash Hrubyacute 43
Saturovanaacute hysterezniacute smyčka
naapla
elaa
KE
1
Krsquo - modul cyklickeacuteho zpevněniacute
nrsquo - exponent cyklickeacuteho zpevněniacute
E - modul pružnosti v tahu
nplaa K
DPŽ ndash Hrubyacute 44
Masingova aproximace hysterezniacutech
smyček a CDK
Saturovaneacute hysterezniacute smyčky uměle
posunuty spodniacutem rohem do počaacutetku
souřadneacuteho systeacutemu [εpl σ] majiacute
shodnou horniacute větev Většina kovů se
však podle Masingova pravidla nechovaacute
Data převzata z Radim Halama Experimentaacutelniacute poznatky a fenomenologickeacute modelovaacuteniacute cyklickeacute plasticity kovů [Habilitačniacute praacutece VŠB-TU Ostrava] 2009
εpl
σ CDK prochaacuteziacute středy posunutyacutech
hyster smyček
Nevykazuje chovaacuteniacute podle
Masingova pravidla
DPŽ ndash Hrubyacute 45
Odhady uacutenavovyacutech parametrů
Parametr Nelegovaneacute a niacutezkolegovaneacute oceli Hliniacutekoveacute a titanoveacute slitiny
f mRtimes51 mRtimes671
b -0087 -0095
f times590 350
c -058 -069
C mRtimes450 mRtimes420
C timestimestimes 410951450
E
Rm E
Rmtimes420
CN 5105 times 6101times
K mRtimes651 mRtimes611
n 015 011
kde
01 pro 3103 timesŁE
Rm
timesE
Rm01253751 pro 3103 timesE
Rm
0
DPŽ ndash Hrubyacute 46
Koncentrace napětiacute
DPŽ ndash Hrubyacute 47
Koncentrace napětiacute
Součinitel tvaru
(součinitel koncentrace
elastickyacutech napětiacute)
0max
1
x
y
x
nom
maxt
SK
0
1
x
y
x
Poměrnyacute gradient
(gradient normovanyacute maximaacutelniacutem
elastickyacutem napětiacutem)
httpwwwameswebinfoStressConcentrationFactor
StressConcentrationFactorsaspx
DPŽ ndash Hrubyacute 48
Součinitel vrubu β vrubovaacute citlivost q
0
100
200
300
400
500
600
1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07 1E+08
Number of cycles [1]
Str
es
s a
mp
litu
de
[M
Pa
]
smooth
notched
FL
FLN
xc
cfK
q11 Thum
Poloměr vrubu
Vliv vrubu bez
vlivu velikosti
a povrchu
DPŽ ndash Hrubyacute 49
Vliv velikosti a jakosti povrchu
DPŽ ndash Hrubyacute 50
Vliv velikosti součaacutesti - kS
m
d
D
dc
Dc
SV
Vk
exp
exp
10
y
x
S
02
03
04
05
06
07
08
09
1
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
průměr hřiacutedele D [mm]
so
učin
itel veliko
sti
[
1]
Rm=400 až 580Rm=700 až 710litaacute ocelRm=820 až 860Rm=850 až 910Rm=890 až 1000Rm=890 až 1000 aproximacem=-003m=-004m=-005m=-006m=-0068
oceli
DPŽ ndash Hrubyacute 51
Vliv jakosti obrobeniacute povrchu - kSF
kSF
Jakost povrchu
Pevnost v tahu
etalonc
realc
SFk
DPŽ ndash Hrubyacute 52
Vliv technologie uacuteprav povrchu - kT
etalonc
technolc
Tk
DPŽ ndash Hrubyacute 53
Mez uacutenavy reaacutelneacuteho diacutelu ndash dimenzovaacuteniacute
na teoreticky nekonečnou životnost
(trvalou pevnost)
f
TSFScvc
xc
K
kkk
vpcvc
xc
DPŽ ndash Hrubyacute 54
Vliv středniacuteho napětiacute
DPŽ ndash Hrubyacute 55
Vliv středniacuteho napětiacute
DPŽ ndash Hrubyacute 56
Smithův diagram
FL
DPŽ ndash Hrubyacute 57
Haighův (Goodmanův) diagram
0Re Re Rm
Re
-m +m
a
aekv
k
F
mCA
1
F
mCA
1
a
m
F Re
C
k = 2
CC
F tg
k = 1
odhad fiktivniacuteho napětiacute
tah
ohyb
krut
Rm
Rm
Rm
F
F
F
8070
7151
t
Hodnoty součinitele citlivosti k asymetrii cyklu ψ
(bdquosbiacutehavostldquo)
Goodmanova čaacutera
DPŽ ndash Hrubyacute 58
Vyacutepočet bezpečnosti
pt
mx
c
a
k
1
1
kt
m
kt
a
k
1
2
21min kkk
1pt
M
x
c
A
1
kt
M
kt
A
aA k mM k
DPŽ ndash Hrubyacute 59
Př Prutovaacute soustava ndash SU
bull absolutně tuhyacute traacutem
bull h = 1 000 mm
bull a = 500 mm
bull mez pevnosti materiaacutelu prutů 600 MPa
bull hladkeacute pruty kruhovyacute průřez 100 mm2
bull povrch prutů leštěn ndash souč jak povrchu 095
bull součinitele velikosti všech prutů 098
bull Fh = + 10 000 N
bull Fd = - 10 000 N
bull určit bezpečnost pro teoreticky
nekonečnou životnost
h
2a
F
a2
DPŽ ndash Hrubyacute 60
Př Prutovaacute soustava ndash SN
bull absolutně tuhyacute traacutem
bull h = 1 000 mm
bull a = 500 mm
bull mez pevnosti materiaacutelu prutů 600 MPa
bull hladkeacute pruty kruhovyacute průřez 100 mm2
bull povrch prutů leštěn ndash souč jak povrchu 095
bull součinitele velikosti všech prutů 098
bull Fh = + 20 000 N
bull Fd = - 20 000 N
bull určit bezpečnost pro teoreticky
nekonečnou životnost
h
a a
F
a2
DPŽ ndash Hrubyacute 61
Př Prutovaacute soustava ndash SU ndash 2 parametry
bull určit maximaacutelniacute rozmeziacute symetricky
střiacutedavyacutech sil (působiacuteciacutech ve faacutezi) pro
teoreticky nekonečnou životnost v
zaacutevislosti na uacutehlu alfa
bull l = 1 000 mm
bull mez pevnosti materiaacutelu prutů 600
MPa
bull hladkeacute pruty kruhovyacute průřez 100
mm2
bull povrch prutů leštěn ndash souč jak
povrchu 095
bull součinitele velikosti všech prutů 098
V
H
l l
1 2
V
H
N1 N2
DPŽ ndash Hrubyacute 62
zakresleniacute diagramu pro mezniacute stav
A
Vxc
A
Hxc
cos2
cos2
cotg
cos2
cotg
cos2
bezpečnost gt 1 jeden prut na mezi
uacutenavy součaacutesti tj v
jednom prutu
bezpečnost rovna
jedneacute
Př Prutovaacute soustava ndash SU ndash 2 parametry
DPŽ ndash Hrubyacute 63
Reaacutelneacute napěťodeformačniacute stavy ve
vrubech
DPŽ ndash Hrubyacute 64
Součinitel tvaru (s koncentrace
elastickyacutech napětiacute)
Součinitel koncentrace napětiacute
Součinitel koncentrace deformace
Reaacutelnaacute napětiacute a deformace ve vrubech
0
0
0
0
e
B
S
C
eSK ficfic
t
0
0
S
C
SK
0
0
e
B
eK
e
(nom)
B 0 fic
S (nom)
Brsquo
A
Arsquo
fic=S
=timesS
=times
Crsquo
C
DPŽ ndash Hrubyacute 65
Skutečnaacute napětiacute a deformace ve vrubech
22SeeS
12
0
2
12d
2
nplnpl
vKnE
KE
U
pl
Neuber Glinka
1
22
1 n
vKE
U
vfic UU
nomnomficficfic SeU 22
2
1
2
1
2
1
z rovnosti
ploch
DPŽ ndash Hrubyacute 66
0
fic
m=1
m=066
m=05m=01
m=0
Zobecněneacute Neuberovo pravidlo
5050 el
fic E
elfic EE
2
m=0 platiacute pro tvrdeacute zatěžovaacuteniacute tj
napětiacute deformačniacuteho původu
rovnoměrně rozděleneacute po
průřezu
m=1 platiacute pro měkkeacute zatěžovaacuteniacute tj
napětiacute siloveacuteho původu
rovnoměrně rozděleneacute po
průřezu
m=01 pro napětiacute deformačniacuteho
původu mimo vruby (např
teplotniacute pnutiacute)
m=05 pro vruby zatiacuteženeacute silově i
deformačně (Neuberovo
pravidlo)
m=06 pro napětiacute siloveacuteho původu
nerovnoměrně rozloženaacute po
průřezu (např při ohybu) mmel
fic E 1
DPŽ ndash Hrubyacute 67
Př Ramberg-Osgood 12
Vzorek bez vrubu z oceli 11 5231 je vystaven tvrdeacutemu zatěžovaacuteniacute o amplitudě celkoveacute
deformace 102 3timesa Určit amplitudu napětiacute Je zadaacuteno
MPa10072 5timesE
MPa1164K
1990n
0
100
200
300
400
500
600
700
0000 0005 0010 0015 0020 0025 0030
am
plitu
da n
ap
ětiacute
[M
Pa]
amplituda poměrneacute plastikeacute deformace [-]
CDK
n
apla K
DPŽ ndash Hrubyacute 68
-300 -200 -100 0 100 200 300260
280
300
320
340
360
380
ai
ai+
1
Př Ramberg-Osgood 22
MATLAB
sig=50
krok=0
for i=110000
krok=krok+1
Sig=1164(2e-3 - sig207e5)^0199
if abs(Sig-sig)lt00001
break
end
sig=Sig
end Pro libovolnyacute odhad je řešeniacute MPa273a
1990
5
1
1007200201164
times
iai
a
19901
5 1164100720020
times aa
1
naa
aKE
DPŽ ndash Hrubyacute 69
Př koncentrace napětiacute vs deformace 13
Vzorek z oceli 11 5231 je vystaven měkkeacutemu zatěžovaacuteniacute v podeacutelneacutem směru o amplitudě
napětiacute 200 MPa Určit elastickou a plastickou složku poměrneacute deformace
662
MPa10072 5timesE MPa1164K 1990n
zadaacuteno vůči neoslabeneacutemu nominaacutelniacutemu napětiacute
mimo vrub pro danou hladinu zatiacuteženiacute
200
Oslash10
20
5
DPŽ ndash Hrubyacute 70
MPa3533200662 times avruba
319901
1
1014301164
200
times
na
aplK
019801164
3533
19901
1
nvrubavrub
aplK
3
5109660
10072
200 timestimes
E
aael
0026010072
35335
times
E
vrubavrub
ael
333 101091109660101430 timestimestimes aplaela
1720101091
022403
times
a
vruba
Př koncentrace napětiacute vs deformace 23
022400198000260 vrubapl
vrubael
vruba
DPŽ ndash Hrubyacute 71
Př koncentrace napětiacute vs deformace 33
MKP elastickeacute řešeniacute
MKP elastoplastickeacute řešeniacute
324200
863max a
a
1720
662
DPŽ ndash Hrubyacute 72
Př Vetknutyacute sloupek 12
-16 K10511 times
50 100
Ocelovyacute sloupek = lopatka dmychadla je vloženyacute mezi dva tuheacute členy = disky
oběžneacuteho kola a je namaacutehaacuten cyklicky proměnnou teplotou
Uacutekol Posoudit zda hroziacute porušeniacute při 10 000 teplotniacutech cyklech
Daacuteno rozsah pracovniacutech teplot T1 = 22 degC T2 = 370 degC
modul pružnosti v tahu E = 205 GPa
uacutenavovaacute křivka poměrneacute deformace vztaženaacute
k provozniacute teplotě s parametry
160b
580c
MPa1140 f
10 f
teplotniacute roztažnost
DPŽ ndash Hrubyacute 73
C3482237012 TTT
336 1000122
10002434810511 times
timestimestimes
teplotaaT
3580160
5104601000201000020
10052
1140
22
times
times
c
fbf
a NNE
hroziacute poruchateplota
aa Ł
Př Vetknutyacute sloupek 22
DPŽ ndash Hrubyacute 74
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 14
22SeeS
nomnomficfic Se 22
2
1
2
1
2
1
2
1
Neuber
1
2222
2222
1 nfic
vKEEE
SSeU
mmelfic E 1
c
bnK
nf
f
b
c
f
fE
do Ramberga-Osgooda
naaa
KE
1
DPŽ ndash Hrubyacute 75
mmelfic E 1
m
bc
f
f
m
ficEE
E
1
m
bc
f
fmm
ficE
E
1
1
0
f
1
fic
m
bc
f
fm E
i
iii
f
f1
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 24
DPŽ ndash Hrubyacute 76
11
1
1
1
1
1
bc
f
i
f
f
m
bc
f
i
fimi
m
bc
f
i
fimi
fic
m
bc
f
i
fimi
ii
b
cEEmEm
E
1
npl
K
E
el
1
n
KE
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 34
DPŽ ndash Hrubyacute 77
K [MPa] n [-] c [-] εrsquof [-] b [-] σrsquof [MPa] E [MPa]
1020 014066 -06586 0921985 -0092718 1009234 21105
MPa700fic 50m
Iterace
Napětiacute ve vrubu
[MPa]
0 700
1 55953
2 48112
3 45414
4 45114
5 45111
6 45111 0005175
00030270002148
plel
00030271020
11451
1406601
1
npl
K
00021481012
114515
times
E
el
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 44
DPŽ ndash Hrubyacute 11
Mezniacute stavy z pohledu funkčnosti
Statickaacute pevnost křehkyacute lom
Plastickeacute přetvořeniacute
Stabilita (vzpěr)
Creep (tečeniacute za vysokyacutech teplot)
Dynamickaacute odezva ndash vynuceneacute kmitaacuteniacute
Uacutenava ndash niacutezkocyklovaacute vysokocyklovaacute
Opotřebeniacute a koroze
hellip
Interakce a různeacute kombinace mezniacutech stavů
Ztraacuteta schopnosti konstrukce plnit funkci pro kterou byla určena
DPŽ ndash Hrubyacute 12
Uacutenava materiaacutelu
DPŽ ndash Hrubyacute 13
Uacutenava ndash scheacutema metodiky hodnoceniacute Konstrukčniacute naacutevrh
nevyhovuje vyhovuje
Zatiacuteženiacute vibrace
(teorie)
Materiaacutel Technologie vyacuteroby Provozniacute podmiacutenky
Materiaacuteloveacute zkoušky
- Woumlhlerova křivka
- Mansonova-Coffinova křivka
- cyklickaacute deformačniacute křivka
- lomovaacute houževnatost
Ovlivňujiacuteciacute faktory
- zbytkovaacute pnutiacute (RTG analyacutezy)
- defekty (NDT analyacutezy)
- koroze
- vliv zvyacutešenyacutech teplot
Provozniacute napětiacute Dovoleneacute napětiacute
Odhad životnosti Uacutenavoveacute zkoušky na konstrukci
Posouzeniacute životnosti Konstrukce produkce
Fraktografie NDT
RTG akustickaacute emise
Zatiacuteženiacute vibrace
(realita)
DPŽ ndash Hrubyacute 14
Uacutenava materiaacutelu ndash faacuteze aplikace
Apriorniacute (design)
naacutevrh konstrukce
optimalizace
naacutevrh technologie
omezeniacute provozniacutech
podmiacutenek
Aposteriorniacute (provoz)
provozniacute inspekce
poruchy a havaacuterie
wwwreskofcz
DPŽ ndash Hrubyacute 15
Vyacutepočet uacutenavoveacuteho poškozeniacute ndash
praxe scheacutema vyacutepočtu
Analyacuteza
mezniacuteho stavu
poškozeniacute
CAD
model
MISES VALUE
+367 E+00
+283 E+02
+170 E+02
+336 E+02
+419 E+02
+502 E+02
+585 E+02
+668 E+02
+751 E+02
+834 E+02
+867 E+01
+917 E+02
+100 E+03
+163 E+03
1
2
3
MKP
analyacuteza
V přiacutepadě
nevyhověniacute
uacuteprava
konstrukce
DPŽ ndash Hrubyacute 16
Uacutenava ndash uacutenavoveacute poškozeniacute ndash přiacutestupy
Critical
Location
Permanent strength
(unlimited fatigue life)
Fatigue strength
(limited fatigue life)
SAFE-LIFE
structure
FAIL-SAFE
structure
Damage Tolerance
structure
Slow Crack Growth
structure
Inspection
possible
Multiple
elements
YES
Theoretically
infinite life
NO
NO
NO
YES
YES
DPŽ ndash Hrubyacute 17
Metody predikce životnosti
Přiacutestup pomociacute nominaacutelniacutech napětiacute
(NSA - Nominal Stress Approach)
Přiacutestup pomociacute lokaacutelniacutech elastickyacutech napětiacute
(LESA - Local Elastic Stress Approach)
Přiacutestup pomociacute lokaacutelniacutech elasto-plastickyacutech
napětiacute a deformaciacute
(LPSA - Local Plastic Stress
and Strain Approach)
Přiacutestup využiacutevajiacuteciacute lomoveacute mechaniky
(FMA - Fracture Mechanics Approach)
Hrubyacute
Jurenka
DPŽ ndash Hrubyacute 18
Pozadiacute fenomeacutenu uacutenavy
DPŽ ndash Hrubyacute 19
Krystalografickeacute mřiacutežky kovů
kubickaacute prostorově centrovanaacute
(body centered cubic ndash BCC)
chrom wolfram vanad železo α
kubickaacute plošně centrovanaacute
(face centered cubic ndash FCC)
železo γ nikl hliniacutek měď olovo zlato
platina střiacutebro
httpmechmeswebsnadnoczdokumentypri-st-05_vnitrnistrukturakovupdf
šesterečnaacute
(hexagonal)
hořčiacutek zinek titan
DPŽ ndash Hrubyacute 20
Krystalografickaacute mřiacutežka - poruchy
httppythonriceedu~arbCourses360_defects_handout_01pdf
čaacuteroveacute poruchy - dislokace
plochoveacute
poruchy -
zrna hranice zrn
bodoveacute poruchy
DPŽ ndash Hrubyacute 21
Technickeacute slitiny železa
httpcswikipediaorgwikiSouborDiagramm_phasenjpg
makroskopickaacute isometrie
diacuteky naacutehodneacute orientaci
anisotropniacutech krystalů v tuheacute
faacutezi
httpwwwpedmuniczwphyFyzVlaindexhtm
V každeacutem materiaacutelu jsou
poruchy ideaacutelniacute struktury
DPŽ ndash Hrubyacute 22
bull Faacuteze změn mechanickyacutech
vlastnostiacute změny struktury kovu v
celeacutem objemu Doba trvaacuteniacute několik
procent života do lomu
bull Faacuteze nukleace (iniciace)
mikrotrhliny formovaacuteniacute
makrotrhliny zahrnuje lokaacutelniacute
změny v povrchoveacute vrstvě vyvolaneacute
silokačniacutemi efekty a naacutesledneacute
propojovaacuteniacute mikrotrhlin nebo růst
dominantniacute mikrotrhliny Doba trvaacuteniacute
10 i 90 života
bull Faacuteze šiacuteřeniacute makrotrhliny Zahrnuje
staacutedium růstu dominantniacute
makrotrhliny změnu jejiacuteho směru
kolmo na max hlavniacute napětiacute
bull Faacuteze zaacutevěrečneacuteho lomu je
reprezentovaacutena přechodem na
zrychlenyacutem rozvojem zakončenyacutem
houževnatyacutem nebo křehkyacutem lomem
na mezi kluzu nebo mezi pevnosti
1 A
10 2 A
1 m 10 2 m 1 mm 10
2 mm
Atomic
Distance Grain Size
of Austenite
Micro-crack
Formation
Glissile
Dislocation
Macro-crack
Creation
Macro-crack
Growth
Faacuteze uacutenavoveacuteho procesu 1
2
3
4
DPŽ ndash Hrubyacute 23
t
t
t
t
t t
t
t
t
a
b
c
d
e
0
A
B
C
DD
C
B
A
0
Cacute
E
Cyklickeacute
zpevněniacute
Cyklickeacute
změkčeniacute
Cyklickaacute
relaxace
Cyklickyacute creep
(ratchetting)
Paměťovyacute
efekt
1 Mechanickeacute změny při cyklovaacuteniacute
DPŽ ndash Hrubyacute 24
Miacutesta iniciace lomovaacute plocha
Striačniacute čaacutery
postupu čela
trhliny
Miacutesto
iniciace
Extruse
Skluzovaacute paacutesma
Intruse
2
3
4
DPŽ ndash Hrubyacute 25
Charakteristiky harmonickeacuteho
cyklickeacuteho namaacutehaacuteniacute
DPŽ ndash Hrubyacute 26
Harmonickeacute zatěžovaacuteniacute
amplituda napětiacute
středniacute hodnota napětiacute
perioda kmitu napěťově řiacutezeneacute zatěžovaacuteniacute ndash
měkkeacute
deformačně řiacutezeneacute zatěžovaacuteniacute ndash
tvrdeacute
httpfatiguecalculatorcom
2
dha
2
dhm
rozkmit napětiacute
koeficient nesouměrnosti
frekvence kmitu
dh
h
dR
T
Tf
1
T
a
m
h
d
DPŽ ndash Hrubyacute 27
Druhy kmitů sta
tickyacute v
tla
ku
pu
lzu
jiacuteciacute
v t
laku
sym
etr
ick
y s
třiacuted
avyacute
miacutej
ivyacute
v t
lak
u
neso
um
ěrn
ě s
třiacuted
avyacute
(stř
h
od
no
ta v
tla
ku
)
nes
ou
mě
rně
stř
iacuteda
vyacute
(stř
h
od
no
ta v
tah
u)
sta
tic
kyacute
v t
ah
u
pu
lzu
jiacuteciacute
v t
ah
u
miacutejiv
yacute v
tah
u
1R
1R
R 10R
1R
1R
01R
1R
0R
DPŽ ndash Hrubyacute 28
Uacutenavoveacute křivky napětiacute
DPŽ ndash Hrubyacute 29
Historie uacutenavy materiaacutelu
19 stoletiacute rozvoj technickeacuteho poznaacuteniacute rozšiacuteřeniacute možnosti využitiacute
oceli a kovovyacutech materiaacutelů v běžneacute praxi
Rozvoj železničniacute dopravy parniacute lokomotiva Mr G Stephenson 1829
Stavebnictviacute (mosty a nosneacute konstrukce) Eiffelova věž 1889
Rozvoj lodniacute dopravy
Vyacuteraznyacute technickyacute pokrok rostouciacute počet havaacuteriiacute ndash lomy konstrukciacute
Lomy os železničniacutech soukoliacute (konec 19 st)
August Wőhler (1819-1914)
DPŽ ndash Hrubyacute 30
Odhad meze uacutenavy
Uhliacutek oceli (P=1 )
Střiacutedavyacute tah-tlak σc = 033 (035)Rm
Miacutejivyacute tah-tlak σhc = 061Rm
Střiacutedavyacute ohyb σoc = 043 Rm
Střiacutedavyacute krut τc = 025 Rm
DPŽ ndash Hrubyacute 31
Odhad meze uacutenavy
Meze uacutenavy v ohybu platneacute pro 50 pravděpodobnost porušeniacute
DPŽ ndash Hrubyacute 32
Rm
oblast
Re
C
Woumlhlerova křivka + Frenchova čaacutera
DPŽ ndash Hrubyacute 33
Wőhlerova křivka ndash ocel (bcc) hliniacutek (fcc)
httpwwwtokuroglucomSnCurveExpjpg httpenwikipediaorgwikiFatigue_(material)
DPŽ ndash Hrubyacute 34
Wőhlerova křivka ndash popis šikmeacute čaacutesti
KNw
CNwCN
CN
a
awa
wa
loglog
loglogloglogloglog
loglog
CNwa
bfa N2
Basquin
mocninnyacute tvar
Basquin 11 5231
10
100
1000
1 10 100 1000 10000 100000
N [1]
a [
MP
a]
bfC
1
2
1
bw
1
DPŽ ndash Hrubyacute 35
Wőhlerova křivka ndash celkovyacute popis
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
10E+01 10E+02 10E+03 10E+04 10E+05 10E+06 10E+07 10E+08 10E+09
N [1]
a [
MP
a]
CANw
Ca
Weibullův
KohoutůvndashVěchetův b
CaCN
BN
DPŽ ndash Hrubyacute 36
Dalšiacute odhady meze uacutenavy Vyhodnocovanaacute
veličina
Vztah pro mez uacutenavy při R=-1
(pravděpodobnost poruchy
P=50) [MPa]
Koeficienty a podmiacutenky
platnosti
Autor
mez pevnosti Rm
[MPa]-1=0432timesRm+22
-1=046timesRm
-1=6
1Rm+400
t-1=027timesRm
t-1=0249timesRm+25
konstrukčniacute oceli
oceli do Rm =1400 MPa
oceli do Rm =1200 až 1800
MPa
oceli Rm Ł1200
konstrukčniacute oceli
Buch
Žukov
Ponomarjev
Žukov
Buch
mez kluzu
v tahu Re a krutu
timestk [MPa]
-1=0452timesRe+94
-1=045timesRe+122
t-1=0448times tk+52
konstrukčniacute oceli
konstrukčniacute oceli
konstrukčniacute oceli
Buch
Žukov
Buch
skutečnaacute lomovaacute
pevnost f
[MPa]
-1=035times f ndash10
-1=0315times f -19
konstrukčniacute oceli
konstrukčniacute oceli
Žukov
Mc-Adam
tvrdost HB
[MPa]-1=(0128hellip0156)timesHB
-1=(0168hellip0222)timesHB
uhliacutekoveacute oceli
legovaneacute oceli
Grebenik
Grebenik
meze Rm Re
[MPa]-1=0285times( Re + Rm) konstrukčniacute oceli Šapošnikov
DPŽ ndash Hrubyacute 37
Uacutenavoveacute křivky deformace
DPŽ ndash Hrubyacute 38
Manson-Coffin ndash unavovaacute křivka
deformace
00001
0001
001
01
1
1E+00 1E+01 1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07
počet půlkmitů 2N [1]
am
plitu
da p
om
d
efo
rmace
a [
1]
ae
ap
a
f
f Eb
c
1
1
DPŽ ndash Hrubyacute 39
Manson-Coffin ndash matematickyacute popis
NcNbE
NNE
NNE
fpla
fela
cf
pla
bfela
cf
pla
bfela
2logloglog2log
loglog
2loglog2
loglog
22
cfbfpl
aelaa NN
E22
σfrsquohellipsoučinitel uacutenavoveacute pevnosti bhellipexponent uacutenavoveacute pevnosti
εfrsquohellipsoučinitel uacutenavoveacute deformace chellipexponent uacutenavoveacute deformace
bc
f
fcb
f
ft
ctf
bt
f
aplael
E
EN
NNE
11
2
1
2
1
22
Tranzitniacute počet cyklů Po logaritmickeacute uacutepravě
DPŽ ndash Hrubyacute 40
Cyklickaacute deformačniacute křivka
DPŽ ndash Hrubyacute 41
Ramberg-Osgood (platneacute pro přibližneacute
vyjaacutedřeniacute tahoveacuteho diagramu i cyklickeacute
deformačniacute křivky)
E
el
npl
K
1
elE nplK
1DOsgoodRamberg
1
n
KE
+ =
DPŽ ndash Hrubyacute 42
Hysterezniacute smyčky cyklickaacute deformačniacute křivka
Rambergova-Osgoodova aproximace
Cyklickaacute
deformačniacute
křivka Saturovaneacute
hysterezniacute
smyčky
zpevněniacute
změkčeniacute
cyklickaacute
statickaacute
1D
1n
aaa
KE
D1el
aa E 1Dnpl
aa K
R = -1
DPŽ ndash Hrubyacute 43
Saturovanaacute hysterezniacute smyčka
naapla
elaa
KE
1
Krsquo - modul cyklickeacuteho zpevněniacute
nrsquo - exponent cyklickeacuteho zpevněniacute
E - modul pružnosti v tahu
nplaa K
DPŽ ndash Hrubyacute 44
Masingova aproximace hysterezniacutech
smyček a CDK
Saturovaneacute hysterezniacute smyčky uměle
posunuty spodniacutem rohem do počaacutetku
souřadneacuteho systeacutemu [εpl σ] majiacute
shodnou horniacute větev Většina kovů se
však podle Masingova pravidla nechovaacute
Data převzata z Radim Halama Experimentaacutelniacute poznatky a fenomenologickeacute modelovaacuteniacute cyklickeacute plasticity kovů [Habilitačniacute praacutece VŠB-TU Ostrava] 2009
εpl
σ CDK prochaacuteziacute středy posunutyacutech
hyster smyček
Nevykazuje chovaacuteniacute podle
Masingova pravidla
DPŽ ndash Hrubyacute 45
Odhady uacutenavovyacutech parametrů
Parametr Nelegovaneacute a niacutezkolegovaneacute oceli Hliniacutekoveacute a titanoveacute slitiny
f mRtimes51 mRtimes671
b -0087 -0095
f times590 350
c -058 -069
C mRtimes450 mRtimes420
C timestimestimes 410951450
E
Rm E
Rmtimes420
CN 5105 times 6101times
K mRtimes651 mRtimes611
n 015 011
kde
01 pro 3103 timesŁE
Rm
timesE
Rm01253751 pro 3103 timesE
Rm
0
DPŽ ndash Hrubyacute 46
Koncentrace napětiacute
DPŽ ndash Hrubyacute 47
Koncentrace napětiacute
Součinitel tvaru
(součinitel koncentrace
elastickyacutech napětiacute)
0max
1
x
y
x
nom
maxt
SK
0
1
x
y
x
Poměrnyacute gradient
(gradient normovanyacute maximaacutelniacutem
elastickyacutem napětiacutem)
httpwwwameswebinfoStressConcentrationFactor
StressConcentrationFactorsaspx
DPŽ ndash Hrubyacute 48
Součinitel vrubu β vrubovaacute citlivost q
0
100
200
300
400
500
600
1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07 1E+08
Number of cycles [1]
Str
es
s a
mp
litu
de
[M
Pa
]
smooth
notched
FL
FLN
xc
cfK
q11 Thum
Poloměr vrubu
Vliv vrubu bez
vlivu velikosti
a povrchu
DPŽ ndash Hrubyacute 49
Vliv velikosti a jakosti povrchu
DPŽ ndash Hrubyacute 50
Vliv velikosti součaacutesti - kS
m
d
D
dc
Dc
SV
Vk
exp
exp
10
y
x
S
02
03
04
05
06
07
08
09
1
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
průměr hřiacutedele D [mm]
so
učin
itel veliko
sti
[
1]
Rm=400 až 580Rm=700 až 710litaacute ocelRm=820 až 860Rm=850 až 910Rm=890 až 1000Rm=890 až 1000 aproximacem=-003m=-004m=-005m=-006m=-0068
oceli
DPŽ ndash Hrubyacute 51
Vliv jakosti obrobeniacute povrchu - kSF
kSF
Jakost povrchu
Pevnost v tahu
etalonc
realc
SFk
DPŽ ndash Hrubyacute 52
Vliv technologie uacuteprav povrchu - kT
etalonc
technolc
Tk
DPŽ ndash Hrubyacute 53
Mez uacutenavy reaacutelneacuteho diacutelu ndash dimenzovaacuteniacute
na teoreticky nekonečnou životnost
(trvalou pevnost)
f
TSFScvc
xc
K
kkk
vpcvc
xc
DPŽ ndash Hrubyacute 54
Vliv středniacuteho napětiacute
DPŽ ndash Hrubyacute 55
Vliv středniacuteho napětiacute
DPŽ ndash Hrubyacute 56
Smithův diagram
FL
DPŽ ndash Hrubyacute 57
Haighův (Goodmanův) diagram
0Re Re Rm
Re
-m +m
a
aekv
k
F
mCA
1
F
mCA
1
a
m
F Re
C
k = 2
CC
F tg
k = 1
odhad fiktivniacuteho napětiacute
tah
ohyb
krut
Rm
Rm
Rm
F
F
F
8070
7151
t
Hodnoty součinitele citlivosti k asymetrii cyklu ψ
(bdquosbiacutehavostldquo)
Goodmanova čaacutera
DPŽ ndash Hrubyacute 58
Vyacutepočet bezpečnosti
pt
mx
c
a
k
1
1
kt
m
kt
a
k
1
2
21min kkk
1pt
M
x
c
A
1
kt
M
kt
A
aA k mM k
DPŽ ndash Hrubyacute 59
Př Prutovaacute soustava ndash SU
bull absolutně tuhyacute traacutem
bull h = 1 000 mm
bull a = 500 mm
bull mez pevnosti materiaacutelu prutů 600 MPa
bull hladkeacute pruty kruhovyacute průřez 100 mm2
bull povrch prutů leštěn ndash souč jak povrchu 095
bull součinitele velikosti všech prutů 098
bull Fh = + 10 000 N
bull Fd = - 10 000 N
bull určit bezpečnost pro teoreticky
nekonečnou životnost
h
2a
F
a2
DPŽ ndash Hrubyacute 60
Př Prutovaacute soustava ndash SN
bull absolutně tuhyacute traacutem
bull h = 1 000 mm
bull a = 500 mm
bull mez pevnosti materiaacutelu prutů 600 MPa
bull hladkeacute pruty kruhovyacute průřez 100 mm2
bull povrch prutů leštěn ndash souč jak povrchu 095
bull součinitele velikosti všech prutů 098
bull Fh = + 20 000 N
bull Fd = - 20 000 N
bull určit bezpečnost pro teoreticky
nekonečnou životnost
h
a a
F
a2
DPŽ ndash Hrubyacute 61
Př Prutovaacute soustava ndash SU ndash 2 parametry
bull určit maximaacutelniacute rozmeziacute symetricky
střiacutedavyacutech sil (působiacuteciacutech ve faacutezi) pro
teoreticky nekonečnou životnost v
zaacutevislosti na uacutehlu alfa
bull l = 1 000 mm
bull mez pevnosti materiaacutelu prutů 600
MPa
bull hladkeacute pruty kruhovyacute průřez 100
mm2
bull povrch prutů leštěn ndash souč jak
povrchu 095
bull součinitele velikosti všech prutů 098
V
H
l l
1 2
V
H
N1 N2
DPŽ ndash Hrubyacute 62
zakresleniacute diagramu pro mezniacute stav
A
Vxc
A
Hxc
cos2
cos2
cotg
cos2
cotg
cos2
bezpečnost gt 1 jeden prut na mezi
uacutenavy součaacutesti tj v
jednom prutu
bezpečnost rovna
jedneacute
Př Prutovaacute soustava ndash SU ndash 2 parametry
DPŽ ndash Hrubyacute 63
Reaacutelneacute napěťodeformačniacute stavy ve
vrubech
DPŽ ndash Hrubyacute 64
Součinitel tvaru (s koncentrace
elastickyacutech napětiacute)
Součinitel koncentrace napětiacute
Součinitel koncentrace deformace
Reaacutelnaacute napětiacute a deformace ve vrubech
0
0
0
0
e
B
S
C
eSK ficfic
t
0
0
S
C
SK
0
0
e
B
eK
e
(nom)
B 0 fic
S (nom)
Brsquo
A
Arsquo
fic=S
=timesS
=times
Crsquo
C
DPŽ ndash Hrubyacute 65
Skutečnaacute napětiacute a deformace ve vrubech
22SeeS
12
0
2
12d
2
nplnpl
vKnE
KE
U
pl
Neuber Glinka
1
22
1 n
vKE
U
vfic UU
nomnomficficfic SeU 22
2
1
2
1
2
1
z rovnosti
ploch
DPŽ ndash Hrubyacute 66
0
fic
m=1
m=066
m=05m=01
m=0
Zobecněneacute Neuberovo pravidlo
5050 el
fic E
elfic EE
2
m=0 platiacute pro tvrdeacute zatěžovaacuteniacute tj
napětiacute deformačniacuteho původu
rovnoměrně rozděleneacute po
průřezu
m=1 platiacute pro měkkeacute zatěžovaacuteniacute tj
napětiacute siloveacuteho původu
rovnoměrně rozděleneacute po
průřezu
m=01 pro napětiacute deformačniacuteho
původu mimo vruby (např
teplotniacute pnutiacute)
m=05 pro vruby zatiacuteženeacute silově i
deformačně (Neuberovo
pravidlo)
m=06 pro napětiacute siloveacuteho původu
nerovnoměrně rozloženaacute po
průřezu (např při ohybu) mmel
fic E 1
DPŽ ndash Hrubyacute 67
Př Ramberg-Osgood 12
Vzorek bez vrubu z oceli 11 5231 je vystaven tvrdeacutemu zatěžovaacuteniacute o amplitudě celkoveacute
deformace 102 3timesa Určit amplitudu napětiacute Je zadaacuteno
MPa10072 5timesE
MPa1164K
1990n
0
100
200
300
400
500
600
700
0000 0005 0010 0015 0020 0025 0030
am
plitu
da n
ap
ětiacute
[M
Pa]
amplituda poměrneacute plastikeacute deformace [-]
CDK
n
apla K
DPŽ ndash Hrubyacute 68
-300 -200 -100 0 100 200 300260
280
300
320
340
360
380
ai
ai+
1
Př Ramberg-Osgood 22
MATLAB
sig=50
krok=0
for i=110000
krok=krok+1
Sig=1164(2e-3 - sig207e5)^0199
if abs(Sig-sig)lt00001
break
end
sig=Sig
end Pro libovolnyacute odhad je řešeniacute MPa273a
1990
5
1
1007200201164
times
iai
a
19901
5 1164100720020
times aa
1
naa
aKE
DPŽ ndash Hrubyacute 69
Př koncentrace napětiacute vs deformace 13
Vzorek z oceli 11 5231 je vystaven měkkeacutemu zatěžovaacuteniacute v podeacutelneacutem směru o amplitudě
napětiacute 200 MPa Určit elastickou a plastickou složku poměrneacute deformace
662
MPa10072 5timesE MPa1164K 1990n
zadaacuteno vůči neoslabeneacutemu nominaacutelniacutemu napětiacute
mimo vrub pro danou hladinu zatiacuteženiacute
200
Oslash10
20
5
DPŽ ndash Hrubyacute 70
MPa3533200662 times avruba
319901
1
1014301164
200
times
na
aplK
019801164
3533
19901
1
nvrubavrub
aplK
3
5109660
10072
200 timestimes
E
aael
0026010072
35335
times
E
vrubavrub
ael
333 101091109660101430 timestimestimes aplaela
1720101091
022403
times
a
vruba
Př koncentrace napětiacute vs deformace 23
022400198000260 vrubapl
vrubael
vruba
DPŽ ndash Hrubyacute 71
Př koncentrace napětiacute vs deformace 33
MKP elastickeacute řešeniacute
MKP elastoplastickeacute řešeniacute
324200
863max a
a
1720
662
DPŽ ndash Hrubyacute 72
Př Vetknutyacute sloupek 12
-16 K10511 times
50 100
Ocelovyacute sloupek = lopatka dmychadla je vloženyacute mezi dva tuheacute členy = disky
oběžneacuteho kola a je namaacutehaacuten cyklicky proměnnou teplotou
Uacutekol Posoudit zda hroziacute porušeniacute při 10 000 teplotniacutech cyklech
Daacuteno rozsah pracovniacutech teplot T1 = 22 degC T2 = 370 degC
modul pružnosti v tahu E = 205 GPa
uacutenavovaacute křivka poměrneacute deformace vztaženaacute
k provozniacute teplotě s parametry
160b
580c
MPa1140 f
10 f
teplotniacute roztažnost
DPŽ ndash Hrubyacute 73
C3482237012 TTT
336 1000122
10002434810511 times
timestimestimes
teplotaaT
3580160
5104601000201000020
10052
1140
22
times
times
c
fbf
a NNE
hroziacute poruchateplota
aa Ł
Př Vetknutyacute sloupek 22
DPŽ ndash Hrubyacute 74
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 14
22SeeS
nomnomficfic Se 22
2
1
2
1
2
1
2
1
Neuber
1
2222
2222
1 nfic
vKEEE
SSeU
mmelfic E 1
c
bnK
nf
f
b
c
f
fE
do Ramberga-Osgooda
naaa
KE
1
DPŽ ndash Hrubyacute 75
mmelfic E 1
m
bc
f
f
m
ficEE
E
1
m
bc
f
fmm
ficE
E
1
1
0
f
1
fic
m
bc
f
fm E
i
iii
f
f1
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 24
DPŽ ndash Hrubyacute 76
11
1
1
1
1
1
bc
f
i
f
f
m
bc
f
i
fimi
m
bc
f
i
fimi
fic
m
bc
f
i
fimi
ii
b
cEEmEm
E
1
npl
K
E
el
1
n
KE
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 34
DPŽ ndash Hrubyacute 77
K [MPa] n [-] c [-] εrsquof [-] b [-] σrsquof [MPa] E [MPa]
1020 014066 -06586 0921985 -0092718 1009234 21105
MPa700fic 50m
Iterace
Napětiacute ve vrubu
[MPa]
0 700
1 55953
2 48112
3 45414
4 45114
5 45111
6 45111 0005175
00030270002148
plel
00030271020
11451
1406601
1
npl
K
00021481012
114515
times
E
el
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 44
DPŽ ndash Hrubyacute 12
Uacutenava materiaacutelu
DPŽ ndash Hrubyacute 13
Uacutenava ndash scheacutema metodiky hodnoceniacute Konstrukčniacute naacutevrh
nevyhovuje vyhovuje
Zatiacuteženiacute vibrace
(teorie)
Materiaacutel Technologie vyacuteroby Provozniacute podmiacutenky
Materiaacuteloveacute zkoušky
- Woumlhlerova křivka
- Mansonova-Coffinova křivka
- cyklickaacute deformačniacute křivka
- lomovaacute houževnatost
Ovlivňujiacuteciacute faktory
- zbytkovaacute pnutiacute (RTG analyacutezy)
- defekty (NDT analyacutezy)
- koroze
- vliv zvyacutešenyacutech teplot
Provozniacute napětiacute Dovoleneacute napětiacute
Odhad životnosti Uacutenavoveacute zkoušky na konstrukci
Posouzeniacute životnosti Konstrukce produkce
Fraktografie NDT
RTG akustickaacute emise
Zatiacuteženiacute vibrace
(realita)
DPŽ ndash Hrubyacute 14
Uacutenava materiaacutelu ndash faacuteze aplikace
Apriorniacute (design)
naacutevrh konstrukce
optimalizace
naacutevrh technologie
omezeniacute provozniacutech
podmiacutenek
Aposteriorniacute (provoz)
provozniacute inspekce
poruchy a havaacuterie
wwwreskofcz
DPŽ ndash Hrubyacute 15
Vyacutepočet uacutenavoveacuteho poškozeniacute ndash
praxe scheacutema vyacutepočtu
Analyacuteza
mezniacuteho stavu
poškozeniacute
CAD
model
MISES VALUE
+367 E+00
+283 E+02
+170 E+02
+336 E+02
+419 E+02
+502 E+02
+585 E+02
+668 E+02
+751 E+02
+834 E+02
+867 E+01
+917 E+02
+100 E+03
+163 E+03
1
2
3
MKP
analyacuteza
V přiacutepadě
nevyhověniacute
uacuteprava
konstrukce
DPŽ ndash Hrubyacute 16
Uacutenava ndash uacutenavoveacute poškozeniacute ndash přiacutestupy
Critical
Location
Permanent strength
(unlimited fatigue life)
Fatigue strength
(limited fatigue life)
SAFE-LIFE
structure
FAIL-SAFE
structure
Damage Tolerance
structure
Slow Crack Growth
structure
Inspection
possible
Multiple
elements
YES
Theoretically
infinite life
NO
NO
NO
YES
YES
DPŽ ndash Hrubyacute 17
Metody predikce životnosti
Přiacutestup pomociacute nominaacutelniacutech napětiacute
(NSA - Nominal Stress Approach)
Přiacutestup pomociacute lokaacutelniacutech elastickyacutech napětiacute
(LESA - Local Elastic Stress Approach)
Přiacutestup pomociacute lokaacutelniacutech elasto-plastickyacutech
napětiacute a deformaciacute
(LPSA - Local Plastic Stress
and Strain Approach)
Přiacutestup využiacutevajiacuteciacute lomoveacute mechaniky
(FMA - Fracture Mechanics Approach)
Hrubyacute
Jurenka
DPŽ ndash Hrubyacute 18
Pozadiacute fenomeacutenu uacutenavy
DPŽ ndash Hrubyacute 19
Krystalografickeacute mřiacutežky kovů
kubickaacute prostorově centrovanaacute
(body centered cubic ndash BCC)
chrom wolfram vanad železo α
kubickaacute plošně centrovanaacute
(face centered cubic ndash FCC)
železo γ nikl hliniacutek měď olovo zlato
platina střiacutebro
httpmechmeswebsnadnoczdokumentypri-st-05_vnitrnistrukturakovupdf
šesterečnaacute
(hexagonal)
hořčiacutek zinek titan
DPŽ ndash Hrubyacute 20
Krystalografickaacute mřiacutežka - poruchy
httppythonriceedu~arbCourses360_defects_handout_01pdf
čaacuteroveacute poruchy - dislokace
plochoveacute
poruchy -
zrna hranice zrn
bodoveacute poruchy
DPŽ ndash Hrubyacute 21
Technickeacute slitiny železa
httpcswikipediaorgwikiSouborDiagramm_phasenjpg
makroskopickaacute isometrie
diacuteky naacutehodneacute orientaci
anisotropniacutech krystalů v tuheacute
faacutezi
httpwwwpedmuniczwphyFyzVlaindexhtm
V každeacutem materiaacutelu jsou
poruchy ideaacutelniacute struktury
DPŽ ndash Hrubyacute 22
bull Faacuteze změn mechanickyacutech
vlastnostiacute změny struktury kovu v
celeacutem objemu Doba trvaacuteniacute několik
procent života do lomu
bull Faacuteze nukleace (iniciace)
mikrotrhliny formovaacuteniacute
makrotrhliny zahrnuje lokaacutelniacute
změny v povrchoveacute vrstvě vyvolaneacute
silokačniacutemi efekty a naacutesledneacute
propojovaacuteniacute mikrotrhlin nebo růst
dominantniacute mikrotrhliny Doba trvaacuteniacute
10 i 90 života
bull Faacuteze šiacuteřeniacute makrotrhliny Zahrnuje
staacutedium růstu dominantniacute
makrotrhliny změnu jejiacuteho směru
kolmo na max hlavniacute napětiacute
bull Faacuteze zaacutevěrečneacuteho lomu je
reprezentovaacutena přechodem na
zrychlenyacutem rozvojem zakončenyacutem
houževnatyacutem nebo křehkyacutem lomem
na mezi kluzu nebo mezi pevnosti
1 A
10 2 A
1 m 10 2 m 1 mm 10
2 mm
Atomic
Distance Grain Size
of Austenite
Micro-crack
Formation
Glissile
Dislocation
Macro-crack
Creation
Macro-crack
Growth
Faacuteze uacutenavoveacuteho procesu 1
2
3
4
DPŽ ndash Hrubyacute 23
t
t
t
t
t t
t
t
t
a
b
c
d
e
0
A
B
C
DD
C
B
A
0
Cacute
E
Cyklickeacute
zpevněniacute
Cyklickeacute
změkčeniacute
Cyklickaacute
relaxace
Cyklickyacute creep
(ratchetting)
Paměťovyacute
efekt
1 Mechanickeacute změny při cyklovaacuteniacute
DPŽ ndash Hrubyacute 24
Miacutesta iniciace lomovaacute plocha
Striačniacute čaacutery
postupu čela
trhliny
Miacutesto
iniciace
Extruse
Skluzovaacute paacutesma
Intruse
2
3
4
DPŽ ndash Hrubyacute 25
Charakteristiky harmonickeacuteho
cyklickeacuteho namaacutehaacuteniacute
DPŽ ndash Hrubyacute 26
Harmonickeacute zatěžovaacuteniacute
amplituda napětiacute
středniacute hodnota napětiacute
perioda kmitu napěťově řiacutezeneacute zatěžovaacuteniacute ndash
měkkeacute
deformačně řiacutezeneacute zatěžovaacuteniacute ndash
tvrdeacute
httpfatiguecalculatorcom
2
dha
2
dhm
rozkmit napětiacute
koeficient nesouměrnosti
frekvence kmitu
dh
h
dR
T
Tf
1
T
a
m
h
d
DPŽ ndash Hrubyacute 27
Druhy kmitů sta
tickyacute v
tla
ku
pu
lzu
jiacuteciacute
v t
laku
sym
etr
ick
y s
třiacuted
avyacute
miacutej
ivyacute
v t
lak
u
neso
um
ěrn
ě s
třiacuted
avyacute
(stř
h
od
no
ta v
tla
ku
)
nes
ou
mě
rně
stř
iacuteda
vyacute
(stř
h
od
no
ta v
tah
u)
sta
tic
kyacute
v t
ah
u
pu
lzu
jiacuteciacute
v t
ah
u
miacutejiv
yacute v
tah
u
1R
1R
R 10R
1R
1R
01R
1R
0R
DPŽ ndash Hrubyacute 28
Uacutenavoveacute křivky napětiacute
DPŽ ndash Hrubyacute 29
Historie uacutenavy materiaacutelu
19 stoletiacute rozvoj technickeacuteho poznaacuteniacute rozšiacuteřeniacute možnosti využitiacute
oceli a kovovyacutech materiaacutelů v běžneacute praxi
Rozvoj železničniacute dopravy parniacute lokomotiva Mr G Stephenson 1829
Stavebnictviacute (mosty a nosneacute konstrukce) Eiffelova věž 1889
Rozvoj lodniacute dopravy
Vyacuteraznyacute technickyacute pokrok rostouciacute počet havaacuteriiacute ndash lomy konstrukciacute
Lomy os železničniacutech soukoliacute (konec 19 st)
August Wőhler (1819-1914)
DPŽ ndash Hrubyacute 30
Odhad meze uacutenavy
Uhliacutek oceli (P=1 )
Střiacutedavyacute tah-tlak σc = 033 (035)Rm
Miacutejivyacute tah-tlak σhc = 061Rm
Střiacutedavyacute ohyb σoc = 043 Rm
Střiacutedavyacute krut τc = 025 Rm
DPŽ ndash Hrubyacute 31
Odhad meze uacutenavy
Meze uacutenavy v ohybu platneacute pro 50 pravděpodobnost porušeniacute
DPŽ ndash Hrubyacute 32
Rm
oblast
Re
C
Woumlhlerova křivka + Frenchova čaacutera
DPŽ ndash Hrubyacute 33
Wőhlerova křivka ndash ocel (bcc) hliniacutek (fcc)
httpwwwtokuroglucomSnCurveExpjpg httpenwikipediaorgwikiFatigue_(material)
DPŽ ndash Hrubyacute 34
Wőhlerova křivka ndash popis šikmeacute čaacutesti
KNw
CNwCN
CN
a
awa
wa
loglog
loglogloglogloglog
loglog
CNwa
bfa N2
Basquin
mocninnyacute tvar
Basquin 11 5231
10
100
1000
1 10 100 1000 10000 100000
N [1]
a [
MP
a]
bfC
1
2
1
bw
1
DPŽ ndash Hrubyacute 35
Wőhlerova křivka ndash celkovyacute popis
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
10E+01 10E+02 10E+03 10E+04 10E+05 10E+06 10E+07 10E+08 10E+09
N [1]
a [
MP
a]
CANw
Ca
Weibullův
KohoutůvndashVěchetův b
CaCN
BN
DPŽ ndash Hrubyacute 36
Dalšiacute odhady meze uacutenavy Vyhodnocovanaacute
veličina
Vztah pro mez uacutenavy při R=-1
(pravděpodobnost poruchy
P=50) [MPa]
Koeficienty a podmiacutenky
platnosti
Autor
mez pevnosti Rm
[MPa]-1=0432timesRm+22
-1=046timesRm
-1=6
1Rm+400
t-1=027timesRm
t-1=0249timesRm+25
konstrukčniacute oceli
oceli do Rm =1400 MPa
oceli do Rm =1200 až 1800
MPa
oceli Rm Ł1200
konstrukčniacute oceli
Buch
Žukov
Ponomarjev
Žukov
Buch
mez kluzu
v tahu Re a krutu
timestk [MPa]
-1=0452timesRe+94
-1=045timesRe+122
t-1=0448times tk+52
konstrukčniacute oceli
konstrukčniacute oceli
konstrukčniacute oceli
Buch
Žukov
Buch
skutečnaacute lomovaacute
pevnost f
[MPa]
-1=035times f ndash10
-1=0315times f -19
konstrukčniacute oceli
konstrukčniacute oceli
Žukov
Mc-Adam
tvrdost HB
[MPa]-1=(0128hellip0156)timesHB
-1=(0168hellip0222)timesHB
uhliacutekoveacute oceli
legovaneacute oceli
Grebenik
Grebenik
meze Rm Re
[MPa]-1=0285times( Re + Rm) konstrukčniacute oceli Šapošnikov
DPŽ ndash Hrubyacute 37
Uacutenavoveacute křivky deformace
DPŽ ndash Hrubyacute 38
Manson-Coffin ndash unavovaacute křivka
deformace
00001
0001
001
01
1
1E+00 1E+01 1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07
počet půlkmitů 2N [1]
am
plitu
da p
om
d
efo
rmace
a [
1]
ae
ap
a
f
f Eb
c
1
1
DPŽ ndash Hrubyacute 39
Manson-Coffin ndash matematickyacute popis
NcNbE
NNE
NNE
fpla
fela
cf
pla
bfela
cf
pla
bfela
2logloglog2log
loglog
2loglog2
loglog
22
cfbfpl
aelaa NN
E22
σfrsquohellipsoučinitel uacutenavoveacute pevnosti bhellipexponent uacutenavoveacute pevnosti
εfrsquohellipsoučinitel uacutenavoveacute deformace chellipexponent uacutenavoveacute deformace
bc
f
fcb
f
ft
ctf
bt
f
aplael
E
EN
NNE
11
2
1
2
1
22
Tranzitniacute počet cyklů Po logaritmickeacute uacutepravě
DPŽ ndash Hrubyacute 40
Cyklickaacute deformačniacute křivka
DPŽ ndash Hrubyacute 41
Ramberg-Osgood (platneacute pro přibližneacute
vyjaacutedřeniacute tahoveacuteho diagramu i cyklickeacute
deformačniacute křivky)
E
el
npl
K
1
elE nplK
1DOsgoodRamberg
1
n
KE
+ =
DPŽ ndash Hrubyacute 42
Hysterezniacute smyčky cyklickaacute deformačniacute křivka
Rambergova-Osgoodova aproximace
Cyklickaacute
deformačniacute
křivka Saturovaneacute
hysterezniacute
smyčky
zpevněniacute
změkčeniacute
cyklickaacute
statickaacute
1D
1n
aaa
KE
D1el
aa E 1Dnpl
aa K
R = -1
DPŽ ndash Hrubyacute 43
Saturovanaacute hysterezniacute smyčka
naapla
elaa
KE
1
Krsquo - modul cyklickeacuteho zpevněniacute
nrsquo - exponent cyklickeacuteho zpevněniacute
E - modul pružnosti v tahu
nplaa K
DPŽ ndash Hrubyacute 44
Masingova aproximace hysterezniacutech
smyček a CDK
Saturovaneacute hysterezniacute smyčky uměle
posunuty spodniacutem rohem do počaacutetku
souřadneacuteho systeacutemu [εpl σ] majiacute
shodnou horniacute větev Většina kovů se
však podle Masingova pravidla nechovaacute
Data převzata z Radim Halama Experimentaacutelniacute poznatky a fenomenologickeacute modelovaacuteniacute cyklickeacute plasticity kovů [Habilitačniacute praacutece VŠB-TU Ostrava] 2009
εpl
σ CDK prochaacuteziacute středy posunutyacutech
hyster smyček
Nevykazuje chovaacuteniacute podle
Masingova pravidla
DPŽ ndash Hrubyacute 45
Odhady uacutenavovyacutech parametrů
Parametr Nelegovaneacute a niacutezkolegovaneacute oceli Hliniacutekoveacute a titanoveacute slitiny
f mRtimes51 mRtimes671
b -0087 -0095
f times590 350
c -058 -069
C mRtimes450 mRtimes420
C timestimestimes 410951450
E
Rm E
Rmtimes420
CN 5105 times 6101times
K mRtimes651 mRtimes611
n 015 011
kde
01 pro 3103 timesŁE
Rm
timesE
Rm01253751 pro 3103 timesE
Rm
0
DPŽ ndash Hrubyacute 46
Koncentrace napětiacute
DPŽ ndash Hrubyacute 47
Koncentrace napětiacute
Součinitel tvaru
(součinitel koncentrace
elastickyacutech napětiacute)
0max
1
x
y
x
nom
maxt
SK
0
1
x
y
x
Poměrnyacute gradient
(gradient normovanyacute maximaacutelniacutem
elastickyacutem napětiacutem)
httpwwwameswebinfoStressConcentrationFactor
StressConcentrationFactorsaspx
DPŽ ndash Hrubyacute 48
Součinitel vrubu β vrubovaacute citlivost q
0
100
200
300
400
500
600
1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07 1E+08
Number of cycles [1]
Str
es
s a
mp
litu
de
[M
Pa
]
smooth
notched
FL
FLN
xc
cfK
q11 Thum
Poloměr vrubu
Vliv vrubu bez
vlivu velikosti
a povrchu
DPŽ ndash Hrubyacute 49
Vliv velikosti a jakosti povrchu
DPŽ ndash Hrubyacute 50
Vliv velikosti součaacutesti - kS
m
d
D
dc
Dc
SV
Vk
exp
exp
10
y
x
S
02
03
04
05
06
07
08
09
1
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
průměr hřiacutedele D [mm]
so
učin
itel veliko
sti
[
1]
Rm=400 až 580Rm=700 až 710litaacute ocelRm=820 až 860Rm=850 až 910Rm=890 až 1000Rm=890 až 1000 aproximacem=-003m=-004m=-005m=-006m=-0068
oceli
DPŽ ndash Hrubyacute 51
Vliv jakosti obrobeniacute povrchu - kSF
kSF
Jakost povrchu
Pevnost v tahu
etalonc
realc
SFk
DPŽ ndash Hrubyacute 52
Vliv technologie uacuteprav povrchu - kT
etalonc
technolc
Tk
DPŽ ndash Hrubyacute 53
Mez uacutenavy reaacutelneacuteho diacutelu ndash dimenzovaacuteniacute
na teoreticky nekonečnou životnost
(trvalou pevnost)
f
TSFScvc
xc
K
kkk
vpcvc
xc
DPŽ ndash Hrubyacute 54
Vliv středniacuteho napětiacute
DPŽ ndash Hrubyacute 55
Vliv středniacuteho napětiacute
DPŽ ndash Hrubyacute 56
Smithův diagram
FL
DPŽ ndash Hrubyacute 57
Haighův (Goodmanův) diagram
0Re Re Rm
Re
-m +m
a
aekv
k
F
mCA
1
F
mCA
1
a
m
F Re
C
k = 2
CC
F tg
k = 1
odhad fiktivniacuteho napětiacute
tah
ohyb
krut
Rm
Rm
Rm
F
F
F
8070
7151
t
Hodnoty součinitele citlivosti k asymetrii cyklu ψ
(bdquosbiacutehavostldquo)
Goodmanova čaacutera
DPŽ ndash Hrubyacute 58
Vyacutepočet bezpečnosti
pt
mx
c
a
k
1
1
kt
m
kt
a
k
1
2
21min kkk
1pt
M
x
c
A
1
kt
M
kt
A
aA k mM k
DPŽ ndash Hrubyacute 59
Př Prutovaacute soustava ndash SU
bull absolutně tuhyacute traacutem
bull h = 1 000 mm
bull a = 500 mm
bull mez pevnosti materiaacutelu prutů 600 MPa
bull hladkeacute pruty kruhovyacute průřez 100 mm2
bull povrch prutů leštěn ndash souč jak povrchu 095
bull součinitele velikosti všech prutů 098
bull Fh = + 10 000 N
bull Fd = - 10 000 N
bull určit bezpečnost pro teoreticky
nekonečnou životnost
h
2a
F
a2
DPŽ ndash Hrubyacute 60
Př Prutovaacute soustava ndash SN
bull absolutně tuhyacute traacutem
bull h = 1 000 mm
bull a = 500 mm
bull mez pevnosti materiaacutelu prutů 600 MPa
bull hladkeacute pruty kruhovyacute průřez 100 mm2
bull povrch prutů leštěn ndash souč jak povrchu 095
bull součinitele velikosti všech prutů 098
bull Fh = + 20 000 N
bull Fd = - 20 000 N
bull určit bezpečnost pro teoreticky
nekonečnou životnost
h
a a
F
a2
DPŽ ndash Hrubyacute 61
Př Prutovaacute soustava ndash SU ndash 2 parametry
bull určit maximaacutelniacute rozmeziacute symetricky
střiacutedavyacutech sil (působiacuteciacutech ve faacutezi) pro
teoreticky nekonečnou životnost v
zaacutevislosti na uacutehlu alfa
bull l = 1 000 mm
bull mez pevnosti materiaacutelu prutů 600
MPa
bull hladkeacute pruty kruhovyacute průřez 100
mm2
bull povrch prutů leštěn ndash souč jak
povrchu 095
bull součinitele velikosti všech prutů 098
V
H
l l
1 2
V
H
N1 N2
DPŽ ndash Hrubyacute 62
zakresleniacute diagramu pro mezniacute stav
A
Vxc
A
Hxc
cos2
cos2
cotg
cos2
cotg
cos2
bezpečnost gt 1 jeden prut na mezi
uacutenavy součaacutesti tj v
jednom prutu
bezpečnost rovna
jedneacute
Př Prutovaacute soustava ndash SU ndash 2 parametry
DPŽ ndash Hrubyacute 63
Reaacutelneacute napěťodeformačniacute stavy ve
vrubech
DPŽ ndash Hrubyacute 64
Součinitel tvaru (s koncentrace
elastickyacutech napětiacute)
Součinitel koncentrace napětiacute
Součinitel koncentrace deformace
Reaacutelnaacute napětiacute a deformace ve vrubech
0
0
0
0
e
B
S
C
eSK ficfic
t
0
0
S
C
SK
0
0
e
B
eK
e
(nom)
B 0 fic
S (nom)
Brsquo
A
Arsquo
fic=S
=timesS
=times
Crsquo
C
DPŽ ndash Hrubyacute 65
Skutečnaacute napětiacute a deformace ve vrubech
22SeeS
12
0
2
12d
2
nplnpl
vKnE
KE
U
pl
Neuber Glinka
1
22
1 n
vKE
U
vfic UU
nomnomficficfic SeU 22
2
1
2
1
2
1
z rovnosti
ploch
DPŽ ndash Hrubyacute 66
0
fic
m=1
m=066
m=05m=01
m=0
Zobecněneacute Neuberovo pravidlo
5050 el
fic E
elfic EE
2
m=0 platiacute pro tvrdeacute zatěžovaacuteniacute tj
napětiacute deformačniacuteho původu
rovnoměrně rozděleneacute po
průřezu
m=1 platiacute pro měkkeacute zatěžovaacuteniacute tj
napětiacute siloveacuteho původu
rovnoměrně rozděleneacute po
průřezu
m=01 pro napětiacute deformačniacuteho
původu mimo vruby (např
teplotniacute pnutiacute)
m=05 pro vruby zatiacuteženeacute silově i
deformačně (Neuberovo
pravidlo)
m=06 pro napětiacute siloveacuteho původu
nerovnoměrně rozloženaacute po
průřezu (např při ohybu) mmel
fic E 1
DPŽ ndash Hrubyacute 67
Př Ramberg-Osgood 12
Vzorek bez vrubu z oceli 11 5231 je vystaven tvrdeacutemu zatěžovaacuteniacute o amplitudě celkoveacute
deformace 102 3timesa Určit amplitudu napětiacute Je zadaacuteno
MPa10072 5timesE
MPa1164K
1990n
0
100
200
300
400
500
600
700
0000 0005 0010 0015 0020 0025 0030
am
plitu
da n
ap
ětiacute
[M
Pa]
amplituda poměrneacute plastikeacute deformace [-]
CDK
n
apla K
DPŽ ndash Hrubyacute 68
-300 -200 -100 0 100 200 300260
280
300
320
340
360
380
ai
ai+
1
Př Ramberg-Osgood 22
MATLAB
sig=50
krok=0
for i=110000
krok=krok+1
Sig=1164(2e-3 - sig207e5)^0199
if abs(Sig-sig)lt00001
break
end
sig=Sig
end Pro libovolnyacute odhad je řešeniacute MPa273a
1990
5
1
1007200201164
times
iai
a
19901
5 1164100720020
times aa
1
naa
aKE
DPŽ ndash Hrubyacute 69
Př koncentrace napětiacute vs deformace 13
Vzorek z oceli 11 5231 je vystaven měkkeacutemu zatěžovaacuteniacute v podeacutelneacutem směru o amplitudě
napětiacute 200 MPa Určit elastickou a plastickou složku poměrneacute deformace
662
MPa10072 5timesE MPa1164K 1990n
zadaacuteno vůči neoslabeneacutemu nominaacutelniacutemu napětiacute
mimo vrub pro danou hladinu zatiacuteženiacute
200
Oslash10
20
5
DPŽ ndash Hrubyacute 70
MPa3533200662 times avruba
319901
1
1014301164
200
times
na
aplK
019801164
3533
19901
1
nvrubavrub
aplK
3
5109660
10072
200 timestimes
E
aael
0026010072
35335
times
E
vrubavrub
ael
333 101091109660101430 timestimestimes aplaela
1720101091
022403
times
a
vruba
Př koncentrace napětiacute vs deformace 23
022400198000260 vrubapl
vrubael
vruba
DPŽ ndash Hrubyacute 71
Př koncentrace napětiacute vs deformace 33
MKP elastickeacute řešeniacute
MKP elastoplastickeacute řešeniacute
324200
863max a
a
1720
662
DPŽ ndash Hrubyacute 72
Př Vetknutyacute sloupek 12
-16 K10511 times
50 100
Ocelovyacute sloupek = lopatka dmychadla je vloženyacute mezi dva tuheacute členy = disky
oběžneacuteho kola a je namaacutehaacuten cyklicky proměnnou teplotou
Uacutekol Posoudit zda hroziacute porušeniacute při 10 000 teplotniacutech cyklech
Daacuteno rozsah pracovniacutech teplot T1 = 22 degC T2 = 370 degC
modul pružnosti v tahu E = 205 GPa
uacutenavovaacute křivka poměrneacute deformace vztaženaacute
k provozniacute teplotě s parametry
160b
580c
MPa1140 f
10 f
teplotniacute roztažnost
DPŽ ndash Hrubyacute 73
C3482237012 TTT
336 1000122
10002434810511 times
timestimestimes
teplotaaT
3580160
5104601000201000020
10052
1140
22
times
times
c
fbf
a NNE
hroziacute poruchateplota
aa Ł
Př Vetknutyacute sloupek 22
DPŽ ndash Hrubyacute 74
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 14
22SeeS
nomnomficfic Se 22
2
1
2
1
2
1
2
1
Neuber
1
2222
2222
1 nfic
vKEEE
SSeU
mmelfic E 1
c
bnK
nf
f
b
c
f
fE
do Ramberga-Osgooda
naaa
KE
1
DPŽ ndash Hrubyacute 75
mmelfic E 1
m
bc
f
f
m
ficEE
E
1
m
bc
f
fmm
ficE
E
1
1
0
f
1
fic
m
bc
f
fm E
i
iii
f
f1
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 24
DPŽ ndash Hrubyacute 76
11
1
1
1
1
1
bc
f
i
f
f
m
bc
f
i
fimi
m
bc
f
i
fimi
fic
m
bc
f
i
fimi
ii
b
cEEmEm
E
1
npl
K
E
el
1
n
KE
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 34
DPŽ ndash Hrubyacute 77
K [MPa] n [-] c [-] εrsquof [-] b [-] σrsquof [MPa] E [MPa]
1020 014066 -06586 0921985 -0092718 1009234 21105
MPa700fic 50m
Iterace
Napětiacute ve vrubu
[MPa]
0 700
1 55953
2 48112
3 45414
4 45114
5 45111
6 45111 0005175
00030270002148
plel
00030271020
11451
1406601
1
npl
K
00021481012
114515
times
E
el
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 44
DPŽ ndash Hrubyacute 13
Uacutenava ndash scheacutema metodiky hodnoceniacute Konstrukčniacute naacutevrh
nevyhovuje vyhovuje
Zatiacuteženiacute vibrace
(teorie)
Materiaacutel Technologie vyacuteroby Provozniacute podmiacutenky
Materiaacuteloveacute zkoušky
- Woumlhlerova křivka
- Mansonova-Coffinova křivka
- cyklickaacute deformačniacute křivka
- lomovaacute houževnatost
Ovlivňujiacuteciacute faktory
- zbytkovaacute pnutiacute (RTG analyacutezy)
- defekty (NDT analyacutezy)
- koroze
- vliv zvyacutešenyacutech teplot
Provozniacute napětiacute Dovoleneacute napětiacute
Odhad životnosti Uacutenavoveacute zkoušky na konstrukci
Posouzeniacute životnosti Konstrukce produkce
Fraktografie NDT
RTG akustickaacute emise
Zatiacuteženiacute vibrace
(realita)
DPŽ ndash Hrubyacute 14
Uacutenava materiaacutelu ndash faacuteze aplikace
Apriorniacute (design)
naacutevrh konstrukce
optimalizace
naacutevrh technologie
omezeniacute provozniacutech
podmiacutenek
Aposteriorniacute (provoz)
provozniacute inspekce
poruchy a havaacuterie
wwwreskofcz
DPŽ ndash Hrubyacute 15
Vyacutepočet uacutenavoveacuteho poškozeniacute ndash
praxe scheacutema vyacutepočtu
Analyacuteza
mezniacuteho stavu
poškozeniacute
CAD
model
MISES VALUE
+367 E+00
+283 E+02
+170 E+02
+336 E+02
+419 E+02
+502 E+02
+585 E+02
+668 E+02
+751 E+02
+834 E+02
+867 E+01
+917 E+02
+100 E+03
+163 E+03
1
2
3
MKP
analyacuteza
V přiacutepadě
nevyhověniacute
uacuteprava
konstrukce
DPŽ ndash Hrubyacute 16
Uacutenava ndash uacutenavoveacute poškozeniacute ndash přiacutestupy
Critical
Location
Permanent strength
(unlimited fatigue life)
Fatigue strength
(limited fatigue life)
SAFE-LIFE
structure
FAIL-SAFE
structure
Damage Tolerance
structure
Slow Crack Growth
structure
Inspection
possible
Multiple
elements
YES
Theoretically
infinite life
NO
NO
NO
YES
YES
DPŽ ndash Hrubyacute 17
Metody predikce životnosti
Přiacutestup pomociacute nominaacutelniacutech napětiacute
(NSA - Nominal Stress Approach)
Přiacutestup pomociacute lokaacutelniacutech elastickyacutech napětiacute
(LESA - Local Elastic Stress Approach)
Přiacutestup pomociacute lokaacutelniacutech elasto-plastickyacutech
napětiacute a deformaciacute
(LPSA - Local Plastic Stress
and Strain Approach)
Přiacutestup využiacutevajiacuteciacute lomoveacute mechaniky
(FMA - Fracture Mechanics Approach)
Hrubyacute
Jurenka
DPŽ ndash Hrubyacute 18
Pozadiacute fenomeacutenu uacutenavy
DPŽ ndash Hrubyacute 19
Krystalografickeacute mřiacutežky kovů
kubickaacute prostorově centrovanaacute
(body centered cubic ndash BCC)
chrom wolfram vanad železo α
kubickaacute plošně centrovanaacute
(face centered cubic ndash FCC)
železo γ nikl hliniacutek měď olovo zlato
platina střiacutebro
httpmechmeswebsnadnoczdokumentypri-st-05_vnitrnistrukturakovupdf
šesterečnaacute
(hexagonal)
hořčiacutek zinek titan
DPŽ ndash Hrubyacute 20
Krystalografickaacute mřiacutežka - poruchy
httppythonriceedu~arbCourses360_defects_handout_01pdf
čaacuteroveacute poruchy - dislokace
plochoveacute
poruchy -
zrna hranice zrn
bodoveacute poruchy
DPŽ ndash Hrubyacute 21
Technickeacute slitiny železa
httpcswikipediaorgwikiSouborDiagramm_phasenjpg
makroskopickaacute isometrie
diacuteky naacutehodneacute orientaci
anisotropniacutech krystalů v tuheacute
faacutezi
httpwwwpedmuniczwphyFyzVlaindexhtm
V každeacutem materiaacutelu jsou
poruchy ideaacutelniacute struktury
DPŽ ndash Hrubyacute 22
bull Faacuteze změn mechanickyacutech
vlastnostiacute změny struktury kovu v
celeacutem objemu Doba trvaacuteniacute několik
procent života do lomu
bull Faacuteze nukleace (iniciace)
mikrotrhliny formovaacuteniacute
makrotrhliny zahrnuje lokaacutelniacute
změny v povrchoveacute vrstvě vyvolaneacute
silokačniacutemi efekty a naacutesledneacute
propojovaacuteniacute mikrotrhlin nebo růst
dominantniacute mikrotrhliny Doba trvaacuteniacute
10 i 90 života
bull Faacuteze šiacuteřeniacute makrotrhliny Zahrnuje
staacutedium růstu dominantniacute
makrotrhliny změnu jejiacuteho směru
kolmo na max hlavniacute napětiacute
bull Faacuteze zaacutevěrečneacuteho lomu je
reprezentovaacutena přechodem na
zrychlenyacutem rozvojem zakončenyacutem
houževnatyacutem nebo křehkyacutem lomem
na mezi kluzu nebo mezi pevnosti
1 A
10 2 A
1 m 10 2 m 1 mm 10
2 mm
Atomic
Distance Grain Size
of Austenite
Micro-crack
Formation
Glissile
Dislocation
Macro-crack
Creation
Macro-crack
Growth
Faacuteze uacutenavoveacuteho procesu 1
2
3
4
DPŽ ndash Hrubyacute 23
t
t
t
t
t t
t
t
t
a
b
c
d
e
0
A
B
C
DD
C
B
A
0
Cacute
E
Cyklickeacute
zpevněniacute
Cyklickeacute
změkčeniacute
Cyklickaacute
relaxace
Cyklickyacute creep
(ratchetting)
Paměťovyacute
efekt
1 Mechanickeacute změny při cyklovaacuteniacute
DPŽ ndash Hrubyacute 24
Miacutesta iniciace lomovaacute plocha
Striačniacute čaacutery
postupu čela
trhliny
Miacutesto
iniciace
Extruse
Skluzovaacute paacutesma
Intruse
2
3
4
DPŽ ndash Hrubyacute 25
Charakteristiky harmonickeacuteho
cyklickeacuteho namaacutehaacuteniacute
DPŽ ndash Hrubyacute 26
Harmonickeacute zatěžovaacuteniacute
amplituda napětiacute
středniacute hodnota napětiacute
perioda kmitu napěťově řiacutezeneacute zatěžovaacuteniacute ndash
měkkeacute
deformačně řiacutezeneacute zatěžovaacuteniacute ndash
tvrdeacute
httpfatiguecalculatorcom
2
dha
2
dhm
rozkmit napětiacute
koeficient nesouměrnosti
frekvence kmitu
dh
h
dR
T
Tf
1
T
a
m
h
d
DPŽ ndash Hrubyacute 27
Druhy kmitů sta
tickyacute v
tla
ku
pu
lzu
jiacuteciacute
v t
laku
sym
etr
ick
y s
třiacuted
avyacute
miacutej
ivyacute
v t
lak
u
neso
um
ěrn
ě s
třiacuted
avyacute
(stř
h
od
no
ta v
tla
ku
)
nes
ou
mě
rně
stř
iacuteda
vyacute
(stř
h
od
no
ta v
tah
u)
sta
tic
kyacute
v t
ah
u
pu
lzu
jiacuteciacute
v t
ah
u
miacutejiv
yacute v
tah
u
1R
1R
R 10R
1R
1R
01R
1R
0R
DPŽ ndash Hrubyacute 28
Uacutenavoveacute křivky napětiacute
DPŽ ndash Hrubyacute 29
Historie uacutenavy materiaacutelu
19 stoletiacute rozvoj technickeacuteho poznaacuteniacute rozšiacuteřeniacute možnosti využitiacute
oceli a kovovyacutech materiaacutelů v běžneacute praxi
Rozvoj železničniacute dopravy parniacute lokomotiva Mr G Stephenson 1829
Stavebnictviacute (mosty a nosneacute konstrukce) Eiffelova věž 1889
Rozvoj lodniacute dopravy
Vyacuteraznyacute technickyacute pokrok rostouciacute počet havaacuteriiacute ndash lomy konstrukciacute
Lomy os železničniacutech soukoliacute (konec 19 st)
August Wőhler (1819-1914)
DPŽ ndash Hrubyacute 30
Odhad meze uacutenavy
Uhliacutek oceli (P=1 )
Střiacutedavyacute tah-tlak σc = 033 (035)Rm
Miacutejivyacute tah-tlak σhc = 061Rm
Střiacutedavyacute ohyb σoc = 043 Rm
Střiacutedavyacute krut τc = 025 Rm
DPŽ ndash Hrubyacute 31
Odhad meze uacutenavy
Meze uacutenavy v ohybu platneacute pro 50 pravděpodobnost porušeniacute
DPŽ ndash Hrubyacute 32
Rm
oblast
Re
C
Woumlhlerova křivka + Frenchova čaacutera
DPŽ ndash Hrubyacute 33
Wőhlerova křivka ndash ocel (bcc) hliniacutek (fcc)
httpwwwtokuroglucomSnCurveExpjpg httpenwikipediaorgwikiFatigue_(material)
DPŽ ndash Hrubyacute 34
Wőhlerova křivka ndash popis šikmeacute čaacutesti
KNw
CNwCN
CN
a
awa
wa
loglog
loglogloglogloglog
loglog
CNwa
bfa N2
Basquin
mocninnyacute tvar
Basquin 11 5231
10
100
1000
1 10 100 1000 10000 100000
N [1]
a [
MP
a]
bfC
1
2
1
bw
1
DPŽ ndash Hrubyacute 35
Wőhlerova křivka ndash celkovyacute popis
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
10E+01 10E+02 10E+03 10E+04 10E+05 10E+06 10E+07 10E+08 10E+09
N [1]
a [
MP
a]
CANw
Ca
Weibullův
KohoutůvndashVěchetův b
CaCN
BN
DPŽ ndash Hrubyacute 36
Dalšiacute odhady meze uacutenavy Vyhodnocovanaacute
veličina
Vztah pro mez uacutenavy při R=-1
(pravděpodobnost poruchy
P=50) [MPa]
Koeficienty a podmiacutenky
platnosti
Autor
mez pevnosti Rm
[MPa]-1=0432timesRm+22
-1=046timesRm
-1=6
1Rm+400
t-1=027timesRm
t-1=0249timesRm+25
konstrukčniacute oceli
oceli do Rm =1400 MPa
oceli do Rm =1200 až 1800
MPa
oceli Rm Ł1200
konstrukčniacute oceli
Buch
Žukov
Ponomarjev
Žukov
Buch
mez kluzu
v tahu Re a krutu
timestk [MPa]
-1=0452timesRe+94
-1=045timesRe+122
t-1=0448times tk+52
konstrukčniacute oceli
konstrukčniacute oceli
konstrukčniacute oceli
Buch
Žukov
Buch
skutečnaacute lomovaacute
pevnost f
[MPa]
-1=035times f ndash10
-1=0315times f -19
konstrukčniacute oceli
konstrukčniacute oceli
Žukov
Mc-Adam
tvrdost HB
[MPa]-1=(0128hellip0156)timesHB
-1=(0168hellip0222)timesHB
uhliacutekoveacute oceli
legovaneacute oceli
Grebenik
Grebenik
meze Rm Re
[MPa]-1=0285times( Re + Rm) konstrukčniacute oceli Šapošnikov
DPŽ ndash Hrubyacute 37
Uacutenavoveacute křivky deformace
DPŽ ndash Hrubyacute 38
Manson-Coffin ndash unavovaacute křivka
deformace
00001
0001
001
01
1
1E+00 1E+01 1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07
počet půlkmitů 2N [1]
am
plitu
da p
om
d
efo
rmace
a [
1]
ae
ap
a
f
f Eb
c
1
1
DPŽ ndash Hrubyacute 39
Manson-Coffin ndash matematickyacute popis
NcNbE
NNE
NNE
fpla
fela
cf
pla
bfela
cf
pla
bfela
2logloglog2log
loglog
2loglog2
loglog
22
cfbfpl
aelaa NN
E22
σfrsquohellipsoučinitel uacutenavoveacute pevnosti bhellipexponent uacutenavoveacute pevnosti
εfrsquohellipsoučinitel uacutenavoveacute deformace chellipexponent uacutenavoveacute deformace
bc
f
fcb
f
ft
ctf
bt
f
aplael
E
EN
NNE
11
2
1
2
1
22
Tranzitniacute počet cyklů Po logaritmickeacute uacutepravě
DPŽ ndash Hrubyacute 40
Cyklickaacute deformačniacute křivka
DPŽ ndash Hrubyacute 41
Ramberg-Osgood (platneacute pro přibližneacute
vyjaacutedřeniacute tahoveacuteho diagramu i cyklickeacute
deformačniacute křivky)
E
el
npl
K
1
elE nplK
1DOsgoodRamberg
1
n
KE
+ =
DPŽ ndash Hrubyacute 42
Hysterezniacute smyčky cyklickaacute deformačniacute křivka
Rambergova-Osgoodova aproximace
Cyklickaacute
deformačniacute
křivka Saturovaneacute
hysterezniacute
smyčky
zpevněniacute
změkčeniacute
cyklickaacute
statickaacute
1D
1n
aaa
KE
D1el
aa E 1Dnpl
aa K
R = -1
DPŽ ndash Hrubyacute 43
Saturovanaacute hysterezniacute smyčka
naapla
elaa
KE
1
Krsquo - modul cyklickeacuteho zpevněniacute
nrsquo - exponent cyklickeacuteho zpevněniacute
E - modul pružnosti v tahu
nplaa K
DPŽ ndash Hrubyacute 44
Masingova aproximace hysterezniacutech
smyček a CDK
Saturovaneacute hysterezniacute smyčky uměle
posunuty spodniacutem rohem do počaacutetku
souřadneacuteho systeacutemu [εpl σ] majiacute
shodnou horniacute větev Většina kovů se
však podle Masingova pravidla nechovaacute
Data převzata z Radim Halama Experimentaacutelniacute poznatky a fenomenologickeacute modelovaacuteniacute cyklickeacute plasticity kovů [Habilitačniacute praacutece VŠB-TU Ostrava] 2009
εpl
σ CDK prochaacuteziacute středy posunutyacutech
hyster smyček
Nevykazuje chovaacuteniacute podle
Masingova pravidla
DPŽ ndash Hrubyacute 45
Odhady uacutenavovyacutech parametrů
Parametr Nelegovaneacute a niacutezkolegovaneacute oceli Hliniacutekoveacute a titanoveacute slitiny
f mRtimes51 mRtimes671
b -0087 -0095
f times590 350
c -058 -069
C mRtimes450 mRtimes420
C timestimestimes 410951450
E
Rm E
Rmtimes420
CN 5105 times 6101times
K mRtimes651 mRtimes611
n 015 011
kde
01 pro 3103 timesŁE
Rm
timesE
Rm01253751 pro 3103 timesE
Rm
0
DPŽ ndash Hrubyacute 46
Koncentrace napětiacute
DPŽ ndash Hrubyacute 47
Koncentrace napětiacute
Součinitel tvaru
(součinitel koncentrace
elastickyacutech napětiacute)
0max
1
x
y
x
nom
maxt
SK
0
1
x
y
x
Poměrnyacute gradient
(gradient normovanyacute maximaacutelniacutem
elastickyacutem napětiacutem)
httpwwwameswebinfoStressConcentrationFactor
StressConcentrationFactorsaspx
DPŽ ndash Hrubyacute 48
Součinitel vrubu β vrubovaacute citlivost q
0
100
200
300
400
500
600
1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07 1E+08
Number of cycles [1]
Str
es
s a
mp
litu
de
[M
Pa
]
smooth
notched
FL
FLN
xc
cfK
q11 Thum
Poloměr vrubu
Vliv vrubu bez
vlivu velikosti
a povrchu
DPŽ ndash Hrubyacute 49
Vliv velikosti a jakosti povrchu
DPŽ ndash Hrubyacute 50
Vliv velikosti součaacutesti - kS
m
d
D
dc
Dc
SV
Vk
exp
exp
10
y
x
S
02
03
04
05
06
07
08
09
1
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
průměr hřiacutedele D [mm]
so
učin
itel veliko
sti
[
1]
Rm=400 až 580Rm=700 až 710litaacute ocelRm=820 až 860Rm=850 až 910Rm=890 až 1000Rm=890 až 1000 aproximacem=-003m=-004m=-005m=-006m=-0068
oceli
DPŽ ndash Hrubyacute 51
Vliv jakosti obrobeniacute povrchu - kSF
kSF
Jakost povrchu
Pevnost v tahu
etalonc
realc
SFk
DPŽ ndash Hrubyacute 52
Vliv technologie uacuteprav povrchu - kT
etalonc
technolc
Tk
DPŽ ndash Hrubyacute 53
Mez uacutenavy reaacutelneacuteho diacutelu ndash dimenzovaacuteniacute
na teoreticky nekonečnou životnost
(trvalou pevnost)
f
TSFScvc
xc
K
kkk
vpcvc
xc
DPŽ ndash Hrubyacute 54
Vliv středniacuteho napětiacute
DPŽ ndash Hrubyacute 55
Vliv středniacuteho napětiacute
DPŽ ndash Hrubyacute 56
Smithův diagram
FL
DPŽ ndash Hrubyacute 57
Haighův (Goodmanův) diagram
0Re Re Rm
Re
-m +m
a
aekv
k
F
mCA
1
F
mCA
1
a
m
F Re
C
k = 2
CC
F tg
k = 1
odhad fiktivniacuteho napětiacute
tah
ohyb
krut
Rm
Rm
Rm
F
F
F
8070
7151
t
Hodnoty součinitele citlivosti k asymetrii cyklu ψ
(bdquosbiacutehavostldquo)
Goodmanova čaacutera
DPŽ ndash Hrubyacute 58
Vyacutepočet bezpečnosti
pt
mx
c
a
k
1
1
kt
m
kt
a
k
1
2
21min kkk
1pt
M
x
c
A
1
kt
M
kt
A
aA k mM k
DPŽ ndash Hrubyacute 59
Př Prutovaacute soustava ndash SU
bull absolutně tuhyacute traacutem
bull h = 1 000 mm
bull a = 500 mm
bull mez pevnosti materiaacutelu prutů 600 MPa
bull hladkeacute pruty kruhovyacute průřez 100 mm2
bull povrch prutů leštěn ndash souč jak povrchu 095
bull součinitele velikosti všech prutů 098
bull Fh = + 10 000 N
bull Fd = - 10 000 N
bull určit bezpečnost pro teoreticky
nekonečnou životnost
h
2a
F
a2
DPŽ ndash Hrubyacute 60
Př Prutovaacute soustava ndash SN
bull absolutně tuhyacute traacutem
bull h = 1 000 mm
bull a = 500 mm
bull mez pevnosti materiaacutelu prutů 600 MPa
bull hladkeacute pruty kruhovyacute průřez 100 mm2
bull povrch prutů leštěn ndash souč jak povrchu 095
bull součinitele velikosti všech prutů 098
bull Fh = + 20 000 N
bull Fd = - 20 000 N
bull určit bezpečnost pro teoreticky
nekonečnou životnost
h
a a
F
a2
DPŽ ndash Hrubyacute 61
Př Prutovaacute soustava ndash SU ndash 2 parametry
bull určit maximaacutelniacute rozmeziacute symetricky
střiacutedavyacutech sil (působiacuteciacutech ve faacutezi) pro
teoreticky nekonečnou životnost v
zaacutevislosti na uacutehlu alfa
bull l = 1 000 mm
bull mez pevnosti materiaacutelu prutů 600
MPa
bull hladkeacute pruty kruhovyacute průřez 100
mm2
bull povrch prutů leštěn ndash souč jak
povrchu 095
bull součinitele velikosti všech prutů 098
V
H
l l
1 2
V
H
N1 N2
DPŽ ndash Hrubyacute 62
zakresleniacute diagramu pro mezniacute stav
A
Vxc
A
Hxc
cos2
cos2
cotg
cos2
cotg
cos2
bezpečnost gt 1 jeden prut na mezi
uacutenavy součaacutesti tj v
jednom prutu
bezpečnost rovna
jedneacute
Př Prutovaacute soustava ndash SU ndash 2 parametry
DPŽ ndash Hrubyacute 63
Reaacutelneacute napěťodeformačniacute stavy ve
vrubech
DPŽ ndash Hrubyacute 64
Součinitel tvaru (s koncentrace
elastickyacutech napětiacute)
Součinitel koncentrace napětiacute
Součinitel koncentrace deformace
Reaacutelnaacute napětiacute a deformace ve vrubech
0
0
0
0
e
B
S
C
eSK ficfic
t
0
0
S
C
SK
0
0
e
B
eK
e
(nom)
B 0 fic
S (nom)
Brsquo
A
Arsquo
fic=S
=timesS
=times
Crsquo
C
DPŽ ndash Hrubyacute 65
Skutečnaacute napětiacute a deformace ve vrubech
22SeeS
12
0
2
12d
2
nplnpl
vKnE
KE
U
pl
Neuber Glinka
1
22
1 n
vKE
U
vfic UU
nomnomficficfic SeU 22
2
1
2
1
2
1
z rovnosti
ploch
DPŽ ndash Hrubyacute 66
0
fic
m=1
m=066
m=05m=01
m=0
Zobecněneacute Neuberovo pravidlo
5050 el
fic E
elfic EE
2
m=0 platiacute pro tvrdeacute zatěžovaacuteniacute tj
napětiacute deformačniacuteho původu
rovnoměrně rozděleneacute po
průřezu
m=1 platiacute pro měkkeacute zatěžovaacuteniacute tj
napětiacute siloveacuteho původu
rovnoměrně rozděleneacute po
průřezu
m=01 pro napětiacute deformačniacuteho
původu mimo vruby (např
teplotniacute pnutiacute)
m=05 pro vruby zatiacuteženeacute silově i
deformačně (Neuberovo
pravidlo)
m=06 pro napětiacute siloveacuteho původu
nerovnoměrně rozloženaacute po
průřezu (např při ohybu) mmel
fic E 1
DPŽ ndash Hrubyacute 67
Př Ramberg-Osgood 12
Vzorek bez vrubu z oceli 11 5231 je vystaven tvrdeacutemu zatěžovaacuteniacute o amplitudě celkoveacute
deformace 102 3timesa Určit amplitudu napětiacute Je zadaacuteno
MPa10072 5timesE
MPa1164K
1990n
0
100
200
300
400
500
600
700
0000 0005 0010 0015 0020 0025 0030
am
plitu
da n
ap
ětiacute
[M
Pa]
amplituda poměrneacute plastikeacute deformace [-]
CDK
n
apla K
DPŽ ndash Hrubyacute 68
-300 -200 -100 0 100 200 300260
280
300
320
340
360
380
ai
ai+
1
Př Ramberg-Osgood 22
MATLAB
sig=50
krok=0
for i=110000
krok=krok+1
Sig=1164(2e-3 - sig207e5)^0199
if abs(Sig-sig)lt00001
break
end
sig=Sig
end Pro libovolnyacute odhad je řešeniacute MPa273a
1990
5
1
1007200201164
times
iai
a
19901
5 1164100720020
times aa
1
naa
aKE
DPŽ ndash Hrubyacute 69
Př koncentrace napětiacute vs deformace 13
Vzorek z oceli 11 5231 je vystaven měkkeacutemu zatěžovaacuteniacute v podeacutelneacutem směru o amplitudě
napětiacute 200 MPa Určit elastickou a plastickou složku poměrneacute deformace
662
MPa10072 5timesE MPa1164K 1990n
zadaacuteno vůči neoslabeneacutemu nominaacutelniacutemu napětiacute
mimo vrub pro danou hladinu zatiacuteženiacute
200
Oslash10
20
5
DPŽ ndash Hrubyacute 70
MPa3533200662 times avruba
319901
1
1014301164
200
times
na
aplK
019801164
3533
19901
1
nvrubavrub
aplK
3
5109660
10072
200 timestimes
E
aael
0026010072
35335
times
E
vrubavrub
ael
333 101091109660101430 timestimestimes aplaela
1720101091
022403
times
a
vruba
Př koncentrace napětiacute vs deformace 23
022400198000260 vrubapl
vrubael
vruba
DPŽ ndash Hrubyacute 71
Př koncentrace napětiacute vs deformace 33
MKP elastickeacute řešeniacute
MKP elastoplastickeacute řešeniacute
324200
863max a
a
1720
662
DPŽ ndash Hrubyacute 72
Př Vetknutyacute sloupek 12
-16 K10511 times
50 100
Ocelovyacute sloupek = lopatka dmychadla je vloženyacute mezi dva tuheacute členy = disky
oběžneacuteho kola a je namaacutehaacuten cyklicky proměnnou teplotou
Uacutekol Posoudit zda hroziacute porušeniacute při 10 000 teplotniacutech cyklech
Daacuteno rozsah pracovniacutech teplot T1 = 22 degC T2 = 370 degC
modul pružnosti v tahu E = 205 GPa
uacutenavovaacute křivka poměrneacute deformace vztaženaacute
k provozniacute teplotě s parametry
160b
580c
MPa1140 f
10 f
teplotniacute roztažnost
DPŽ ndash Hrubyacute 73
C3482237012 TTT
336 1000122
10002434810511 times
timestimestimes
teplotaaT
3580160
5104601000201000020
10052
1140
22
times
times
c
fbf
a NNE
hroziacute poruchateplota
aa Ł
Př Vetknutyacute sloupek 22
DPŽ ndash Hrubyacute 74
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 14
22SeeS
nomnomficfic Se 22
2
1
2
1
2
1
2
1
Neuber
1
2222
2222
1 nfic
vKEEE
SSeU
mmelfic E 1
c
bnK
nf
f
b
c
f
fE
do Ramberga-Osgooda
naaa
KE
1
DPŽ ndash Hrubyacute 75
mmelfic E 1
m
bc
f
f
m
ficEE
E
1
m
bc
f
fmm
ficE
E
1
1
0
f
1
fic
m
bc
f
fm E
i
iii
f
f1
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 24
DPŽ ndash Hrubyacute 76
11
1
1
1
1
1
bc
f
i
f
f
m
bc
f
i
fimi
m
bc
f
i
fimi
fic
m
bc
f
i
fimi
ii
b
cEEmEm
E
1
npl
K
E
el
1
n
KE
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 34
DPŽ ndash Hrubyacute 77
K [MPa] n [-] c [-] εrsquof [-] b [-] σrsquof [MPa] E [MPa]
1020 014066 -06586 0921985 -0092718 1009234 21105
MPa700fic 50m
Iterace
Napětiacute ve vrubu
[MPa]
0 700
1 55953
2 48112
3 45414
4 45114
5 45111
6 45111 0005175
00030270002148
plel
00030271020
11451
1406601
1
npl
K
00021481012
114515
times
E
el
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 44
DPŽ ndash Hrubyacute 14
Uacutenava materiaacutelu ndash faacuteze aplikace
Apriorniacute (design)
naacutevrh konstrukce
optimalizace
naacutevrh technologie
omezeniacute provozniacutech
podmiacutenek
Aposteriorniacute (provoz)
provozniacute inspekce
poruchy a havaacuterie
wwwreskofcz
DPŽ ndash Hrubyacute 15
Vyacutepočet uacutenavoveacuteho poškozeniacute ndash
praxe scheacutema vyacutepočtu
Analyacuteza
mezniacuteho stavu
poškozeniacute
CAD
model
MISES VALUE
+367 E+00
+283 E+02
+170 E+02
+336 E+02
+419 E+02
+502 E+02
+585 E+02
+668 E+02
+751 E+02
+834 E+02
+867 E+01
+917 E+02
+100 E+03
+163 E+03
1
2
3
MKP
analyacuteza
V přiacutepadě
nevyhověniacute
uacuteprava
konstrukce
DPŽ ndash Hrubyacute 16
Uacutenava ndash uacutenavoveacute poškozeniacute ndash přiacutestupy
Critical
Location
Permanent strength
(unlimited fatigue life)
Fatigue strength
(limited fatigue life)
SAFE-LIFE
structure
FAIL-SAFE
structure
Damage Tolerance
structure
Slow Crack Growth
structure
Inspection
possible
Multiple
elements
YES
Theoretically
infinite life
NO
NO
NO
YES
YES
DPŽ ndash Hrubyacute 17
Metody predikce životnosti
Přiacutestup pomociacute nominaacutelniacutech napětiacute
(NSA - Nominal Stress Approach)
Přiacutestup pomociacute lokaacutelniacutech elastickyacutech napětiacute
(LESA - Local Elastic Stress Approach)
Přiacutestup pomociacute lokaacutelniacutech elasto-plastickyacutech
napětiacute a deformaciacute
(LPSA - Local Plastic Stress
and Strain Approach)
Přiacutestup využiacutevajiacuteciacute lomoveacute mechaniky
(FMA - Fracture Mechanics Approach)
Hrubyacute
Jurenka
DPŽ ndash Hrubyacute 18
Pozadiacute fenomeacutenu uacutenavy
DPŽ ndash Hrubyacute 19
Krystalografickeacute mřiacutežky kovů
kubickaacute prostorově centrovanaacute
(body centered cubic ndash BCC)
chrom wolfram vanad železo α
kubickaacute plošně centrovanaacute
(face centered cubic ndash FCC)
železo γ nikl hliniacutek měď olovo zlato
platina střiacutebro
httpmechmeswebsnadnoczdokumentypri-st-05_vnitrnistrukturakovupdf
šesterečnaacute
(hexagonal)
hořčiacutek zinek titan
DPŽ ndash Hrubyacute 20
Krystalografickaacute mřiacutežka - poruchy
httppythonriceedu~arbCourses360_defects_handout_01pdf
čaacuteroveacute poruchy - dislokace
plochoveacute
poruchy -
zrna hranice zrn
bodoveacute poruchy
DPŽ ndash Hrubyacute 21
Technickeacute slitiny železa
httpcswikipediaorgwikiSouborDiagramm_phasenjpg
makroskopickaacute isometrie
diacuteky naacutehodneacute orientaci
anisotropniacutech krystalů v tuheacute
faacutezi
httpwwwpedmuniczwphyFyzVlaindexhtm
V každeacutem materiaacutelu jsou
poruchy ideaacutelniacute struktury
DPŽ ndash Hrubyacute 22
bull Faacuteze změn mechanickyacutech
vlastnostiacute změny struktury kovu v
celeacutem objemu Doba trvaacuteniacute několik
procent života do lomu
bull Faacuteze nukleace (iniciace)
mikrotrhliny formovaacuteniacute
makrotrhliny zahrnuje lokaacutelniacute
změny v povrchoveacute vrstvě vyvolaneacute
silokačniacutemi efekty a naacutesledneacute
propojovaacuteniacute mikrotrhlin nebo růst
dominantniacute mikrotrhliny Doba trvaacuteniacute
10 i 90 života
bull Faacuteze šiacuteřeniacute makrotrhliny Zahrnuje
staacutedium růstu dominantniacute
makrotrhliny změnu jejiacuteho směru
kolmo na max hlavniacute napětiacute
bull Faacuteze zaacutevěrečneacuteho lomu je
reprezentovaacutena přechodem na
zrychlenyacutem rozvojem zakončenyacutem
houževnatyacutem nebo křehkyacutem lomem
na mezi kluzu nebo mezi pevnosti
1 A
10 2 A
1 m 10 2 m 1 mm 10
2 mm
Atomic
Distance Grain Size
of Austenite
Micro-crack
Formation
Glissile
Dislocation
Macro-crack
Creation
Macro-crack
Growth
Faacuteze uacutenavoveacuteho procesu 1
2
3
4
DPŽ ndash Hrubyacute 23
t
t
t
t
t t
t
t
t
a
b
c
d
e
0
A
B
C
DD
C
B
A
0
Cacute
E
Cyklickeacute
zpevněniacute
Cyklickeacute
změkčeniacute
Cyklickaacute
relaxace
Cyklickyacute creep
(ratchetting)
Paměťovyacute
efekt
1 Mechanickeacute změny při cyklovaacuteniacute
DPŽ ndash Hrubyacute 24
Miacutesta iniciace lomovaacute plocha
Striačniacute čaacutery
postupu čela
trhliny
Miacutesto
iniciace
Extruse
Skluzovaacute paacutesma
Intruse
2
3
4
DPŽ ndash Hrubyacute 25
Charakteristiky harmonickeacuteho
cyklickeacuteho namaacutehaacuteniacute
DPŽ ndash Hrubyacute 26
Harmonickeacute zatěžovaacuteniacute
amplituda napětiacute
středniacute hodnota napětiacute
perioda kmitu napěťově řiacutezeneacute zatěžovaacuteniacute ndash
měkkeacute
deformačně řiacutezeneacute zatěžovaacuteniacute ndash
tvrdeacute
httpfatiguecalculatorcom
2
dha
2
dhm
rozkmit napětiacute
koeficient nesouměrnosti
frekvence kmitu
dh
h
dR
T
Tf
1
T
a
m
h
d
DPŽ ndash Hrubyacute 27
Druhy kmitů sta
tickyacute v
tla
ku
pu
lzu
jiacuteciacute
v t
laku
sym
etr
ick
y s
třiacuted
avyacute
miacutej
ivyacute
v t
lak
u
neso
um
ěrn
ě s
třiacuted
avyacute
(stř
h
od
no
ta v
tla
ku
)
nes
ou
mě
rně
stř
iacuteda
vyacute
(stř
h
od
no
ta v
tah
u)
sta
tic
kyacute
v t
ah
u
pu
lzu
jiacuteciacute
v t
ah
u
miacutejiv
yacute v
tah
u
1R
1R
R 10R
1R
1R
01R
1R
0R
DPŽ ndash Hrubyacute 28
Uacutenavoveacute křivky napětiacute
DPŽ ndash Hrubyacute 29
Historie uacutenavy materiaacutelu
19 stoletiacute rozvoj technickeacuteho poznaacuteniacute rozšiacuteřeniacute možnosti využitiacute
oceli a kovovyacutech materiaacutelů v běžneacute praxi
Rozvoj železničniacute dopravy parniacute lokomotiva Mr G Stephenson 1829
Stavebnictviacute (mosty a nosneacute konstrukce) Eiffelova věž 1889
Rozvoj lodniacute dopravy
Vyacuteraznyacute technickyacute pokrok rostouciacute počet havaacuteriiacute ndash lomy konstrukciacute
Lomy os železničniacutech soukoliacute (konec 19 st)
August Wőhler (1819-1914)
DPŽ ndash Hrubyacute 30
Odhad meze uacutenavy
Uhliacutek oceli (P=1 )
Střiacutedavyacute tah-tlak σc = 033 (035)Rm
Miacutejivyacute tah-tlak σhc = 061Rm
Střiacutedavyacute ohyb σoc = 043 Rm
Střiacutedavyacute krut τc = 025 Rm
DPŽ ndash Hrubyacute 31
Odhad meze uacutenavy
Meze uacutenavy v ohybu platneacute pro 50 pravděpodobnost porušeniacute
DPŽ ndash Hrubyacute 32
Rm
oblast
Re
C
Woumlhlerova křivka + Frenchova čaacutera
DPŽ ndash Hrubyacute 33
Wőhlerova křivka ndash ocel (bcc) hliniacutek (fcc)
httpwwwtokuroglucomSnCurveExpjpg httpenwikipediaorgwikiFatigue_(material)
DPŽ ndash Hrubyacute 34
Wőhlerova křivka ndash popis šikmeacute čaacutesti
KNw
CNwCN
CN
a
awa
wa
loglog
loglogloglogloglog
loglog
CNwa
bfa N2
Basquin
mocninnyacute tvar
Basquin 11 5231
10
100
1000
1 10 100 1000 10000 100000
N [1]
a [
MP
a]
bfC
1
2
1
bw
1
DPŽ ndash Hrubyacute 35
Wőhlerova křivka ndash celkovyacute popis
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
10E+01 10E+02 10E+03 10E+04 10E+05 10E+06 10E+07 10E+08 10E+09
N [1]
a [
MP
a]
CANw
Ca
Weibullův
KohoutůvndashVěchetův b
CaCN
BN
DPŽ ndash Hrubyacute 36
Dalšiacute odhady meze uacutenavy Vyhodnocovanaacute
veličina
Vztah pro mez uacutenavy při R=-1
(pravděpodobnost poruchy
P=50) [MPa]
Koeficienty a podmiacutenky
platnosti
Autor
mez pevnosti Rm
[MPa]-1=0432timesRm+22
-1=046timesRm
-1=6
1Rm+400
t-1=027timesRm
t-1=0249timesRm+25
konstrukčniacute oceli
oceli do Rm =1400 MPa
oceli do Rm =1200 až 1800
MPa
oceli Rm Ł1200
konstrukčniacute oceli
Buch
Žukov
Ponomarjev
Žukov
Buch
mez kluzu
v tahu Re a krutu
timestk [MPa]
-1=0452timesRe+94
-1=045timesRe+122
t-1=0448times tk+52
konstrukčniacute oceli
konstrukčniacute oceli
konstrukčniacute oceli
Buch
Žukov
Buch
skutečnaacute lomovaacute
pevnost f
[MPa]
-1=035times f ndash10
-1=0315times f -19
konstrukčniacute oceli
konstrukčniacute oceli
Žukov
Mc-Adam
tvrdost HB
[MPa]-1=(0128hellip0156)timesHB
-1=(0168hellip0222)timesHB
uhliacutekoveacute oceli
legovaneacute oceli
Grebenik
Grebenik
meze Rm Re
[MPa]-1=0285times( Re + Rm) konstrukčniacute oceli Šapošnikov
DPŽ ndash Hrubyacute 37
Uacutenavoveacute křivky deformace
DPŽ ndash Hrubyacute 38
Manson-Coffin ndash unavovaacute křivka
deformace
00001
0001
001
01
1
1E+00 1E+01 1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07
počet půlkmitů 2N [1]
am
plitu
da p
om
d
efo
rmace
a [
1]
ae
ap
a
f
f Eb
c
1
1
DPŽ ndash Hrubyacute 39
Manson-Coffin ndash matematickyacute popis
NcNbE
NNE
NNE
fpla
fela
cf
pla
bfela
cf
pla
bfela
2logloglog2log
loglog
2loglog2
loglog
22
cfbfpl
aelaa NN
E22
σfrsquohellipsoučinitel uacutenavoveacute pevnosti bhellipexponent uacutenavoveacute pevnosti
εfrsquohellipsoučinitel uacutenavoveacute deformace chellipexponent uacutenavoveacute deformace
bc
f
fcb
f
ft
ctf
bt
f
aplael
E
EN
NNE
11
2
1
2
1
22
Tranzitniacute počet cyklů Po logaritmickeacute uacutepravě
DPŽ ndash Hrubyacute 40
Cyklickaacute deformačniacute křivka
DPŽ ndash Hrubyacute 41
Ramberg-Osgood (platneacute pro přibližneacute
vyjaacutedřeniacute tahoveacuteho diagramu i cyklickeacute
deformačniacute křivky)
E
el
npl
K
1
elE nplK
1DOsgoodRamberg
1
n
KE
+ =
DPŽ ndash Hrubyacute 42
Hysterezniacute smyčky cyklickaacute deformačniacute křivka
Rambergova-Osgoodova aproximace
Cyklickaacute
deformačniacute
křivka Saturovaneacute
hysterezniacute
smyčky
zpevněniacute
změkčeniacute
cyklickaacute
statickaacute
1D
1n
aaa
KE
D1el
aa E 1Dnpl
aa K
R = -1
DPŽ ndash Hrubyacute 43
Saturovanaacute hysterezniacute smyčka
naapla
elaa
KE
1
Krsquo - modul cyklickeacuteho zpevněniacute
nrsquo - exponent cyklickeacuteho zpevněniacute
E - modul pružnosti v tahu
nplaa K
DPŽ ndash Hrubyacute 44
Masingova aproximace hysterezniacutech
smyček a CDK
Saturovaneacute hysterezniacute smyčky uměle
posunuty spodniacutem rohem do počaacutetku
souřadneacuteho systeacutemu [εpl σ] majiacute
shodnou horniacute větev Většina kovů se
však podle Masingova pravidla nechovaacute
Data převzata z Radim Halama Experimentaacutelniacute poznatky a fenomenologickeacute modelovaacuteniacute cyklickeacute plasticity kovů [Habilitačniacute praacutece VŠB-TU Ostrava] 2009
εpl
σ CDK prochaacuteziacute středy posunutyacutech
hyster smyček
Nevykazuje chovaacuteniacute podle
Masingova pravidla
DPŽ ndash Hrubyacute 45
Odhady uacutenavovyacutech parametrů
Parametr Nelegovaneacute a niacutezkolegovaneacute oceli Hliniacutekoveacute a titanoveacute slitiny
f mRtimes51 mRtimes671
b -0087 -0095
f times590 350
c -058 -069
C mRtimes450 mRtimes420
C timestimestimes 410951450
E
Rm E
Rmtimes420
CN 5105 times 6101times
K mRtimes651 mRtimes611
n 015 011
kde
01 pro 3103 timesŁE
Rm
timesE
Rm01253751 pro 3103 timesE
Rm
0
DPŽ ndash Hrubyacute 46
Koncentrace napětiacute
DPŽ ndash Hrubyacute 47
Koncentrace napětiacute
Součinitel tvaru
(součinitel koncentrace
elastickyacutech napětiacute)
0max
1
x
y
x
nom
maxt
SK
0
1
x
y
x
Poměrnyacute gradient
(gradient normovanyacute maximaacutelniacutem
elastickyacutem napětiacutem)
httpwwwameswebinfoStressConcentrationFactor
StressConcentrationFactorsaspx
DPŽ ndash Hrubyacute 48
Součinitel vrubu β vrubovaacute citlivost q
0
100
200
300
400
500
600
1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07 1E+08
Number of cycles [1]
Str
es
s a
mp
litu
de
[M
Pa
]
smooth
notched
FL
FLN
xc
cfK
q11 Thum
Poloměr vrubu
Vliv vrubu bez
vlivu velikosti
a povrchu
DPŽ ndash Hrubyacute 49
Vliv velikosti a jakosti povrchu
DPŽ ndash Hrubyacute 50
Vliv velikosti součaacutesti - kS
m
d
D
dc
Dc
SV
Vk
exp
exp
10
y
x
S
02
03
04
05
06
07
08
09
1
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
průměr hřiacutedele D [mm]
so
učin
itel veliko
sti
[
1]
Rm=400 až 580Rm=700 až 710litaacute ocelRm=820 až 860Rm=850 až 910Rm=890 až 1000Rm=890 až 1000 aproximacem=-003m=-004m=-005m=-006m=-0068
oceli
DPŽ ndash Hrubyacute 51
Vliv jakosti obrobeniacute povrchu - kSF
kSF
Jakost povrchu
Pevnost v tahu
etalonc
realc
SFk
DPŽ ndash Hrubyacute 52
Vliv technologie uacuteprav povrchu - kT
etalonc
technolc
Tk
DPŽ ndash Hrubyacute 53
Mez uacutenavy reaacutelneacuteho diacutelu ndash dimenzovaacuteniacute
na teoreticky nekonečnou životnost
(trvalou pevnost)
f
TSFScvc
xc
K
kkk
vpcvc
xc
DPŽ ndash Hrubyacute 54
Vliv středniacuteho napětiacute
DPŽ ndash Hrubyacute 55
Vliv středniacuteho napětiacute
DPŽ ndash Hrubyacute 56
Smithův diagram
FL
DPŽ ndash Hrubyacute 57
Haighův (Goodmanův) diagram
0Re Re Rm
Re
-m +m
a
aekv
k
F
mCA
1
F
mCA
1
a
m
F Re
C
k = 2
CC
F tg
k = 1
odhad fiktivniacuteho napětiacute
tah
ohyb
krut
Rm
Rm
Rm
F
F
F
8070
7151
t
Hodnoty součinitele citlivosti k asymetrii cyklu ψ
(bdquosbiacutehavostldquo)
Goodmanova čaacutera
DPŽ ndash Hrubyacute 58
Vyacutepočet bezpečnosti
pt
mx
c
a
k
1
1
kt
m
kt
a
k
1
2
21min kkk
1pt
M
x
c
A
1
kt
M
kt
A
aA k mM k
DPŽ ndash Hrubyacute 59
Př Prutovaacute soustava ndash SU
bull absolutně tuhyacute traacutem
bull h = 1 000 mm
bull a = 500 mm
bull mez pevnosti materiaacutelu prutů 600 MPa
bull hladkeacute pruty kruhovyacute průřez 100 mm2
bull povrch prutů leštěn ndash souč jak povrchu 095
bull součinitele velikosti všech prutů 098
bull Fh = + 10 000 N
bull Fd = - 10 000 N
bull určit bezpečnost pro teoreticky
nekonečnou životnost
h
2a
F
a2
DPŽ ndash Hrubyacute 60
Př Prutovaacute soustava ndash SN
bull absolutně tuhyacute traacutem
bull h = 1 000 mm
bull a = 500 mm
bull mez pevnosti materiaacutelu prutů 600 MPa
bull hladkeacute pruty kruhovyacute průřez 100 mm2
bull povrch prutů leštěn ndash souč jak povrchu 095
bull součinitele velikosti všech prutů 098
bull Fh = + 20 000 N
bull Fd = - 20 000 N
bull určit bezpečnost pro teoreticky
nekonečnou životnost
h
a a
F
a2
DPŽ ndash Hrubyacute 61
Př Prutovaacute soustava ndash SU ndash 2 parametry
bull určit maximaacutelniacute rozmeziacute symetricky
střiacutedavyacutech sil (působiacuteciacutech ve faacutezi) pro
teoreticky nekonečnou životnost v
zaacutevislosti na uacutehlu alfa
bull l = 1 000 mm
bull mez pevnosti materiaacutelu prutů 600
MPa
bull hladkeacute pruty kruhovyacute průřez 100
mm2
bull povrch prutů leštěn ndash souč jak
povrchu 095
bull součinitele velikosti všech prutů 098
V
H
l l
1 2
V
H
N1 N2
DPŽ ndash Hrubyacute 62
zakresleniacute diagramu pro mezniacute stav
A
Vxc
A
Hxc
cos2
cos2
cotg
cos2
cotg
cos2
bezpečnost gt 1 jeden prut na mezi
uacutenavy součaacutesti tj v
jednom prutu
bezpečnost rovna
jedneacute
Př Prutovaacute soustava ndash SU ndash 2 parametry
DPŽ ndash Hrubyacute 63
Reaacutelneacute napěťodeformačniacute stavy ve
vrubech
DPŽ ndash Hrubyacute 64
Součinitel tvaru (s koncentrace
elastickyacutech napětiacute)
Součinitel koncentrace napětiacute
Součinitel koncentrace deformace
Reaacutelnaacute napětiacute a deformace ve vrubech
0
0
0
0
e
B
S
C
eSK ficfic
t
0
0
S
C
SK
0
0
e
B
eK
e
(nom)
B 0 fic
S (nom)
Brsquo
A
Arsquo
fic=S
=timesS
=times
Crsquo
C
DPŽ ndash Hrubyacute 65
Skutečnaacute napětiacute a deformace ve vrubech
22SeeS
12
0
2
12d
2
nplnpl
vKnE
KE
U
pl
Neuber Glinka
1
22
1 n
vKE
U
vfic UU
nomnomficficfic SeU 22
2
1
2
1
2
1
z rovnosti
ploch
DPŽ ndash Hrubyacute 66
0
fic
m=1
m=066
m=05m=01
m=0
Zobecněneacute Neuberovo pravidlo
5050 el
fic E
elfic EE
2
m=0 platiacute pro tvrdeacute zatěžovaacuteniacute tj
napětiacute deformačniacuteho původu
rovnoměrně rozděleneacute po
průřezu
m=1 platiacute pro měkkeacute zatěžovaacuteniacute tj
napětiacute siloveacuteho původu
rovnoměrně rozděleneacute po
průřezu
m=01 pro napětiacute deformačniacuteho
původu mimo vruby (např
teplotniacute pnutiacute)
m=05 pro vruby zatiacuteženeacute silově i
deformačně (Neuberovo
pravidlo)
m=06 pro napětiacute siloveacuteho původu
nerovnoměrně rozloženaacute po
průřezu (např při ohybu) mmel
fic E 1
DPŽ ndash Hrubyacute 67
Př Ramberg-Osgood 12
Vzorek bez vrubu z oceli 11 5231 je vystaven tvrdeacutemu zatěžovaacuteniacute o amplitudě celkoveacute
deformace 102 3timesa Určit amplitudu napětiacute Je zadaacuteno
MPa10072 5timesE
MPa1164K
1990n
0
100
200
300
400
500
600
700
0000 0005 0010 0015 0020 0025 0030
am
plitu
da n
ap
ětiacute
[M
Pa]
amplituda poměrneacute plastikeacute deformace [-]
CDK
n
apla K
DPŽ ndash Hrubyacute 68
-300 -200 -100 0 100 200 300260
280
300
320
340
360
380
ai
ai+
1
Př Ramberg-Osgood 22
MATLAB
sig=50
krok=0
for i=110000
krok=krok+1
Sig=1164(2e-3 - sig207e5)^0199
if abs(Sig-sig)lt00001
break
end
sig=Sig
end Pro libovolnyacute odhad je řešeniacute MPa273a
1990
5
1
1007200201164
times
iai
a
19901
5 1164100720020
times aa
1
naa
aKE
DPŽ ndash Hrubyacute 69
Př koncentrace napětiacute vs deformace 13
Vzorek z oceli 11 5231 je vystaven měkkeacutemu zatěžovaacuteniacute v podeacutelneacutem směru o amplitudě
napětiacute 200 MPa Určit elastickou a plastickou složku poměrneacute deformace
662
MPa10072 5timesE MPa1164K 1990n
zadaacuteno vůči neoslabeneacutemu nominaacutelniacutemu napětiacute
mimo vrub pro danou hladinu zatiacuteženiacute
200
Oslash10
20
5
DPŽ ndash Hrubyacute 70
MPa3533200662 times avruba
319901
1
1014301164
200
times
na
aplK
019801164
3533
19901
1
nvrubavrub
aplK
3
5109660
10072
200 timestimes
E
aael
0026010072
35335
times
E
vrubavrub
ael
333 101091109660101430 timestimestimes aplaela
1720101091
022403
times
a
vruba
Př koncentrace napětiacute vs deformace 23
022400198000260 vrubapl
vrubael
vruba
DPŽ ndash Hrubyacute 71
Př koncentrace napětiacute vs deformace 33
MKP elastickeacute řešeniacute
MKP elastoplastickeacute řešeniacute
324200
863max a
a
1720
662
DPŽ ndash Hrubyacute 72
Př Vetknutyacute sloupek 12
-16 K10511 times
50 100
Ocelovyacute sloupek = lopatka dmychadla je vloženyacute mezi dva tuheacute členy = disky
oběžneacuteho kola a je namaacutehaacuten cyklicky proměnnou teplotou
Uacutekol Posoudit zda hroziacute porušeniacute při 10 000 teplotniacutech cyklech
Daacuteno rozsah pracovniacutech teplot T1 = 22 degC T2 = 370 degC
modul pružnosti v tahu E = 205 GPa
uacutenavovaacute křivka poměrneacute deformace vztaženaacute
k provozniacute teplotě s parametry
160b
580c
MPa1140 f
10 f
teplotniacute roztažnost
DPŽ ndash Hrubyacute 73
C3482237012 TTT
336 1000122
10002434810511 times
timestimestimes
teplotaaT
3580160
5104601000201000020
10052
1140
22
times
times
c
fbf
a NNE
hroziacute poruchateplota
aa Ł
Př Vetknutyacute sloupek 22
DPŽ ndash Hrubyacute 74
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 14
22SeeS
nomnomficfic Se 22
2
1
2
1
2
1
2
1
Neuber
1
2222
2222
1 nfic
vKEEE
SSeU
mmelfic E 1
c
bnK
nf
f
b
c
f
fE
do Ramberga-Osgooda
naaa
KE
1
DPŽ ndash Hrubyacute 75
mmelfic E 1
m
bc
f
f
m
ficEE
E
1
m
bc
f
fmm
ficE
E
1
1
0
f
1
fic
m
bc
f
fm E
i
iii
f
f1
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 24
DPŽ ndash Hrubyacute 76
11
1
1
1
1
1
bc
f
i
f
f
m
bc
f
i
fimi
m
bc
f
i
fimi
fic
m
bc
f
i
fimi
ii
b
cEEmEm
E
1
npl
K
E
el
1
n
KE
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 34
DPŽ ndash Hrubyacute 77
K [MPa] n [-] c [-] εrsquof [-] b [-] σrsquof [MPa] E [MPa]
1020 014066 -06586 0921985 -0092718 1009234 21105
MPa700fic 50m
Iterace
Napětiacute ve vrubu
[MPa]
0 700
1 55953
2 48112
3 45414
4 45114
5 45111
6 45111 0005175
00030270002148
plel
00030271020
11451
1406601
1
npl
K
00021481012
114515
times
E
el
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 44
DPŽ ndash Hrubyacute 15
Vyacutepočet uacutenavoveacuteho poškozeniacute ndash
praxe scheacutema vyacutepočtu
Analyacuteza
mezniacuteho stavu
poškozeniacute
CAD
model
MISES VALUE
+367 E+00
+283 E+02
+170 E+02
+336 E+02
+419 E+02
+502 E+02
+585 E+02
+668 E+02
+751 E+02
+834 E+02
+867 E+01
+917 E+02
+100 E+03
+163 E+03
1
2
3
MKP
analyacuteza
V přiacutepadě
nevyhověniacute
uacuteprava
konstrukce
DPŽ ndash Hrubyacute 16
Uacutenava ndash uacutenavoveacute poškozeniacute ndash přiacutestupy
Critical
Location
Permanent strength
(unlimited fatigue life)
Fatigue strength
(limited fatigue life)
SAFE-LIFE
structure
FAIL-SAFE
structure
Damage Tolerance
structure
Slow Crack Growth
structure
Inspection
possible
Multiple
elements
YES
Theoretically
infinite life
NO
NO
NO
YES
YES
DPŽ ndash Hrubyacute 17
Metody predikce životnosti
Přiacutestup pomociacute nominaacutelniacutech napětiacute
(NSA - Nominal Stress Approach)
Přiacutestup pomociacute lokaacutelniacutech elastickyacutech napětiacute
(LESA - Local Elastic Stress Approach)
Přiacutestup pomociacute lokaacutelniacutech elasto-plastickyacutech
napětiacute a deformaciacute
(LPSA - Local Plastic Stress
and Strain Approach)
Přiacutestup využiacutevajiacuteciacute lomoveacute mechaniky
(FMA - Fracture Mechanics Approach)
Hrubyacute
Jurenka
DPŽ ndash Hrubyacute 18
Pozadiacute fenomeacutenu uacutenavy
DPŽ ndash Hrubyacute 19
Krystalografickeacute mřiacutežky kovů
kubickaacute prostorově centrovanaacute
(body centered cubic ndash BCC)
chrom wolfram vanad železo α
kubickaacute plošně centrovanaacute
(face centered cubic ndash FCC)
železo γ nikl hliniacutek měď olovo zlato
platina střiacutebro
httpmechmeswebsnadnoczdokumentypri-st-05_vnitrnistrukturakovupdf
šesterečnaacute
(hexagonal)
hořčiacutek zinek titan
DPŽ ndash Hrubyacute 20
Krystalografickaacute mřiacutežka - poruchy
httppythonriceedu~arbCourses360_defects_handout_01pdf
čaacuteroveacute poruchy - dislokace
plochoveacute
poruchy -
zrna hranice zrn
bodoveacute poruchy
DPŽ ndash Hrubyacute 21
Technickeacute slitiny železa
httpcswikipediaorgwikiSouborDiagramm_phasenjpg
makroskopickaacute isometrie
diacuteky naacutehodneacute orientaci
anisotropniacutech krystalů v tuheacute
faacutezi
httpwwwpedmuniczwphyFyzVlaindexhtm
V každeacutem materiaacutelu jsou
poruchy ideaacutelniacute struktury
DPŽ ndash Hrubyacute 22
bull Faacuteze změn mechanickyacutech
vlastnostiacute změny struktury kovu v
celeacutem objemu Doba trvaacuteniacute několik
procent života do lomu
bull Faacuteze nukleace (iniciace)
mikrotrhliny formovaacuteniacute
makrotrhliny zahrnuje lokaacutelniacute
změny v povrchoveacute vrstvě vyvolaneacute
silokačniacutemi efekty a naacutesledneacute
propojovaacuteniacute mikrotrhlin nebo růst
dominantniacute mikrotrhliny Doba trvaacuteniacute
10 i 90 života
bull Faacuteze šiacuteřeniacute makrotrhliny Zahrnuje
staacutedium růstu dominantniacute
makrotrhliny změnu jejiacuteho směru
kolmo na max hlavniacute napětiacute
bull Faacuteze zaacutevěrečneacuteho lomu je
reprezentovaacutena přechodem na
zrychlenyacutem rozvojem zakončenyacutem
houževnatyacutem nebo křehkyacutem lomem
na mezi kluzu nebo mezi pevnosti
1 A
10 2 A
1 m 10 2 m 1 mm 10
2 mm
Atomic
Distance Grain Size
of Austenite
Micro-crack
Formation
Glissile
Dislocation
Macro-crack
Creation
Macro-crack
Growth
Faacuteze uacutenavoveacuteho procesu 1
2
3
4
DPŽ ndash Hrubyacute 23
t
t
t
t
t t
t
t
t
a
b
c
d
e
0
A
B
C
DD
C
B
A
0
Cacute
E
Cyklickeacute
zpevněniacute
Cyklickeacute
změkčeniacute
Cyklickaacute
relaxace
Cyklickyacute creep
(ratchetting)
Paměťovyacute
efekt
1 Mechanickeacute změny při cyklovaacuteniacute
DPŽ ndash Hrubyacute 24
Miacutesta iniciace lomovaacute plocha
Striačniacute čaacutery
postupu čela
trhliny
Miacutesto
iniciace
Extruse
Skluzovaacute paacutesma
Intruse
2
3
4
DPŽ ndash Hrubyacute 25
Charakteristiky harmonickeacuteho
cyklickeacuteho namaacutehaacuteniacute
DPŽ ndash Hrubyacute 26
Harmonickeacute zatěžovaacuteniacute
amplituda napětiacute
středniacute hodnota napětiacute
perioda kmitu napěťově řiacutezeneacute zatěžovaacuteniacute ndash
měkkeacute
deformačně řiacutezeneacute zatěžovaacuteniacute ndash
tvrdeacute
httpfatiguecalculatorcom
2
dha
2
dhm
rozkmit napětiacute
koeficient nesouměrnosti
frekvence kmitu
dh
h
dR
T
Tf
1
T
a
m
h
d
DPŽ ndash Hrubyacute 27
Druhy kmitů sta
tickyacute v
tla
ku
pu
lzu
jiacuteciacute
v t
laku
sym
etr
ick
y s
třiacuted
avyacute
miacutej
ivyacute
v t
lak
u
neso
um
ěrn
ě s
třiacuted
avyacute
(stř
h
od
no
ta v
tla
ku
)
nes
ou
mě
rně
stř
iacuteda
vyacute
(stř
h
od
no
ta v
tah
u)
sta
tic
kyacute
v t
ah
u
pu
lzu
jiacuteciacute
v t
ah
u
miacutejiv
yacute v
tah
u
1R
1R
R 10R
1R
1R
01R
1R
0R
DPŽ ndash Hrubyacute 28
Uacutenavoveacute křivky napětiacute
DPŽ ndash Hrubyacute 29
Historie uacutenavy materiaacutelu
19 stoletiacute rozvoj technickeacuteho poznaacuteniacute rozšiacuteřeniacute možnosti využitiacute
oceli a kovovyacutech materiaacutelů v běžneacute praxi
Rozvoj železničniacute dopravy parniacute lokomotiva Mr G Stephenson 1829
Stavebnictviacute (mosty a nosneacute konstrukce) Eiffelova věž 1889
Rozvoj lodniacute dopravy
Vyacuteraznyacute technickyacute pokrok rostouciacute počet havaacuteriiacute ndash lomy konstrukciacute
Lomy os železničniacutech soukoliacute (konec 19 st)
August Wőhler (1819-1914)
DPŽ ndash Hrubyacute 30
Odhad meze uacutenavy
Uhliacutek oceli (P=1 )
Střiacutedavyacute tah-tlak σc = 033 (035)Rm
Miacutejivyacute tah-tlak σhc = 061Rm
Střiacutedavyacute ohyb σoc = 043 Rm
Střiacutedavyacute krut τc = 025 Rm
DPŽ ndash Hrubyacute 31
Odhad meze uacutenavy
Meze uacutenavy v ohybu platneacute pro 50 pravděpodobnost porušeniacute
DPŽ ndash Hrubyacute 32
Rm
oblast
Re
C
Woumlhlerova křivka + Frenchova čaacutera
DPŽ ndash Hrubyacute 33
Wőhlerova křivka ndash ocel (bcc) hliniacutek (fcc)
httpwwwtokuroglucomSnCurveExpjpg httpenwikipediaorgwikiFatigue_(material)
DPŽ ndash Hrubyacute 34
Wőhlerova křivka ndash popis šikmeacute čaacutesti
KNw
CNwCN
CN
a
awa
wa
loglog
loglogloglogloglog
loglog
CNwa
bfa N2
Basquin
mocninnyacute tvar
Basquin 11 5231
10
100
1000
1 10 100 1000 10000 100000
N [1]
a [
MP
a]
bfC
1
2
1
bw
1
DPŽ ndash Hrubyacute 35
Wőhlerova křivka ndash celkovyacute popis
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
10E+01 10E+02 10E+03 10E+04 10E+05 10E+06 10E+07 10E+08 10E+09
N [1]
a [
MP
a]
CANw
Ca
Weibullův
KohoutůvndashVěchetův b
CaCN
BN
DPŽ ndash Hrubyacute 36
Dalšiacute odhady meze uacutenavy Vyhodnocovanaacute
veličina
Vztah pro mez uacutenavy při R=-1
(pravděpodobnost poruchy
P=50) [MPa]
Koeficienty a podmiacutenky
platnosti
Autor
mez pevnosti Rm
[MPa]-1=0432timesRm+22
-1=046timesRm
-1=6
1Rm+400
t-1=027timesRm
t-1=0249timesRm+25
konstrukčniacute oceli
oceli do Rm =1400 MPa
oceli do Rm =1200 až 1800
MPa
oceli Rm Ł1200
konstrukčniacute oceli
Buch
Žukov
Ponomarjev
Žukov
Buch
mez kluzu
v tahu Re a krutu
timestk [MPa]
-1=0452timesRe+94
-1=045timesRe+122
t-1=0448times tk+52
konstrukčniacute oceli
konstrukčniacute oceli
konstrukčniacute oceli
Buch
Žukov
Buch
skutečnaacute lomovaacute
pevnost f
[MPa]
-1=035times f ndash10
-1=0315times f -19
konstrukčniacute oceli
konstrukčniacute oceli
Žukov
Mc-Adam
tvrdost HB
[MPa]-1=(0128hellip0156)timesHB
-1=(0168hellip0222)timesHB
uhliacutekoveacute oceli
legovaneacute oceli
Grebenik
Grebenik
meze Rm Re
[MPa]-1=0285times( Re + Rm) konstrukčniacute oceli Šapošnikov
DPŽ ndash Hrubyacute 37
Uacutenavoveacute křivky deformace
DPŽ ndash Hrubyacute 38
Manson-Coffin ndash unavovaacute křivka
deformace
00001
0001
001
01
1
1E+00 1E+01 1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07
počet půlkmitů 2N [1]
am
plitu
da p
om
d
efo
rmace
a [
1]
ae
ap
a
f
f Eb
c
1
1
DPŽ ndash Hrubyacute 39
Manson-Coffin ndash matematickyacute popis
NcNbE
NNE
NNE
fpla
fela
cf
pla
bfela
cf
pla
bfela
2logloglog2log
loglog
2loglog2
loglog
22
cfbfpl
aelaa NN
E22
σfrsquohellipsoučinitel uacutenavoveacute pevnosti bhellipexponent uacutenavoveacute pevnosti
εfrsquohellipsoučinitel uacutenavoveacute deformace chellipexponent uacutenavoveacute deformace
bc
f
fcb
f
ft
ctf
bt
f
aplael
E
EN
NNE
11
2
1
2
1
22
Tranzitniacute počet cyklů Po logaritmickeacute uacutepravě
DPŽ ndash Hrubyacute 40
Cyklickaacute deformačniacute křivka
DPŽ ndash Hrubyacute 41
Ramberg-Osgood (platneacute pro přibližneacute
vyjaacutedřeniacute tahoveacuteho diagramu i cyklickeacute
deformačniacute křivky)
E
el
npl
K
1
elE nplK
1DOsgoodRamberg
1
n
KE
+ =
DPŽ ndash Hrubyacute 42
Hysterezniacute smyčky cyklickaacute deformačniacute křivka
Rambergova-Osgoodova aproximace
Cyklickaacute
deformačniacute
křivka Saturovaneacute
hysterezniacute
smyčky
zpevněniacute
změkčeniacute
cyklickaacute
statickaacute
1D
1n
aaa
KE
D1el
aa E 1Dnpl
aa K
R = -1
DPŽ ndash Hrubyacute 43
Saturovanaacute hysterezniacute smyčka
naapla
elaa
KE
1
Krsquo - modul cyklickeacuteho zpevněniacute
nrsquo - exponent cyklickeacuteho zpevněniacute
E - modul pružnosti v tahu
nplaa K
DPŽ ndash Hrubyacute 44
Masingova aproximace hysterezniacutech
smyček a CDK
Saturovaneacute hysterezniacute smyčky uměle
posunuty spodniacutem rohem do počaacutetku
souřadneacuteho systeacutemu [εpl σ] majiacute
shodnou horniacute větev Většina kovů se
však podle Masingova pravidla nechovaacute
Data převzata z Radim Halama Experimentaacutelniacute poznatky a fenomenologickeacute modelovaacuteniacute cyklickeacute plasticity kovů [Habilitačniacute praacutece VŠB-TU Ostrava] 2009
εpl
σ CDK prochaacuteziacute středy posunutyacutech
hyster smyček
Nevykazuje chovaacuteniacute podle
Masingova pravidla
DPŽ ndash Hrubyacute 45
Odhady uacutenavovyacutech parametrů
Parametr Nelegovaneacute a niacutezkolegovaneacute oceli Hliniacutekoveacute a titanoveacute slitiny
f mRtimes51 mRtimes671
b -0087 -0095
f times590 350
c -058 -069
C mRtimes450 mRtimes420
C timestimestimes 410951450
E
Rm E
Rmtimes420
CN 5105 times 6101times
K mRtimes651 mRtimes611
n 015 011
kde
01 pro 3103 timesŁE
Rm
timesE
Rm01253751 pro 3103 timesE
Rm
0
DPŽ ndash Hrubyacute 46
Koncentrace napětiacute
DPŽ ndash Hrubyacute 47
Koncentrace napětiacute
Součinitel tvaru
(součinitel koncentrace
elastickyacutech napětiacute)
0max
1
x
y
x
nom
maxt
SK
0
1
x
y
x
Poměrnyacute gradient
(gradient normovanyacute maximaacutelniacutem
elastickyacutem napětiacutem)
httpwwwameswebinfoStressConcentrationFactor
StressConcentrationFactorsaspx
DPŽ ndash Hrubyacute 48
Součinitel vrubu β vrubovaacute citlivost q
0
100
200
300
400
500
600
1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07 1E+08
Number of cycles [1]
Str
es
s a
mp
litu
de
[M
Pa
]
smooth
notched
FL
FLN
xc
cfK
q11 Thum
Poloměr vrubu
Vliv vrubu bez
vlivu velikosti
a povrchu
DPŽ ndash Hrubyacute 49
Vliv velikosti a jakosti povrchu
DPŽ ndash Hrubyacute 50
Vliv velikosti součaacutesti - kS
m
d
D
dc
Dc
SV
Vk
exp
exp
10
y
x
S
02
03
04
05
06
07
08
09
1
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
průměr hřiacutedele D [mm]
so
učin
itel veliko
sti
[
1]
Rm=400 až 580Rm=700 až 710litaacute ocelRm=820 až 860Rm=850 až 910Rm=890 až 1000Rm=890 až 1000 aproximacem=-003m=-004m=-005m=-006m=-0068
oceli
DPŽ ndash Hrubyacute 51
Vliv jakosti obrobeniacute povrchu - kSF
kSF
Jakost povrchu
Pevnost v tahu
etalonc
realc
SFk
DPŽ ndash Hrubyacute 52
Vliv technologie uacuteprav povrchu - kT
etalonc
technolc
Tk
DPŽ ndash Hrubyacute 53
Mez uacutenavy reaacutelneacuteho diacutelu ndash dimenzovaacuteniacute
na teoreticky nekonečnou životnost
(trvalou pevnost)
f
TSFScvc
xc
K
kkk
vpcvc
xc
DPŽ ndash Hrubyacute 54
Vliv středniacuteho napětiacute
DPŽ ndash Hrubyacute 55
Vliv středniacuteho napětiacute
DPŽ ndash Hrubyacute 56
Smithův diagram
FL
DPŽ ndash Hrubyacute 57
Haighův (Goodmanův) diagram
0Re Re Rm
Re
-m +m
a
aekv
k
F
mCA
1
F
mCA
1
a
m
F Re
C
k = 2
CC
F tg
k = 1
odhad fiktivniacuteho napětiacute
tah
ohyb
krut
Rm
Rm
Rm
F
F
F
8070
7151
t
Hodnoty součinitele citlivosti k asymetrii cyklu ψ
(bdquosbiacutehavostldquo)
Goodmanova čaacutera
DPŽ ndash Hrubyacute 58
Vyacutepočet bezpečnosti
pt
mx
c
a
k
1
1
kt
m
kt
a
k
1
2
21min kkk
1pt
M
x
c
A
1
kt
M
kt
A
aA k mM k
DPŽ ndash Hrubyacute 59
Př Prutovaacute soustava ndash SU
bull absolutně tuhyacute traacutem
bull h = 1 000 mm
bull a = 500 mm
bull mez pevnosti materiaacutelu prutů 600 MPa
bull hladkeacute pruty kruhovyacute průřez 100 mm2
bull povrch prutů leštěn ndash souč jak povrchu 095
bull součinitele velikosti všech prutů 098
bull Fh = + 10 000 N
bull Fd = - 10 000 N
bull určit bezpečnost pro teoreticky
nekonečnou životnost
h
2a
F
a2
DPŽ ndash Hrubyacute 60
Př Prutovaacute soustava ndash SN
bull absolutně tuhyacute traacutem
bull h = 1 000 mm
bull a = 500 mm
bull mez pevnosti materiaacutelu prutů 600 MPa
bull hladkeacute pruty kruhovyacute průřez 100 mm2
bull povrch prutů leštěn ndash souč jak povrchu 095
bull součinitele velikosti všech prutů 098
bull Fh = + 20 000 N
bull Fd = - 20 000 N
bull určit bezpečnost pro teoreticky
nekonečnou životnost
h
a a
F
a2
DPŽ ndash Hrubyacute 61
Př Prutovaacute soustava ndash SU ndash 2 parametry
bull určit maximaacutelniacute rozmeziacute symetricky
střiacutedavyacutech sil (působiacuteciacutech ve faacutezi) pro
teoreticky nekonečnou životnost v
zaacutevislosti na uacutehlu alfa
bull l = 1 000 mm
bull mez pevnosti materiaacutelu prutů 600
MPa
bull hladkeacute pruty kruhovyacute průřez 100
mm2
bull povrch prutů leštěn ndash souč jak
povrchu 095
bull součinitele velikosti všech prutů 098
V
H
l l
1 2
V
H
N1 N2
DPŽ ndash Hrubyacute 62
zakresleniacute diagramu pro mezniacute stav
A
Vxc
A
Hxc
cos2
cos2
cotg
cos2
cotg
cos2
bezpečnost gt 1 jeden prut na mezi
uacutenavy součaacutesti tj v
jednom prutu
bezpečnost rovna
jedneacute
Př Prutovaacute soustava ndash SU ndash 2 parametry
DPŽ ndash Hrubyacute 63
Reaacutelneacute napěťodeformačniacute stavy ve
vrubech
DPŽ ndash Hrubyacute 64
Součinitel tvaru (s koncentrace
elastickyacutech napětiacute)
Součinitel koncentrace napětiacute
Součinitel koncentrace deformace
Reaacutelnaacute napětiacute a deformace ve vrubech
0
0
0
0
e
B
S
C
eSK ficfic
t
0
0
S
C
SK
0
0
e
B
eK
e
(nom)
B 0 fic
S (nom)
Brsquo
A
Arsquo
fic=S
=timesS
=times
Crsquo
C
DPŽ ndash Hrubyacute 65
Skutečnaacute napětiacute a deformace ve vrubech
22SeeS
12
0
2
12d
2
nplnpl
vKnE
KE
U
pl
Neuber Glinka
1
22
1 n
vKE
U
vfic UU
nomnomficficfic SeU 22
2
1
2
1
2
1
z rovnosti
ploch
DPŽ ndash Hrubyacute 66
0
fic
m=1
m=066
m=05m=01
m=0
Zobecněneacute Neuberovo pravidlo
5050 el
fic E
elfic EE
2
m=0 platiacute pro tvrdeacute zatěžovaacuteniacute tj
napětiacute deformačniacuteho původu
rovnoměrně rozděleneacute po
průřezu
m=1 platiacute pro měkkeacute zatěžovaacuteniacute tj
napětiacute siloveacuteho původu
rovnoměrně rozděleneacute po
průřezu
m=01 pro napětiacute deformačniacuteho
původu mimo vruby (např
teplotniacute pnutiacute)
m=05 pro vruby zatiacuteženeacute silově i
deformačně (Neuberovo
pravidlo)
m=06 pro napětiacute siloveacuteho původu
nerovnoměrně rozloženaacute po
průřezu (např při ohybu) mmel
fic E 1
DPŽ ndash Hrubyacute 67
Př Ramberg-Osgood 12
Vzorek bez vrubu z oceli 11 5231 je vystaven tvrdeacutemu zatěžovaacuteniacute o amplitudě celkoveacute
deformace 102 3timesa Určit amplitudu napětiacute Je zadaacuteno
MPa10072 5timesE
MPa1164K
1990n
0
100
200
300
400
500
600
700
0000 0005 0010 0015 0020 0025 0030
am
plitu
da n
ap
ětiacute
[M
Pa]
amplituda poměrneacute plastikeacute deformace [-]
CDK
n
apla K
DPŽ ndash Hrubyacute 68
-300 -200 -100 0 100 200 300260
280
300
320
340
360
380
ai
ai+
1
Př Ramberg-Osgood 22
MATLAB
sig=50
krok=0
for i=110000
krok=krok+1
Sig=1164(2e-3 - sig207e5)^0199
if abs(Sig-sig)lt00001
break
end
sig=Sig
end Pro libovolnyacute odhad je řešeniacute MPa273a
1990
5
1
1007200201164
times
iai
a
19901
5 1164100720020
times aa
1
naa
aKE
DPŽ ndash Hrubyacute 69
Př koncentrace napětiacute vs deformace 13
Vzorek z oceli 11 5231 je vystaven měkkeacutemu zatěžovaacuteniacute v podeacutelneacutem směru o amplitudě
napětiacute 200 MPa Určit elastickou a plastickou složku poměrneacute deformace
662
MPa10072 5timesE MPa1164K 1990n
zadaacuteno vůči neoslabeneacutemu nominaacutelniacutemu napětiacute
mimo vrub pro danou hladinu zatiacuteženiacute
200
Oslash10
20
5
DPŽ ndash Hrubyacute 70
MPa3533200662 times avruba
319901
1
1014301164
200
times
na
aplK
019801164
3533
19901
1
nvrubavrub
aplK
3
5109660
10072
200 timestimes
E
aael
0026010072
35335
times
E
vrubavrub
ael
333 101091109660101430 timestimestimes aplaela
1720101091
022403
times
a
vruba
Př koncentrace napětiacute vs deformace 23
022400198000260 vrubapl
vrubael
vruba
DPŽ ndash Hrubyacute 71
Př koncentrace napětiacute vs deformace 33
MKP elastickeacute řešeniacute
MKP elastoplastickeacute řešeniacute
324200
863max a
a
1720
662
DPŽ ndash Hrubyacute 72
Př Vetknutyacute sloupek 12
-16 K10511 times
50 100
Ocelovyacute sloupek = lopatka dmychadla je vloženyacute mezi dva tuheacute členy = disky
oběžneacuteho kola a je namaacutehaacuten cyklicky proměnnou teplotou
Uacutekol Posoudit zda hroziacute porušeniacute při 10 000 teplotniacutech cyklech
Daacuteno rozsah pracovniacutech teplot T1 = 22 degC T2 = 370 degC
modul pružnosti v tahu E = 205 GPa
uacutenavovaacute křivka poměrneacute deformace vztaženaacute
k provozniacute teplotě s parametry
160b
580c
MPa1140 f
10 f
teplotniacute roztažnost
DPŽ ndash Hrubyacute 73
C3482237012 TTT
336 1000122
10002434810511 times
timestimestimes
teplotaaT
3580160
5104601000201000020
10052
1140
22
times
times
c
fbf
a NNE
hroziacute poruchateplota
aa Ł
Př Vetknutyacute sloupek 22
DPŽ ndash Hrubyacute 74
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 14
22SeeS
nomnomficfic Se 22
2
1
2
1
2
1
2
1
Neuber
1
2222
2222
1 nfic
vKEEE
SSeU
mmelfic E 1
c
bnK
nf
f
b
c
f
fE
do Ramberga-Osgooda
naaa
KE
1
DPŽ ndash Hrubyacute 75
mmelfic E 1
m
bc
f
f
m
ficEE
E
1
m
bc
f
fmm
ficE
E
1
1
0
f
1
fic
m
bc
f
fm E
i
iii
f
f1
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 24
DPŽ ndash Hrubyacute 76
11
1
1
1
1
1
bc
f
i
f
f
m
bc
f
i
fimi
m
bc
f
i
fimi
fic
m
bc
f
i
fimi
ii
b
cEEmEm
E
1
npl
K
E
el
1
n
KE
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 34
DPŽ ndash Hrubyacute 77
K [MPa] n [-] c [-] εrsquof [-] b [-] σrsquof [MPa] E [MPa]
1020 014066 -06586 0921985 -0092718 1009234 21105
MPa700fic 50m
Iterace
Napětiacute ve vrubu
[MPa]
0 700
1 55953
2 48112
3 45414
4 45114
5 45111
6 45111 0005175
00030270002148
plel
00030271020
11451
1406601
1
npl
K
00021481012
114515
times
E
el
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 44
DPŽ ndash Hrubyacute 16
Uacutenava ndash uacutenavoveacute poškozeniacute ndash přiacutestupy
Critical
Location
Permanent strength
(unlimited fatigue life)
Fatigue strength
(limited fatigue life)
SAFE-LIFE
structure
FAIL-SAFE
structure
Damage Tolerance
structure
Slow Crack Growth
structure
Inspection
possible
Multiple
elements
YES
Theoretically
infinite life
NO
NO
NO
YES
YES
DPŽ ndash Hrubyacute 17
Metody predikce životnosti
Přiacutestup pomociacute nominaacutelniacutech napětiacute
(NSA - Nominal Stress Approach)
Přiacutestup pomociacute lokaacutelniacutech elastickyacutech napětiacute
(LESA - Local Elastic Stress Approach)
Přiacutestup pomociacute lokaacutelniacutech elasto-plastickyacutech
napětiacute a deformaciacute
(LPSA - Local Plastic Stress
and Strain Approach)
Přiacutestup využiacutevajiacuteciacute lomoveacute mechaniky
(FMA - Fracture Mechanics Approach)
Hrubyacute
Jurenka
DPŽ ndash Hrubyacute 18
Pozadiacute fenomeacutenu uacutenavy
DPŽ ndash Hrubyacute 19
Krystalografickeacute mřiacutežky kovů
kubickaacute prostorově centrovanaacute
(body centered cubic ndash BCC)
chrom wolfram vanad železo α
kubickaacute plošně centrovanaacute
(face centered cubic ndash FCC)
železo γ nikl hliniacutek měď olovo zlato
platina střiacutebro
httpmechmeswebsnadnoczdokumentypri-st-05_vnitrnistrukturakovupdf
šesterečnaacute
(hexagonal)
hořčiacutek zinek titan
DPŽ ndash Hrubyacute 20
Krystalografickaacute mřiacutežka - poruchy
httppythonriceedu~arbCourses360_defects_handout_01pdf
čaacuteroveacute poruchy - dislokace
plochoveacute
poruchy -
zrna hranice zrn
bodoveacute poruchy
DPŽ ndash Hrubyacute 21
Technickeacute slitiny železa
httpcswikipediaorgwikiSouborDiagramm_phasenjpg
makroskopickaacute isometrie
diacuteky naacutehodneacute orientaci
anisotropniacutech krystalů v tuheacute
faacutezi
httpwwwpedmuniczwphyFyzVlaindexhtm
V každeacutem materiaacutelu jsou
poruchy ideaacutelniacute struktury
DPŽ ndash Hrubyacute 22
bull Faacuteze změn mechanickyacutech
vlastnostiacute změny struktury kovu v
celeacutem objemu Doba trvaacuteniacute několik
procent života do lomu
bull Faacuteze nukleace (iniciace)
mikrotrhliny formovaacuteniacute
makrotrhliny zahrnuje lokaacutelniacute
změny v povrchoveacute vrstvě vyvolaneacute
silokačniacutemi efekty a naacutesledneacute
propojovaacuteniacute mikrotrhlin nebo růst
dominantniacute mikrotrhliny Doba trvaacuteniacute
10 i 90 života
bull Faacuteze šiacuteřeniacute makrotrhliny Zahrnuje
staacutedium růstu dominantniacute
makrotrhliny změnu jejiacuteho směru
kolmo na max hlavniacute napětiacute
bull Faacuteze zaacutevěrečneacuteho lomu je
reprezentovaacutena přechodem na
zrychlenyacutem rozvojem zakončenyacutem
houževnatyacutem nebo křehkyacutem lomem
na mezi kluzu nebo mezi pevnosti
1 A
10 2 A
1 m 10 2 m 1 mm 10
2 mm
Atomic
Distance Grain Size
of Austenite
Micro-crack
Formation
Glissile
Dislocation
Macro-crack
Creation
Macro-crack
Growth
Faacuteze uacutenavoveacuteho procesu 1
2
3
4
DPŽ ndash Hrubyacute 23
t
t
t
t
t t
t
t
t
a
b
c
d
e
0
A
B
C
DD
C
B
A
0
Cacute
E
Cyklickeacute
zpevněniacute
Cyklickeacute
změkčeniacute
Cyklickaacute
relaxace
Cyklickyacute creep
(ratchetting)
Paměťovyacute
efekt
1 Mechanickeacute změny při cyklovaacuteniacute
DPŽ ndash Hrubyacute 24
Miacutesta iniciace lomovaacute plocha
Striačniacute čaacutery
postupu čela
trhliny
Miacutesto
iniciace
Extruse
Skluzovaacute paacutesma
Intruse
2
3
4
DPŽ ndash Hrubyacute 25
Charakteristiky harmonickeacuteho
cyklickeacuteho namaacutehaacuteniacute
DPŽ ndash Hrubyacute 26
Harmonickeacute zatěžovaacuteniacute
amplituda napětiacute
středniacute hodnota napětiacute
perioda kmitu napěťově řiacutezeneacute zatěžovaacuteniacute ndash
měkkeacute
deformačně řiacutezeneacute zatěžovaacuteniacute ndash
tvrdeacute
httpfatiguecalculatorcom
2
dha
2
dhm
rozkmit napětiacute
koeficient nesouměrnosti
frekvence kmitu
dh
h
dR
T
Tf
1
T
a
m
h
d
DPŽ ndash Hrubyacute 27
Druhy kmitů sta
tickyacute v
tla
ku
pu
lzu
jiacuteciacute
v t
laku
sym
etr
ick
y s
třiacuted
avyacute
miacutej
ivyacute
v t
lak
u
neso
um
ěrn
ě s
třiacuted
avyacute
(stř
h
od
no
ta v
tla
ku
)
nes
ou
mě
rně
stř
iacuteda
vyacute
(stř
h
od
no
ta v
tah
u)
sta
tic
kyacute
v t
ah
u
pu
lzu
jiacuteciacute
v t
ah
u
miacutejiv
yacute v
tah
u
1R
1R
R 10R
1R
1R
01R
1R
0R
DPŽ ndash Hrubyacute 28
Uacutenavoveacute křivky napětiacute
DPŽ ndash Hrubyacute 29
Historie uacutenavy materiaacutelu
19 stoletiacute rozvoj technickeacuteho poznaacuteniacute rozšiacuteřeniacute možnosti využitiacute
oceli a kovovyacutech materiaacutelů v běžneacute praxi
Rozvoj železničniacute dopravy parniacute lokomotiva Mr G Stephenson 1829
Stavebnictviacute (mosty a nosneacute konstrukce) Eiffelova věž 1889
Rozvoj lodniacute dopravy
Vyacuteraznyacute technickyacute pokrok rostouciacute počet havaacuteriiacute ndash lomy konstrukciacute
Lomy os železničniacutech soukoliacute (konec 19 st)
August Wőhler (1819-1914)
DPŽ ndash Hrubyacute 30
Odhad meze uacutenavy
Uhliacutek oceli (P=1 )
Střiacutedavyacute tah-tlak σc = 033 (035)Rm
Miacutejivyacute tah-tlak σhc = 061Rm
Střiacutedavyacute ohyb σoc = 043 Rm
Střiacutedavyacute krut τc = 025 Rm
DPŽ ndash Hrubyacute 31
Odhad meze uacutenavy
Meze uacutenavy v ohybu platneacute pro 50 pravděpodobnost porušeniacute
DPŽ ndash Hrubyacute 32
Rm
oblast
Re
C
Woumlhlerova křivka + Frenchova čaacutera
DPŽ ndash Hrubyacute 33
Wőhlerova křivka ndash ocel (bcc) hliniacutek (fcc)
httpwwwtokuroglucomSnCurveExpjpg httpenwikipediaorgwikiFatigue_(material)
DPŽ ndash Hrubyacute 34
Wőhlerova křivka ndash popis šikmeacute čaacutesti
KNw
CNwCN
CN
a
awa
wa
loglog
loglogloglogloglog
loglog
CNwa
bfa N2
Basquin
mocninnyacute tvar
Basquin 11 5231
10
100
1000
1 10 100 1000 10000 100000
N [1]
a [
MP
a]
bfC
1
2
1
bw
1
DPŽ ndash Hrubyacute 35
Wőhlerova křivka ndash celkovyacute popis
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
10E+01 10E+02 10E+03 10E+04 10E+05 10E+06 10E+07 10E+08 10E+09
N [1]
a [
MP
a]
CANw
Ca
Weibullův
KohoutůvndashVěchetův b
CaCN
BN
DPŽ ndash Hrubyacute 36
Dalšiacute odhady meze uacutenavy Vyhodnocovanaacute
veličina
Vztah pro mez uacutenavy při R=-1
(pravděpodobnost poruchy
P=50) [MPa]
Koeficienty a podmiacutenky
platnosti
Autor
mez pevnosti Rm
[MPa]-1=0432timesRm+22
-1=046timesRm
-1=6
1Rm+400
t-1=027timesRm
t-1=0249timesRm+25
konstrukčniacute oceli
oceli do Rm =1400 MPa
oceli do Rm =1200 až 1800
MPa
oceli Rm Ł1200
konstrukčniacute oceli
Buch
Žukov
Ponomarjev
Žukov
Buch
mez kluzu
v tahu Re a krutu
timestk [MPa]
-1=0452timesRe+94
-1=045timesRe+122
t-1=0448times tk+52
konstrukčniacute oceli
konstrukčniacute oceli
konstrukčniacute oceli
Buch
Žukov
Buch
skutečnaacute lomovaacute
pevnost f
[MPa]
-1=035times f ndash10
-1=0315times f -19
konstrukčniacute oceli
konstrukčniacute oceli
Žukov
Mc-Adam
tvrdost HB
[MPa]-1=(0128hellip0156)timesHB
-1=(0168hellip0222)timesHB
uhliacutekoveacute oceli
legovaneacute oceli
Grebenik
Grebenik
meze Rm Re
[MPa]-1=0285times( Re + Rm) konstrukčniacute oceli Šapošnikov
DPŽ ndash Hrubyacute 37
Uacutenavoveacute křivky deformace
DPŽ ndash Hrubyacute 38
Manson-Coffin ndash unavovaacute křivka
deformace
00001
0001
001
01
1
1E+00 1E+01 1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07
počet půlkmitů 2N [1]
am
plitu
da p
om
d
efo
rmace
a [
1]
ae
ap
a
f
f Eb
c
1
1
DPŽ ndash Hrubyacute 39
Manson-Coffin ndash matematickyacute popis
NcNbE
NNE
NNE
fpla
fela
cf
pla
bfela
cf
pla
bfela
2logloglog2log
loglog
2loglog2
loglog
22
cfbfpl
aelaa NN
E22
σfrsquohellipsoučinitel uacutenavoveacute pevnosti bhellipexponent uacutenavoveacute pevnosti
εfrsquohellipsoučinitel uacutenavoveacute deformace chellipexponent uacutenavoveacute deformace
bc
f
fcb
f
ft
ctf
bt
f
aplael
E
EN
NNE
11
2
1
2
1
22
Tranzitniacute počet cyklů Po logaritmickeacute uacutepravě
DPŽ ndash Hrubyacute 40
Cyklickaacute deformačniacute křivka
DPŽ ndash Hrubyacute 41
Ramberg-Osgood (platneacute pro přibližneacute
vyjaacutedřeniacute tahoveacuteho diagramu i cyklickeacute
deformačniacute křivky)
E
el
npl
K
1
elE nplK
1DOsgoodRamberg
1
n
KE
+ =
DPŽ ndash Hrubyacute 42
Hysterezniacute smyčky cyklickaacute deformačniacute křivka
Rambergova-Osgoodova aproximace
Cyklickaacute
deformačniacute
křivka Saturovaneacute
hysterezniacute
smyčky
zpevněniacute
změkčeniacute
cyklickaacute
statickaacute
1D
1n
aaa
KE
D1el
aa E 1Dnpl
aa K
R = -1
DPŽ ndash Hrubyacute 43
Saturovanaacute hysterezniacute smyčka
naapla
elaa
KE
1
Krsquo - modul cyklickeacuteho zpevněniacute
nrsquo - exponent cyklickeacuteho zpevněniacute
E - modul pružnosti v tahu
nplaa K
DPŽ ndash Hrubyacute 44
Masingova aproximace hysterezniacutech
smyček a CDK
Saturovaneacute hysterezniacute smyčky uměle
posunuty spodniacutem rohem do počaacutetku
souřadneacuteho systeacutemu [εpl σ] majiacute
shodnou horniacute větev Většina kovů se
však podle Masingova pravidla nechovaacute
Data převzata z Radim Halama Experimentaacutelniacute poznatky a fenomenologickeacute modelovaacuteniacute cyklickeacute plasticity kovů [Habilitačniacute praacutece VŠB-TU Ostrava] 2009
εpl
σ CDK prochaacuteziacute středy posunutyacutech
hyster smyček
Nevykazuje chovaacuteniacute podle
Masingova pravidla
DPŽ ndash Hrubyacute 45
Odhady uacutenavovyacutech parametrů
Parametr Nelegovaneacute a niacutezkolegovaneacute oceli Hliniacutekoveacute a titanoveacute slitiny
f mRtimes51 mRtimes671
b -0087 -0095
f times590 350
c -058 -069
C mRtimes450 mRtimes420
C timestimestimes 410951450
E
Rm E
Rmtimes420
CN 5105 times 6101times
K mRtimes651 mRtimes611
n 015 011
kde
01 pro 3103 timesŁE
Rm
timesE
Rm01253751 pro 3103 timesE
Rm
0
DPŽ ndash Hrubyacute 46
Koncentrace napětiacute
DPŽ ndash Hrubyacute 47
Koncentrace napětiacute
Součinitel tvaru
(součinitel koncentrace
elastickyacutech napětiacute)
0max
1
x
y
x
nom
maxt
SK
0
1
x
y
x
Poměrnyacute gradient
(gradient normovanyacute maximaacutelniacutem
elastickyacutem napětiacutem)
httpwwwameswebinfoStressConcentrationFactor
StressConcentrationFactorsaspx
DPŽ ndash Hrubyacute 48
Součinitel vrubu β vrubovaacute citlivost q
0
100
200
300
400
500
600
1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07 1E+08
Number of cycles [1]
Str
es
s a
mp
litu
de
[M
Pa
]
smooth
notched
FL
FLN
xc
cfK
q11 Thum
Poloměr vrubu
Vliv vrubu bez
vlivu velikosti
a povrchu
DPŽ ndash Hrubyacute 49
Vliv velikosti a jakosti povrchu
DPŽ ndash Hrubyacute 50
Vliv velikosti součaacutesti - kS
m
d
D
dc
Dc
SV
Vk
exp
exp
10
y
x
S
02
03
04
05
06
07
08
09
1
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
průměr hřiacutedele D [mm]
so
učin
itel veliko
sti
[
1]
Rm=400 až 580Rm=700 až 710litaacute ocelRm=820 až 860Rm=850 až 910Rm=890 až 1000Rm=890 až 1000 aproximacem=-003m=-004m=-005m=-006m=-0068
oceli
DPŽ ndash Hrubyacute 51
Vliv jakosti obrobeniacute povrchu - kSF
kSF
Jakost povrchu
Pevnost v tahu
etalonc
realc
SFk
DPŽ ndash Hrubyacute 52
Vliv technologie uacuteprav povrchu - kT
etalonc
technolc
Tk
DPŽ ndash Hrubyacute 53
Mez uacutenavy reaacutelneacuteho diacutelu ndash dimenzovaacuteniacute
na teoreticky nekonečnou životnost
(trvalou pevnost)
f
TSFScvc
xc
K
kkk
vpcvc
xc
DPŽ ndash Hrubyacute 54
Vliv středniacuteho napětiacute
DPŽ ndash Hrubyacute 55
Vliv středniacuteho napětiacute
DPŽ ndash Hrubyacute 56
Smithův diagram
FL
DPŽ ndash Hrubyacute 57
Haighův (Goodmanův) diagram
0Re Re Rm
Re
-m +m
a
aekv
k
F
mCA
1
F
mCA
1
a
m
F Re
C
k = 2
CC
F tg
k = 1
odhad fiktivniacuteho napětiacute
tah
ohyb
krut
Rm
Rm
Rm
F
F
F
8070
7151
t
Hodnoty součinitele citlivosti k asymetrii cyklu ψ
(bdquosbiacutehavostldquo)
Goodmanova čaacutera
DPŽ ndash Hrubyacute 58
Vyacutepočet bezpečnosti
pt
mx
c
a
k
1
1
kt
m
kt
a
k
1
2
21min kkk
1pt
M
x
c
A
1
kt
M
kt
A
aA k mM k
DPŽ ndash Hrubyacute 59
Př Prutovaacute soustava ndash SU
bull absolutně tuhyacute traacutem
bull h = 1 000 mm
bull a = 500 mm
bull mez pevnosti materiaacutelu prutů 600 MPa
bull hladkeacute pruty kruhovyacute průřez 100 mm2
bull povrch prutů leštěn ndash souč jak povrchu 095
bull součinitele velikosti všech prutů 098
bull Fh = + 10 000 N
bull Fd = - 10 000 N
bull určit bezpečnost pro teoreticky
nekonečnou životnost
h
2a
F
a2
DPŽ ndash Hrubyacute 60
Př Prutovaacute soustava ndash SN
bull absolutně tuhyacute traacutem
bull h = 1 000 mm
bull a = 500 mm
bull mez pevnosti materiaacutelu prutů 600 MPa
bull hladkeacute pruty kruhovyacute průřez 100 mm2
bull povrch prutů leštěn ndash souč jak povrchu 095
bull součinitele velikosti všech prutů 098
bull Fh = + 20 000 N
bull Fd = - 20 000 N
bull určit bezpečnost pro teoreticky
nekonečnou životnost
h
a a
F
a2
DPŽ ndash Hrubyacute 61
Př Prutovaacute soustava ndash SU ndash 2 parametry
bull určit maximaacutelniacute rozmeziacute symetricky
střiacutedavyacutech sil (působiacuteciacutech ve faacutezi) pro
teoreticky nekonečnou životnost v
zaacutevislosti na uacutehlu alfa
bull l = 1 000 mm
bull mez pevnosti materiaacutelu prutů 600
MPa
bull hladkeacute pruty kruhovyacute průřez 100
mm2
bull povrch prutů leštěn ndash souč jak
povrchu 095
bull součinitele velikosti všech prutů 098
V
H
l l
1 2
V
H
N1 N2
DPŽ ndash Hrubyacute 62
zakresleniacute diagramu pro mezniacute stav
A
Vxc
A
Hxc
cos2
cos2
cotg
cos2
cotg
cos2
bezpečnost gt 1 jeden prut na mezi
uacutenavy součaacutesti tj v
jednom prutu
bezpečnost rovna
jedneacute
Př Prutovaacute soustava ndash SU ndash 2 parametry
DPŽ ndash Hrubyacute 63
Reaacutelneacute napěťodeformačniacute stavy ve
vrubech
DPŽ ndash Hrubyacute 64
Součinitel tvaru (s koncentrace
elastickyacutech napětiacute)
Součinitel koncentrace napětiacute
Součinitel koncentrace deformace
Reaacutelnaacute napětiacute a deformace ve vrubech
0
0
0
0
e
B
S
C
eSK ficfic
t
0
0
S
C
SK
0
0
e
B
eK
e
(nom)
B 0 fic
S (nom)
Brsquo
A
Arsquo
fic=S
=timesS
=times
Crsquo
C
DPŽ ndash Hrubyacute 65
Skutečnaacute napětiacute a deformace ve vrubech
22SeeS
12
0
2
12d
2
nplnpl
vKnE
KE
U
pl
Neuber Glinka
1
22
1 n
vKE
U
vfic UU
nomnomficficfic SeU 22
2
1
2
1
2
1
z rovnosti
ploch
DPŽ ndash Hrubyacute 66
0
fic
m=1
m=066
m=05m=01
m=0
Zobecněneacute Neuberovo pravidlo
5050 el
fic E
elfic EE
2
m=0 platiacute pro tvrdeacute zatěžovaacuteniacute tj
napětiacute deformačniacuteho původu
rovnoměrně rozděleneacute po
průřezu
m=1 platiacute pro měkkeacute zatěžovaacuteniacute tj
napětiacute siloveacuteho původu
rovnoměrně rozděleneacute po
průřezu
m=01 pro napětiacute deformačniacuteho
původu mimo vruby (např
teplotniacute pnutiacute)
m=05 pro vruby zatiacuteženeacute silově i
deformačně (Neuberovo
pravidlo)
m=06 pro napětiacute siloveacuteho původu
nerovnoměrně rozloženaacute po
průřezu (např při ohybu) mmel
fic E 1
DPŽ ndash Hrubyacute 67
Př Ramberg-Osgood 12
Vzorek bez vrubu z oceli 11 5231 je vystaven tvrdeacutemu zatěžovaacuteniacute o amplitudě celkoveacute
deformace 102 3timesa Určit amplitudu napětiacute Je zadaacuteno
MPa10072 5timesE
MPa1164K
1990n
0
100
200
300
400
500
600
700
0000 0005 0010 0015 0020 0025 0030
am
plitu
da n
ap
ětiacute
[M
Pa]
amplituda poměrneacute plastikeacute deformace [-]
CDK
n
apla K
DPŽ ndash Hrubyacute 68
-300 -200 -100 0 100 200 300260
280
300
320
340
360
380
ai
ai+
1
Př Ramberg-Osgood 22
MATLAB
sig=50
krok=0
for i=110000
krok=krok+1
Sig=1164(2e-3 - sig207e5)^0199
if abs(Sig-sig)lt00001
break
end
sig=Sig
end Pro libovolnyacute odhad je řešeniacute MPa273a
1990
5
1
1007200201164
times
iai
a
19901
5 1164100720020
times aa
1
naa
aKE
DPŽ ndash Hrubyacute 69
Př koncentrace napětiacute vs deformace 13
Vzorek z oceli 11 5231 je vystaven měkkeacutemu zatěžovaacuteniacute v podeacutelneacutem směru o amplitudě
napětiacute 200 MPa Určit elastickou a plastickou složku poměrneacute deformace
662
MPa10072 5timesE MPa1164K 1990n
zadaacuteno vůči neoslabeneacutemu nominaacutelniacutemu napětiacute
mimo vrub pro danou hladinu zatiacuteženiacute
200
Oslash10
20
5
DPŽ ndash Hrubyacute 70
MPa3533200662 times avruba
319901
1
1014301164
200
times
na
aplK
019801164
3533
19901
1
nvrubavrub
aplK
3
5109660
10072
200 timestimes
E
aael
0026010072
35335
times
E
vrubavrub
ael
333 101091109660101430 timestimestimes aplaela
1720101091
022403
times
a
vruba
Př koncentrace napětiacute vs deformace 23
022400198000260 vrubapl
vrubael
vruba
DPŽ ndash Hrubyacute 71
Př koncentrace napětiacute vs deformace 33
MKP elastickeacute řešeniacute
MKP elastoplastickeacute řešeniacute
324200
863max a
a
1720
662
DPŽ ndash Hrubyacute 72
Př Vetknutyacute sloupek 12
-16 K10511 times
50 100
Ocelovyacute sloupek = lopatka dmychadla je vloženyacute mezi dva tuheacute členy = disky
oběžneacuteho kola a je namaacutehaacuten cyklicky proměnnou teplotou
Uacutekol Posoudit zda hroziacute porušeniacute při 10 000 teplotniacutech cyklech
Daacuteno rozsah pracovniacutech teplot T1 = 22 degC T2 = 370 degC
modul pružnosti v tahu E = 205 GPa
uacutenavovaacute křivka poměrneacute deformace vztaženaacute
k provozniacute teplotě s parametry
160b
580c
MPa1140 f
10 f
teplotniacute roztažnost
DPŽ ndash Hrubyacute 73
C3482237012 TTT
336 1000122
10002434810511 times
timestimestimes
teplotaaT
3580160
5104601000201000020
10052
1140
22
times
times
c
fbf
a NNE
hroziacute poruchateplota
aa Ł
Př Vetknutyacute sloupek 22
DPŽ ndash Hrubyacute 74
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 14
22SeeS
nomnomficfic Se 22
2
1
2
1
2
1
2
1
Neuber
1
2222
2222
1 nfic
vKEEE
SSeU
mmelfic E 1
c
bnK
nf
f
b
c
f
fE
do Ramberga-Osgooda
naaa
KE
1
DPŽ ndash Hrubyacute 75
mmelfic E 1
m
bc
f
f
m
ficEE
E
1
m
bc
f
fmm
ficE
E
1
1
0
f
1
fic
m
bc
f
fm E
i
iii
f
f1
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 24
DPŽ ndash Hrubyacute 76
11
1
1
1
1
1
bc
f
i
f
f
m
bc
f
i
fimi
m
bc
f
i
fimi
fic
m
bc
f
i
fimi
ii
b
cEEmEm
E
1
npl
K
E
el
1
n
KE
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 34
DPŽ ndash Hrubyacute 77
K [MPa] n [-] c [-] εrsquof [-] b [-] σrsquof [MPa] E [MPa]
1020 014066 -06586 0921985 -0092718 1009234 21105
MPa700fic 50m
Iterace
Napětiacute ve vrubu
[MPa]
0 700
1 55953
2 48112
3 45414
4 45114
5 45111
6 45111 0005175
00030270002148
plel
00030271020
11451
1406601
1
npl
K
00021481012
114515
times
E
el
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 44
DPŽ ndash Hrubyacute 17
Metody predikce životnosti
Přiacutestup pomociacute nominaacutelniacutech napětiacute
(NSA - Nominal Stress Approach)
Přiacutestup pomociacute lokaacutelniacutech elastickyacutech napětiacute
(LESA - Local Elastic Stress Approach)
Přiacutestup pomociacute lokaacutelniacutech elasto-plastickyacutech
napětiacute a deformaciacute
(LPSA - Local Plastic Stress
and Strain Approach)
Přiacutestup využiacutevajiacuteciacute lomoveacute mechaniky
(FMA - Fracture Mechanics Approach)
Hrubyacute
Jurenka
DPŽ ndash Hrubyacute 18
Pozadiacute fenomeacutenu uacutenavy
DPŽ ndash Hrubyacute 19
Krystalografickeacute mřiacutežky kovů
kubickaacute prostorově centrovanaacute
(body centered cubic ndash BCC)
chrom wolfram vanad železo α
kubickaacute plošně centrovanaacute
(face centered cubic ndash FCC)
železo γ nikl hliniacutek měď olovo zlato
platina střiacutebro
httpmechmeswebsnadnoczdokumentypri-st-05_vnitrnistrukturakovupdf
šesterečnaacute
(hexagonal)
hořčiacutek zinek titan
DPŽ ndash Hrubyacute 20
Krystalografickaacute mřiacutežka - poruchy
httppythonriceedu~arbCourses360_defects_handout_01pdf
čaacuteroveacute poruchy - dislokace
plochoveacute
poruchy -
zrna hranice zrn
bodoveacute poruchy
DPŽ ndash Hrubyacute 21
Technickeacute slitiny železa
httpcswikipediaorgwikiSouborDiagramm_phasenjpg
makroskopickaacute isometrie
diacuteky naacutehodneacute orientaci
anisotropniacutech krystalů v tuheacute
faacutezi
httpwwwpedmuniczwphyFyzVlaindexhtm
V každeacutem materiaacutelu jsou
poruchy ideaacutelniacute struktury
DPŽ ndash Hrubyacute 22
bull Faacuteze změn mechanickyacutech
vlastnostiacute změny struktury kovu v
celeacutem objemu Doba trvaacuteniacute několik
procent života do lomu
bull Faacuteze nukleace (iniciace)
mikrotrhliny formovaacuteniacute
makrotrhliny zahrnuje lokaacutelniacute
změny v povrchoveacute vrstvě vyvolaneacute
silokačniacutemi efekty a naacutesledneacute
propojovaacuteniacute mikrotrhlin nebo růst
dominantniacute mikrotrhliny Doba trvaacuteniacute
10 i 90 života
bull Faacuteze šiacuteřeniacute makrotrhliny Zahrnuje
staacutedium růstu dominantniacute
makrotrhliny změnu jejiacuteho směru
kolmo na max hlavniacute napětiacute
bull Faacuteze zaacutevěrečneacuteho lomu je
reprezentovaacutena přechodem na
zrychlenyacutem rozvojem zakončenyacutem
houževnatyacutem nebo křehkyacutem lomem
na mezi kluzu nebo mezi pevnosti
1 A
10 2 A
1 m 10 2 m 1 mm 10
2 mm
Atomic
Distance Grain Size
of Austenite
Micro-crack
Formation
Glissile
Dislocation
Macro-crack
Creation
Macro-crack
Growth
Faacuteze uacutenavoveacuteho procesu 1
2
3
4
DPŽ ndash Hrubyacute 23
t
t
t
t
t t
t
t
t
a
b
c
d
e
0
A
B
C
DD
C
B
A
0
Cacute
E
Cyklickeacute
zpevněniacute
Cyklickeacute
změkčeniacute
Cyklickaacute
relaxace
Cyklickyacute creep
(ratchetting)
Paměťovyacute
efekt
1 Mechanickeacute změny při cyklovaacuteniacute
DPŽ ndash Hrubyacute 24
Miacutesta iniciace lomovaacute plocha
Striačniacute čaacutery
postupu čela
trhliny
Miacutesto
iniciace
Extruse
Skluzovaacute paacutesma
Intruse
2
3
4
DPŽ ndash Hrubyacute 25
Charakteristiky harmonickeacuteho
cyklickeacuteho namaacutehaacuteniacute
DPŽ ndash Hrubyacute 26
Harmonickeacute zatěžovaacuteniacute
amplituda napětiacute
středniacute hodnota napětiacute
perioda kmitu napěťově řiacutezeneacute zatěžovaacuteniacute ndash
měkkeacute
deformačně řiacutezeneacute zatěžovaacuteniacute ndash
tvrdeacute
httpfatiguecalculatorcom
2
dha
2
dhm
rozkmit napětiacute
koeficient nesouměrnosti
frekvence kmitu
dh
h
dR
T
Tf
1
T
a
m
h
d
DPŽ ndash Hrubyacute 27
Druhy kmitů sta
tickyacute v
tla
ku
pu
lzu
jiacuteciacute
v t
laku
sym
etr
ick
y s
třiacuted
avyacute
miacutej
ivyacute
v t
lak
u
neso
um
ěrn
ě s
třiacuted
avyacute
(stř
h
od
no
ta v
tla
ku
)
nes
ou
mě
rně
stř
iacuteda
vyacute
(stř
h
od
no
ta v
tah
u)
sta
tic
kyacute
v t
ah
u
pu
lzu
jiacuteciacute
v t
ah
u
miacutejiv
yacute v
tah
u
1R
1R
R 10R
1R
1R
01R
1R
0R
DPŽ ndash Hrubyacute 28
Uacutenavoveacute křivky napětiacute
DPŽ ndash Hrubyacute 29
Historie uacutenavy materiaacutelu
19 stoletiacute rozvoj technickeacuteho poznaacuteniacute rozšiacuteřeniacute možnosti využitiacute
oceli a kovovyacutech materiaacutelů v běžneacute praxi
Rozvoj železničniacute dopravy parniacute lokomotiva Mr G Stephenson 1829
Stavebnictviacute (mosty a nosneacute konstrukce) Eiffelova věž 1889
Rozvoj lodniacute dopravy
Vyacuteraznyacute technickyacute pokrok rostouciacute počet havaacuteriiacute ndash lomy konstrukciacute
Lomy os železničniacutech soukoliacute (konec 19 st)
August Wőhler (1819-1914)
DPŽ ndash Hrubyacute 30
Odhad meze uacutenavy
Uhliacutek oceli (P=1 )
Střiacutedavyacute tah-tlak σc = 033 (035)Rm
Miacutejivyacute tah-tlak σhc = 061Rm
Střiacutedavyacute ohyb σoc = 043 Rm
Střiacutedavyacute krut τc = 025 Rm
DPŽ ndash Hrubyacute 31
Odhad meze uacutenavy
Meze uacutenavy v ohybu platneacute pro 50 pravděpodobnost porušeniacute
DPŽ ndash Hrubyacute 32
Rm
oblast
Re
C
Woumlhlerova křivka + Frenchova čaacutera
DPŽ ndash Hrubyacute 33
Wőhlerova křivka ndash ocel (bcc) hliniacutek (fcc)
httpwwwtokuroglucomSnCurveExpjpg httpenwikipediaorgwikiFatigue_(material)
DPŽ ndash Hrubyacute 34
Wőhlerova křivka ndash popis šikmeacute čaacutesti
KNw
CNwCN
CN
a
awa
wa
loglog
loglogloglogloglog
loglog
CNwa
bfa N2
Basquin
mocninnyacute tvar
Basquin 11 5231
10
100
1000
1 10 100 1000 10000 100000
N [1]
a [
MP
a]
bfC
1
2
1
bw
1
DPŽ ndash Hrubyacute 35
Wőhlerova křivka ndash celkovyacute popis
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
10E+01 10E+02 10E+03 10E+04 10E+05 10E+06 10E+07 10E+08 10E+09
N [1]
a [
MP
a]
CANw
Ca
Weibullův
KohoutůvndashVěchetův b
CaCN
BN
DPŽ ndash Hrubyacute 36
Dalšiacute odhady meze uacutenavy Vyhodnocovanaacute
veličina
Vztah pro mez uacutenavy při R=-1
(pravděpodobnost poruchy
P=50) [MPa]
Koeficienty a podmiacutenky
platnosti
Autor
mez pevnosti Rm
[MPa]-1=0432timesRm+22
-1=046timesRm
-1=6
1Rm+400
t-1=027timesRm
t-1=0249timesRm+25
konstrukčniacute oceli
oceli do Rm =1400 MPa
oceli do Rm =1200 až 1800
MPa
oceli Rm Ł1200
konstrukčniacute oceli
Buch
Žukov
Ponomarjev
Žukov
Buch
mez kluzu
v tahu Re a krutu
timestk [MPa]
-1=0452timesRe+94
-1=045timesRe+122
t-1=0448times tk+52
konstrukčniacute oceli
konstrukčniacute oceli
konstrukčniacute oceli
Buch
Žukov
Buch
skutečnaacute lomovaacute
pevnost f
[MPa]
-1=035times f ndash10
-1=0315times f -19
konstrukčniacute oceli
konstrukčniacute oceli
Žukov
Mc-Adam
tvrdost HB
[MPa]-1=(0128hellip0156)timesHB
-1=(0168hellip0222)timesHB
uhliacutekoveacute oceli
legovaneacute oceli
Grebenik
Grebenik
meze Rm Re
[MPa]-1=0285times( Re + Rm) konstrukčniacute oceli Šapošnikov
DPŽ ndash Hrubyacute 37
Uacutenavoveacute křivky deformace
DPŽ ndash Hrubyacute 38
Manson-Coffin ndash unavovaacute křivka
deformace
00001
0001
001
01
1
1E+00 1E+01 1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07
počet půlkmitů 2N [1]
am
plitu
da p
om
d
efo
rmace
a [
1]
ae
ap
a
f
f Eb
c
1
1
DPŽ ndash Hrubyacute 39
Manson-Coffin ndash matematickyacute popis
NcNbE
NNE
NNE
fpla
fela
cf
pla
bfela
cf
pla
bfela
2logloglog2log
loglog
2loglog2
loglog
22
cfbfpl
aelaa NN
E22
σfrsquohellipsoučinitel uacutenavoveacute pevnosti bhellipexponent uacutenavoveacute pevnosti
εfrsquohellipsoučinitel uacutenavoveacute deformace chellipexponent uacutenavoveacute deformace
bc
f
fcb
f
ft
ctf
bt
f
aplael
E
EN
NNE
11
2
1
2
1
22
Tranzitniacute počet cyklů Po logaritmickeacute uacutepravě
DPŽ ndash Hrubyacute 40
Cyklickaacute deformačniacute křivka
DPŽ ndash Hrubyacute 41
Ramberg-Osgood (platneacute pro přibližneacute
vyjaacutedřeniacute tahoveacuteho diagramu i cyklickeacute
deformačniacute křivky)
E
el
npl
K
1
elE nplK
1DOsgoodRamberg
1
n
KE
+ =
DPŽ ndash Hrubyacute 42
Hysterezniacute smyčky cyklickaacute deformačniacute křivka
Rambergova-Osgoodova aproximace
Cyklickaacute
deformačniacute
křivka Saturovaneacute
hysterezniacute
smyčky
zpevněniacute
změkčeniacute
cyklickaacute
statickaacute
1D
1n
aaa
KE
D1el
aa E 1Dnpl
aa K
R = -1
DPŽ ndash Hrubyacute 43
Saturovanaacute hysterezniacute smyčka
naapla
elaa
KE
1
Krsquo - modul cyklickeacuteho zpevněniacute
nrsquo - exponent cyklickeacuteho zpevněniacute
E - modul pružnosti v tahu
nplaa K
DPŽ ndash Hrubyacute 44
Masingova aproximace hysterezniacutech
smyček a CDK
Saturovaneacute hysterezniacute smyčky uměle
posunuty spodniacutem rohem do počaacutetku
souřadneacuteho systeacutemu [εpl σ] majiacute
shodnou horniacute větev Většina kovů se
však podle Masingova pravidla nechovaacute
Data převzata z Radim Halama Experimentaacutelniacute poznatky a fenomenologickeacute modelovaacuteniacute cyklickeacute plasticity kovů [Habilitačniacute praacutece VŠB-TU Ostrava] 2009
εpl
σ CDK prochaacuteziacute středy posunutyacutech
hyster smyček
Nevykazuje chovaacuteniacute podle
Masingova pravidla
DPŽ ndash Hrubyacute 45
Odhady uacutenavovyacutech parametrů
Parametr Nelegovaneacute a niacutezkolegovaneacute oceli Hliniacutekoveacute a titanoveacute slitiny
f mRtimes51 mRtimes671
b -0087 -0095
f times590 350
c -058 -069
C mRtimes450 mRtimes420
C timestimestimes 410951450
E
Rm E
Rmtimes420
CN 5105 times 6101times
K mRtimes651 mRtimes611
n 015 011
kde
01 pro 3103 timesŁE
Rm
timesE
Rm01253751 pro 3103 timesE
Rm
0
DPŽ ndash Hrubyacute 46
Koncentrace napětiacute
DPŽ ndash Hrubyacute 47
Koncentrace napětiacute
Součinitel tvaru
(součinitel koncentrace
elastickyacutech napětiacute)
0max
1
x
y
x
nom
maxt
SK
0
1
x
y
x
Poměrnyacute gradient
(gradient normovanyacute maximaacutelniacutem
elastickyacutem napětiacutem)
httpwwwameswebinfoStressConcentrationFactor
StressConcentrationFactorsaspx
DPŽ ndash Hrubyacute 48
Součinitel vrubu β vrubovaacute citlivost q
0
100
200
300
400
500
600
1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07 1E+08
Number of cycles [1]
Str
es
s a
mp
litu
de
[M
Pa
]
smooth
notched
FL
FLN
xc
cfK
q11 Thum
Poloměr vrubu
Vliv vrubu bez
vlivu velikosti
a povrchu
DPŽ ndash Hrubyacute 49
Vliv velikosti a jakosti povrchu
DPŽ ndash Hrubyacute 50
Vliv velikosti součaacutesti - kS
m
d
D
dc
Dc
SV
Vk
exp
exp
10
y
x
S
02
03
04
05
06
07
08
09
1
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
průměr hřiacutedele D [mm]
so
učin
itel veliko
sti
[
1]
Rm=400 až 580Rm=700 až 710litaacute ocelRm=820 až 860Rm=850 až 910Rm=890 až 1000Rm=890 až 1000 aproximacem=-003m=-004m=-005m=-006m=-0068
oceli
DPŽ ndash Hrubyacute 51
Vliv jakosti obrobeniacute povrchu - kSF
kSF
Jakost povrchu
Pevnost v tahu
etalonc
realc
SFk
DPŽ ndash Hrubyacute 52
Vliv technologie uacuteprav povrchu - kT
etalonc
technolc
Tk
DPŽ ndash Hrubyacute 53
Mez uacutenavy reaacutelneacuteho diacutelu ndash dimenzovaacuteniacute
na teoreticky nekonečnou životnost
(trvalou pevnost)
f
TSFScvc
xc
K
kkk
vpcvc
xc
DPŽ ndash Hrubyacute 54
Vliv středniacuteho napětiacute
DPŽ ndash Hrubyacute 55
Vliv středniacuteho napětiacute
DPŽ ndash Hrubyacute 56
Smithův diagram
FL
DPŽ ndash Hrubyacute 57
Haighův (Goodmanův) diagram
0Re Re Rm
Re
-m +m
a
aekv
k
F
mCA
1
F
mCA
1
a
m
F Re
C
k = 2
CC
F tg
k = 1
odhad fiktivniacuteho napětiacute
tah
ohyb
krut
Rm
Rm
Rm
F
F
F
8070
7151
t
Hodnoty součinitele citlivosti k asymetrii cyklu ψ
(bdquosbiacutehavostldquo)
Goodmanova čaacutera
DPŽ ndash Hrubyacute 58
Vyacutepočet bezpečnosti
pt
mx
c
a
k
1
1
kt
m
kt
a
k
1
2
21min kkk
1pt
M
x
c
A
1
kt
M
kt
A
aA k mM k
DPŽ ndash Hrubyacute 59
Př Prutovaacute soustava ndash SU
bull absolutně tuhyacute traacutem
bull h = 1 000 mm
bull a = 500 mm
bull mez pevnosti materiaacutelu prutů 600 MPa
bull hladkeacute pruty kruhovyacute průřez 100 mm2
bull povrch prutů leštěn ndash souč jak povrchu 095
bull součinitele velikosti všech prutů 098
bull Fh = + 10 000 N
bull Fd = - 10 000 N
bull určit bezpečnost pro teoreticky
nekonečnou životnost
h
2a
F
a2
DPŽ ndash Hrubyacute 60
Př Prutovaacute soustava ndash SN
bull absolutně tuhyacute traacutem
bull h = 1 000 mm
bull a = 500 mm
bull mez pevnosti materiaacutelu prutů 600 MPa
bull hladkeacute pruty kruhovyacute průřez 100 mm2
bull povrch prutů leštěn ndash souč jak povrchu 095
bull součinitele velikosti všech prutů 098
bull Fh = + 20 000 N
bull Fd = - 20 000 N
bull určit bezpečnost pro teoreticky
nekonečnou životnost
h
a a
F
a2
DPŽ ndash Hrubyacute 61
Př Prutovaacute soustava ndash SU ndash 2 parametry
bull určit maximaacutelniacute rozmeziacute symetricky
střiacutedavyacutech sil (působiacuteciacutech ve faacutezi) pro
teoreticky nekonečnou životnost v
zaacutevislosti na uacutehlu alfa
bull l = 1 000 mm
bull mez pevnosti materiaacutelu prutů 600
MPa
bull hladkeacute pruty kruhovyacute průřez 100
mm2
bull povrch prutů leštěn ndash souč jak
povrchu 095
bull součinitele velikosti všech prutů 098
V
H
l l
1 2
V
H
N1 N2
DPŽ ndash Hrubyacute 62
zakresleniacute diagramu pro mezniacute stav
A
Vxc
A
Hxc
cos2
cos2
cotg
cos2
cotg
cos2
bezpečnost gt 1 jeden prut na mezi
uacutenavy součaacutesti tj v
jednom prutu
bezpečnost rovna
jedneacute
Př Prutovaacute soustava ndash SU ndash 2 parametry
DPŽ ndash Hrubyacute 63
Reaacutelneacute napěťodeformačniacute stavy ve
vrubech
DPŽ ndash Hrubyacute 64
Součinitel tvaru (s koncentrace
elastickyacutech napětiacute)
Součinitel koncentrace napětiacute
Součinitel koncentrace deformace
Reaacutelnaacute napětiacute a deformace ve vrubech
0
0
0
0
e
B
S
C
eSK ficfic
t
0
0
S
C
SK
0
0
e
B
eK
e
(nom)
B 0 fic
S (nom)
Brsquo
A
Arsquo
fic=S
=timesS
=times
Crsquo
C
DPŽ ndash Hrubyacute 65
Skutečnaacute napětiacute a deformace ve vrubech
22SeeS
12
0
2
12d
2
nplnpl
vKnE
KE
U
pl
Neuber Glinka
1
22
1 n
vKE
U
vfic UU
nomnomficficfic SeU 22
2
1
2
1
2
1
z rovnosti
ploch
DPŽ ndash Hrubyacute 66
0
fic
m=1
m=066
m=05m=01
m=0
Zobecněneacute Neuberovo pravidlo
5050 el
fic E
elfic EE
2
m=0 platiacute pro tvrdeacute zatěžovaacuteniacute tj
napětiacute deformačniacuteho původu
rovnoměrně rozděleneacute po
průřezu
m=1 platiacute pro měkkeacute zatěžovaacuteniacute tj
napětiacute siloveacuteho původu
rovnoměrně rozděleneacute po
průřezu
m=01 pro napětiacute deformačniacuteho
původu mimo vruby (např
teplotniacute pnutiacute)
m=05 pro vruby zatiacuteženeacute silově i
deformačně (Neuberovo
pravidlo)
m=06 pro napětiacute siloveacuteho původu
nerovnoměrně rozloženaacute po
průřezu (např při ohybu) mmel
fic E 1
DPŽ ndash Hrubyacute 67
Př Ramberg-Osgood 12
Vzorek bez vrubu z oceli 11 5231 je vystaven tvrdeacutemu zatěžovaacuteniacute o amplitudě celkoveacute
deformace 102 3timesa Určit amplitudu napětiacute Je zadaacuteno
MPa10072 5timesE
MPa1164K
1990n
0
100
200
300
400
500
600
700
0000 0005 0010 0015 0020 0025 0030
am
plitu
da n
ap
ětiacute
[M
Pa]
amplituda poměrneacute plastikeacute deformace [-]
CDK
n
apla K
DPŽ ndash Hrubyacute 68
-300 -200 -100 0 100 200 300260
280
300
320
340
360
380
ai
ai+
1
Př Ramberg-Osgood 22
MATLAB
sig=50
krok=0
for i=110000
krok=krok+1
Sig=1164(2e-3 - sig207e5)^0199
if abs(Sig-sig)lt00001
break
end
sig=Sig
end Pro libovolnyacute odhad je řešeniacute MPa273a
1990
5
1
1007200201164
times
iai
a
19901
5 1164100720020
times aa
1
naa
aKE
DPŽ ndash Hrubyacute 69
Př koncentrace napětiacute vs deformace 13
Vzorek z oceli 11 5231 je vystaven měkkeacutemu zatěžovaacuteniacute v podeacutelneacutem směru o amplitudě
napětiacute 200 MPa Určit elastickou a plastickou složku poměrneacute deformace
662
MPa10072 5timesE MPa1164K 1990n
zadaacuteno vůči neoslabeneacutemu nominaacutelniacutemu napětiacute
mimo vrub pro danou hladinu zatiacuteženiacute
200
Oslash10
20
5
DPŽ ndash Hrubyacute 70
MPa3533200662 times avruba
319901
1
1014301164
200
times
na
aplK
019801164
3533
19901
1
nvrubavrub
aplK
3
5109660
10072
200 timestimes
E
aael
0026010072
35335
times
E
vrubavrub
ael
333 101091109660101430 timestimestimes aplaela
1720101091
022403
times
a
vruba
Př koncentrace napětiacute vs deformace 23
022400198000260 vrubapl
vrubael
vruba
DPŽ ndash Hrubyacute 71
Př koncentrace napětiacute vs deformace 33
MKP elastickeacute řešeniacute
MKP elastoplastickeacute řešeniacute
324200
863max a
a
1720
662
DPŽ ndash Hrubyacute 72
Př Vetknutyacute sloupek 12
-16 K10511 times
50 100
Ocelovyacute sloupek = lopatka dmychadla je vloženyacute mezi dva tuheacute členy = disky
oběžneacuteho kola a je namaacutehaacuten cyklicky proměnnou teplotou
Uacutekol Posoudit zda hroziacute porušeniacute při 10 000 teplotniacutech cyklech
Daacuteno rozsah pracovniacutech teplot T1 = 22 degC T2 = 370 degC
modul pružnosti v tahu E = 205 GPa
uacutenavovaacute křivka poměrneacute deformace vztaženaacute
k provozniacute teplotě s parametry
160b
580c
MPa1140 f
10 f
teplotniacute roztažnost
DPŽ ndash Hrubyacute 73
C3482237012 TTT
336 1000122
10002434810511 times
timestimestimes
teplotaaT
3580160
5104601000201000020
10052
1140
22
times
times
c
fbf
a NNE
hroziacute poruchateplota
aa Ł
Př Vetknutyacute sloupek 22
DPŽ ndash Hrubyacute 74
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 14
22SeeS
nomnomficfic Se 22
2
1
2
1
2
1
2
1
Neuber
1
2222
2222
1 nfic
vKEEE
SSeU
mmelfic E 1
c
bnK
nf
f
b
c
f
fE
do Ramberga-Osgooda
naaa
KE
1
DPŽ ndash Hrubyacute 75
mmelfic E 1
m
bc
f
f
m
ficEE
E
1
m
bc
f
fmm
ficE
E
1
1
0
f
1
fic
m
bc
f
fm E
i
iii
f
f1
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 24
DPŽ ndash Hrubyacute 76
11
1
1
1
1
1
bc
f
i
f
f
m
bc
f
i
fimi
m
bc
f
i
fimi
fic
m
bc
f
i
fimi
ii
b
cEEmEm
E
1
npl
K
E
el
1
n
KE
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 34
DPŽ ndash Hrubyacute 77
K [MPa] n [-] c [-] εrsquof [-] b [-] σrsquof [MPa] E [MPa]
1020 014066 -06586 0921985 -0092718 1009234 21105
MPa700fic 50m
Iterace
Napětiacute ve vrubu
[MPa]
0 700
1 55953
2 48112
3 45414
4 45114
5 45111
6 45111 0005175
00030270002148
plel
00030271020
11451
1406601
1
npl
K
00021481012
114515
times
E
el
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 44
DPŽ ndash Hrubyacute 18
Pozadiacute fenomeacutenu uacutenavy
DPŽ ndash Hrubyacute 19
Krystalografickeacute mřiacutežky kovů
kubickaacute prostorově centrovanaacute
(body centered cubic ndash BCC)
chrom wolfram vanad železo α
kubickaacute plošně centrovanaacute
(face centered cubic ndash FCC)
železo γ nikl hliniacutek měď olovo zlato
platina střiacutebro
httpmechmeswebsnadnoczdokumentypri-st-05_vnitrnistrukturakovupdf
šesterečnaacute
(hexagonal)
hořčiacutek zinek titan
DPŽ ndash Hrubyacute 20
Krystalografickaacute mřiacutežka - poruchy
httppythonriceedu~arbCourses360_defects_handout_01pdf
čaacuteroveacute poruchy - dislokace
plochoveacute
poruchy -
zrna hranice zrn
bodoveacute poruchy
DPŽ ndash Hrubyacute 21
Technickeacute slitiny železa
httpcswikipediaorgwikiSouborDiagramm_phasenjpg
makroskopickaacute isometrie
diacuteky naacutehodneacute orientaci
anisotropniacutech krystalů v tuheacute
faacutezi
httpwwwpedmuniczwphyFyzVlaindexhtm
V každeacutem materiaacutelu jsou
poruchy ideaacutelniacute struktury
DPŽ ndash Hrubyacute 22
bull Faacuteze změn mechanickyacutech
vlastnostiacute změny struktury kovu v
celeacutem objemu Doba trvaacuteniacute několik
procent života do lomu
bull Faacuteze nukleace (iniciace)
mikrotrhliny formovaacuteniacute
makrotrhliny zahrnuje lokaacutelniacute
změny v povrchoveacute vrstvě vyvolaneacute
silokačniacutemi efekty a naacutesledneacute
propojovaacuteniacute mikrotrhlin nebo růst
dominantniacute mikrotrhliny Doba trvaacuteniacute
10 i 90 života
bull Faacuteze šiacuteřeniacute makrotrhliny Zahrnuje
staacutedium růstu dominantniacute
makrotrhliny změnu jejiacuteho směru
kolmo na max hlavniacute napětiacute
bull Faacuteze zaacutevěrečneacuteho lomu je
reprezentovaacutena přechodem na
zrychlenyacutem rozvojem zakončenyacutem
houževnatyacutem nebo křehkyacutem lomem
na mezi kluzu nebo mezi pevnosti
1 A
10 2 A
1 m 10 2 m 1 mm 10
2 mm
Atomic
Distance Grain Size
of Austenite
Micro-crack
Formation
Glissile
Dislocation
Macro-crack
Creation
Macro-crack
Growth
Faacuteze uacutenavoveacuteho procesu 1
2
3
4
DPŽ ndash Hrubyacute 23
t
t
t
t
t t
t
t
t
a
b
c
d
e
0
A
B
C
DD
C
B
A
0
Cacute
E
Cyklickeacute
zpevněniacute
Cyklickeacute
změkčeniacute
Cyklickaacute
relaxace
Cyklickyacute creep
(ratchetting)
Paměťovyacute
efekt
1 Mechanickeacute změny při cyklovaacuteniacute
DPŽ ndash Hrubyacute 24
Miacutesta iniciace lomovaacute plocha
Striačniacute čaacutery
postupu čela
trhliny
Miacutesto
iniciace
Extruse
Skluzovaacute paacutesma
Intruse
2
3
4
DPŽ ndash Hrubyacute 25
Charakteristiky harmonickeacuteho
cyklickeacuteho namaacutehaacuteniacute
DPŽ ndash Hrubyacute 26
Harmonickeacute zatěžovaacuteniacute
amplituda napětiacute
středniacute hodnota napětiacute
perioda kmitu napěťově řiacutezeneacute zatěžovaacuteniacute ndash
měkkeacute
deformačně řiacutezeneacute zatěžovaacuteniacute ndash
tvrdeacute
httpfatiguecalculatorcom
2
dha
2
dhm
rozkmit napětiacute
koeficient nesouměrnosti
frekvence kmitu
dh
h
dR
T
Tf
1
T
a
m
h
d
DPŽ ndash Hrubyacute 27
Druhy kmitů sta
tickyacute v
tla
ku
pu
lzu
jiacuteciacute
v t
laku
sym
etr
ick
y s
třiacuted
avyacute
miacutej
ivyacute
v t
lak
u
neso
um
ěrn
ě s
třiacuted
avyacute
(stř
h
od
no
ta v
tla
ku
)
nes
ou
mě
rně
stř
iacuteda
vyacute
(stř
h
od
no
ta v
tah
u)
sta
tic
kyacute
v t
ah
u
pu
lzu
jiacuteciacute
v t
ah
u
miacutejiv
yacute v
tah
u
1R
1R
R 10R
1R
1R
01R
1R
0R
DPŽ ndash Hrubyacute 28
Uacutenavoveacute křivky napětiacute
DPŽ ndash Hrubyacute 29
Historie uacutenavy materiaacutelu
19 stoletiacute rozvoj technickeacuteho poznaacuteniacute rozšiacuteřeniacute možnosti využitiacute
oceli a kovovyacutech materiaacutelů v běžneacute praxi
Rozvoj železničniacute dopravy parniacute lokomotiva Mr G Stephenson 1829
Stavebnictviacute (mosty a nosneacute konstrukce) Eiffelova věž 1889
Rozvoj lodniacute dopravy
Vyacuteraznyacute technickyacute pokrok rostouciacute počet havaacuteriiacute ndash lomy konstrukciacute
Lomy os železničniacutech soukoliacute (konec 19 st)
August Wőhler (1819-1914)
DPŽ ndash Hrubyacute 30
Odhad meze uacutenavy
Uhliacutek oceli (P=1 )
Střiacutedavyacute tah-tlak σc = 033 (035)Rm
Miacutejivyacute tah-tlak σhc = 061Rm
Střiacutedavyacute ohyb σoc = 043 Rm
Střiacutedavyacute krut τc = 025 Rm
DPŽ ndash Hrubyacute 31
Odhad meze uacutenavy
Meze uacutenavy v ohybu platneacute pro 50 pravděpodobnost porušeniacute
DPŽ ndash Hrubyacute 32
Rm
oblast
Re
C
Woumlhlerova křivka + Frenchova čaacutera
DPŽ ndash Hrubyacute 33
Wőhlerova křivka ndash ocel (bcc) hliniacutek (fcc)
httpwwwtokuroglucomSnCurveExpjpg httpenwikipediaorgwikiFatigue_(material)
DPŽ ndash Hrubyacute 34
Wőhlerova křivka ndash popis šikmeacute čaacutesti
KNw
CNwCN
CN
a
awa
wa
loglog
loglogloglogloglog
loglog
CNwa
bfa N2
Basquin
mocninnyacute tvar
Basquin 11 5231
10
100
1000
1 10 100 1000 10000 100000
N [1]
a [
MP
a]
bfC
1
2
1
bw
1
DPŽ ndash Hrubyacute 35
Wőhlerova křivka ndash celkovyacute popis
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
10E+01 10E+02 10E+03 10E+04 10E+05 10E+06 10E+07 10E+08 10E+09
N [1]
a [
MP
a]
CANw
Ca
Weibullův
KohoutůvndashVěchetův b
CaCN
BN
DPŽ ndash Hrubyacute 36
Dalšiacute odhady meze uacutenavy Vyhodnocovanaacute
veličina
Vztah pro mez uacutenavy při R=-1
(pravděpodobnost poruchy
P=50) [MPa]
Koeficienty a podmiacutenky
platnosti
Autor
mez pevnosti Rm
[MPa]-1=0432timesRm+22
-1=046timesRm
-1=6
1Rm+400
t-1=027timesRm
t-1=0249timesRm+25
konstrukčniacute oceli
oceli do Rm =1400 MPa
oceli do Rm =1200 až 1800
MPa
oceli Rm Ł1200
konstrukčniacute oceli
Buch
Žukov
Ponomarjev
Žukov
Buch
mez kluzu
v tahu Re a krutu
timestk [MPa]
-1=0452timesRe+94
-1=045timesRe+122
t-1=0448times tk+52
konstrukčniacute oceli
konstrukčniacute oceli
konstrukčniacute oceli
Buch
Žukov
Buch
skutečnaacute lomovaacute
pevnost f
[MPa]
-1=035times f ndash10
-1=0315times f -19
konstrukčniacute oceli
konstrukčniacute oceli
Žukov
Mc-Adam
tvrdost HB
[MPa]-1=(0128hellip0156)timesHB
-1=(0168hellip0222)timesHB
uhliacutekoveacute oceli
legovaneacute oceli
Grebenik
Grebenik
meze Rm Re
[MPa]-1=0285times( Re + Rm) konstrukčniacute oceli Šapošnikov
DPŽ ndash Hrubyacute 37
Uacutenavoveacute křivky deformace
DPŽ ndash Hrubyacute 38
Manson-Coffin ndash unavovaacute křivka
deformace
00001
0001
001
01
1
1E+00 1E+01 1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07
počet půlkmitů 2N [1]
am
plitu
da p
om
d
efo
rmace
a [
1]
ae
ap
a
f
f Eb
c
1
1
DPŽ ndash Hrubyacute 39
Manson-Coffin ndash matematickyacute popis
NcNbE
NNE
NNE
fpla
fela
cf
pla
bfela
cf
pla
bfela
2logloglog2log
loglog
2loglog2
loglog
22
cfbfpl
aelaa NN
E22
σfrsquohellipsoučinitel uacutenavoveacute pevnosti bhellipexponent uacutenavoveacute pevnosti
εfrsquohellipsoučinitel uacutenavoveacute deformace chellipexponent uacutenavoveacute deformace
bc
f
fcb
f
ft
ctf
bt
f
aplael
E
EN
NNE
11
2
1
2
1
22
Tranzitniacute počet cyklů Po logaritmickeacute uacutepravě
DPŽ ndash Hrubyacute 40
Cyklickaacute deformačniacute křivka
DPŽ ndash Hrubyacute 41
Ramberg-Osgood (platneacute pro přibližneacute
vyjaacutedřeniacute tahoveacuteho diagramu i cyklickeacute
deformačniacute křivky)
E
el
npl
K
1
elE nplK
1DOsgoodRamberg
1
n
KE
+ =
DPŽ ndash Hrubyacute 42
Hysterezniacute smyčky cyklickaacute deformačniacute křivka
Rambergova-Osgoodova aproximace
Cyklickaacute
deformačniacute
křivka Saturovaneacute
hysterezniacute
smyčky
zpevněniacute
změkčeniacute
cyklickaacute
statickaacute
1D
1n
aaa
KE
D1el
aa E 1Dnpl
aa K
R = -1
DPŽ ndash Hrubyacute 43
Saturovanaacute hysterezniacute smyčka
naapla
elaa
KE
1
Krsquo - modul cyklickeacuteho zpevněniacute
nrsquo - exponent cyklickeacuteho zpevněniacute
E - modul pružnosti v tahu
nplaa K
DPŽ ndash Hrubyacute 44
Masingova aproximace hysterezniacutech
smyček a CDK
Saturovaneacute hysterezniacute smyčky uměle
posunuty spodniacutem rohem do počaacutetku
souřadneacuteho systeacutemu [εpl σ] majiacute
shodnou horniacute větev Většina kovů se
však podle Masingova pravidla nechovaacute
Data převzata z Radim Halama Experimentaacutelniacute poznatky a fenomenologickeacute modelovaacuteniacute cyklickeacute plasticity kovů [Habilitačniacute praacutece VŠB-TU Ostrava] 2009
εpl
σ CDK prochaacuteziacute středy posunutyacutech
hyster smyček
Nevykazuje chovaacuteniacute podle
Masingova pravidla
DPŽ ndash Hrubyacute 45
Odhady uacutenavovyacutech parametrů
Parametr Nelegovaneacute a niacutezkolegovaneacute oceli Hliniacutekoveacute a titanoveacute slitiny
f mRtimes51 mRtimes671
b -0087 -0095
f times590 350
c -058 -069
C mRtimes450 mRtimes420
C timestimestimes 410951450
E
Rm E
Rmtimes420
CN 5105 times 6101times
K mRtimes651 mRtimes611
n 015 011
kde
01 pro 3103 timesŁE
Rm
timesE
Rm01253751 pro 3103 timesE
Rm
0
DPŽ ndash Hrubyacute 46
Koncentrace napětiacute
DPŽ ndash Hrubyacute 47
Koncentrace napětiacute
Součinitel tvaru
(součinitel koncentrace
elastickyacutech napětiacute)
0max
1
x
y
x
nom
maxt
SK
0
1
x
y
x
Poměrnyacute gradient
(gradient normovanyacute maximaacutelniacutem
elastickyacutem napětiacutem)
httpwwwameswebinfoStressConcentrationFactor
StressConcentrationFactorsaspx
DPŽ ndash Hrubyacute 48
Součinitel vrubu β vrubovaacute citlivost q
0
100
200
300
400
500
600
1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07 1E+08
Number of cycles [1]
Str
es
s a
mp
litu
de
[M
Pa
]
smooth
notched
FL
FLN
xc
cfK
q11 Thum
Poloměr vrubu
Vliv vrubu bez
vlivu velikosti
a povrchu
DPŽ ndash Hrubyacute 49
Vliv velikosti a jakosti povrchu
DPŽ ndash Hrubyacute 50
Vliv velikosti součaacutesti - kS
m
d
D
dc
Dc
SV
Vk
exp
exp
10
y
x
S
02
03
04
05
06
07
08
09
1
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
průměr hřiacutedele D [mm]
so
učin
itel veliko
sti
[
1]
Rm=400 až 580Rm=700 až 710litaacute ocelRm=820 až 860Rm=850 až 910Rm=890 až 1000Rm=890 až 1000 aproximacem=-003m=-004m=-005m=-006m=-0068
oceli
DPŽ ndash Hrubyacute 51
Vliv jakosti obrobeniacute povrchu - kSF
kSF
Jakost povrchu
Pevnost v tahu
etalonc
realc
SFk
DPŽ ndash Hrubyacute 52
Vliv technologie uacuteprav povrchu - kT
etalonc
technolc
Tk
DPŽ ndash Hrubyacute 53
Mez uacutenavy reaacutelneacuteho diacutelu ndash dimenzovaacuteniacute
na teoreticky nekonečnou životnost
(trvalou pevnost)
f
TSFScvc
xc
K
kkk
vpcvc
xc
DPŽ ndash Hrubyacute 54
Vliv středniacuteho napětiacute
DPŽ ndash Hrubyacute 55
Vliv středniacuteho napětiacute
DPŽ ndash Hrubyacute 56
Smithův diagram
FL
DPŽ ndash Hrubyacute 57
Haighův (Goodmanův) diagram
0Re Re Rm
Re
-m +m
a
aekv
k
F
mCA
1
F
mCA
1
a
m
F Re
C
k = 2
CC
F tg
k = 1
odhad fiktivniacuteho napětiacute
tah
ohyb
krut
Rm
Rm
Rm
F
F
F
8070
7151
t
Hodnoty součinitele citlivosti k asymetrii cyklu ψ
(bdquosbiacutehavostldquo)
Goodmanova čaacutera
DPŽ ndash Hrubyacute 58
Vyacutepočet bezpečnosti
pt
mx
c
a
k
1
1
kt
m
kt
a
k
1
2
21min kkk
1pt
M
x
c
A
1
kt
M
kt
A
aA k mM k
DPŽ ndash Hrubyacute 59
Př Prutovaacute soustava ndash SU
bull absolutně tuhyacute traacutem
bull h = 1 000 mm
bull a = 500 mm
bull mez pevnosti materiaacutelu prutů 600 MPa
bull hladkeacute pruty kruhovyacute průřez 100 mm2
bull povrch prutů leštěn ndash souč jak povrchu 095
bull součinitele velikosti všech prutů 098
bull Fh = + 10 000 N
bull Fd = - 10 000 N
bull určit bezpečnost pro teoreticky
nekonečnou životnost
h
2a
F
a2
DPŽ ndash Hrubyacute 60
Př Prutovaacute soustava ndash SN
bull absolutně tuhyacute traacutem
bull h = 1 000 mm
bull a = 500 mm
bull mez pevnosti materiaacutelu prutů 600 MPa
bull hladkeacute pruty kruhovyacute průřez 100 mm2
bull povrch prutů leštěn ndash souč jak povrchu 095
bull součinitele velikosti všech prutů 098
bull Fh = + 20 000 N
bull Fd = - 20 000 N
bull určit bezpečnost pro teoreticky
nekonečnou životnost
h
a a
F
a2
DPŽ ndash Hrubyacute 61
Př Prutovaacute soustava ndash SU ndash 2 parametry
bull určit maximaacutelniacute rozmeziacute symetricky
střiacutedavyacutech sil (působiacuteciacutech ve faacutezi) pro
teoreticky nekonečnou životnost v
zaacutevislosti na uacutehlu alfa
bull l = 1 000 mm
bull mez pevnosti materiaacutelu prutů 600
MPa
bull hladkeacute pruty kruhovyacute průřez 100
mm2
bull povrch prutů leštěn ndash souč jak
povrchu 095
bull součinitele velikosti všech prutů 098
V
H
l l
1 2
V
H
N1 N2
DPŽ ndash Hrubyacute 62
zakresleniacute diagramu pro mezniacute stav
A
Vxc
A
Hxc
cos2
cos2
cotg
cos2
cotg
cos2
bezpečnost gt 1 jeden prut na mezi
uacutenavy součaacutesti tj v
jednom prutu
bezpečnost rovna
jedneacute
Př Prutovaacute soustava ndash SU ndash 2 parametry
DPŽ ndash Hrubyacute 63
Reaacutelneacute napěťodeformačniacute stavy ve
vrubech
DPŽ ndash Hrubyacute 64
Součinitel tvaru (s koncentrace
elastickyacutech napětiacute)
Součinitel koncentrace napětiacute
Součinitel koncentrace deformace
Reaacutelnaacute napětiacute a deformace ve vrubech
0
0
0
0
e
B
S
C
eSK ficfic
t
0
0
S
C
SK
0
0
e
B
eK
e
(nom)
B 0 fic
S (nom)
Brsquo
A
Arsquo
fic=S
=timesS
=times
Crsquo
C
DPŽ ndash Hrubyacute 65
Skutečnaacute napětiacute a deformace ve vrubech
22SeeS
12
0
2
12d
2
nplnpl
vKnE
KE
U
pl
Neuber Glinka
1
22
1 n
vKE
U
vfic UU
nomnomficficfic SeU 22
2
1
2
1
2
1
z rovnosti
ploch
DPŽ ndash Hrubyacute 66
0
fic
m=1
m=066
m=05m=01
m=0
Zobecněneacute Neuberovo pravidlo
5050 el
fic E
elfic EE
2
m=0 platiacute pro tvrdeacute zatěžovaacuteniacute tj
napětiacute deformačniacuteho původu
rovnoměrně rozděleneacute po
průřezu
m=1 platiacute pro měkkeacute zatěžovaacuteniacute tj
napětiacute siloveacuteho původu
rovnoměrně rozděleneacute po
průřezu
m=01 pro napětiacute deformačniacuteho
původu mimo vruby (např
teplotniacute pnutiacute)
m=05 pro vruby zatiacuteženeacute silově i
deformačně (Neuberovo
pravidlo)
m=06 pro napětiacute siloveacuteho původu
nerovnoměrně rozloženaacute po
průřezu (např při ohybu) mmel
fic E 1
DPŽ ndash Hrubyacute 67
Př Ramberg-Osgood 12
Vzorek bez vrubu z oceli 11 5231 je vystaven tvrdeacutemu zatěžovaacuteniacute o amplitudě celkoveacute
deformace 102 3timesa Určit amplitudu napětiacute Je zadaacuteno
MPa10072 5timesE
MPa1164K
1990n
0
100
200
300
400
500
600
700
0000 0005 0010 0015 0020 0025 0030
am
plitu
da n
ap
ětiacute
[M
Pa]
amplituda poměrneacute plastikeacute deformace [-]
CDK
n
apla K
DPŽ ndash Hrubyacute 68
-300 -200 -100 0 100 200 300260
280
300
320
340
360
380
ai
ai+
1
Př Ramberg-Osgood 22
MATLAB
sig=50
krok=0
for i=110000
krok=krok+1
Sig=1164(2e-3 - sig207e5)^0199
if abs(Sig-sig)lt00001
break
end
sig=Sig
end Pro libovolnyacute odhad je řešeniacute MPa273a
1990
5
1
1007200201164
times
iai
a
19901
5 1164100720020
times aa
1
naa
aKE
DPŽ ndash Hrubyacute 69
Př koncentrace napětiacute vs deformace 13
Vzorek z oceli 11 5231 je vystaven měkkeacutemu zatěžovaacuteniacute v podeacutelneacutem směru o amplitudě
napětiacute 200 MPa Určit elastickou a plastickou složku poměrneacute deformace
662
MPa10072 5timesE MPa1164K 1990n
zadaacuteno vůči neoslabeneacutemu nominaacutelniacutemu napětiacute
mimo vrub pro danou hladinu zatiacuteženiacute
200
Oslash10
20
5
DPŽ ndash Hrubyacute 70
MPa3533200662 times avruba
319901
1
1014301164
200
times
na
aplK
019801164
3533
19901
1
nvrubavrub
aplK
3
5109660
10072
200 timestimes
E
aael
0026010072
35335
times
E
vrubavrub
ael
333 101091109660101430 timestimestimes aplaela
1720101091
022403
times
a
vruba
Př koncentrace napětiacute vs deformace 23
022400198000260 vrubapl
vrubael
vruba
DPŽ ndash Hrubyacute 71
Př koncentrace napětiacute vs deformace 33
MKP elastickeacute řešeniacute
MKP elastoplastickeacute řešeniacute
324200
863max a
a
1720
662
DPŽ ndash Hrubyacute 72
Př Vetknutyacute sloupek 12
-16 K10511 times
50 100
Ocelovyacute sloupek = lopatka dmychadla je vloženyacute mezi dva tuheacute členy = disky
oběžneacuteho kola a je namaacutehaacuten cyklicky proměnnou teplotou
Uacutekol Posoudit zda hroziacute porušeniacute při 10 000 teplotniacutech cyklech
Daacuteno rozsah pracovniacutech teplot T1 = 22 degC T2 = 370 degC
modul pružnosti v tahu E = 205 GPa
uacutenavovaacute křivka poměrneacute deformace vztaženaacute
k provozniacute teplotě s parametry
160b
580c
MPa1140 f
10 f
teplotniacute roztažnost
DPŽ ndash Hrubyacute 73
C3482237012 TTT
336 1000122
10002434810511 times
timestimestimes
teplotaaT
3580160
5104601000201000020
10052
1140
22
times
times
c
fbf
a NNE
hroziacute poruchateplota
aa Ł
Př Vetknutyacute sloupek 22
DPŽ ndash Hrubyacute 74
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 14
22SeeS
nomnomficfic Se 22
2
1
2
1
2
1
2
1
Neuber
1
2222
2222
1 nfic
vKEEE
SSeU
mmelfic E 1
c
bnK
nf
f
b
c
f
fE
do Ramberga-Osgooda
naaa
KE
1
DPŽ ndash Hrubyacute 75
mmelfic E 1
m
bc
f
f
m
ficEE
E
1
m
bc
f
fmm
ficE
E
1
1
0
f
1
fic
m
bc
f
fm E
i
iii
f
f1
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 24
DPŽ ndash Hrubyacute 76
11
1
1
1
1
1
bc
f
i
f
f
m
bc
f
i
fimi
m
bc
f
i
fimi
fic
m
bc
f
i
fimi
ii
b
cEEmEm
E
1
npl
K
E
el
1
n
KE
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 34
DPŽ ndash Hrubyacute 77
K [MPa] n [-] c [-] εrsquof [-] b [-] σrsquof [MPa] E [MPa]
1020 014066 -06586 0921985 -0092718 1009234 21105
MPa700fic 50m
Iterace
Napětiacute ve vrubu
[MPa]
0 700
1 55953
2 48112
3 45414
4 45114
5 45111
6 45111 0005175
00030270002148
plel
00030271020
11451
1406601
1
npl
K
00021481012
114515
times
E
el
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 44
DPŽ ndash Hrubyacute 19
Krystalografickeacute mřiacutežky kovů
kubickaacute prostorově centrovanaacute
(body centered cubic ndash BCC)
chrom wolfram vanad železo α
kubickaacute plošně centrovanaacute
(face centered cubic ndash FCC)
železo γ nikl hliniacutek měď olovo zlato
platina střiacutebro
httpmechmeswebsnadnoczdokumentypri-st-05_vnitrnistrukturakovupdf
šesterečnaacute
(hexagonal)
hořčiacutek zinek titan
DPŽ ndash Hrubyacute 20
Krystalografickaacute mřiacutežka - poruchy
httppythonriceedu~arbCourses360_defects_handout_01pdf
čaacuteroveacute poruchy - dislokace
plochoveacute
poruchy -
zrna hranice zrn
bodoveacute poruchy
DPŽ ndash Hrubyacute 21
Technickeacute slitiny železa
httpcswikipediaorgwikiSouborDiagramm_phasenjpg
makroskopickaacute isometrie
diacuteky naacutehodneacute orientaci
anisotropniacutech krystalů v tuheacute
faacutezi
httpwwwpedmuniczwphyFyzVlaindexhtm
V každeacutem materiaacutelu jsou
poruchy ideaacutelniacute struktury
DPŽ ndash Hrubyacute 22
bull Faacuteze změn mechanickyacutech
vlastnostiacute změny struktury kovu v
celeacutem objemu Doba trvaacuteniacute několik
procent života do lomu
bull Faacuteze nukleace (iniciace)
mikrotrhliny formovaacuteniacute
makrotrhliny zahrnuje lokaacutelniacute
změny v povrchoveacute vrstvě vyvolaneacute
silokačniacutemi efekty a naacutesledneacute
propojovaacuteniacute mikrotrhlin nebo růst
dominantniacute mikrotrhliny Doba trvaacuteniacute
10 i 90 života
bull Faacuteze šiacuteřeniacute makrotrhliny Zahrnuje
staacutedium růstu dominantniacute
makrotrhliny změnu jejiacuteho směru
kolmo na max hlavniacute napětiacute
bull Faacuteze zaacutevěrečneacuteho lomu je
reprezentovaacutena přechodem na
zrychlenyacutem rozvojem zakončenyacutem
houževnatyacutem nebo křehkyacutem lomem
na mezi kluzu nebo mezi pevnosti
1 A
10 2 A
1 m 10 2 m 1 mm 10
2 mm
Atomic
Distance Grain Size
of Austenite
Micro-crack
Formation
Glissile
Dislocation
Macro-crack
Creation
Macro-crack
Growth
Faacuteze uacutenavoveacuteho procesu 1
2
3
4
DPŽ ndash Hrubyacute 23
t
t
t
t
t t
t
t
t
a
b
c
d
e
0
A
B
C
DD
C
B
A
0
Cacute
E
Cyklickeacute
zpevněniacute
Cyklickeacute
změkčeniacute
Cyklickaacute
relaxace
Cyklickyacute creep
(ratchetting)
Paměťovyacute
efekt
1 Mechanickeacute změny při cyklovaacuteniacute
DPŽ ndash Hrubyacute 24
Miacutesta iniciace lomovaacute plocha
Striačniacute čaacutery
postupu čela
trhliny
Miacutesto
iniciace
Extruse
Skluzovaacute paacutesma
Intruse
2
3
4
DPŽ ndash Hrubyacute 25
Charakteristiky harmonickeacuteho
cyklickeacuteho namaacutehaacuteniacute
DPŽ ndash Hrubyacute 26
Harmonickeacute zatěžovaacuteniacute
amplituda napětiacute
středniacute hodnota napětiacute
perioda kmitu napěťově řiacutezeneacute zatěžovaacuteniacute ndash
měkkeacute
deformačně řiacutezeneacute zatěžovaacuteniacute ndash
tvrdeacute
httpfatiguecalculatorcom
2
dha
2
dhm
rozkmit napětiacute
koeficient nesouměrnosti
frekvence kmitu
dh
h
dR
T
Tf
1
T
a
m
h
d
DPŽ ndash Hrubyacute 27
Druhy kmitů sta
tickyacute v
tla
ku
pu
lzu
jiacuteciacute
v t
laku
sym
etr
ick
y s
třiacuted
avyacute
miacutej
ivyacute
v t
lak
u
neso
um
ěrn
ě s
třiacuted
avyacute
(stř
h
od
no
ta v
tla
ku
)
nes
ou
mě
rně
stř
iacuteda
vyacute
(stř
h
od
no
ta v
tah
u)
sta
tic
kyacute
v t
ah
u
pu
lzu
jiacuteciacute
v t
ah
u
miacutejiv
yacute v
tah
u
1R
1R
R 10R
1R
1R
01R
1R
0R
DPŽ ndash Hrubyacute 28
Uacutenavoveacute křivky napětiacute
DPŽ ndash Hrubyacute 29
Historie uacutenavy materiaacutelu
19 stoletiacute rozvoj technickeacuteho poznaacuteniacute rozšiacuteřeniacute možnosti využitiacute
oceli a kovovyacutech materiaacutelů v běžneacute praxi
Rozvoj železničniacute dopravy parniacute lokomotiva Mr G Stephenson 1829
Stavebnictviacute (mosty a nosneacute konstrukce) Eiffelova věž 1889
Rozvoj lodniacute dopravy
Vyacuteraznyacute technickyacute pokrok rostouciacute počet havaacuteriiacute ndash lomy konstrukciacute
Lomy os železničniacutech soukoliacute (konec 19 st)
August Wőhler (1819-1914)
DPŽ ndash Hrubyacute 30
Odhad meze uacutenavy
Uhliacutek oceli (P=1 )
Střiacutedavyacute tah-tlak σc = 033 (035)Rm
Miacutejivyacute tah-tlak σhc = 061Rm
Střiacutedavyacute ohyb σoc = 043 Rm
Střiacutedavyacute krut τc = 025 Rm
DPŽ ndash Hrubyacute 31
Odhad meze uacutenavy
Meze uacutenavy v ohybu platneacute pro 50 pravděpodobnost porušeniacute
DPŽ ndash Hrubyacute 32
Rm
oblast
Re
C
Woumlhlerova křivka + Frenchova čaacutera
DPŽ ndash Hrubyacute 33
Wőhlerova křivka ndash ocel (bcc) hliniacutek (fcc)
httpwwwtokuroglucomSnCurveExpjpg httpenwikipediaorgwikiFatigue_(material)
DPŽ ndash Hrubyacute 34
Wőhlerova křivka ndash popis šikmeacute čaacutesti
KNw
CNwCN
CN
a
awa
wa
loglog
loglogloglogloglog
loglog
CNwa
bfa N2
Basquin
mocninnyacute tvar
Basquin 11 5231
10
100
1000
1 10 100 1000 10000 100000
N [1]
a [
MP
a]
bfC
1
2
1
bw
1
DPŽ ndash Hrubyacute 35
Wőhlerova křivka ndash celkovyacute popis
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
10E+01 10E+02 10E+03 10E+04 10E+05 10E+06 10E+07 10E+08 10E+09
N [1]
a [
MP
a]
CANw
Ca
Weibullův
KohoutůvndashVěchetův b
CaCN
BN
DPŽ ndash Hrubyacute 36
Dalšiacute odhady meze uacutenavy Vyhodnocovanaacute
veličina
Vztah pro mez uacutenavy při R=-1
(pravděpodobnost poruchy
P=50) [MPa]
Koeficienty a podmiacutenky
platnosti
Autor
mez pevnosti Rm
[MPa]-1=0432timesRm+22
-1=046timesRm
-1=6
1Rm+400
t-1=027timesRm
t-1=0249timesRm+25
konstrukčniacute oceli
oceli do Rm =1400 MPa
oceli do Rm =1200 až 1800
MPa
oceli Rm Ł1200
konstrukčniacute oceli
Buch
Žukov
Ponomarjev
Žukov
Buch
mez kluzu
v tahu Re a krutu
timestk [MPa]
-1=0452timesRe+94
-1=045timesRe+122
t-1=0448times tk+52
konstrukčniacute oceli
konstrukčniacute oceli
konstrukčniacute oceli
Buch
Žukov
Buch
skutečnaacute lomovaacute
pevnost f
[MPa]
-1=035times f ndash10
-1=0315times f -19
konstrukčniacute oceli
konstrukčniacute oceli
Žukov
Mc-Adam
tvrdost HB
[MPa]-1=(0128hellip0156)timesHB
-1=(0168hellip0222)timesHB
uhliacutekoveacute oceli
legovaneacute oceli
Grebenik
Grebenik
meze Rm Re
[MPa]-1=0285times( Re + Rm) konstrukčniacute oceli Šapošnikov
DPŽ ndash Hrubyacute 37
Uacutenavoveacute křivky deformace
DPŽ ndash Hrubyacute 38
Manson-Coffin ndash unavovaacute křivka
deformace
00001
0001
001
01
1
1E+00 1E+01 1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07
počet půlkmitů 2N [1]
am
plitu
da p
om
d
efo
rmace
a [
1]
ae
ap
a
f
f Eb
c
1
1
DPŽ ndash Hrubyacute 39
Manson-Coffin ndash matematickyacute popis
NcNbE
NNE
NNE
fpla
fela
cf
pla
bfela
cf
pla
bfela
2logloglog2log
loglog
2loglog2
loglog
22
cfbfpl
aelaa NN
E22
σfrsquohellipsoučinitel uacutenavoveacute pevnosti bhellipexponent uacutenavoveacute pevnosti
εfrsquohellipsoučinitel uacutenavoveacute deformace chellipexponent uacutenavoveacute deformace
bc
f
fcb
f
ft
ctf
bt
f
aplael
E
EN
NNE
11
2
1
2
1
22
Tranzitniacute počet cyklů Po logaritmickeacute uacutepravě
DPŽ ndash Hrubyacute 40
Cyklickaacute deformačniacute křivka
DPŽ ndash Hrubyacute 41
Ramberg-Osgood (platneacute pro přibližneacute
vyjaacutedřeniacute tahoveacuteho diagramu i cyklickeacute
deformačniacute křivky)
E
el
npl
K
1
elE nplK
1DOsgoodRamberg
1
n
KE
+ =
DPŽ ndash Hrubyacute 42
Hysterezniacute smyčky cyklickaacute deformačniacute křivka
Rambergova-Osgoodova aproximace
Cyklickaacute
deformačniacute
křivka Saturovaneacute
hysterezniacute
smyčky
zpevněniacute
změkčeniacute
cyklickaacute
statickaacute
1D
1n
aaa
KE
D1el
aa E 1Dnpl
aa K
R = -1
DPŽ ndash Hrubyacute 43
Saturovanaacute hysterezniacute smyčka
naapla
elaa
KE
1
Krsquo - modul cyklickeacuteho zpevněniacute
nrsquo - exponent cyklickeacuteho zpevněniacute
E - modul pružnosti v tahu
nplaa K
DPŽ ndash Hrubyacute 44
Masingova aproximace hysterezniacutech
smyček a CDK
Saturovaneacute hysterezniacute smyčky uměle
posunuty spodniacutem rohem do počaacutetku
souřadneacuteho systeacutemu [εpl σ] majiacute
shodnou horniacute větev Většina kovů se
však podle Masingova pravidla nechovaacute
Data převzata z Radim Halama Experimentaacutelniacute poznatky a fenomenologickeacute modelovaacuteniacute cyklickeacute plasticity kovů [Habilitačniacute praacutece VŠB-TU Ostrava] 2009
εpl
σ CDK prochaacuteziacute středy posunutyacutech
hyster smyček
Nevykazuje chovaacuteniacute podle
Masingova pravidla
DPŽ ndash Hrubyacute 45
Odhady uacutenavovyacutech parametrů
Parametr Nelegovaneacute a niacutezkolegovaneacute oceli Hliniacutekoveacute a titanoveacute slitiny
f mRtimes51 mRtimes671
b -0087 -0095
f times590 350
c -058 -069
C mRtimes450 mRtimes420
C timestimestimes 410951450
E
Rm E
Rmtimes420
CN 5105 times 6101times
K mRtimes651 mRtimes611
n 015 011
kde
01 pro 3103 timesŁE
Rm
timesE
Rm01253751 pro 3103 timesE
Rm
0
DPŽ ndash Hrubyacute 46
Koncentrace napětiacute
DPŽ ndash Hrubyacute 47
Koncentrace napětiacute
Součinitel tvaru
(součinitel koncentrace
elastickyacutech napětiacute)
0max
1
x
y
x
nom
maxt
SK
0
1
x
y
x
Poměrnyacute gradient
(gradient normovanyacute maximaacutelniacutem
elastickyacutem napětiacutem)
httpwwwameswebinfoStressConcentrationFactor
StressConcentrationFactorsaspx
DPŽ ndash Hrubyacute 48
Součinitel vrubu β vrubovaacute citlivost q
0
100
200
300
400
500
600
1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07 1E+08
Number of cycles [1]
Str
es
s a
mp
litu
de
[M
Pa
]
smooth
notched
FL
FLN
xc
cfK
q11 Thum
Poloměr vrubu
Vliv vrubu bez
vlivu velikosti
a povrchu
DPŽ ndash Hrubyacute 49
Vliv velikosti a jakosti povrchu
DPŽ ndash Hrubyacute 50
Vliv velikosti součaacutesti - kS
m
d
D
dc
Dc
SV
Vk
exp
exp
10
y
x
S
02
03
04
05
06
07
08
09
1
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
průměr hřiacutedele D [mm]
so
učin
itel veliko
sti
[
1]
Rm=400 až 580Rm=700 až 710litaacute ocelRm=820 až 860Rm=850 až 910Rm=890 až 1000Rm=890 až 1000 aproximacem=-003m=-004m=-005m=-006m=-0068
oceli
DPŽ ndash Hrubyacute 51
Vliv jakosti obrobeniacute povrchu - kSF
kSF
Jakost povrchu
Pevnost v tahu
etalonc
realc
SFk
DPŽ ndash Hrubyacute 52
Vliv technologie uacuteprav povrchu - kT
etalonc
technolc
Tk
DPŽ ndash Hrubyacute 53
Mez uacutenavy reaacutelneacuteho diacutelu ndash dimenzovaacuteniacute
na teoreticky nekonečnou životnost
(trvalou pevnost)
f
TSFScvc
xc
K
kkk
vpcvc
xc
DPŽ ndash Hrubyacute 54
Vliv středniacuteho napětiacute
DPŽ ndash Hrubyacute 55
Vliv středniacuteho napětiacute
DPŽ ndash Hrubyacute 56
Smithův diagram
FL
DPŽ ndash Hrubyacute 57
Haighův (Goodmanův) diagram
0Re Re Rm
Re
-m +m
a
aekv
k
F
mCA
1
F
mCA
1
a
m
F Re
C
k = 2
CC
F tg
k = 1
odhad fiktivniacuteho napětiacute
tah
ohyb
krut
Rm
Rm
Rm
F
F
F
8070
7151
t
Hodnoty součinitele citlivosti k asymetrii cyklu ψ
(bdquosbiacutehavostldquo)
Goodmanova čaacutera
DPŽ ndash Hrubyacute 58
Vyacutepočet bezpečnosti
pt
mx
c
a
k
1
1
kt
m
kt
a
k
1
2
21min kkk
1pt
M
x
c
A
1
kt
M
kt
A
aA k mM k
DPŽ ndash Hrubyacute 59
Př Prutovaacute soustava ndash SU
bull absolutně tuhyacute traacutem
bull h = 1 000 mm
bull a = 500 mm
bull mez pevnosti materiaacutelu prutů 600 MPa
bull hladkeacute pruty kruhovyacute průřez 100 mm2
bull povrch prutů leštěn ndash souč jak povrchu 095
bull součinitele velikosti všech prutů 098
bull Fh = + 10 000 N
bull Fd = - 10 000 N
bull určit bezpečnost pro teoreticky
nekonečnou životnost
h
2a
F
a2
DPŽ ndash Hrubyacute 60
Př Prutovaacute soustava ndash SN
bull absolutně tuhyacute traacutem
bull h = 1 000 mm
bull a = 500 mm
bull mez pevnosti materiaacutelu prutů 600 MPa
bull hladkeacute pruty kruhovyacute průřez 100 mm2
bull povrch prutů leštěn ndash souč jak povrchu 095
bull součinitele velikosti všech prutů 098
bull Fh = + 20 000 N
bull Fd = - 20 000 N
bull určit bezpečnost pro teoreticky
nekonečnou životnost
h
a a
F
a2
DPŽ ndash Hrubyacute 61
Př Prutovaacute soustava ndash SU ndash 2 parametry
bull určit maximaacutelniacute rozmeziacute symetricky
střiacutedavyacutech sil (působiacuteciacutech ve faacutezi) pro
teoreticky nekonečnou životnost v
zaacutevislosti na uacutehlu alfa
bull l = 1 000 mm
bull mez pevnosti materiaacutelu prutů 600
MPa
bull hladkeacute pruty kruhovyacute průřez 100
mm2
bull povrch prutů leštěn ndash souč jak
povrchu 095
bull součinitele velikosti všech prutů 098
V
H
l l
1 2
V
H
N1 N2
DPŽ ndash Hrubyacute 62
zakresleniacute diagramu pro mezniacute stav
A
Vxc
A
Hxc
cos2
cos2
cotg
cos2
cotg
cos2
bezpečnost gt 1 jeden prut na mezi
uacutenavy součaacutesti tj v
jednom prutu
bezpečnost rovna
jedneacute
Př Prutovaacute soustava ndash SU ndash 2 parametry
DPŽ ndash Hrubyacute 63
Reaacutelneacute napěťodeformačniacute stavy ve
vrubech
DPŽ ndash Hrubyacute 64
Součinitel tvaru (s koncentrace
elastickyacutech napětiacute)
Součinitel koncentrace napětiacute
Součinitel koncentrace deformace
Reaacutelnaacute napětiacute a deformace ve vrubech
0
0
0
0
e
B
S
C
eSK ficfic
t
0
0
S
C
SK
0
0
e
B
eK
e
(nom)
B 0 fic
S (nom)
Brsquo
A
Arsquo
fic=S
=timesS
=times
Crsquo
C
DPŽ ndash Hrubyacute 65
Skutečnaacute napětiacute a deformace ve vrubech
22SeeS
12
0
2
12d
2
nplnpl
vKnE
KE
U
pl
Neuber Glinka
1
22
1 n
vKE
U
vfic UU
nomnomficficfic SeU 22
2
1
2
1
2
1
z rovnosti
ploch
DPŽ ndash Hrubyacute 66
0
fic
m=1
m=066
m=05m=01
m=0
Zobecněneacute Neuberovo pravidlo
5050 el
fic E
elfic EE
2
m=0 platiacute pro tvrdeacute zatěžovaacuteniacute tj
napětiacute deformačniacuteho původu
rovnoměrně rozděleneacute po
průřezu
m=1 platiacute pro měkkeacute zatěžovaacuteniacute tj
napětiacute siloveacuteho původu
rovnoměrně rozděleneacute po
průřezu
m=01 pro napětiacute deformačniacuteho
původu mimo vruby (např
teplotniacute pnutiacute)
m=05 pro vruby zatiacuteženeacute silově i
deformačně (Neuberovo
pravidlo)
m=06 pro napětiacute siloveacuteho původu
nerovnoměrně rozloženaacute po
průřezu (např při ohybu) mmel
fic E 1
DPŽ ndash Hrubyacute 67
Př Ramberg-Osgood 12
Vzorek bez vrubu z oceli 11 5231 je vystaven tvrdeacutemu zatěžovaacuteniacute o amplitudě celkoveacute
deformace 102 3timesa Určit amplitudu napětiacute Je zadaacuteno
MPa10072 5timesE
MPa1164K
1990n
0
100
200
300
400
500
600
700
0000 0005 0010 0015 0020 0025 0030
am
plitu
da n
ap
ětiacute
[M
Pa]
amplituda poměrneacute plastikeacute deformace [-]
CDK
n
apla K
DPŽ ndash Hrubyacute 68
-300 -200 -100 0 100 200 300260
280
300
320
340
360
380
ai
ai+
1
Př Ramberg-Osgood 22
MATLAB
sig=50
krok=0
for i=110000
krok=krok+1
Sig=1164(2e-3 - sig207e5)^0199
if abs(Sig-sig)lt00001
break
end
sig=Sig
end Pro libovolnyacute odhad je řešeniacute MPa273a
1990
5
1
1007200201164
times
iai
a
19901
5 1164100720020
times aa
1
naa
aKE
DPŽ ndash Hrubyacute 69
Př koncentrace napětiacute vs deformace 13
Vzorek z oceli 11 5231 je vystaven měkkeacutemu zatěžovaacuteniacute v podeacutelneacutem směru o amplitudě
napětiacute 200 MPa Určit elastickou a plastickou složku poměrneacute deformace
662
MPa10072 5timesE MPa1164K 1990n
zadaacuteno vůči neoslabeneacutemu nominaacutelniacutemu napětiacute
mimo vrub pro danou hladinu zatiacuteženiacute
200
Oslash10
20
5
DPŽ ndash Hrubyacute 70
MPa3533200662 times avruba
319901
1
1014301164
200
times
na
aplK
019801164
3533
19901
1
nvrubavrub
aplK
3
5109660
10072
200 timestimes
E
aael
0026010072
35335
times
E
vrubavrub
ael
333 101091109660101430 timestimestimes aplaela
1720101091
022403
times
a
vruba
Př koncentrace napětiacute vs deformace 23
022400198000260 vrubapl
vrubael
vruba
DPŽ ndash Hrubyacute 71
Př koncentrace napětiacute vs deformace 33
MKP elastickeacute řešeniacute
MKP elastoplastickeacute řešeniacute
324200
863max a
a
1720
662
DPŽ ndash Hrubyacute 72
Př Vetknutyacute sloupek 12
-16 K10511 times
50 100
Ocelovyacute sloupek = lopatka dmychadla je vloženyacute mezi dva tuheacute členy = disky
oběžneacuteho kola a je namaacutehaacuten cyklicky proměnnou teplotou
Uacutekol Posoudit zda hroziacute porušeniacute při 10 000 teplotniacutech cyklech
Daacuteno rozsah pracovniacutech teplot T1 = 22 degC T2 = 370 degC
modul pružnosti v tahu E = 205 GPa
uacutenavovaacute křivka poměrneacute deformace vztaženaacute
k provozniacute teplotě s parametry
160b
580c
MPa1140 f
10 f
teplotniacute roztažnost
DPŽ ndash Hrubyacute 73
C3482237012 TTT
336 1000122
10002434810511 times
timestimestimes
teplotaaT
3580160
5104601000201000020
10052
1140
22
times
times
c
fbf
a NNE
hroziacute poruchateplota
aa Ł
Př Vetknutyacute sloupek 22
DPŽ ndash Hrubyacute 74
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 14
22SeeS
nomnomficfic Se 22
2
1
2
1
2
1
2
1
Neuber
1
2222
2222
1 nfic
vKEEE
SSeU
mmelfic E 1
c
bnK
nf
f
b
c
f
fE
do Ramberga-Osgooda
naaa
KE
1
DPŽ ndash Hrubyacute 75
mmelfic E 1
m
bc
f
f
m
ficEE
E
1
m
bc
f
fmm
ficE
E
1
1
0
f
1
fic
m
bc
f
fm E
i
iii
f
f1
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 24
DPŽ ndash Hrubyacute 76
11
1
1
1
1
1
bc
f
i
f
f
m
bc
f
i
fimi
m
bc
f
i
fimi
fic
m
bc
f
i
fimi
ii
b
cEEmEm
E
1
npl
K
E
el
1
n
KE
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 34
DPŽ ndash Hrubyacute 77
K [MPa] n [-] c [-] εrsquof [-] b [-] σrsquof [MPa] E [MPa]
1020 014066 -06586 0921985 -0092718 1009234 21105
MPa700fic 50m
Iterace
Napětiacute ve vrubu
[MPa]
0 700
1 55953
2 48112
3 45414
4 45114
5 45111
6 45111 0005175
00030270002148
plel
00030271020
11451
1406601
1
npl
K
00021481012
114515
times
E
el
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 44
DPŽ ndash Hrubyacute 20
Krystalografickaacute mřiacutežka - poruchy
httppythonriceedu~arbCourses360_defects_handout_01pdf
čaacuteroveacute poruchy - dislokace
plochoveacute
poruchy -
zrna hranice zrn
bodoveacute poruchy
DPŽ ndash Hrubyacute 21
Technickeacute slitiny železa
httpcswikipediaorgwikiSouborDiagramm_phasenjpg
makroskopickaacute isometrie
diacuteky naacutehodneacute orientaci
anisotropniacutech krystalů v tuheacute
faacutezi
httpwwwpedmuniczwphyFyzVlaindexhtm
V každeacutem materiaacutelu jsou
poruchy ideaacutelniacute struktury
DPŽ ndash Hrubyacute 22
bull Faacuteze změn mechanickyacutech
vlastnostiacute změny struktury kovu v
celeacutem objemu Doba trvaacuteniacute několik
procent života do lomu
bull Faacuteze nukleace (iniciace)
mikrotrhliny formovaacuteniacute
makrotrhliny zahrnuje lokaacutelniacute
změny v povrchoveacute vrstvě vyvolaneacute
silokačniacutemi efekty a naacutesledneacute
propojovaacuteniacute mikrotrhlin nebo růst
dominantniacute mikrotrhliny Doba trvaacuteniacute
10 i 90 života
bull Faacuteze šiacuteřeniacute makrotrhliny Zahrnuje
staacutedium růstu dominantniacute
makrotrhliny změnu jejiacuteho směru
kolmo na max hlavniacute napětiacute
bull Faacuteze zaacutevěrečneacuteho lomu je
reprezentovaacutena přechodem na
zrychlenyacutem rozvojem zakončenyacutem
houževnatyacutem nebo křehkyacutem lomem
na mezi kluzu nebo mezi pevnosti
1 A
10 2 A
1 m 10 2 m 1 mm 10
2 mm
Atomic
Distance Grain Size
of Austenite
Micro-crack
Formation
Glissile
Dislocation
Macro-crack
Creation
Macro-crack
Growth
Faacuteze uacutenavoveacuteho procesu 1
2
3
4
DPŽ ndash Hrubyacute 23
t
t
t
t
t t
t
t
t
a
b
c
d
e
0
A
B
C
DD
C
B
A
0
Cacute
E
Cyklickeacute
zpevněniacute
Cyklickeacute
změkčeniacute
Cyklickaacute
relaxace
Cyklickyacute creep
(ratchetting)
Paměťovyacute
efekt
1 Mechanickeacute změny při cyklovaacuteniacute
DPŽ ndash Hrubyacute 24
Miacutesta iniciace lomovaacute plocha
Striačniacute čaacutery
postupu čela
trhliny
Miacutesto
iniciace
Extruse
Skluzovaacute paacutesma
Intruse
2
3
4
DPŽ ndash Hrubyacute 25
Charakteristiky harmonickeacuteho
cyklickeacuteho namaacutehaacuteniacute
DPŽ ndash Hrubyacute 26
Harmonickeacute zatěžovaacuteniacute
amplituda napětiacute
středniacute hodnota napětiacute
perioda kmitu napěťově řiacutezeneacute zatěžovaacuteniacute ndash
měkkeacute
deformačně řiacutezeneacute zatěžovaacuteniacute ndash
tvrdeacute
httpfatiguecalculatorcom
2
dha
2
dhm
rozkmit napětiacute
koeficient nesouměrnosti
frekvence kmitu
dh
h
dR
T
Tf
1
T
a
m
h
d
DPŽ ndash Hrubyacute 27
Druhy kmitů sta
tickyacute v
tla
ku
pu
lzu
jiacuteciacute
v t
laku
sym
etr
ick
y s
třiacuted
avyacute
miacutej
ivyacute
v t
lak
u
neso
um
ěrn
ě s
třiacuted
avyacute
(stř
h
od
no
ta v
tla
ku
)
nes
ou
mě
rně
stř
iacuteda
vyacute
(stř
h
od
no
ta v
tah
u)
sta
tic
kyacute
v t
ah
u
pu
lzu
jiacuteciacute
v t
ah
u
miacutejiv
yacute v
tah
u
1R
1R
R 10R
1R
1R
01R
1R
0R
DPŽ ndash Hrubyacute 28
Uacutenavoveacute křivky napětiacute
DPŽ ndash Hrubyacute 29
Historie uacutenavy materiaacutelu
19 stoletiacute rozvoj technickeacuteho poznaacuteniacute rozšiacuteřeniacute možnosti využitiacute
oceli a kovovyacutech materiaacutelů v běžneacute praxi
Rozvoj železničniacute dopravy parniacute lokomotiva Mr G Stephenson 1829
Stavebnictviacute (mosty a nosneacute konstrukce) Eiffelova věž 1889
Rozvoj lodniacute dopravy
Vyacuteraznyacute technickyacute pokrok rostouciacute počet havaacuteriiacute ndash lomy konstrukciacute
Lomy os železničniacutech soukoliacute (konec 19 st)
August Wőhler (1819-1914)
DPŽ ndash Hrubyacute 30
Odhad meze uacutenavy
Uhliacutek oceli (P=1 )
Střiacutedavyacute tah-tlak σc = 033 (035)Rm
Miacutejivyacute tah-tlak σhc = 061Rm
Střiacutedavyacute ohyb σoc = 043 Rm
Střiacutedavyacute krut τc = 025 Rm
DPŽ ndash Hrubyacute 31
Odhad meze uacutenavy
Meze uacutenavy v ohybu platneacute pro 50 pravděpodobnost porušeniacute
DPŽ ndash Hrubyacute 32
Rm
oblast
Re
C
Woumlhlerova křivka + Frenchova čaacutera
DPŽ ndash Hrubyacute 33
Wőhlerova křivka ndash ocel (bcc) hliniacutek (fcc)
httpwwwtokuroglucomSnCurveExpjpg httpenwikipediaorgwikiFatigue_(material)
DPŽ ndash Hrubyacute 34
Wőhlerova křivka ndash popis šikmeacute čaacutesti
KNw
CNwCN
CN
a
awa
wa
loglog
loglogloglogloglog
loglog
CNwa
bfa N2
Basquin
mocninnyacute tvar
Basquin 11 5231
10
100
1000
1 10 100 1000 10000 100000
N [1]
a [
MP
a]
bfC
1
2
1
bw
1
DPŽ ndash Hrubyacute 35
Wőhlerova křivka ndash celkovyacute popis
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
10E+01 10E+02 10E+03 10E+04 10E+05 10E+06 10E+07 10E+08 10E+09
N [1]
a [
MP
a]
CANw
Ca
Weibullův
KohoutůvndashVěchetův b
CaCN
BN
DPŽ ndash Hrubyacute 36
Dalšiacute odhady meze uacutenavy Vyhodnocovanaacute
veličina
Vztah pro mez uacutenavy při R=-1
(pravděpodobnost poruchy
P=50) [MPa]
Koeficienty a podmiacutenky
platnosti
Autor
mez pevnosti Rm
[MPa]-1=0432timesRm+22
-1=046timesRm
-1=6
1Rm+400
t-1=027timesRm
t-1=0249timesRm+25
konstrukčniacute oceli
oceli do Rm =1400 MPa
oceli do Rm =1200 až 1800
MPa
oceli Rm Ł1200
konstrukčniacute oceli
Buch
Žukov
Ponomarjev
Žukov
Buch
mez kluzu
v tahu Re a krutu
timestk [MPa]
-1=0452timesRe+94
-1=045timesRe+122
t-1=0448times tk+52
konstrukčniacute oceli
konstrukčniacute oceli
konstrukčniacute oceli
Buch
Žukov
Buch
skutečnaacute lomovaacute
pevnost f
[MPa]
-1=035times f ndash10
-1=0315times f -19
konstrukčniacute oceli
konstrukčniacute oceli
Žukov
Mc-Adam
tvrdost HB
[MPa]-1=(0128hellip0156)timesHB
-1=(0168hellip0222)timesHB
uhliacutekoveacute oceli
legovaneacute oceli
Grebenik
Grebenik
meze Rm Re
[MPa]-1=0285times( Re + Rm) konstrukčniacute oceli Šapošnikov
DPŽ ndash Hrubyacute 37
Uacutenavoveacute křivky deformace
DPŽ ndash Hrubyacute 38
Manson-Coffin ndash unavovaacute křivka
deformace
00001
0001
001
01
1
1E+00 1E+01 1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07
počet půlkmitů 2N [1]
am
plitu
da p
om
d
efo
rmace
a [
1]
ae
ap
a
f
f Eb
c
1
1
DPŽ ndash Hrubyacute 39
Manson-Coffin ndash matematickyacute popis
NcNbE
NNE
NNE
fpla
fela
cf
pla
bfela
cf
pla
bfela
2logloglog2log
loglog
2loglog2
loglog
22
cfbfpl
aelaa NN
E22
σfrsquohellipsoučinitel uacutenavoveacute pevnosti bhellipexponent uacutenavoveacute pevnosti
εfrsquohellipsoučinitel uacutenavoveacute deformace chellipexponent uacutenavoveacute deformace
bc
f
fcb
f
ft
ctf
bt
f
aplael
E
EN
NNE
11
2
1
2
1
22
Tranzitniacute počet cyklů Po logaritmickeacute uacutepravě
DPŽ ndash Hrubyacute 40
Cyklickaacute deformačniacute křivka
DPŽ ndash Hrubyacute 41
Ramberg-Osgood (platneacute pro přibližneacute
vyjaacutedřeniacute tahoveacuteho diagramu i cyklickeacute
deformačniacute křivky)
E
el
npl
K
1
elE nplK
1DOsgoodRamberg
1
n
KE
+ =
DPŽ ndash Hrubyacute 42
Hysterezniacute smyčky cyklickaacute deformačniacute křivka
Rambergova-Osgoodova aproximace
Cyklickaacute
deformačniacute
křivka Saturovaneacute
hysterezniacute
smyčky
zpevněniacute
změkčeniacute
cyklickaacute
statickaacute
1D
1n
aaa
KE
D1el
aa E 1Dnpl
aa K
R = -1
DPŽ ndash Hrubyacute 43
Saturovanaacute hysterezniacute smyčka
naapla
elaa
KE
1
Krsquo - modul cyklickeacuteho zpevněniacute
nrsquo - exponent cyklickeacuteho zpevněniacute
E - modul pružnosti v tahu
nplaa K
DPŽ ndash Hrubyacute 44
Masingova aproximace hysterezniacutech
smyček a CDK
Saturovaneacute hysterezniacute smyčky uměle
posunuty spodniacutem rohem do počaacutetku
souřadneacuteho systeacutemu [εpl σ] majiacute
shodnou horniacute větev Většina kovů se
však podle Masingova pravidla nechovaacute
Data převzata z Radim Halama Experimentaacutelniacute poznatky a fenomenologickeacute modelovaacuteniacute cyklickeacute plasticity kovů [Habilitačniacute praacutece VŠB-TU Ostrava] 2009
εpl
σ CDK prochaacuteziacute středy posunutyacutech
hyster smyček
Nevykazuje chovaacuteniacute podle
Masingova pravidla
DPŽ ndash Hrubyacute 45
Odhady uacutenavovyacutech parametrů
Parametr Nelegovaneacute a niacutezkolegovaneacute oceli Hliniacutekoveacute a titanoveacute slitiny
f mRtimes51 mRtimes671
b -0087 -0095
f times590 350
c -058 -069
C mRtimes450 mRtimes420
C timestimestimes 410951450
E
Rm E
Rmtimes420
CN 5105 times 6101times
K mRtimes651 mRtimes611
n 015 011
kde
01 pro 3103 timesŁE
Rm
timesE
Rm01253751 pro 3103 timesE
Rm
0
DPŽ ndash Hrubyacute 46
Koncentrace napětiacute
DPŽ ndash Hrubyacute 47
Koncentrace napětiacute
Součinitel tvaru
(součinitel koncentrace
elastickyacutech napětiacute)
0max
1
x
y
x
nom
maxt
SK
0
1
x
y
x
Poměrnyacute gradient
(gradient normovanyacute maximaacutelniacutem
elastickyacutem napětiacutem)
httpwwwameswebinfoStressConcentrationFactor
StressConcentrationFactorsaspx
DPŽ ndash Hrubyacute 48
Součinitel vrubu β vrubovaacute citlivost q
0
100
200
300
400
500
600
1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07 1E+08
Number of cycles [1]
Str
es
s a
mp
litu
de
[M
Pa
]
smooth
notched
FL
FLN
xc
cfK
q11 Thum
Poloměr vrubu
Vliv vrubu bez
vlivu velikosti
a povrchu
DPŽ ndash Hrubyacute 49
Vliv velikosti a jakosti povrchu
DPŽ ndash Hrubyacute 50
Vliv velikosti součaacutesti - kS
m
d
D
dc
Dc
SV
Vk
exp
exp
10
y
x
S
02
03
04
05
06
07
08
09
1
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
průměr hřiacutedele D [mm]
so
učin
itel veliko
sti
[
1]
Rm=400 až 580Rm=700 až 710litaacute ocelRm=820 až 860Rm=850 až 910Rm=890 až 1000Rm=890 až 1000 aproximacem=-003m=-004m=-005m=-006m=-0068
oceli
DPŽ ndash Hrubyacute 51
Vliv jakosti obrobeniacute povrchu - kSF
kSF
Jakost povrchu
Pevnost v tahu
etalonc
realc
SFk
DPŽ ndash Hrubyacute 52
Vliv technologie uacuteprav povrchu - kT
etalonc
technolc
Tk
DPŽ ndash Hrubyacute 53
Mez uacutenavy reaacutelneacuteho diacutelu ndash dimenzovaacuteniacute
na teoreticky nekonečnou životnost
(trvalou pevnost)
f
TSFScvc
xc
K
kkk
vpcvc
xc
DPŽ ndash Hrubyacute 54
Vliv středniacuteho napětiacute
DPŽ ndash Hrubyacute 55
Vliv středniacuteho napětiacute
DPŽ ndash Hrubyacute 56
Smithův diagram
FL
DPŽ ndash Hrubyacute 57
Haighův (Goodmanův) diagram
0Re Re Rm
Re
-m +m
a
aekv
k
F
mCA
1
F
mCA
1
a
m
F Re
C
k = 2
CC
F tg
k = 1
odhad fiktivniacuteho napětiacute
tah
ohyb
krut
Rm
Rm
Rm
F
F
F
8070
7151
t
Hodnoty součinitele citlivosti k asymetrii cyklu ψ
(bdquosbiacutehavostldquo)
Goodmanova čaacutera
DPŽ ndash Hrubyacute 58
Vyacutepočet bezpečnosti
pt
mx
c
a
k
1
1
kt
m
kt
a
k
1
2
21min kkk
1pt
M
x
c
A
1
kt
M
kt
A
aA k mM k
DPŽ ndash Hrubyacute 59
Př Prutovaacute soustava ndash SU
bull absolutně tuhyacute traacutem
bull h = 1 000 mm
bull a = 500 mm
bull mez pevnosti materiaacutelu prutů 600 MPa
bull hladkeacute pruty kruhovyacute průřez 100 mm2
bull povrch prutů leštěn ndash souč jak povrchu 095
bull součinitele velikosti všech prutů 098
bull Fh = + 10 000 N
bull Fd = - 10 000 N
bull určit bezpečnost pro teoreticky
nekonečnou životnost
h
2a
F
a2
DPŽ ndash Hrubyacute 60
Př Prutovaacute soustava ndash SN
bull absolutně tuhyacute traacutem
bull h = 1 000 mm
bull a = 500 mm
bull mez pevnosti materiaacutelu prutů 600 MPa
bull hladkeacute pruty kruhovyacute průřez 100 mm2
bull povrch prutů leštěn ndash souč jak povrchu 095
bull součinitele velikosti všech prutů 098
bull Fh = + 20 000 N
bull Fd = - 20 000 N
bull určit bezpečnost pro teoreticky
nekonečnou životnost
h
a a
F
a2
DPŽ ndash Hrubyacute 61
Př Prutovaacute soustava ndash SU ndash 2 parametry
bull určit maximaacutelniacute rozmeziacute symetricky
střiacutedavyacutech sil (působiacuteciacutech ve faacutezi) pro
teoreticky nekonečnou životnost v
zaacutevislosti na uacutehlu alfa
bull l = 1 000 mm
bull mez pevnosti materiaacutelu prutů 600
MPa
bull hladkeacute pruty kruhovyacute průřez 100
mm2
bull povrch prutů leštěn ndash souč jak
povrchu 095
bull součinitele velikosti všech prutů 098
V
H
l l
1 2
V
H
N1 N2
DPŽ ndash Hrubyacute 62
zakresleniacute diagramu pro mezniacute stav
A
Vxc
A
Hxc
cos2
cos2
cotg
cos2
cotg
cos2
bezpečnost gt 1 jeden prut na mezi
uacutenavy součaacutesti tj v
jednom prutu
bezpečnost rovna
jedneacute
Př Prutovaacute soustava ndash SU ndash 2 parametry
DPŽ ndash Hrubyacute 63
Reaacutelneacute napěťodeformačniacute stavy ve
vrubech
DPŽ ndash Hrubyacute 64
Součinitel tvaru (s koncentrace
elastickyacutech napětiacute)
Součinitel koncentrace napětiacute
Součinitel koncentrace deformace
Reaacutelnaacute napětiacute a deformace ve vrubech
0
0
0
0
e
B
S
C
eSK ficfic
t
0
0
S
C
SK
0
0
e
B
eK
e
(nom)
B 0 fic
S (nom)
Brsquo
A
Arsquo
fic=S
=timesS
=times
Crsquo
C
DPŽ ndash Hrubyacute 65
Skutečnaacute napětiacute a deformace ve vrubech
22SeeS
12
0
2
12d
2
nplnpl
vKnE
KE
U
pl
Neuber Glinka
1
22
1 n
vKE
U
vfic UU
nomnomficficfic SeU 22
2
1
2
1
2
1
z rovnosti
ploch
DPŽ ndash Hrubyacute 66
0
fic
m=1
m=066
m=05m=01
m=0
Zobecněneacute Neuberovo pravidlo
5050 el
fic E
elfic EE
2
m=0 platiacute pro tvrdeacute zatěžovaacuteniacute tj
napětiacute deformačniacuteho původu
rovnoměrně rozděleneacute po
průřezu
m=1 platiacute pro měkkeacute zatěžovaacuteniacute tj
napětiacute siloveacuteho původu
rovnoměrně rozděleneacute po
průřezu
m=01 pro napětiacute deformačniacuteho
původu mimo vruby (např
teplotniacute pnutiacute)
m=05 pro vruby zatiacuteženeacute silově i
deformačně (Neuberovo
pravidlo)
m=06 pro napětiacute siloveacuteho původu
nerovnoměrně rozloženaacute po
průřezu (např při ohybu) mmel
fic E 1
DPŽ ndash Hrubyacute 67
Př Ramberg-Osgood 12
Vzorek bez vrubu z oceli 11 5231 je vystaven tvrdeacutemu zatěžovaacuteniacute o amplitudě celkoveacute
deformace 102 3timesa Určit amplitudu napětiacute Je zadaacuteno
MPa10072 5timesE
MPa1164K
1990n
0
100
200
300
400
500
600
700
0000 0005 0010 0015 0020 0025 0030
am
plitu
da n
ap
ětiacute
[M
Pa]
amplituda poměrneacute plastikeacute deformace [-]
CDK
n
apla K
DPŽ ndash Hrubyacute 68
-300 -200 -100 0 100 200 300260
280
300
320
340
360
380
ai
ai+
1
Př Ramberg-Osgood 22
MATLAB
sig=50
krok=0
for i=110000
krok=krok+1
Sig=1164(2e-3 - sig207e5)^0199
if abs(Sig-sig)lt00001
break
end
sig=Sig
end Pro libovolnyacute odhad je řešeniacute MPa273a
1990
5
1
1007200201164
times
iai
a
19901
5 1164100720020
times aa
1
naa
aKE
DPŽ ndash Hrubyacute 69
Př koncentrace napětiacute vs deformace 13
Vzorek z oceli 11 5231 je vystaven měkkeacutemu zatěžovaacuteniacute v podeacutelneacutem směru o amplitudě
napětiacute 200 MPa Určit elastickou a plastickou složku poměrneacute deformace
662
MPa10072 5timesE MPa1164K 1990n
zadaacuteno vůči neoslabeneacutemu nominaacutelniacutemu napětiacute
mimo vrub pro danou hladinu zatiacuteženiacute
200
Oslash10
20
5
DPŽ ndash Hrubyacute 70
MPa3533200662 times avruba
319901
1
1014301164
200
times
na
aplK
019801164
3533
19901
1
nvrubavrub
aplK
3
5109660
10072
200 timestimes
E
aael
0026010072
35335
times
E
vrubavrub
ael
333 101091109660101430 timestimestimes aplaela
1720101091
022403
times
a
vruba
Př koncentrace napětiacute vs deformace 23
022400198000260 vrubapl
vrubael
vruba
DPŽ ndash Hrubyacute 71
Př koncentrace napětiacute vs deformace 33
MKP elastickeacute řešeniacute
MKP elastoplastickeacute řešeniacute
324200
863max a
a
1720
662
DPŽ ndash Hrubyacute 72
Př Vetknutyacute sloupek 12
-16 K10511 times
50 100
Ocelovyacute sloupek = lopatka dmychadla je vloženyacute mezi dva tuheacute členy = disky
oběžneacuteho kola a je namaacutehaacuten cyklicky proměnnou teplotou
Uacutekol Posoudit zda hroziacute porušeniacute při 10 000 teplotniacutech cyklech
Daacuteno rozsah pracovniacutech teplot T1 = 22 degC T2 = 370 degC
modul pružnosti v tahu E = 205 GPa
uacutenavovaacute křivka poměrneacute deformace vztaženaacute
k provozniacute teplotě s parametry
160b
580c
MPa1140 f
10 f
teplotniacute roztažnost
DPŽ ndash Hrubyacute 73
C3482237012 TTT
336 1000122
10002434810511 times
timestimestimes
teplotaaT
3580160
5104601000201000020
10052
1140
22
times
times
c
fbf
a NNE
hroziacute poruchateplota
aa Ł
Př Vetknutyacute sloupek 22
DPŽ ndash Hrubyacute 74
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 14
22SeeS
nomnomficfic Se 22
2
1
2
1
2
1
2
1
Neuber
1
2222
2222
1 nfic
vKEEE
SSeU
mmelfic E 1
c
bnK
nf
f
b
c
f
fE
do Ramberga-Osgooda
naaa
KE
1
DPŽ ndash Hrubyacute 75
mmelfic E 1
m
bc
f
f
m
ficEE
E
1
m
bc
f
fmm
ficE
E
1
1
0
f
1
fic
m
bc
f
fm E
i
iii
f
f1
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 24
DPŽ ndash Hrubyacute 76
11
1
1
1
1
1
bc
f
i
f
f
m
bc
f
i
fimi
m
bc
f
i
fimi
fic
m
bc
f
i
fimi
ii
b
cEEmEm
E
1
npl
K
E
el
1
n
KE
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 34
DPŽ ndash Hrubyacute 77
K [MPa] n [-] c [-] εrsquof [-] b [-] σrsquof [MPa] E [MPa]
1020 014066 -06586 0921985 -0092718 1009234 21105
MPa700fic 50m
Iterace
Napětiacute ve vrubu
[MPa]
0 700
1 55953
2 48112
3 45414
4 45114
5 45111
6 45111 0005175
00030270002148
plel
00030271020
11451
1406601
1
npl
K
00021481012
114515
times
E
el
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 44
DPŽ ndash Hrubyacute 21
Technickeacute slitiny železa
httpcswikipediaorgwikiSouborDiagramm_phasenjpg
makroskopickaacute isometrie
diacuteky naacutehodneacute orientaci
anisotropniacutech krystalů v tuheacute
faacutezi
httpwwwpedmuniczwphyFyzVlaindexhtm
V každeacutem materiaacutelu jsou
poruchy ideaacutelniacute struktury
DPŽ ndash Hrubyacute 22
bull Faacuteze změn mechanickyacutech
vlastnostiacute změny struktury kovu v
celeacutem objemu Doba trvaacuteniacute několik
procent života do lomu
bull Faacuteze nukleace (iniciace)
mikrotrhliny formovaacuteniacute
makrotrhliny zahrnuje lokaacutelniacute
změny v povrchoveacute vrstvě vyvolaneacute
silokačniacutemi efekty a naacutesledneacute
propojovaacuteniacute mikrotrhlin nebo růst
dominantniacute mikrotrhliny Doba trvaacuteniacute
10 i 90 života
bull Faacuteze šiacuteřeniacute makrotrhliny Zahrnuje
staacutedium růstu dominantniacute
makrotrhliny změnu jejiacuteho směru
kolmo na max hlavniacute napětiacute
bull Faacuteze zaacutevěrečneacuteho lomu je
reprezentovaacutena přechodem na
zrychlenyacutem rozvojem zakončenyacutem
houževnatyacutem nebo křehkyacutem lomem
na mezi kluzu nebo mezi pevnosti
1 A
10 2 A
1 m 10 2 m 1 mm 10
2 mm
Atomic
Distance Grain Size
of Austenite
Micro-crack
Formation
Glissile
Dislocation
Macro-crack
Creation
Macro-crack
Growth
Faacuteze uacutenavoveacuteho procesu 1
2
3
4
DPŽ ndash Hrubyacute 23
t
t
t
t
t t
t
t
t
a
b
c
d
e
0
A
B
C
DD
C
B
A
0
Cacute
E
Cyklickeacute
zpevněniacute
Cyklickeacute
změkčeniacute
Cyklickaacute
relaxace
Cyklickyacute creep
(ratchetting)
Paměťovyacute
efekt
1 Mechanickeacute změny při cyklovaacuteniacute
DPŽ ndash Hrubyacute 24
Miacutesta iniciace lomovaacute plocha
Striačniacute čaacutery
postupu čela
trhliny
Miacutesto
iniciace
Extruse
Skluzovaacute paacutesma
Intruse
2
3
4
DPŽ ndash Hrubyacute 25
Charakteristiky harmonickeacuteho
cyklickeacuteho namaacutehaacuteniacute
DPŽ ndash Hrubyacute 26
Harmonickeacute zatěžovaacuteniacute
amplituda napětiacute
středniacute hodnota napětiacute
perioda kmitu napěťově řiacutezeneacute zatěžovaacuteniacute ndash
měkkeacute
deformačně řiacutezeneacute zatěžovaacuteniacute ndash
tvrdeacute
httpfatiguecalculatorcom
2
dha
2
dhm
rozkmit napětiacute
koeficient nesouměrnosti
frekvence kmitu
dh
h
dR
T
Tf
1
T
a
m
h
d
DPŽ ndash Hrubyacute 27
Druhy kmitů sta
tickyacute v
tla
ku
pu
lzu
jiacuteciacute
v t
laku
sym
etr
ick
y s
třiacuted
avyacute
miacutej
ivyacute
v t
lak
u
neso
um
ěrn
ě s
třiacuted
avyacute
(stř
h
od
no
ta v
tla
ku
)
nes
ou
mě
rně
stř
iacuteda
vyacute
(stř
h
od
no
ta v
tah
u)
sta
tic
kyacute
v t
ah
u
pu
lzu
jiacuteciacute
v t
ah
u
miacutejiv
yacute v
tah
u
1R
1R
R 10R
1R
1R
01R
1R
0R
DPŽ ndash Hrubyacute 28
Uacutenavoveacute křivky napětiacute
DPŽ ndash Hrubyacute 29
Historie uacutenavy materiaacutelu
19 stoletiacute rozvoj technickeacuteho poznaacuteniacute rozšiacuteřeniacute možnosti využitiacute
oceli a kovovyacutech materiaacutelů v běžneacute praxi
Rozvoj železničniacute dopravy parniacute lokomotiva Mr G Stephenson 1829
Stavebnictviacute (mosty a nosneacute konstrukce) Eiffelova věž 1889
Rozvoj lodniacute dopravy
Vyacuteraznyacute technickyacute pokrok rostouciacute počet havaacuteriiacute ndash lomy konstrukciacute
Lomy os železničniacutech soukoliacute (konec 19 st)
August Wőhler (1819-1914)
DPŽ ndash Hrubyacute 30
Odhad meze uacutenavy
Uhliacutek oceli (P=1 )
Střiacutedavyacute tah-tlak σc = 033 (035)Rm
Miacutejivyacute tah-tlak σhc = 061Rm
Střiacutedavyacute ohyb σoc = 043 Rm
Střiacutedavyacute krut τc = 025 Rm
DPŽ ndash Hrubyacute 31
Odhad meze uacutenavy
Meze uacutenavy v ohybu platneacute pro 50 pravděpodobnost porušeniacute
DPŽ ndash Hrubyacute 32
Rm
oblast
Re
C
Woumlhlerova křivka + Frenchova čaacutera
DPŽ ndash Hrubyacute 33
Wőhlerova křivka ndash ocel (bcc) hliniacutek (fcc)
httpwwwtokuroglucomSnCurveExpjpg httpenwikipediaorgwikiFatigue_(material)
DPŽ ndash Hrubyacute 34
Wőhlerova křivka ndash popis šikmeacute čaacutesti
KNw
CNwCN
CN
a
awa
wa
loglog
loglogloglogloglog
loglog
CNwa
bfa N2
Basquin
mocninnyacute tvar
Basquin 11 5231
10
100
1000
1 10 100 1000 10000 100000
N [1]
a [
MP
a]
bfC
1
2
1
bw
1
DPŽ ndash Hrubyacute 35
Wőhlerova křivka ndash celkovyacute popis
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
10E+01 10E+02 10E+03 10E+04 10E+05 10E+06 10E+07 10E+08 10E+09
N [1]
a [
MP
a]
CANw
Ca
Weibullův
KohoutůvndashVěchetův b
CaCN
BN
DPŽ ndash Hrubyacute 36
Dalšiacute odhady meze uacutenavy Vyhodnocovanaacute
veličina
Vztah pro mez uacutenavy při R=-1
(pravděpodobnost poruchy
P=50) [MPa]
Koeficienty a podmiacutenky
platnosti
Autor
mez pevnosti Rm
[MPa]-1=0432timesRm+22
-1=046timesRm
-1=6
1Rm+400
t-1=027timesRm
t-1=0249timesRm+25
konstrukčniacute oceli
oceli do Rm =1400 MPa
oceli do Rm =1200 až 1800
MPa
oceli Rm Ł1200
konstrukčniacute oceli
Buch
Žukov
Ponomarjev
Žukov
Buch
mez kluzu
v tahu Re a krutu
timestk [MPa]
-1=0452timesRe+94
-1=045timesRe+122
t-1=0448times tk+52
konstrukčniacute oceli
konstrukčniacute oceli
konstrukčniacute oceli
Buch
Žukov
Buch
skutečnaacute lomovaacute
pevnost f
[MPa]
-1=035times f ndash10
-1=0315times f -19
konstrukčniacute oceli
konstrukčniacute oceli
Žukov
Mc-Adam
tvrdost HB
[MPa]-1=(0128hellip0156)timesHB
-1=(0168hellip0222)timesHB
uhliacutekoveacute oceli
legovaneacute oceli
Grebenik
Grebenik
meze Rm Re
[MPa]-1=0285times( Re + Rm) konstrukčniacute oceli Šapošnikov
DPŽ ndash Hrubyacute 37
Uacutenavoveacute křivky deformace
DPŽ ndash Hrubyacute 38
Manson-Coffin ndash unavovaacute křivka
deformace
00001
0001
001
01
1
1E+00 1E+01 1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07
počet půlkmitů 2N [1]
am
plitu
da p
om
d
efo
rmace
a [
1]
ae
ap
a
f
f Eb
c
1
1
DPŽ ndash Hrubyacute 39
Manson-Coffin ndash matematickyacute popis
NcNbE
NNE
NNE
fpla
fela
cf
pla
bfela
cf
pla
bfela
2logloglog2log
loglog
2loglog2
loglog
22
cfbfpl
aelaa NN
E22
σfrsquohellipsoučinitel uacutenavoveacute pevnosti bhellipexponent uacutenavoveacute pevnosti
εfrsquohellipsoučinitel uacutenavoveacute deformace chellipexponent uacutenavoveacute deformace
bc
f
fcb
f
ft
ctf
bt
f
aplael
E
EN
NNE
11
2
1
2
1
22
Tranzitniacute počet cyklů Po logaritmickeacute uacutepravě
DPŽ ndash Hrubyacute 40
Cyklickaacute deformačniacute křivka
DPŽ ndash Hrubyacute 41
Ramberg-Osgood (platneacute pro přibližneacute
vyjaacutedřeniacute tahoveacuteho diagramu i cyklickeacute
deformačniacute křivky)
E
el
npl
K
1
elE nplK
1DOsgoodRamberg
1
n
KE
+ =
DPŽ ndash Hrubyacute 42
Hysterezniacute smyčky cyklickaacute deformačniacute křivka
Rambergova-Osgoodova aproximace
Cyklickaacute
deformačniacute
křivka Saturovaneacute
hysterezniacute
smyčky
zpevněniacute
změkčeniacute
cyklickaacute
statickaacute
1D
1n
aaa
KE
D1el
aa E 1Dnpl
aa K
R = -1
DPŽ ndash Hrubyacute 43
Saturovanaacute hysterezniacute smyčka
naapla
elaa
KE
1
Krsquo - modul cyklickeacuteho zpevněniacute
nrsquo - exponent cyklickeacuteho zpevněniacute
E - modul pružnosti v tahu
nplaa K
DPŽ ndash Hrubyacute 44
Masingova aproximace hysterezniacutech
smyček a CDK
Saturovaneacute hysterezniacute smyčky uměle
posunuty spodniacutem rohem do počaacutetku
souřadneacuteho systeacutemu [εpl σ] majiacute
shodnou horniacute větev Většina kovů se
však podle Masingova pravidla nechovaacute
Data převzata z Radim Halama Experimentaacutelniacute poznatky a fenomenologickeacute modelovaacuteniacute cyklickeacute plasticity kovů [Habilitačniacute praacutece VŠB-TU Ostrava] 2009
εpl
σ CDK prochaacuteziacute středy posunutyacutech
hyster smyček
Nevykazuje chovaacuteniacute podle
Masingova pravidla
DPŽ ndash Hrubyacute 45
Odhady uacutenavovyacutech parametrů
Parametr Nelegovaneacute a niacutezkolegovaneacute oceli Hliniacutekoveacute a titanoveacute slitiny
f mRtimes51 mRtimes671
b -0087 -0095
f times590 350
c -058 -069
C mRtimes450 mRtimes420
C timestimestimes 410951450
E
Rm E
Rmtimes420
CN 5105 times 6101times
K mRtimes651 mRtimes611
n 015 011
kde
01 pro 3103 timesŁE
Rm
timesE
Rm01253751 pro 3103 timesE
Rm
0
DPŽ ndash Hrubyacute 46
Koncentrace napětiacute
DPŽ ndash Hrubyacute 47
Koncentrace napětiacute
Součinitel tvaru
(součinitel koncentrace
elastickyacutech napětiacute)
0max
1
x
y
x
nom
maxt
SK
0
1
x
y
x
Poměrnyacute gradient
(gradient normovanyacute maximaacutelniacutem
elastickyacutem napětiacutem)
httpwwwameswebinfoStressConcentrationFactor
StressConcentrationFactorsaspx
DPŽ ndash Hrubyacute 48
Součinitel vrubu β vrubovaacute citlivost q
0
100
200
300
400
500
600
1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07 1E+08
Number of cycles [1]
Str
es
s a
mp
litu
de
[M
Pa
]
smooth
notched
FL
FLN
xc
cfK
q11 Thum
Poloměr vrubu
Vliv vrubu bez
vlivu velikosti
a povrchu
DPŽ ndash Hrubyacute 49
Vliv velikosti a jakosti povrchu
DPŽ ndash Hrubyacute 50
Vliv velikosti součaacutesti - kS
m
d
D
dc
Dc
SV
Vk
exp
exp
10
y
x
S
02
03
04
05
06
07
08
09
1
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
průměr hřiacutedele D [mm]
so
učin
itel veliko
sti
[
1]
Rm=400 až 580Rm=700 až 710litaacute ocelRm=820 až 860Rm=850 až 910Rm=890 až 1000Rm=890 až 1000 aproximacem=-003m=-004m=-005m=-006m=-0068
oceli
DPŽ ndash Hrubyacute 51
Vliv jakosti obrobeniacute povrchu - kSF
kSF
Jakost povrchu
Pevnost v tahu
etalonc
realc
SFk
DPŽ ndash Hrubyacute 52
Vliv technologie uacuteprav povrchu - kT
etalonc
technolc
Tk
DPŽ ndash Hrubyacute 53
Mez uacutenavy reaacutelneacuteho diacutelu ndash dimenzovaacuteniacute
na teoreticky nekonečnou životnost
(trvalou pevnost)
f
TSFScvc
xc
K
kkk
vpcvc
xc
DPŽ ndash Hrubyacute 54
Vliv středniacuteho napětiacute
DPŽ ndash Hrubyacute 55
Vliv středniacuteho napětiacute
DPŽ ndash Hrubyacute 56
Smithův diagram
FL
DPŽ ndash Hrubyacute 57
Haighův (Goodmanův) diagram
0Re Re Rm
Re
-m +m
a
aekv
k
F
mCA
1
F
mCA
1
a
m
F Re
C
k = 2
CC
F tg
k = 1
odhad fiktivniacuteho napětiacute
tah
ohyb
krut
Rm
Rm
Rm
F
F
F
8070
7151
t
Hodnoty součinitele citlivosti k asymetrii cyklu ψ
(bdquosbiacutehavostldquo)
Goodmanova čaacutera
DPŽ ndash Hrubyacute 58
Vyacutepočet bezpečnosti
pt
mx
c
a
k
1
1
kt
m
kt
a
k
1
2
21min kkk
1pt
M
x
c
A
1
kt
M
kt
A
aA k mM k
DPŽ ndash Hrubyacute 59
Př Prutovaacute soustava ndash SU
bull absolutně tuhyacute traacutem
bull h = 1 000 mm
bull a = 500 mm
bull mez pevnosti materiaacutelu prutů 600 MPa
bull hladkeacute pruty kruhovyacute průřez 100 mm2
bull povrch prutů leštěn ndash souč jak povrchu 095
bull součinitele velikosti všech prutů 098
bull Fh = + 10 000 N
bull Fd = - 10 000 N
bull určit bezpečnost pro teoreticky
nekonečnou životnost
h
2a
F
a2
DPŽ ndash Hrubyacute 60
Př Prutovaacute soustava ndash SN
bull absolutně tuhyacute traacutem
bull h = 1 000 mm
bull a = 500 mm
bull mez pevnosti materiaacutelu prutů 600 MPa
bull hladkeacute pruty kruhovyacute průřez 100 mm2
bull povrch prutů leštěn ndash souč jak povrchu 095
bull součinitele velikosti všech prutů 098
bull Fh = + 20 000 N
bull Fd = - 20 000 N
bull určit bezpečnost pro teoreticky
nekonečnou životnost
h
a a
F
a2
DPŽ ndash Hrubyacute 61
Př Prutovaacute soustava ndash SU ndash 2 parametry
bull určit maximaacutelniacute rozmeziacute symetricky
střiacutedavyacutech sil (působiacuteciacutech ve faacutezi) pro
teoreticky nekonečnou životnost v
zaacutevislosti na uacutehlu alfa
bull l = 1 000 mm
bull mez pevnosti materiaacutelu prutů 600
MPa
bull hladkeacute pruty kruhovyacute průřez 100
mm2
bull povrch prutů leštěn ndash souč jak
povrchu 095
bull součinitele velikosti všech prutů 098
V
H
l l
1 2
V
H
N1 N2
DPŽ ndash Hrubyacute 62
zakresleniacute diagramu pro mezniacute stav
A
Vxc
A
Hxc
cos2
cos2
cotg
cos2
cotg
cos2
bezpečnost gt 1 jeden prut na mezi
uacutenavy součaacutesti tj v
jednom prutu
bezpečnost rovna
jedneacute
Př Prutovaacute soustava ndash SU ndash 2 parametry
DPŽ ndash Hrubyacute 63
Reaacutelneacute napěťodeformačniacute stavy ve
vrubech
DPŽ ndash Hrubyacute 64
Součinitel tvaru (s koncentrace
elastickyacutech napětiacute)
Součinitel koncentrace napětiacute
Součinitel koncentrace deformace
Reaacutelnaacute napětiacute a deformace ve vrubech
0
0
0
0
e
B
S
C
eSK ficfic
t
0
0
S
C
SK
0
0
e
B
eK
e
(nom)
B 0 fic
S (nom)
Brsquo
A
Arsquo
fic=S
=timesS
=times
Crsquo
C
DPŽ ndash Hrubyacute 65
Skutečnaacute napětiacute a deformace ve vrubech
22SeeS
12
0
2
12d
2
nplnpl
vKnE
KE
U
pl
Neuber Glinka
1
22
1 n
vKE
U
vfic UU
nomnomficficfic SeU 22
2
1
2
1
2
1
z rovnosti
ploch
DPŽ ndash Hrubyacute 66
0
fic
m=1
m=066
m=05m=01
m=0
Zobecněneacute Neuberovo pravidlo
5050 el
fic E
elfic EE
2
m=0 platiacute pro tvrdeacute zatěžovaacuteniacute tj
napětiacute deformačniacuteho původu
rovnoměrně rozděleneacute po
průřezu
m=1 platiacute pro měkkeacute zatěžovaacuteniacute tj
napětiacute siloveacuteho původu
rovnoměrně rozděleneacute po
průřezu
m=01 pro napětiacute deformačniacuteho
původu mimo vruby (např
teplotniacute pnutiacute)
m=05 pro vruby zatiacuteženeacute silově i
deformačně (Neuberovo
pravidlo)
m=06 pro napětiacute siloveacuteho původu
nerovnoměrně rozloženaacute po
průřezu (např při ohybu) mmel
fic E 1
DPŽ ndash Hrubyacute 67
Př Ramberg-Osgood 12
Vzorek bez vrubu z oceli 11 5231 je vystaven tvrdeacutemu zatěžovaacuteniacute o amplitudě celkoveacute
deformace 102 3timesa Určit amplitudu napětiacute Je zadaacuteno
MPa10072 5timesE
MPa1164K
1990n
0
100
200
300
400
500
600
700
0000 0005 0010 0015 0020 0025 0030
am
plitu
da n
ap
ětiacute
[M
Pa]
amplituda poměrneacute plastikeacute deformace [-]
CDK
n
apla K
DPŽ ndash Hrubyacute 68
-300 -200 -100 0 100 200 300260
280
300
320
340
360
380
ai
ai+
1
Př Ramberg-Osgood 22
MATLAB
sig=50
krok=0
for i=110000
krok=krok+1
Sig=1164(2e-3 - sig207e5)^0199
if abs(Sig-sig)lt00001
break
end
sig=Sig
end Pro libovolnyacute odhad je řešeniacute MPa273a
1990
5
1
1007200201164
times
iai
a
19901
5 1164100720020
times aa
1
naa
aKE
DPŽ ndash Hrubyacute 69
Př koncentrace napětiacute vs deformace 13
Vzorek z oceli 11 5231 je vystaven měkkeacutemu zatěžovaacuteniacute v podeacutelneacutem směru o amplitudě
napětiacute 200 MPa Určit elastickou a plastickou složku poměrneacute deformace
662
MPa10072 5timesE MPa1164K 1990n
zadaacuteno vůči neoslabeneacutemu nominaacutelniacutemu napětiacute
mimo vrub pro danou hladinu zatiacuteženiacute
200
Oslash10
20
5
DPŽ ndash Hrubyacute 70
MPa3533200662 times avruba
319901
1
1014301164
200
times
na
aplK
019801164
3533
19901
1
nvrubavrub
aplK
3
5109660
10072
200 timestimes
E
aael
0026010072
35335
times
E
vrubavrub
ael
333 101091109660101430 timestimestimes aplaela
1720101091
022403
times
a
vruba
Př koncentrace napětiacute vs deformace 23
022400198000260 vrubapl
vrubael
vruba
DPŽ ndash Hrubyacute 71
Př koncentrace napětiacute vs deformace 33
MKP elastickeacute řešeniacute
MKP elastoplastickeacute řešeniacute
324200
863max a
a
1720
662
DPŽ ndash Hrubyacute 72
Př Vetknutyacute sloupek 12
-16 K10511 times
50 100
Ocelovyacute sloupek = lopatka dmychadla je vloženyacute mezi dva tuheacute členy = disky
oběžneacuteho kola a je namaacutehaacuten cyklicky proměnnou teplotou
Uacutekol Posoudit zda hroziacute porušeniacute při 10 000 teplotniacutech cyklech
Daacuteno rozsah pracovniacutech teplot T1 = 22 degC T2 = 370 degC
modul pružnosti v tahu E = 205 GPa
uacutenavovaacute křivka poměrneacute deformace vztaženaacute
k provozniacute teplotě s parametry
160b
580c
MPa1140 f
10 f
teplotniacute roztažnost
DPŽ ndash Hrubyacute 73
C3482237012 TTT
336 1000122
10002434810511 times
timestimestimes
teplotaaT
3580160
5104601000201000020
10052
1140
22
times
times
c
fbf
a NNE
hroziacute poruchateplota
aa Ł
Př Vetknutyacute sloupek 22
DPŽ ndash Hrubyacute 74
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 14
22SeeS
nomnomficfic Se 22
2
1
2
1
2
1
2
1
Neuber
1
2222
2222
1 nfic
vKEEE
SSeU
mmelfic E 1
c
bnK
nf
f
b
c
f
fE
do Ramberga-Osgooda
naaa
KE
1
DPŽ ndash Hrubyacute 75
mmelfic E 1
m
bc
f
f
m
ficEE
E
1
m
bc
f
fmm
ficE
E
1
1
0
f
1
fic
m
bc
f
fm E
i
iii
f
f1
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 24
DPŽ ndash Hrubyacute 76
11
1
1
1
1
1
bc
f
i
f
f
m
bc
f
i
fimi
m
bc
f
i
fimi
fic
m
bc
f
i
fimi
ii
b
cEEmEm
E
1
npl
K
E
el
1
n
KE
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 34
DPŽ ndash Hrubyacute 77
K [MPa] n [-] c [-] εrsquof [-] b [-] σrsquof [MPa] E [MPa]
1020 014066 -06586 0921985 -0092718 1009234 21105
MPa700fic 50m
Iterace
Napětiacute ve vrubu
[MPa]
0 700
1 55953
2 48112
3 45414
4 45114
5 45111
6 45111 0005175
00030270002148
plel
00030271020
11451
1406601
1
npl
K
00021481012
114515
times
E
el
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 44
DPŽ ndash Hrubyacute 22
bull Faacuteze změn mechanickyacutech
vlastnostiacute změny struktury kovu v
celeacutem objemu Doba trvaacuteniacute několik
procent života do lomu
bull Faacuteze nukleace (iniciace)
mikrotrhliny formovaacuteniacute
makrotrhliny zahrnuje lokaacutelniacute
změny v povrchoveacute vrstvě vyvolaneacute
silokačniacutemi efekty a naacutesledneacute
propojovaacuteniacute mikrotrhlin nebo růst
dominantniacute mikrotrhliny Doba trvaacuteniacute
10 i 90 života
bull Faacuteze šiacuteřeniacute makrotrhliny Zahrnuje
staacutedium růstu dominantniacute
makrotrhliny změnu jejiacuteho směru
kolmo na max hlavniacute napětiacute
bull Faacuteze zaacutevěrečneacuteho lomu je
reprezentovaacutena přechodem na
zrychlenyacutem rozvojem zakončenyacutem
houževnatyacutem nebo křehkyacutem lomem
na mezi kluzu nebo mezi pevnosti
1 A
10 2 A
1 m 10 2 m 1 mm 10
2 mm
Atomic
Distance Grain Size
of Austenite
Micro-crack
Formation
Glissile
Dislocation
Macro-crack
Creation
Macro-crack
Growth
Faacuteze uacutenavoveacuteho procesu 1
2
3
4
DPŽ ndash Hrubyacute 23
t
t
t
t
t t
t
t
t
a
b
c
d
e
0
A
B
C
DD
C
B
A
0
Cacute
E
Cyklickeacute
zpevněniacute
Cyklickeacute
změkčeniacute
Cyklickaacute
relaxace
Cyklickyacute creep
(ratchetting)
Paměťovyacute
efekt
1 Mechanickeacute změny při cyklovaacuteniacute
DPŽ ndash Hrubyacute 24
Miacutesta iniciace lomovaacute plocha
Striačniacute čaacutery
postupu čela
trhliny
Miacutesto
iniciace
Extruse
Skluzovaacute paacutesma
Intruse
2
3
4
DPŽ ndash Hrubyacute 25
Charakteristiky harmonickeacuteho
cyklickeacuteho namaacutehaacuteniacute
DPŽ ndash Hrubyacute 26
Harmonickeacute zatěžovaacuteniacute
amplituda napětiacute
středniacute hodnota napětiacute
perioda kmitu napěťově řiacutezeneacute zatěžovaacuteniacute ndash
měkkeacute
deformačně řiacutezeneacute zatěžovaacuteniacute ndash
tvrdeacute
httpfatiguecalculatorcom
2
dha
2
dhm
rozkmit napětiacute
koeficient nesouměrnosti
frekvence kmitu
dh
h
dR
T
Tf
1
T
a
m
h
d
DPŽ ndash Hrubyacute 27
Druhy kmitů sta
tickyacute v
tla
ku
pu
lzu
jiacuteciacute
v t
laku
sym
etr
ick
y s
třiacuted
avyacute
miacutej
ivyacute
v t
lak
u
neso
um
ěrn
ě s
třiacuted
avyacute
(stř
h
od
no
ta v
tla
ku
)
nes
ou
mě
rně
stř
iacuteda
vyacute
(stř
h
od
no
ta v
tah
u)
sta
tic
kyacute
v t
ah
u
pu
lzu
jiacuteciacute
v t
ah
u
miacutejiv
yacute v
tah
u
1R
1R
R 10R
1R
1R
01R
1R
0R
DPŽ ndash Hrubyacute 28
Uacutenavoveacute křivky napětiacute
DPŽ ndash Hrubyacute 29
Historie uacutenavy materiaacutelu
19 stoletiacute rozvoj technickeacuteho poznaacuteniacute rozšiacuteřeniacute možnosti využitiacute
oceli a kovovyacutech materiaacutelů v běžneacute praxi
Rozvoj železničniacute dopravy parniacute lokomotiva Mr G Stephenson 1829
Stavebnictviacute (mosty a nosneacute konstrukce) Eiffelova věž 1889
Rozvoj lodniacute dopravy
Vyacuteraznyacute technickyacute pokrok rostouciacute počet havaacuteriiacute ndash lomy konstrukciacute
Lomy os železničniacutech soukoliacute (konec 19 st)
August Wőhler (1819-1914)
DPŽ ndash Hrubyacute 30
Odhad meze uacutenavy
Uhliacutek oceli (P=1 )
Střiacutedavyacute tah-tlak σc = 033 (035)Rm
Miacutejivyacute tah-tlak σhc = 061Rm
Střiacutedavyacute ohyb σoc = 043 Rm
Střiacutedavyacute krut τc = 025 Rm
DPŽ ndash Hrubyacute 31
Odhad meze uacutenavy
Meze uacutenavy v ohybu platneacute pro 50 pravděpodobnost porušeniacute
DPŽ ndash Hrubyacute 32
Rm
oblast
Re
C
Woumlhlerova křivka + Frenchova čaacutera
DPŽ ndash Hrubyacute 33
Wőhlerova křivka ndash ocel (bcc) hliniacutek (fcc)
httpwwwtokuroglucomSnCurveExpjpg httpenwikipediaorgwikiFatigue_(material)
DPŽ ndash Hrubyacute 34
Wőhlerova křivka ndash popis šikmeacute čaacutesti
KNw
CNwCN
CN
a
awa
wa
loglog
loglogloglogloglog
loglog
CNwa
bfa N2
Basquin
mocninnyacute tvar
Basquin 11 5231
10
100
1000
1 10 100 1000 10000 100000
N [1]
a [
MP
a]
bfC
1
2
1
bw
1
DPŽ ndash Hrubyacute 35
Wőhlerova křivka ndash celkovyacute popis
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
10E+01 10E+02 10E+03 10E+04 10E+05 10E+06 10E+07 10E+08 10E+09
N [1]
a [
MP
a]
CANw
Ca
Weibullův
KohoutůvndashVěchetův b
CaCN
BN
DPŽ ndash Hrubyacute 36
Dalšiacute odhady meze uacutenavy Vyhodnocovanaacute
veličina
Vztah pro mez uacutenavy při R=-1
(pravděpodobnost poruchy
P=50) [MPa]
Koeficienty a podmiacutenky
platnosti
Autor
mez pevnosti Rm
[MPa]-1=0432timesRm+22
-1=046timesRm
-1=6
1Rm+400
t-1=027timesRm
t-1=0249timesRm+25
konstrukčniacute oceli
oceli do Rm =1400 MPa
oceli do Rm =1200 až 1800
MPa
oceli Rm Ł1200
konstrukčniacute oceli
Buch
Žukov
Ponomarjev
Žukov
Buch
mez kluzu
v tahu Re a krutu
timestk [MPa]
-1=0452timesRe+94
-1=045timesRe+122
t-1=0448times tk+52
konstrukčniacute oceli
konstrukčniacute oceli
konstrukčniacute oceli
Buch
Žukov
Buch
skutečnaacute lomovaacute
pevnost f
[MPa]
-1=035times f ndash10
-1=0315times f -19
konstrukčniacute oceli
konstrukčniacute oceli
Žukov
Mc-Adam
tvrdost HB
[MPa]-1=(0128hellip0156)timesHB
-1=(0168hellip0222)timesHB
uhliacutekoveacute oceli
legovaneacute oceli
Grebenik
Grebenik
meze Rm Re
[MPa]-1=0285times( Re + Rm) konstrukčniacute oceli Šapošnikov
DPŽ ndash Hrubyacute 37
Uacutenavoveacute křivky deformace
DPŽ ndash Hrubyacute 38
Manson-Coffin ndash unavovaacute křivka
deformace
00001
0001
001
01
1
1E+00 1E+01 1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07
počet půlkmitů 2N [1]
am
plitu
da p
om
d
efo
rmace
a [
1]
ae
ap
a
f
f Eb
c
1
1
DPŽ ndash Hrubyacute 39
Manson-Coffin ndash matematickyacute popis
NcNbE
NNE
NNE
fpla
fela
cf
pla
bfela
cf
pla
bfela
2logloglog2log
loglog
2loglog2
loglog
22
cfbfpl
aelaa NN
E22
σfrsquohellipsoučinitel uacutenavoveacute pevnosti bhellipexponent uacutenavoveacute pevnosti
εfrsquohellipsoučinitel uacutenavoveacute deformace chellipexponent uacutenavoveacute deformace
bc
f
fcb
f
ft
ctf
bt
f
aplael
E
EN
NNE
11
2
1
2
1
22
Tranzitniacute počet cyklů Po logaritmickeacute uacutepravě
DPŽ ndash Hrubyacute 40
Cyklickaacute deformačniacute křivka
DPŽ ndash Hrubyacute 41
Ramberg-Osgood (platneacute pro přibližneacute
vyjaacutedřeniacute tahoveacuteho diagramu i cyklickeacute
deformačniacute křivky)
E
el
npl
K
1
elE nplK
1DOsgoodRamberg
1
n
KE
+ =
DPŽ ndash Hrubyacute 42
Hysterezniacute smyčky cyklickaacute deformačniacute křivka
Rambergova-Osgoodova aproximace
Cyklickaacute
deformačniacute
křivka Saturovaneacute
hysterezniacute
smyčky
zpevněniacute
změkčeniacute
cyklickaacute
statickaacute
1D
1n
aaa
KE
D1el
aa E 1Dnpl
aa K
R = -1
DPŽ ndash Hrubyacute 43
Saturovanaacute hysterezniacute smyčka
naapla
elaa
KE
1
Krsquo - modul cyklickeacuteho zpevněniacute
nrsquo - exponent cyklickeacuteho zpevněniacute
E - modul pružnosti v tahu
nplaa K
DPŽ ndash Hrubyacute 44
Masingova aproximace hysterezniacutech
smyček a CDK
Saturovaneacute hysterezniacute smyčky uměle
posunuty spodniacutem rohem do počaacutetku
souřadneacuteho systeacutemu [εpl σ] majiacute
shodnou horniacute větev Většina kovů se
však podle Masingova pravidla nechovaacute
Data převzata z Radim Halama Experimentaacutelniacute poznatky a fenomenologickeacute modelovaacuteniacute cyklickeacute plasticity kovů [Habilitačniacute praacutece VŠB-TU Ostrava] 2009
εpl
σ CDK prochaacuteziacute středy posunutyacutech
hyster smyček
Nevykazuje chovaacuteniacute podle
Masingova pravidla
DPŽ ndash Hrubyacute 45
Odhady uacutenavovyacutech parametrů
Parametr Nelegovaneacute a niacutezkolegovaneacute oceli Hliniacutekoveacute a titanoveacute slitiny
f mRtimes51 mRtimes671
b -0087 -0095
f times590 350
c -058 -069
C mRtimes450 mRtimes420
C timestimestimes 410951450
E
Rm E
Rmtimes420
CN 5105 times 6101times
K mRtimes651 mRtimes611
n 015 011
kde
01 pro 3103 timesŁE
Rm
timesE
Rm01253751 pro 3103 timesE
Rm
0
DPŽ ndash Hrubyacute 46
Koncentrace napětiacute
DPŽ ndash Hrubyacute 47
Koncentrace napětiacute
Součinitel tvaru
(součinitel koncentrace
elastickyacutech napětiacute)
0max
1
x
y
x
nom
maxt
SK
0
1
x
y
x
Poměrnyacute gradient
(gradient normovanyacute maximaacutelniacutem
elastickyacutem napětiacutem)
httpwwwameswebinfoStressConcentrationFactor
StressConcentrationFactorsaspx
DPŽ ndash Hrubyacute 48
Součinitel vrubu β vrubovaacute citlivost q
0
100
200
300
400
500
600
1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07 1E+08
Number of cycles [1]
Str
es
s a
mp
litu
de
[M
Pa
]
smooth
notched
FL
FLN
xc
cfK
q11 Thum
Poloměr vrubu
Vliv vrubu bez
vlivu velikosti
a povrchu
DPŽ ndash Hrubyacute 49
Vliv velikosti a jakosti povrchu
DPŽ ndash Hrubyacute 50
Vliv velikosti součaacutesti - kS
m
d
D
dc
Dc
SV
Vk
exp
exp
10
y
x
S
02
03
04
05
06
07
08
09
1
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
průměr hřiacutedele D [mm]
so
učin
itel veliko
sti
[
1]
Rm=400 až 580Rm=700 až 710litaacute ocelRm=820 až 860Rm=850 až 910Rm=890 až 1000Rm=890 až 1000 aproximacem=-003m=-004m=-005m=-006m=-0068
oceli
DPŽ ndash Hrubyacute 51
Vliv jakosti obrobeniacute povrchu - kSF
kSF
Jakost povrchu
Pevnost v tahu
etalonc
realc
SFk
DPŽ ndash Hrubyacute 52
Vliv technologie uacuteprav povrchu - kT
etalonc
technolc
Tk
DPŽ ndash Hrubyacute 53
Mez uacutenavy reaacutelneacuteho diacutelu ndash dimenzovaacuteniacute
na teoreticky nekonečnou životnost
(trvalou pevnost)
f
TSFScvc
xc
K
kkk
vpcvc
xc
DPŽ ndash Hrubyacute 54
Vliv středniacuteho napětiacute
DPŽ ndash Hrubyacute 55
Vliv středniacuteho napětiacute
DPŽ ndash Hrubyacute 56
Smithův diagram
FL
DPŽ ndash Hrubyacute 57
Haighův (Goodmanův) diagram
0Re Re Rm
Re
-m +m
a
aekv
k
F
mCA
1
F
mCA
1
a
m
F Re
C
k = 2
CC
F tg
k = 1
odhad fiktivniacuteho napětiacute
tah
ohyb
krut
Rm
Rm
Rm
F
F
F
8070
7151
t
Hodnoty součinitele citlivosti k asymetrii cyklu ψ
(bdquosbiacutehavostldquo)
Goodmanova čaacutera
DPŽ ndash Hrubyacute 58
Vyacutepočet bezpečnosti
pt
mx
c
a
k
1
1
kt
m
kt
a
k
1
2
21min kkk
1pt
M
x
c
A
1
kt
M
kt
A
aA k mM k
DPŽ ndash Hrubyacute 59
Př Prutovaacute soustava ndash SU
bull absolutně tuhyacute traacutem
bull h = 1 000 mm
bull a = 500 mm
bull mez pevnosti materiaacutelu prutů 600 MPa
bull hladkeacute pruty kruhovyacute průřez 100 mm2
bull povrch prutů leštěn ndash souč jak povrchu 095
bull součinitele velikosti všech prutů 098
bull Fh = + 10 000 N
bull Fd = - 10 000 N
bull určit bezpečnost pro teoreticky
nekonečnou životnost
h
2a
F
a2
DPŽ ndash Hrubyacute 60
Př Prutovaacute soustava ndash SN
bull absolutně tuhyacute traacutem
bull h = 1 000 mm
bull a = 500 mm
bull mez pevnosti materiaacutelu prutů 600 MPa
bull hladkeacute pruty kruhovyacute průřez 100 mm2
bull povrch prutů leštěn ndash souč jak povrchu 095
bull součinitele velikosti všech prutů 098
bull Fh = + 20 000 N
bull Fd = - 20 000 N
bull určit bezpečnost pro teoreticky
nekonečnou životnost
h
a a
F
a2
DPŽ ndash Hrubyacute 61
Př Prutovaacute soustava ndash SU ndash 2 parametry
bull určit maximaacutelniacute rozmeziacute symetricky
střiacutedavyacutech sil (působiacuteciacutech ve faacutezi) pro
teoreticky nekonečnou životnost v
zaacutevislosti na uacutehlu alfa
bull l = 1 000 mm
bull mez pevnosti materiaacutelu prutů 600
MPa
bull hladkeacute pruty kruhovyacute průřez 100
mm2
bull povrch prutů leštěn ndash souč jak
povrchu 095
bull součinitele velikosti všech prutů 098
V
H
l l
1 2
V
H
N1 N2
DPŽ ndash Hrubyacute 62
zakresleniacute diagramu pro mezniacute stav
A
Vxc
A
Hxc
cos2
cos2
cotg
cos2
cotg
cos2
bezpečnost gt 1 jeden prut na mezi
uacutenavy součaacutesti tj v
jednom prutu
bezpečnost rovna
jedneacute
Př Prutovaacute soustava ndash SU ndash 2 parametry
DPŽ ndash Hrubyacute 63
Reaacutelneacute napěťodeformačniacute stavy ve
vrubech
DPŽ ndash Hrubyacute 64
Součinitel tvaru (s koncentrace
elastickyacutech napětiacute)
Součinitel koncentrace napětiacute
Součinitel koncentrace deformace
Reaacutelnaacute napětiacute a deformace ve vrubech
0
0
0
0
e
B
S
C
eSK ficfic
t
0
0
S
C
SK
0
0
e
B
eK
e
(nom)
B 0 fic
S (nom)
Brsquo
A
Arsquo
fic=S
=timesS
=times
Crsquo
C
DPŽ ndash Hrubyacute 65
Skutečnaacute napětiacute a deformace ve vrubech
22SeeS
12
0
2
12d
2
nplnpl
vKnE
KE
U
pl
Neuber Glinka
1
22
1 n
vKE
U
vfic UU
nomnomficficfic SeU 22
2
1
2
1
2
1
z rovnosti
ploch
DPŽ ndash Hrubyacute 66
0
fic
m=1
m=066
m=05m=01
m=0
Zobecněneacute Neuberovo pravidlo
5050 el
fic E
elfic EE
2
m=0 platiacute pro tvrdeacute zatěžovaacuteniacute tj
napětiacute deformačniacuteho původu
rovnoměrně rozděleneacute po
průřezu
m=1 platiacute pro měkkeacute zatěžovaacuteniacute tj
napětiacute siloveacuteho původu
rovnoměrně rozděleneacute po
průřezu
m=01 pro napětiacute deformačniacuteho
původu mimo vruby (např
teplotniacute pnutiacute)
m=05 pro vruby zatiacuteženeacute silově i
deformačně (Neuberovo
pravidlo)
m=06 pro napětiacute siloveacuteho původu
nerovnoměrně rozloženaacute po
průřezu (např při ohybu) mmel
fic E 1
DPŽ ndash Hrubyacute 67
Př Ramberg-Osgood 12
Vzorek bez vrubu z oceli 11 5231 je vystaven tvrdeacutemu zatěžovaacuteniacute o amplitudě celkoveacute
deformace 102 3timesa Určit amplitudu napětiacute Je zadaacuteno
MPa10072 5timesE
MPa1164K
1990n
0
100
200
300
400
500
600
700
0000 0005 0010 0015 0020 0025 0030
am
plitu
da n
ap
ětiacute
[M
Pa]
amplituda poměrneacute plastikeacute deformace [-]
CDK
n
apla K
DPŽ ndash Hrubyacute 68
-300 -200 -100 0 100 200 300260
280
300
320
340
360
380
ai
ai+
1
Př Ramberg-Osgood 22
MATLAB
sig=50
krok=0
for i=110000
krok=krok+1
Sig=1164(2e-3 - sig207e5)^0199
if abs(Sig-sig)lt00001
break
end
sig=Sig
end Pro libovolnyacute odhad je řešeniacute MPa273a
1990
5
1
1007200201164
times
iai
a
19901
5 1164100720020
times aa
1
naa
aKE
DPŽ ndash Hrubyacute 69
Př koncentrace napětiacute vs deformace 13
Vzorek z oceli 11 5231 je vystaven měkkeacutemu zatěžovaacuteniacute v podeacutelneacutem směru o amplitudě
napětiacute 200 MPa Určit elastickou a plastickou složku poměrneacute deformace
662
MPa10072 5timesE MPa1164K 1990n
zadaacuteno vůči neoslabeneacutemu nominaacutelniacutemu napětiacute
mimo vrub pro danou hladinu zatiacuteženiacute
200
Oslash10
20
5
DPŽ ndash Hrubyacute 70
MPa3533200662 times avruba
319901
1
1014301164
200
times
na
aplK
019801164
3533
19901
1
nvrubavrub
aplK
3
5109660
10072
200 timestimes
E
aael
0026010072
35335
times
E
vrubavrub
ael
333 101091109660101430 timestimestimes aplaela
1720101091
022403
times
a
vruba
Př koncentrace napětiacute vs deformace 23
022400198000260 vrubapl
vrubael
vruba
DPŽ ndash Hrubyacute 71
Př koncentrace napětiacute vs deformace 33
MKP elastickeacute řešeniacute
MKP elastoplastickeacute řešeniacute
324200
863max a
a
1720
662
DPŽ ndash Hrubyacute 72
Př Vetknutyacute sloupek 12
-16 K10511 times
50 100
Ocelovyacute sloupek = lopatka dmychadla je vloženyacute mezi dva tuheacute členy = disky
oběžneacuteho kola a je namaacutehaacuten cyklicky proměnnou teplotou
Uacutekol Posoudit zda hroziacute porušeniacute při 10 000 teplotniacutech cyklech
Daacuteno rozsah pracovniacutech teplot T1 = 22 degC T2 = 370 degC
modul pružnosti v tahu E = 205 GPa
uacutenavovaacute křivka poměrneacute deformace vztaženaacute
k provozniacute teplotě s parametry
160b
580c
MPa1140 f
10 f
teplotniacute roztažnost
DPŽ ndash Hrubyacute 73
C3482237012 TTT
336 1000122
10002434810511 times
timestimestimes
teplotaaT
3580160
5104601000201000020
10052
1140
22
times
times
c
fbf
a NNE
hroziacute poruchateplota
aa Ł
Př Vetknutyacute sloupek 22
DPŽ ndash Hrubyacute 74
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 14
22SeeS
nomnomficfic Se 22
2
1
2
1
2
1
2
1
Neuber
1
2222
2222
1 nfic
vKEEE
SSeU
mmelfic E 1
c
bnK
nf
f
b
c
f
fE
do Ramberga-Osgooda
naaa
KE
1
DPŽ ndash Hrubyacute 75
mmelfic E 1
m
bc
f
f
m
ficEE
E
1
m
bc
f
fmm
ficE
E
1
1
0
f
1
fic
m
bc
f
fm E
i
iii
f
f1
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 24
DPŽ ndash Hrubyacute 76
11
1
1
1
1
1
bc
f
i
f
f
m
bc
f
i
fimi
m
bc
f
i
fimi
fic
m
bc
f
i
fimi
ii
b
cEEmEm
E
1
npl
K
E
el
1
n
KE
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 34
DPŽ ndash Hrubyacute 77
K [MPa] n [-] c [-] εrsquof [-] b [-] σrsquof [MPa] E [MPa]
1020 014066 -06586 0921985 -0092718 1009234 21105
MPa700fic 50m
Iterace
Napětiacute ve vrubu
[MPa]
0 700
1 55953
2 48112
3 45414
4 45114
5 45111
6 45111 0005175
00030270002148
plel
00030271020
11451
1406601
1
npl
K
00021481012
114515
times
E
el
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 44
DPŽ ndash Hrubyacute 23
t
t
t
t
t t
t
t
t
a
b
c
d
e
0
A
B
C
DD
C
B
A
0
Cacute
E
Cyklickeacute
zpevněniacute
Cyklickeacute
změkčeniacute
Cyklickaacute
relaxace
Cyklickyacute creep
(ratchetting)
Paměťovyacute
efekt
1 Mechanickeacute změny při cyklovaacuteniacute
DPŽ ndash Hrubyacute 24
Miacutesta iniciace lomovaacute plocha
Striačniacute čaacutery
postupu čela
trhliny
Miacutesto
iniciace
Extruse
Skluzovaacute paacutesma
Intruse
2
3
4
DPŽ ndash Hrubyacute 25
Charakteristiky harmonickeacuteho
cyklickeacuteho namaacutehaacuteniacute
DPŽ ndash Hrubyacute 26
Harmonickeacute zatěžovaacuteniacute
amplituda napětiacute
středniacute hodnota napětiacute
perioda kmitu napěťově řiacutezeneacute zatěžovaacuteniacute ndash
měkkeacute
deformačně řiacutezeneacute zatěžovaacuteniacute ndash
tvrdeacute
httpfatiguecalculatorcom
2
dha
2
dhm
rozkmit napětiacute
koeficient nesouměrnosti
frekvence kmitu
dh
h
dR
T
Tf
1
T
a
m
h
d
DPŽ ndash Hrubyacute 27
Druhy kmitů sta
tickyacute v
tla
ku
pu
lzu
jiacuteciacute
v t
laku
sym
etr
ick
y s
třiacuted
avyacute
miacutej
ivyacute
v t
lak
u
neso
um
ěrn
ě s
třiacuted
avyacute
(stř
h
od
no
ta v
tla
ku
)
nes
ou
mě
rně
stř
iacuteda
vyacute
(stř
h
od
no
ta v
tah
u)
sta
tic
kyacute
v t
ah
u
pu
lzu
jiacuteciacute
v t
ah
u
miacutejiv
yacute v
tah
u
1R
1R
R 10R
1R
1R
01R
1R
0R
DPŽ ndash Hrubyacute 28
Uacutenavoveacute křivky napětiacute
DPŽ ndash Hrubyacute 29
Historie uacutenavy materiaacutelu
19 stoletiacute rozvoj technickeacuteho poznaacuteniacute rozšiacuteřeniacute možnosti využitiacute
oceli a kovovyacutech materiaacutelů v běžneacute praxi
Rozvoj železničniacute dopravy parniacute lokomotiva Mr G Stephenson 1829
Stavebnictviacute (mosty a nosneacute konstrukce) Eiffelova věž 1889
Rozvoj lodniacute dopravy
Vyacuteraznyacute technickyacute pokrok rostouciacute počet havaacuteriiacute ndash lomy konstrukciacute
Lomy os železničniacutech soukoliacute (konec 19 st)
August Wőhler (1819-1914)
DPŽ ndash Hrubyacute 30
Odhad meze uacutenavy
Uhliacutek oceli (P=1 )
Střiacutedavyacute tah-tlak σc = 033 (035)Rm
Miacutejivyacute tah-tlak σhc = 061Rm
Střiacutedavyacute ohyb σoc = 043 Rm
Střiacutedavyacute krut τc = 025 Rm
DPŽ ndash Hrubyacute 31
Odhad meze uacutenavy
Meze uacutenavy v ohybu platneacute pro 50 pravděpodobnost porušeniacute
DPŽ ndash Hrubyacute 32
Rm
oblast
Re
C
Woumlhlerova křivka + Frenchova čaacutera
DPŽ ndash Hrubyacute 33
Wőhlerova křivka ndash ocel (bcc) hliniacutek (fcc)
httpwwwtokuroglucomSnCurveExpjpg httpenwikipediaorgwikiFatigue_(material)
DPŽ ndash Hrubyacute 34
Wőhlerova křivka ndash popis šikmeacute čaacutesti
KNw
CNwCN
CN
a
awa
wa
loglog
loglogloglogloglog
loglog
CNwa
bfa N2
Basquin
mocninnyacute tvar
Basquin 11 5231
10
100
1000
1 10 100 1000 10000 100000
N [1]
a [
MP
a]
bfC
1
2
1
bw
1
DPŽ ndash Hrubyacute 35
Wőhlerova křivka ndash celkovyacute popis
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
10E+01 10E+02 10E+03 10E+04 10E+05 10E+06 10E+07 10E+08 10E+09
N [1]
a [
MP
a]
CANw
Ca
Weibullův
KohoutůvndashVěchetův b
CaCN
BN
DPŽ ndash Hrubyacute 36
Dalšiacute odhady meze uacutenavy Vyhodnocovanaacute
veličina
Vztah pro mez uacutenavy při R=-1
(pravděpodobnost poruchy
P=50) [MPa]
Koeficienty a podmiacutenky
platnosti
Autor
mez pevnosti Rm
[MPa]-1=0432timesRm+22
-1=046timesRm
-1=6
1Rm+400
t-1=027timesRm
t-1=0249timesRm+25
konstrukčniacute oceli
oceli do Rm =1400 MPa
oceli do Rm =1200 až 1800
MPa
oceli Rm Ł1200
konstrukčniacute oceli
Buch
Žukov
Ponomarjev
Žukov
Buch
mez kluzu
v tahu Re a krutu
timestk [MPa]
-1=0452timesRe+94
-1=045timesRe+122
t-1=0448times tk+52
konstrukčniacute oceli
konstrukčniacute oceli
konstrukčniacute oceli
Buch
Žukov
Buch
skutečnaacute lomovaacute
pevnost f
[MPa]
-1=035times f ndash10
-1=0315times f -19
konstrukčniacute oceli
konstrukčniacute oceli
Žukov
Mc-Adam
tvrdost HB
[MPa]-1=(0128hellip0156)timesHB
-1=(0168hellip0222)timesHB
uhliacutekoveacute oceli
legovaneacute oceli
Grebenik
Grebenik
meze Rm Re
[MPa]-1=0285times( Re + Rm) konstrukčniacute oceli Šapošnikov
DPŽ ndash Hrubyacute 37
Uacutenavoveacute křivky deformace
DPŽ ndash Hrubyacute 38
Manson-Coffin ndash unavovaacute křivka
deformace
00001
0001
001
01
1
1E+00 1E+01 1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07
počet půlkmitů 2N [1]
am
plitu
da p
om
d
efo
rmace
a [
1]
ae
ap
a
f
f Eb
c
1
1
DPŽ ndash Hrubyacute 39
Manson-Coffin ndash matematickyacute popis
NcNbE
NNE
NNE
fpla
fela
cf
pla
bfela
cf
pla
bfela
2logloglog2log
loglog
2loglog2
loglog
22
cfbfpl
aelaa NN
E22
σfrsquohellipsoučinitel uacutenavoveacute pevnosti bhellipexponent uacutenavoveacute pevnosti
εfrsquohellipsoučinitel uacutenavoveacute deformace chellipexponent uacutenavoveacute deformace
bc
f
fcb
f
ft
ctf
bt
f
aplael
E
EN
NNE
11
2
1
2
1
22
Tranzitniacute počet cyklů Po logaritmickeacute uacutepravě
DPŽ ndash Hrubyacute 40
Cyklickaacute deformačniacute křivka
DPŽ ndash Hrubyacute 41
Ramberg-Osgood (platneacute pro přibližneacute
vyjaacutedřeniacute tahoveacuteho diagramu i cyklickeacute
deformačniacute křivky)
E
el
npl
K
1
elE nplK
1DOsgoodRamberg
1
n
KE
+ =
DPŽ ndash Hrubyacute 42
Hysterezniacute smyčky cyklickaacute deformačniacute křivka
Rambergova-Osgoodova aproximace
Cyklickaacute
deformačniacute
křivka Saturovaneacute
hysterezniacute
smyčky
zpevněniacute
změkčeniacute
cyklickaacute
statickaacute
1D
1n
aaa
KE
D1el
aa E 1Dnpl
aa K
R = -1
DPŽ ndash Hrubyacute 43
Saturovanaacute hysterezniacute smyčka
naapla
elaa
KE
1
Krsquo - modul cyklickeacuteho zpevněniacute
nrsquo - exponent cyklickeacuteho zpevněniacute
E - modul pružnosti v tahu
nplaa K
DPŽ ndash Hrubyacute 44
Masingova aproximace hysterezniacutech
smyček a CDK
Saturovaneacute hysterezniacute smyčky uměle
posunuty spodniacutem rohem do počaacutetku
souřadneacuteho systeacutemu [εpl σ] majiacute
shodnou horniacute větev Většina kovů se
však podle Masingova pravidla nechovaacute
Data převzata z Radim Halama Experimentaacutelniacute poznatky a fenomenologickeacute modelovaacuteniacute cyklickeacute plasticity kovů [Habilitačniacute praacutece VŠB-TU Ostrava] 2009
εpl
σ CDK prochaacuteziacute středy posunutyacutech
hyster smyček
Nevykazuje chovaacuteniacute podle
Masingova pravidla
DPŽ ndash Hrubyacute 45
Odhady uacutenavovyacutech parametrů
Parametr Nelegovaneacute a niacutezkolegovaneacute oceli Hliniacutekoveacute a titanoveacute slitiny
f mRtimes51 mRtimes671
b -0087 -0095
f times590 350
c -058 -069
C mRtimes450 mRtimes420
C timestimestimes 410951450
E
Rm E
Rmtimes420
CN 5105 times 6101times
K mRtimes651 mRtimes611
n 015 011
kde
01 pro 3103 timesŁE
Rm
timesE
Rm01253751 pro 3103 timesE
Rm
0
DPŽ ndash Hrubyacute 46
Koncentrace napětiacute
DPŽ ndash Hrubyacute 47
Koncentrace napětiacute
Součinitel tvaru
(součinitel koncentrace
elastickyacutech napětiacute)
0max
1
x
y
x
nom
maxt
SK
0
1
x
y
x
Poměrnyacute gradient
(gradient normovanyacute maximaacutelniacutem
elastickyacutem napětiacutem)
httpwwwameswebinfoStressConcentrationFactor
StressConcentrationFactorsaspx
DPŽ ndash Hrubyacute 48
Součinitel vrubu β vrubovaacute citlivost q
0
100
200
300
400
500
600
1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07 1E+08
Number of cycles [1]
Str
es
s a
mp
litu
de
[M
Pa
]
smooth
notched
FL
FLN
xc
cfK
q11 Thum
Poloměr vrubu
Vliv vrubu bez
vlivu velikosti
a povrchu
DPŽ ndash Hrubyacute 49
Vliv velikosti a jakosti povrchu
DPŽ ndash Hrubyacute 50
Vliv velikosti součaacutesti - kS
m
d
D
dc
Dc
SV
Vk
exp
exp
10
y
x
S
02
03
04
05
06
07
08
09
1
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
průměr hřiacutedele D [mm]
so
učin
itel veliko
sti
[
1]
Rm=400 až 580Rm=700 až 710litaacute ocelRm=820 až 860Rm=850 až 910Rm=890 až 1000Rm=890 až 1000 aproximacem=-003m=-004m=-005m=-006m=-0068
oceli
DPŽ ndash Hrubyacute 51
Vliv jakosti obrobeniacute povrchu - kSF
kSF
Jakost povrchu
Pevnost v tahu
etalonc
realc
SFk
DPŽ ndash Hrubyacute 52
Vliv technologie uacuteprav povrchu - kT
etalonc
technolc
Tk
DPŽ ndash Hrubyacute 53
Mez uacutenavy reaacutelneacuteho diacutelu ndash dimenzovaacuteniacute
na teoreticky nekonečnou životnost
(trvalou pevnost)
f
TSFScvc
xc
K
kkk
vpcvc
xc
DPŽ ndash Hrubyacute 54
Vliv středniacuteho napětiacute
DPŽ ndash Hrubyacute 55
Vliv středniacuteho napětiacute
DPŽ ndash Hrubyacute 56
Smithův diagram
FL
DPŽ ndash Hrubyacute 57
Haighův (Goodmanův) diagram
0Re Re Rm
Re
-m +m
a
aekv
k
F
mCA
1
F
mCA
1
a
m
F Re
C
k = 2
CC
F tg
k = 1
odhad fiktivniacuteho napětiacute
tah
ohyb
krut
Rm
Rm
Rm
F
F
F
8070
7151
t
Hodnoty součinitele citlivosti k asymetrii cyklu ψ
(bdquosbiacutehavostldquo)
Goodmanova čaacutera
DPŽ ndash Hrubyacute 58
Vyacutepočet bezpečnosti
pt
mx
c
a
k
1
1
kt
m
kt
a
k
1
2
21min kkk
1pt
M
x
c
A
1
kt
M
kt
A
aA k mM k
DPŽ ndash Hrubyacute 59
Př Prutovaacute soustava ndash SU
bull absolutně tuhyacute traacutem
bull h = 1 000 mm
bull a = 500 mm
bull mez pevnosti materiaacutelu prutů 600 MPa
bull hladkeacute pruty kruhovyacute průřez 100 mm2
bull povrch prutů leštěn ndash souč jak povrchu 095
bull součinitele velikosti všech prutů 098
bull Fh = + 10 000 N
bull Fd = - 10 000 N
bull určit bezpečnost pro teoreticky
nekonečnou životnost
h
2a
F
a2
DPŽ ndash Hrubyacute 60
Př Prutovaacute soustava ndash SN
bull absolutně tuhyacute traacutem
bull h = 1 000 mm
bull a = 500 mm
bull mez pevnosti materiaacutelu prutů 600 MPa
bull hladkeacute pruty kruhovyacute průřez 100 mm2
bull povrch prutů leštěn ndash souč jak povrchu 095
bull součinitele velikosti všech prutů 098
bull Fh = + 20 000 N
bull Fd = - 20 000 N
bull určit bezpečnost pro teoreticky
nekonečnou životnost
h
a a
F
a2
DPŽ ndash Hrubyacute 61
Př Prutovaacute soustava ndash SU ndash 2 parametry
bull určit maximaacutelniacute rozmeziacute symetricky
střiacutedavyacutech sil (působiacuteciacutech ve faacutezi) pro
teoreticky nekonečnou životnost v
zaacutevislosti na uacutehlu alfa
bull l = 1 000 mm
bull mez pevnosti materiaacutelu prutů 600
MPa
bull hladkeacute pruty kruhovyacute průřez 100
mm2
bull povrch prutů leštěn ndash souč jak
povrchu 095
bull součinitele velikosti všech prutů 098
V
H
l l
1 2
V
H
N1 N2
DPŽ ndash Hrubyacute 62
zakresleniacute diagramu pro mezniacute stav
A
Vxc
A
Hxc
cos2
cos2
cotg
cos2
cotg
cos2
bezpečnost gt 1 jeden prut na mezi
uacutenavy součaacutesti tj v
jednom prutu
bezpečnost rovna
jedneacute
Př Prutovaacute soustava ndash SU ndash 2 parametry
DPŽ ndash Hrubyacute 63
Reaacutelneacute napěťodeformačniacute stavy ve
vrubech
DPŽ ndash Hrubyacute 64
Součinitel tvaru (s koncentrace
elastickyacutech napětiacute)
Součinitel koncentrace napětiacute
Součinitel koncentrace deformace
Reaacutelnaacute napětiacute a deformace ve vrubech
0
0
0
0
e
B
S
C
eSK ficfic
t
0
0
S
C
SK
0
0
e
B
eK
e
(nom)
B 0 fic
S (nom)
Brsquo
A
Arsquo
fic=S
=timesS
=times
Crsquo
C
DPŽ ndash Hrubyacute 65
Skutečnaacute napětiacute a deformace ve vrubech
22SeeS
12
0
2
12d
2
nplnpl
vKnE
KE
U
pl
Neuber Glinka
1
22
1 n
vKE
U
vfic UU
nomnomficficfic SeU 22
2
1
2
1
2
1
z rovnosti
ploch
DPŽ ndash Hrubyacute 66
0
fic
m=1
m=066
m=05m=01
m=0
Zobecněneacute Neuberovo pravidlo
5050 el
fic E
elfic EE
2
m=0 platiacute pro tvrdeacute zatěžovaacuteniacute tj
napětiacute deformačniacuteho původu
rovnoměrně rozděleneacute po
průřezu
m=1 platiacute pro měkkeacute zatěžovaacuteniacute tj
napětiacute siloveacuteho původu
rovnoměrně rozděleneacute po
průřezu
m=01 pro napětiacute deformačniacuteho
původu mimo vruby (např
teplotniacute pnutiacute)
m=05 pro vruby zatiacuteženeacute silově i
deformačně (Neuberovo
pravidlo)
m=06 pro napětiacute siloveacuteho původu
nerovnoměrně rozloženaacute po
průřezu (např při ohybu) mmel
fic E 1
DPŽ ndash Hrubyacute 67
Př Ramberg-Osgood 12
Vzorek bez vrubu z oceli 11 5231 je vystaven tvrdeacutemu zatěžovaacuteniacute o amplitudě celkoveacute
deformace 102 3timesa Určit amplitudu napětiacute Je zadaacuteno
MPa10072 5timesE
MPa1164K
1990n
0
100
200
300
400
500
600
700
0000 0005 0010 0015 0020 0025 0030
am
plitu
da n
ap
ětiacute
[M
Pa]
amplituda poměrneacute plastikeacute deformace [-]
CDK
n
apla K
DPŽ ndash Hrubyacute 68
-300 -200 -100 0 100 200 300260
280
300
320
340
360
380
ai
ai+
1
Př Ramberg-Osgood 22
MATLAB
sig=50
krok=0
for i=110000
krok=krok+1
Sig=1164(2e-3 - sig207e5)^0199
if abs(Sig-sig)lt00001
break
end
sig=Sig
end Pro libovolnyacute odhad je řešeniacute MPa273a
1990
5
1
1007200201164
times
iai
a
19901
5 1164100720020
times aa
1
naa
aKE
DPŽ ndash Hrubyacute 69
Př koncentrace napětiacute vs deformace 13
Vzorek z oceli 11 5231 je vystaven měkkeacutemu zatěžovaacuteniacute v podeacutelneacutem směru o amplitudě
napětiacute 200 MPa Určit elastickou a plastickou složku poměrneacute deformace
662
MPa10072 5timesE MPa1164K 1990n
zadaacuteno vůči neoslabeneacutemu nominaacutelniacutemu napětiacute
mimo vrub pro danou hladinu zatiacuteženiacute
200
Oslash10
20
5
DPŽ ndash Hrubyacute 70
MPa3533200662 times avruba
319901
1
1014301164
200
times
na
aplK
019801164
3533
19901
1
nvrubavrub
aplK
3
5109660
10072
200 timestimes
E
aael
0026010072
35335
times
E
vrubavrub
ael
333 101091109660101430 timestimestimes aplaela
1720101091
022403
times
a
vruba
Př koncentrace napětiacute vs deformace 23
022400198000260 vrubapl
vrubael
vruba
DPŽ ndash Hrubyacute 71
Př koncentrace napětiacute vs deformace 33
MKP elastickeacute řešeniacute
MKP elastoplastickeacute řešeniacute
324200
863max a
a
1720
662
DPŽ ndash Hrubyacute 72
Př Vetknutyacute sloupek 12
-16 K10511 times
50 100
Ocelovyacute sloupek = lopatka dmychadla je vloženyacute mezi dva tuheacute členy = disky
oběžneacuteho kola a je namaacutehaacuten cyklicky proměnnou teplotou
Uacutekol Posoudit zda hroziacute porušeniacute při 10 000 teplotniacutech cyklech
Daacuteno rozsah pracovniacutech teplot T1 = 22 degC T2 = 370 degC
modul pružnosti v tahu E = 205 GPa
uacutenavovaacute křivka poměrneacute deformace vztaženaacute
k provozniacute teplotě s parametry
160b
580c
MPa1140 f
10 f
teplotniacute roztažnost
DPŽ ndash Hrubyacute 73
C3482237012 TTT
336 1000122
10002434810511 times
timestimestimes
teplotaaT
3580160
5104601000201000020
10052
1140
22
times
times
c
fbf
a NNE
hroziacute poruchateplota
aa Ł
Př Vetknutyacute sloupek 22
DPŽ ndash Hrubyacute 74
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 14
22SeeS
nomnomficfic Se 22
2
1
2
1
2
1
2
1
Neuber
1
2222
2222
1 nfic
vKEEE
SSeU
mmelfic E 1
c
bnK
nf
f
b
c
f
fE
do Ramberga-Osgooda
naaa
KE
1
DPŽ ndash Hrubyacute 75
mmelfic E 1
m
bc
f
f
m
ficEE
E
1
m
bc
f
fmm
ficE
E
1
1
0
f
1
fic
m
bc
f
fm E
i
iii
f
f1
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 24
DPŽ ndash Hrubyacute 76
11
1
1
1
1
1
bc
f
i
f
f
m
bc
f
i
fimi
m
bc
f
i
fimi
fic
m
bc
f
i
fimi
ii
b
cEEmEm
E
1
npl
K
E
el
1
n
KE
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 34
DPŽ ndash Hrubyacute 77
K [MPa] n [-] c [-] εrsquof [-] b [-] σrsquof [MPa] E [MPa]
1020 014066 -06586 0921985 -0092718 1009234 21105
MPa700fic 50m
Iterace
Napětiacute ve vrubu
[MPa]
0 700
1 55953
2 48112
3 45414
4 45114
5 45111
6 45111 0005175
00030270002148
plel
00030271020
11451
1406601
1
npl
K
00021481012
114515
times
E
el
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 44
DPŽ ndash Hrubyacute 24
Miacutesta iniciace lomovaacute plocha
Striačniacute čaacutery
postupu čela
trhliny
Miacutesto
iniciace
Extruse
Skluzovaacute paacutesma
Intruse
2
3
4
DPŽ ndash Hrubyacute 25
Charakteristiky harmonickeacuteho
cyklickeacuteho namaacutehaacuteniacute
DPŽ ndash Hrubyacute 26
Harmonickeacute zatěžovaacuteniacute
amplituda napětiacute
středniacute hodnota napětiacute
perioda kmitu napěťově řiacutezeneacute zatěžovaacuteniacute ndash
měkkeacute
deformačně řiacutezeneacute zatěžovaacuteniacute ndash
tvrdeacute
httpfatiguecalculatorcom
2
dha
2
dhm
rozkmit napětiacute
koeficient nesouměrnosti
frekvence kmitu
dh
h
dR
T
Tf
1
T
a
m
h
d
DPŽ ndash Hrubyacute 27
Druhy kmitů sta
tickyacute v
tla
ku
pu
lzu
jiacuteciacute
v t
laku
sym
etr
ick
y s
třiacuted
avyacute
miacutej
ivyacute
v t
lak
u
neso
um
ěrn
ě s
třiacuted
avyacute
(stř
h
od
no
ta v
tla
ku
)
nes
ou
mě
rně
stř
iacuteda
vyacute
(stř
h
od
no
ta v
tah
u)
sta
tic
kyacute
v t
ah
u
pu
lzu
jiacuteciacute
v t
ah
u
miacutejiv
yacute v
tah
u
1R
1R
R 10R
1R
1R
01R
1R
0R
DPŽ ndash Hrubyacute 28
Uacutenavoveacute křivky napětiacute
DPŽ ndash Hrubyacute 29
Historie uacutenavy materiaacutelu
19 stoletiacute rozvoj technickeacuteho poznaacuteniacute rozšiacuteřeniacute možnosti využitiacute
oceli a kovovyacutech materiaacutelů v běžneacute praxi
Rozvoj železničniacute dopravy parniacute lokomotiva Mr G Stephenson 1829
Stavebnictviacute (mosty a nosneacute konstrukce) Eiffelova věž 1889
Rozvoj lodniacute dopravy
Vyacuteraznyacute technickyacute pokrok rostouciacute počet havaacuteriiacute ndash lomy konstrukciacute
Lomy os železničniacutech soukoliacute (konec 19 st)
August Wőhler (1819-1914)
DPŽ ndash Hrubyacute 30
Odhad meze uacutenavy
Uhliacutek oceli (P=1 )
Střiacutedavyacute tah-tlak σc = 033 (035)Rm
Miacutejivyacute tah-tlak σhc = 061Rm
Střiacutedavyacute ohyb σoc = 043 Rm
Střiacutedavyacute krut τc = 025 Rm
DPŽ ndash Hrubyacute 31
Odhad meze uacutenavy
Meze uacutenavy v ohybu platneacute pro 50 pravděpodobnost porušeniacute
DPŽ ndash Hrubyacute 32
Rm
oblast
Re
C
Woumlhlerova křivka + Frenchova čaacutera
DPŽ ndash Hrubyacute 33
Wőhlerova křivka ndash ocel (bcc) hliniacutek (fcc)
httpwwwtokuroglucomSnCurveExpjpg httpenwikipediaorgwikiFatigue_(material)
DPŽ ndash Hrubyacute 34
Wőhlerova křivka ndash popis šikmeacute čaacutesti
KNw
CNwCN
CN
a
awa
wa
loglog
loglogloglogloglog
loglog
CNwa
bfa N2
Basquin
mocninnyacute tvar
Basquin 11 5231
10
100
1000
1 10 100 1000 10000 100000
N [1]
a [
MP
a]
bfC
1
2
1
bw
1
DPŽ ndash Hrubyacute 35
Wőhlerova křivka ndash celkovyacute popis
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
10E+01 10E+02 10E+03 10E+04 10E+05 10E+06 10E+07 10E+08 10E+09
N [1]
a [
MP
a]
CANw
Ca
Weibullův
KohoutůvndashVěchetův b
CaCN
BN
DPŽ ndash Hrubyacute 36
Dalšiacute odhady meze uacutenavy Vyhodnocovanaacute
veličina
Vztah pro mez uacutenavy při R=-1
(pravděpodobnost poruchy
P=50) [MPa]
Koeficienty a podmiacutenky
platnosti
Autor
mez pevnosti Rm
[MPa]-1=0432timesRm+22
-1=046timesRm
-1=6
1Rm+400
t-1=027timesRm
t-1=0249timesRm+25
konstrukčniacute oceli
oceli do Rm =1400 MPa
oceli do Rm =1200 až 1800
MPa
oceli Rm Ł1200
konstrukčniacute oceli
Buch
Žukov
Ponomarjev
Žukov
Buch
mez kluzu
v tahu Re a krutu
timestk [MPa]
-1=0452timesRe+94
-1=045timesRe+122
t-1=0448times tk+52
konstrukčniacute oceli
konstrukčniacute oceli
konstrukčniacute oceli
Buch
Žukov
Buch
skutečnaacute lomovaacute
pevnost f
[MPa]
-1=035times f ndash10
-1=0315times f -19
konstrukčniacute oceli
konstrukčniacute oceli
Žukov
Mc-Adam
tvrdost HB
[MPa]-1=(0128hellip0156)timesHB
-1=(0168hellip0222)timesHB
uhliacutekoveacute oceli
legovaneacute oceli
Grebenik
Grebenik
meze Rm Re
[MPa]-1=0285times( Re + Rm) konstrukčniacute oceli Šapošnikov
DPŽ ndash Hrubyacute 37
Uacutenavoveacute křivky deformace
DPŽ ndash Hrubyacute 38
Manson-Coffin ndash unavovaacute křivka
deformace
00001
0001
001
01
1
1E+00 1E+01 1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07
počet půlkmitů 2N [1]
am
plitu
da p
om
d
efo
rmace
a [
1]
ae
ap
a
f
f Eb
c
1
1
DPŽ ndash Hrubyacute 39
Manson-Coffin ndash matematickyacute popis
NcNbE
NNE
NNE
fpla
fela
cf
pla
bfela
cf
pla
bfela
2logloglog2log
loglog
2loglog2
loglog
22
cfbfpl
aelaa NN
E22
σfrsquohellipsoučinitel uacutenavoveacute pevnosti bhellipexponent uacutenavoveacute pevnosti
εfrsquohellipsoučinitel uacutenavoveacute deformace chellipexponent uacutenavoveacute deformace
bc
f
fcb
f
ft
ctf
bt
f
aplael
E
EN
NNE
11
2
1
2
1
22
Tranzitniacute počet cyklů Po logaritmickeacute uacutepravě
DPŽ ndash Hrubyacute 40
Cyklickaacute deformačniacute křivka
DPŽ ndash Hrubyacute 41
Ramberg-Osgood (platneacute pro přibližneacute
vyjaacutedřeniacute tahoveacuteho diagramu i cyklickeacute
deformačniacute křivky)
E
el
npl
K
1
elE nplK
1DOsgoodRamberg
1
n
KE
+ =
DPŽ ndash Hrubyacute 42
Hysterezniacute smyčky cyklickaacute deformačniacute křivka
Rambergova-Osgoodova aproximace
Cyklickaacute
deformačniacute
křivka Saturovaneacute
hysterezniacute
smyčky
zpevněniacute
změkčeniacute
cyklickaacute
statickaacute
1D
1n
aaa
KE
D1el
aa E 1Dnpl
aa K
R = -1
DPŽ ndash Hrubyacute 43
Saturovanaacute hysterezniacute smyčka
naapla
elaa
KE
1
Krsquo - modul cyklickeacuteho zpevněniacute
nrsquo - exponent cyklickeacuteho zpevněniacute
E - modul pružnosti v tahu
nplaa K
DPŽ ndash Hrubyacute 44
Masingova aproximace hysterezniacutech
smyček a CDK
Saturovaneacute hysterezniacute smyčky uměle
posunuty spodniacutem rohem do počaacutetku
souřadneacuteho systeacutemu [εpl σ] majiacute
shodnou horniacute větev Většina kovů se
však podle Masingova pravidla nechovaacute
Data převzata z Radim Halama Experimentaacutelniacute poznatky a fenomenologickeacute modelovaacuteniacute cyklickeacute plasticity kovů [Habilitačniacute praacutece VŠB-TU Ostrava] 2009
εpl
σ CDK prochaacuteziacute středy posunutyacutech
hyster smyček
Nevykazuje chovaacuteniacute podle
Masingova pravidla
DPŽ ndash Hrubyacute 45
Odhady uacutenavovyacutech parametrů
Parametr Nelegovaneacute a niacutezkolegovaneacute oceli Hliniacutekoveacute a titanoveacute slitiny
f mRtimes51 mRtimes671
b -0087 -0095
f times590 350
c -058 -069
C mRtimes450 mRtimes420
C timestimestimes 410951450
E
Rm E
Rmtimes420
CN 5105 times 6101times
K mRtimes651 mRtimes611
n 015 011
kde
01 pro 3103 timesŁE
Rm
timesE
Rm01253751 pro 3103 timesE
Rm
0
DPŽ ndash Hrubyacute 46
Koncentrace napětiacute
DPŽ ndash Hrubyacute 47
Koncentrace napětiacute
Součinitel tvaru
(součinitel koncentrace
elastickyacutech napětiacute)
0max
1
x
y
x
nom
maxt
SK
0
1
x
y
x
Poměrnyacute gradient
(gradient normovanyacute maximaacutelniacutem
elastickyacutem napětiacutem)
httpwwwameswebinfoStressConcentrationFactor
StressConcentrationFactorsaspx
DPŽ ndash Hrubyacute 48
Součinitel vrubu β vrubovaacute citlivost q
0
100
200
300
400
500
600
1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07 1E+08
Number of cycles [1]
Str
es
s a
mp
litu
de
[M
Pa
]
smooth
notched
FL
FLN
xc
cfK
q11 Thum
Poloměr vrubu
Vliv vrubu bez
vlivu velikosti
a povrchu
DPŽ ndash Hrubyacute 49
Vliv velikosti a jakosti povrchu
DPŽ ndash Hrubyacute 50
Vliv velikosti součaacutesti - kS
m
d
D
dc
Dc
SV
Vk
exp
exp
10
y
x
S
02
03
04
05
06
07
08
09
1
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
průměr hřiacutedele D [mm]
so
učin
itel veliko
sti
[
1]
Rm=400 až 580Rm=700 až 710litaacute ocelRm=820 až 860Rm=850 až 910Rm=890 až 1000Rm=890 až 1000 aproximacem=-003m=-004m=-005m=-006m=-0068
oceli
DPŽ ndash Hrubyacute 51
Vliv jakosti obrobeniacute povrchu - kSF
kSF
Jakost povrchu
Pevnost v tahu
etalonc
realc
SFk
DPŽ ndash Hrubyacute 52
Vliv technologie uacuteprav povrchu - kT
etalonc
technolc
Tk
DPŽ ndash Hrubyacute 53
Mez uacutenavy reaacutelneacuteho diacutelu ndash dimenzovaacuteniacute
na teoreticky nekonečnou životnost
(trvalou pevnost)
f
TSFScvc
xc
K
kkk
vpcvc
xc
DPŽ ndash Hrubyacute 54
Vliv středniacuteho napětiacute
DPŽ ndash Hrubyacute 55
Vliv středniacuteho napětiacute
DPŽ ndash Hrubyacute 56
Smithův diagram
FL
DPŽ ndash Hrubyacute 57
Haighův (Goodmanův) diagram
0Re Re Rm
Re
-m +m
a
aekv
k
F
mCA
1
F
mCA
1
a
m
F Re
C
k = 2
CC
F tg
k = 1
odhad fiktivniacuteho napětiacute
tah
ohyb
krut
Rm
Rm
Rm
F
F
F
8070
7151
t
Hodnoty součinitele citlivosti k asymetrii cyklu ψ
(bdquosbiacutehavostldquo)
Goodmanova čaacutera
DPŽ ndash Hrubyacute 58
Vyacutepočet bezpečnosti
pt
mx
c
a
k
1
1
kt
m
kt
a
k
1
2
21min kkk
1pt
M
x
c
A
1
kt
M
kt
A
aA k mM k
DPŽ ndash Hrubyacute 59
Př Prutovaacute soustava ndash SU
bull absolutně tuhyacute traacutem
bull h = 1 000 mm
bull a = 500 mm
bull mez pevnosti materiaacutelu prutů 600 MPa
bull hladkeacute pruty kruhovyacute průřez 100 mm2
bull povrch prutů leštěn ndash souč jak povrchu 095
bull součinitele velikosti všech prutů 098
bull Fh = + 10 000 N
bull Fd = - 10 000 N
bull určit bezpečnost pro teoreticky
nekonečnou životnost
h
2a
F
a2
DPŽ ndash Hrubyacute 60
Př Prutovaacute soustava ndash SN
bull absolutně tuhyacute traacutem
bull h = 1 000 mm
bull a = 500 mm
bull mez pevnosti materiaacutelu prutů 600 MPa
bull hladkeacute pruty kruhovyacute průřez 100 mm2
bull povrch prutů leštěn ndash souč jak povrchu 095
bull součinitele velikosti všech prutů 098
bull Fh = + 20 000 N
bull Fd = - 20 000 N
bull určit bezpečnost pro teoreticky
nekonečnou životnost
h
a a
F
a2
DPŽ ndash Hrubyacute 61
Př Prutovaacute soustava ndash SU ndash 2 parametry
bull určit maximaacutelniacute rozmeziacute symetricky
střiacutedavyacutech sil (působiacuteciacutech ve faacutezi) pro
teoreticky nekonečnou životnost v
zaacutevislosti na uacutehlu alfa
bull l = 1 000 mm
bull mez pevnosti materiaacutelu prutů 600
MPa
bull hladkeacute pruty kruhovyacute průřez 100
mm2
bull povrch prutů leštěn ndash souč jak
povrchu 095
bull součinitele velikosti všech prutů 098
V
H
l l
1 2
V
H
N1 N2
DPŽ ndash Hrubyacute 62
zakresleniacute diagramu pro mezniacute stav
A
Vxc
A
Hxc
cos2
cos2
cotg
cos2
cotg
cos2
bezpečnost gt 1 jeden prut na mezi
uacutenavy součaacutesti tj v
jednom prutu
bezpečnost rovna
jedneacute
Př Prutovaacute soustava ndash SU ndash 2 parametry
DPŽ ndash Hrubyacute 63
Reaacutelneacute napěťodeformačniacute stavy ve
vrubech
DPŽ ndash Hrubyacute 64
Součinitel tvaru (s koncentrace
elastickyacutech napětiacute)
Součinitel koncentrace napětiacute
Součinitel koncentrace deformace
Reaacutelnaacute napětiacute a deformace ve vrubech
0
0
0
0
e
B
S
C
eSK ficfic
t
0
0
S
C
SK
0
0
e
B
eK
e
(nom)
B 0 fic
S (nom)
Brsquo
A
Arsquo
fic=S
=timesS
=times
Crsquo
C
DPŽ ndash Hrubyacute 65
Skutečnaacute napětiacute a deformace ve vrubech
22SeeS
12
0
2
12d
2
nplnpl
vKnE
KE
U
pl
Neuber Glinka
1
22
1 n
vKE
U
vfic UU
nomnomficficfic SeU 22
2
1
2
1
2
1
z rovnosti
ploch
DPŽ ndash Hrubyacute 66
0
fic
m=1
m=066
m=05m=01
m=0
Zobecněneacute Neuberovo pravidlo
5050 el
fic E
elfic EE
2
m=0 platiacute pro tvrdeacute zatěžovaacuteniacute tj
napětiacute deformačniacuteho původu
rovnoměrně rozděleneacute po
průřezu
m=1 platiacute pro měkkeacute zatěžovaacuteniacute tj
napětiacute siloveacuteho původu
rovnoměrně rozděleneacute po
průřezu
m=01 pro napětiacute deformačniacuteho
původu mimo vruby (např
teplotniacute pnutiacute)
m=05 pro vruby zatiacuteženeacute silově i
deformačně (Neuberovo
pravidlo)
m=06 pro napětiacute siloveacuteho původu
nerovnoměrně rozloženaacute po
průřezu (např při ohybu) mmel
fic E 1
DPŽ ndash Hrubyacute 67
Př Ramberg-Osgood 12
Vzorek bez vrubu z oceli 11 5231 je vystaven tvrdeacutemu zatěžovaacuteniacute o amplitudě celkoveacute
deformace 102 3timesa Určit amplitudu napětiacute Je zadaacuteno
MPa10072 5timesE
MPa1164K
1990n
0
100
200
300
400
500
600
700
0000 0005 0010 0015 0020 0025 0030
am
plitu
da n
ap
ětiacute
[M
Pa]
amplituda poměrneacute plastikeacute deformace [-]
CDK
n
apla K
DPŽ ndash Hrubyacute 68
-300 -200 -100 0 100 200 300260
280
300
320
340
360
380
ai
ai+
1
Př Ramberg-Osgood 22
MATLAB
sig=50
krok=0
for i=110000
krok=krok+1
Sig=1164(2e-3 - sig207e5)^0199
if abs(Sig-sig)lt00001
break
end
sig=Sig
end Pro libovolnyacute odhad je řešeniacute MPa273a
1990
5
1
1007200201164
times
iai
a
19901
5 1164100720020
times aa
1
naa
aKE
DPŽ ndash Hrubyacute 69
Př koncentrace napětiacute vs deformace 13
Vzorek z oceli 11 5231 je vystaven měkkeacutemu zatěžovaacuteniacute v podeacutelneacutem směru o amplitudě
napětiacute 200 MPa Určit elastickou a plastickou složku poměrneacute deformace
662
MPa10072 5timesE MPa1164K 1990n
zadaacuteno vůči neoslabeneacutemu nominaacutelniacutemu napětiacute
mimo vrub pro danou hladinu zatiacuteženiacute
200
Oslash10
20
5
DPŽ ndash Hrubyacute 70
MPa3533200662 times avruba
319901
1
1014301164
200
times
na
aplK
019801164
3533
19901
1
nvrubavrub
aplK
3
5109660
10072
200 timestimes
E
aael
0026010072
35335
times
E
vrubavrub
ael
333 101091109660101430 timestimestimes aplaela
1720101091
022403
times
a
vruba
Př koncentrace napětiacute vs deformace 23
022400198000260 vrubapl
vrubael
vruba
DPŽ ndash Hrubyacute 71
Př koncentrace napětiacute vs deformace 33
MKP elastickeacute řešeniacute
MKP elastoplastickeacute řešeniacute
324200
863max a
a
1720
662
DPŽ ndash Hrubyacute 72
Př Vetknutyacute sloupek 12
-16 K10511 times
50 100
Ocelovyacute sloupek = lopatka dmychadla je vloženyacute mezi dva tuheacute členy = disky
oběžneacuteho kola a je namaacutehaacuten cyklicky proměnnou teplotou
Uacutekol Posoudit zda hroziacute porušeniacute při 10 000 teplotniacutech cyklech
Daacuteno rozsah pracovniacutech teplot T1 = 22 degC T2 = 370 degC
modul pružnosti v tahu E = 205 GPa
uacutenavovaacute křivka poměrneacute deformace vztaženaacute
k provozniacute teplotě s parametry
160b
580c
MPa1140 f
10 f
teplotniacute roztažnost
DPŽ ndash Hrubyacute 73
C3482237012 TTT
336 1000122
10002434810511 times
timestimestimes
teplotaaT
3580160
5104601000201000020
10052
1140
22
times
times
c
fbf
a NNE
hroziacute poruchateplota
aa Ł
Př Vetknutyacute sloupek 22
DPŽ ndash Hrubyacute 74
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 14
22SeeS
nomnomficfic Se 22
2
1
2
1
2
1
2
1
Neuber
1
2222
2222
1 nfic
vKEEE
SSeU
mmelfic E 1
c
bnK
nf
f
b
c
f
fE
do Ramberga-Osgooda
naaa
KE
1
DPŽ ndash Hrubyacute 75
mmelfic E 1
m
bc
f
f
m
ficEE
E
1
m
bc
f
fmm
ficE
E
1
1
0
f
1
fic
m
bc
f
fm E
i
iii
f
f1
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 24
DPŽ ndash Hrubyacute 76
11
1
1
1
1
1
bc
f
i
f
f
m
bc
f
i
fimi
m
bc
f
i
fimi
fic
m
bc
f
i
fimi
ii
b
cEEmEm
E
1
npl
K
E
el
1
n
KE
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 34
DPŽ ndash Hrubyacute 77
K [MPa] n [-] c [-] εrsquof [-] b [-] σrsquof [MPa] E [MPa]
1020 014066 -06586 0921985 -0092718 1009234 21105
MPa700fic 50m
Iterace
Napětiacute ve vrubu
[MPa]
0 700
1 55953
2 48112
3 45414
4 45114
5 45111
6 45111 0005175
00030270002148
plel
00030271020
11451
1406601
1
npl
K
00021481012
114515
times
E
el
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 44
DPŽ ndash Hrubyacute 25
Charakteristiky harmonickeacuteho
cyklickeacuteho namaacutehaacuteniacute
DPŽ ndash Hrubyacute 26
Harmonickeacute zatěžovaacuteniacute
amplituda napětiacute
středniacute hodnota napětiacute
perioda kmitu napěťově řiacutezeneacute zatěžovaacuteniacute ndash
měkkeacute
deformačně řiacutezeneacute zatěžovaacuteniacute ndash
tvrdeacute
httpfatiguecalculatorcom
2
dha
2
dhm
rozkmit napětiacute
koeficient nesouměrnosti
frekvence kmitu
dh
h
dR
T
Tf
1
T
a
m
h
d
DPŽ ndash Hrubyacute 27
Druhy kmitů sta
tickyacute v
tla
ku
pu
lzu
jiacuteciacute
v t
laku
sym
etr
ick
y s
třiacuted
avyacute
miacutej
ivyacute
v t
lak
u
neso
um
ěrn
ě s
třiacuted
avyacute
(stř
h
od
no
ta v
tla
ku
)
nes
ou
mě
rně
stř
iacuteda
vyacute
(stř
h
od
no
ta v
tah
u)
sta
tic
kyacute
v t
ah
u
pu
lzu
jiacuteciacute
v t
ah
u
miacutejiv
yacute v
tah
u
1R
1R
R 10R
1R
1R
01R
1R
0R
DPŽ ndash Hrubyacute 28
Uacutenavoveacute křivky napětiacute
DPŽ ndash Hrubyacute 29
Historie uacutenavy materiaacutelu
19 stoletiacute rozvoj technickeacuteho poznaacuteniacute rozšiacuteřeniacute možnosti využitiacute
oceli a kovovyacutech materiaacutelů v běžneacute praxi
Rozvoj železničniacute dopravy parniacute lokomotiva Mr G Stephenson 1829
Stavebnictviacute (mosty a nosneacute konstrukce) Eiffelova věž 1889
Rozvoj lodniacute dopravy
Vyacuteraznyacute technickyacute pokrok rostouciacute počet havaacuteriiacute ndash lomy konstrukciacute
Lomy os železničniacutech soukoliacute (konec 19 st)
August Wőhler (1819-1914)
DPŽ ndash Hrubyacute 30
Odhad meze uacutenavy
Uhliacutek oceli (P=1 )
Střiacutedavyacute tah-tlak σc = 033 (035)Rm
Miacutejivyacute tah-tlak σhc = 061Rm
Střiacutedavyacute ohyb σoc = 043 Rm
Střiacutedavyacute krut τc = 025 Rm
DPŽ ndash Hrubyacute 31
Odhad meze uacutenavy
Meze uacutenavy v ohybu platneacute pro 50 pravděpodobnost porušeniacute
DPŽ ndash Hrubyacute 32
Rm
oblast
Re
C
Woumlhlerova křivka + Frenchova čaacutera
DPŽ ndash Hrubyacute 33
Wőhlerova křivka ndash ocel (bcc) hliniacutek (fcc)
httpwwwtokuroglucomSnCurveExpjpg httpenwikipediaorgwikiFatigue_(material)
DPŽ ndash Hrubyacute 34
Wőhlerova křivka ndash popis šikmeacute čaacutesti
KNw
CNwCN
CN
a
awa
wa
loglog
loglogloglogloglog
loglog
CNwa
bfa N2
Basquin
mocninnyacute tvar
Basquin 11 5231
10
100
1000
1 10 100 1000 10000 100000
N [1]
a [
MP
a]
bfC
1
2
1
bw
1
DPŽ ndash Hrubyacute 35
Wőhlerova křivka ndash celkovyacute popis
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
10E+01 10E+02 10E+03 10E+04 10E+05 10E+06 10E+07 10E+08 10E+09
N [1]
a [
MP
a]
CANw
Ca
Weibullův
KohoutůvndashVěchetův b
CaCN
BN
DPŽ ndash Hrubyacute 36
Dalšiacute odhady meze uacutenavy Vyhodnocovanaacute
veličina
Vztah pro mez uacutenavy při R=-1
(pravděpodobnost poruchy
P=50) [MPa]
Koeficienty a podmiacutenky
platnosti
Autor
mez pevnosti Rm
[MPa]-1=0432timesRm+22
-1=046timesRm
-1=6
1Rm+400
t-1=027timesRm
t-1=0249timesRm+25
konstrukčniacute oceli
oceli do Rm =1400 MPa
oceli do Rm =1200 až 1800
MPa
oceli Rm Ł1200
konstrukčniacute oceli
Buch
Žukov
Ponomarjev
Žukov
Buch
mez kluzu
v tahu Re a krutu
timestk [MPa]
-1=0452timesRe+94
-1=045timesRe+122
t-1=0448times tk+52
konstrukčniacute oceli
konstrukčniacute oceli
konstrukčniacute oceli
Buch
Žukov
Buch
skutečnaacute lomovaacute
pevnost f
[MPa]
-1=035times f ndash10
-1=0315times f -19
konstrukčniacute oceli
konstrukčniacute oceli
Žukov
Mc-Adam
tvrdost HB
[MPa]-1=(0128hellip0156)timesHB
-1=(0168hellip0222)timesHB
uhliacutekoveacute oceli
legovaneacute oceli
Grebenik
Grebenik
meze Rm Re
[MPa]-1=0285times( Re + Rm) konstrukčniacute oceli Šapošnikov
DPŽ ndash Hrubyacute 37
Uacutenavoveacute křivky deformace
DPŽ ndash Hrubyacute 38
Manson-Coffin ndash unavovaacute křivka
deformace
00001
0001
001
01
1
1E+00 1E+01 1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07
počet půlkmitů 2N [1]
am
plitu
da p
om
d
efo
rmace
a [
1]
ae
ap
a
f
f Eb
c
1
1
DPŽ ndash Hrubyacute 39
Manson-Coffin ndash matematickyacute popis
NcNbE
NNE
NNE
fpla
fela
cf
pla
bfela
cf
pla
bfela
2logloglog2log
loglog
2loglog2
loglog
22
cfbfpl
aelaa NN
E22
σfrsquohellipsoučinitel uacutenavoveacute pevnosti bhellipexponent uacutenavoveacute pevnosti
εfrsquohellipsoučinitel uacutenavoveacute deformace chellipexponent uacutenavoveacute deformace
bc
f
fcb
f
ft
ctf
bt
f
aplael
E
EN
NNE
11
2
1
2
1
22
Tranzitniacute počet cyklů Po logaritmickeacute uacutepravě
DPŽ ndash Hrubyacute 40
Cyklickaacute deformačniacute křivka
DPŽ ndash Hrubyacute 41
Ramberg-Osgood (platneacute pro přibližneacute
vyjaacutedřeniacute tahoveacuteho diagramu i cyklickeacute
deformačniacute křivky)
E
el
npl
K
1
elE nplK
1DOsgoodRamberg
1
n
KE
+ =
DPŽ ndash Hrubyacute 42
Hysterezniacute smyčky cyklickaacute deformačniacute křivka
Rambergova-Osgoodova aproximace
Cyklickaacute
deformačniacute
křivka Saturovaneacute
hysterezniacute
smyčky
zpevněniacute
změkčeniacute
cyklickaacute
statickaacute
1D
1n
aaa
KE
D1el
aa E 1Dnpl
aa K
R = -1
DPŽ ndash Hrubyacute 43
Saturovanaacute hysterezniacute smyčka
naapla
elaa
KE
1
Krsquo - modul cyklickeacuteho zpevněniacute
nrsquo - exponent cyklickeacuteho zpevněniacute
E - modul pružnosti v tahu
nplaa K
DPŽ ndash Hrubyacute 44
Masingova aproximace hysterezniacutech
smyček a CDK
Saturovaneacute hysterezniacute smyčky uměle
posunuty spodniacutem rohem do počaacutetku
souřadneacuteho systeacutemu [εpl σ] majiacute
shodnou horniacute větev Většina kovů se
však podle Masingova pravidla nechovaacute
Data převzata z Radim Halama Experimentaacutelniacute poznatky a fenomenologickeacute modelovaacuteniacute cyklickeacute plasticity kovů [Habilitačniacute praacutece VŠB-TU Ostrava] 2009
εpl
σ CDK prochaacuteziacute středy posunutyacutech
hyster smyček
Nevykazuje chovaacuteniacute podle
Masingova pravidla
DPŽ ndash Hrubyacute 45
Odhady uacutenavovyacutech parametrů
Parametr Nelegovaneacute a niacutezkolegovaneacute oceli Hliniacutekoveacute a titanoveacute slitiny
f mRtimes51 mRtimes671
b -0087 -0095
f times590 350
c -058 -069
C mRtimes450 mRtimes420
C timestimestimes 410951450
E
Rm E
Rmtimes420
CN 5105 times 6101times
K mRtimes651 mRtimes611
n 015 011
kde
01 pro 3103 timesŁE
Rm
timesE
Rm01253751 pro 3103 timesE
Rm
0
DPŽ ndash Hrubyacute 46
Koncentrace napětiacute
DPŽ ndash Hrubyacute 47
Koncentrace napětiacute
Součinitel tvaru
(součinitel koncentrace
elastickyacutech napětiacute)
0max
1
x
y
x
nom
maxt
SK
0
1
x
y
x
Poměrnyacute gradient
(gradient normovanyacute maximaacutelniacutem
elastickyacutem napětiacutem)
httpwwwameswebinfoStressConcentrationFactor
StressConcentrationFactorsaspx
DPŽ ndash Hrubyacute 48
Součinitel vrubu β vrubovaacute citlivost q
0
100
200
300
400
500
600
1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07 1E+08
Number of cycles [1]
Str
es
s a
mp
litu
de
[M
Pa
]
smooth
notched
FL
FLN
xc
cfK
q11 Thum
Poloměr vrubu
Vliv vrubu bez
vlivu velikosti
a povrchu
DPŽ ndash Hrubyacute 49
Vliv velikosti a jakosti povrchu
DPŽ ndash Hrubyacute 50
Vliv velikosti součaacutesti - kS
m
d
D
dc
Dc
SV
Vk
exp
exp
10
y
x
S
02
03
04
05
06
07
08
09
1
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
průměr hřiacutedele D [mm]
so
učin
itel veliko
sti
[
1]
Rm=400 až 580Rm=700 až 710litaacute ocelRm=820 až 860Rm=850 až 910Rm=890 až 1000Rm=890 až 1000 aproximacem=-003m=-004m=-005m=-006m=-0068
oceli
DPŽ ndash Hrubyacute 51
Vliv jakosti obrobeniacute povrchu - kSF
kSF
Jakost povrchu
Pevnost v tahu
etalonc
realc
SFk
DPŽ ndash Hrubyacute 52
Vliv technologie uacuteprav povrchu - kT
etalonc
technolc
Tk
DPŽ ndash Hrubyacute 53
Mez uacutenavy reaacutelneacuteho diacutelu ndash dimenzovaacuteniacute
na teoreticky nekonečnou životnost
(trvalou pevnost)
f
TSFScvc
xc
K
kkk
vpcvc
xc
DPŽ ndash Hrubyacute 54
Vliv středniacuteho napětiacute
DPŽ ndash Hrubyacute 55
Vliv středniacuteho napětiacute
DPŽ ndash Hrubyacute 56
Smithův diagram
FL
DPŽ ndash Hrubyacute 57
Haighův (Goodmanův) diagram
0Re Re Rm
Re
-m +m
a
aekv
k
F
mCA
1
F
mCA
1
a
m
F Re
C
k = 2
CC
F tg
k = 1
odhad fiktivniacuteho napětiacute
tah
ohyb
krut
Rm
Rm
Rm
F
F
F
8070
7151
t
Hodnoty součinitele citlivosti k asymetrii cyklu ψ
(bdquosbiacutehavostldquo)
Goodmanova čaacutera
DPŽ ndash Hrubyacute 58
Vyacutepočet bezpečnosti
pt
mx
c
a
k
1
1
kt
m
kt
a
k
1
2
21min kkk
1pt
M
x
c
A
1
kt
M
kt
A
aA k mM k
DPŽ ndash Hrubyacute 59
Př Prutovaacute soustava ndash SU
bull absolutně tuhyacute traacutem
bull h = 1 000 mm
bull a = 500 mm
bull mez pevnosti materiaacutelu prutů 600 MPa
bull hladkeacute pruty kruhovyacute průřez 100 mm2
bull povrch prutů leštěn ndash souč jak povrchu 095
bull součinitele velikosti všech prutů 098
bull Fh = + 10 000 N
bull Fd = - 10 000 N
bull určit bezpečnost pro teoreticky
nekonečnou životnost
h
2a
F
a2
DPŽ ndash Hrubyacute 60
Př Prutovaacute soustava ndash SN
bull absolutně tuhyacute traacutem
bull h = 1 000 mm
bull a = 500 mm
bull mez pevnosti materiaacutelu prutů 600 MPa
bull hladkeacute pruty kruhovyacute průřez 100 mm2
bull povrch prutů leštěn ndash souč jak povrchu 095
bull součinitele velikosti všech prutů 098
bull Fh = + 20 000 N
bull Fd = - 20 000 N
bull určit bezpečnost pro teoreticky
nekonečnou životnost
h
a a
F
a2
DPŽ ndash Hrubyacute 61
Př Prutovaacute soustava ndash SU ndash 2 parametry
bull určit maximaacutelniacute rozmeziacute symetricky
střiacutedavyacutech sil (působiacuteciacutech ve faacutezi) pro
teoreticky nekonečnou životnost v
zaacutevislosti na uacutehlu alfa
bull l = 1 000 mm
bull mez pevnosti materiaacutelu prutů 600
MPa
bull hladkeacute pruty kruhovyacute průřez 100
mm2
bull povrch prutů leštěn ndash souč jak
povrchu 095
bull součinitele velikosti všech prutů 098
V
H
l l
1 2
V
H
N1 N2
DPŽ ndash Hrubyacute 62
zakresleniacute diagramu pro mezniacute stav
A
Vxc
A
Hxc
cos2
cos2
cotg
cos2
cotg
cos2
bezpečnost gt 1 jeden prut na mezi
uacutenavy součaacutesti tj v
jednom prutu
bezpečnost rovna
jedneacute
Př Prutovaacute soustava ndash SU ndash 2 parametry
DPŽ ndash Hrubyacute 63
Reaacutelneacute napěťodeformačniacute stavy ve
vrubech
DPŽ ndash Hrubyacute 64
Součinitel tvaru (s koncentrace
elastickyacutech napětiacute)
Součinitel koncentrace napětiacute
Součinitel koncentrace deformace
Reaacutelnaacute napětiacute a deformace ve vrubech
0
0
0
0
e
B
S
C
eSK ficfic
t
0
0
S
C
SK
0
0
e
B
eK
e
(nom)
B 0 fic
S (nom)
Brsquo
A
Arsquo
fic=S
=timesS
=times
Crsquo
C
DPŽ ndash Hrubyacute 65
Skutečnaacute napětiacute a deformace ve vrubech
22SeeS
12
0
2
12d
2
nplnpl
vKnE
KE
U
pl
Neuber Glinka
1
22
1 n
vKE
U
vfic UU
nomnomficficfic SeU 22
2
1
2
1
2
1
z rovnosti
ploch
DPŽ ndash Hrubyacute 66
0
fic
m=1
m=066
m=05m=01
m=0
Zobecněneacute Neuberovo pravidlo
5050 el
fic E
elfic EE
2
m=0 platiacute pro tvrdeacute zatěžovaacuteniacute tj
napětiacute deformačniacuteho původu
rovnoměrně rozděleneacute po
průřezu
m=1 platiacute pro měkkeacute zatěžovaacuteniacute tj
napětiacute siloveacuteho původu
rovnoměrně rozděleneacute po
průřezu
m=01 pro napětiacute deformačniacuteho
původu mimo vruby (např
teplotniacute pnutiacute)
m=05 pro vruby zatiacuteženeacute silově i
deformačně (Neuberovo
pravidlo)
m=06 pro napětiacute siloveacuteho původu
nerovnoměrně rozloženaacute po
průřezu (např při ohybu) mmel
fic E 1
DPŽ ndash Hrubyacute 67
Př Ramberg-Osgood 12
Vzorek bez vrubu z oceli 11 5231 je vystaven tvrdeacutemu zatěžovaacuteniacute o amplitudě celkoveacute
deformace 102 3timesa Určit amplitudu napětiacute Je zadaacuteno
MPa10072 5timesE
MPa1164K
1990n
0
100
200
300
400
500
600
700
0000 0005 0010 0015 0020 0025 0030
am
plitu
da n
ap
ětiacute
[M
Pa]
amplituda poměrneacute plastikeacute deformace [-]
CDK
n
apla K
DPŽ ndash Hrubyacute 68
-300 -200 -100 0 100 200 300260
280
300
320
340
360
380
ai
ai+
1
Př Ramberg-Osgood 22
MATLAB
sig=50
krok=0
for i=110000
krok=krok+1
Sig=1164(2e-3 - sig207e5)^0199
if abs(Sig-sig)lt00001
break
end
sig=Sig
end Pro libovolnyacute odhad je řešeniacute MPa273a
1990
5
1
1007200201164
times
iai
a
19901
5 1164100720020
times aa
1
naa
aKE
DPŽ ndash Hrubyacute 69
Př koncentrace napětiacute vs deformace 13
Vzorek z oceli 11 5231 je vystaven měkkeacutemu zatěžovaacuteniacute v podeacutelneacutem směru o amplitudě
napětiacute 200 MPa Určit elastickou a plastickou složku poměrneacute deformace
662
MPa10072 5timesE MPa1164K 1990n
zadaacuteno vůči neoslabeneacutemu nominaacutelniacutemu napětiacute
mimo vrub pro danou hladinu zatiacuteženiacute
200
Oslash10
20
5
DPŽ ndash Hrubyacute 70
MPa3533200662 times avruba
319901
1
1014301164
200
times
na
aplK
019801164
3533
19901
1
nvrubavrub
aplK
3
5109660
10072
200 timestimes
E
aael
0026010072
35335
times
E
vrubavrub
ael
333 101091109660101430 timestimestimes aplaela
1720101091
022403
times
a
vruba
Př koncentrace napětiacute vs deformace 23
022400198000260 vrubapl
vrubael
vruba
DPŽ ndash Hrubyacute 71
Př koncentrace napětiacute vs deformace 33
MKP elastickeacute řešeniacute
MKP elastoplastickeacute řešeniacute
324200
863max a
a
1720
662
DPŽ ndash Hrubyacute 72
Př Vetknutyacute sloupek 12
-16 K10511 times
50 100
Ocelovyacute sloupek = lopatka dmychadla je vloženyacute mezi dva tuheacute členy = disky
oběžneacuteho kola a je namaacutehaacuten cyklicky proměnnou teplotou
Uacutekol Posoudit zda hroziacute porušeniacute při 10 000 teplotniacutech cyklech
Daacuteno rozsah pracovniacutech teplot T1 = 22 degC T2 = 370 degC
modul pružnosti v tahu E = 205 GPa
uacutenavovaacute křivka poměrneacute deformace vztaženaacute
k provozniacute teplotě s parametry
160b
580c
MPa1140 f
10 f
teplotniacute roztažnost
DPŽ ndash Hrubyacute 73
C3482237012 TTT
336 1000122
10002434810511 times
timestimestimes
teplotaaT
3580160
5104601000201000020
10052
1140
22
times
times
c
fbf
a NNE
hroziacute poruchateplota
aa Ł
Př Vetknutyacute sloupek 22
DPŽ ndash Hrubyacute 74
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 14
22SeeS
nomnomficfic Se 22
2
1
2
1
2
1
2
1
Neuber
1
2222
2222
1 nfic
vKEEE
SSeU
mmelfic E 1
c
bnK
nf
f
b
c
f
fE
do Ramberga-Osgooda
naaa
KE
1
DPŽ ndash Hrubyacute 75
mmelfic E 1
m
bc
f
f
m
ficEE
E
1
m
bc
f
fmm
ficE
E
1
1
0
f
1
fic
m
bc
f
fm E
i
iii
f
f1
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 24
DPŽ ndash Hrubyacute 76
11
1
1
1
1
1
bc
f
i
f
f
m
bc
f
i
fimi
m
bc
f
i
fimi
fic
m
bc
f
i
fimi
ii
b
cEEmEm
E
1
npl
K
E
el
1
n
KE
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 34
DPŽ ndash Hrubyacute 77
K [MPa] n [-] c [-] εrsquof [-] b [-] σrsquof [MPa] E [MPa]
1020 014066 -06586 0921985 -0092718 1009234 21105
MPa700fic 50m
Iterace
Napětiacute ve vrubu
[MPa]
0 700
1 55953
2 48112
3 45414
4 45114
5 45111
6 45111 0005175
00030270002148
plel
00030271020
11451
1406601
1
npl
K
00021481012
114515
times
E
el
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 44
DPŽ ndash Hrubyacute 26
Harmonickeacute zatěžovaacuteniacute
amplituda napětiacute
středniacute hodnota napětiacute
perioda kmitu napěťově řiacutezeneacute zatěžovaacuteniacute ndash
měkkeacute
deformačně řiacutezeneacute zatěžovaacuteniacute ndash
tvrdeacute
httpfatiguecalculatorcom
2
dha
2
dhm
rozkmit napětiacute
koeficient nesouměrnosti
frekvence kmitu
dh
h
dR
T
Tf
1
T
a
m
h
d
DPŽ ndash Hrubyacute 27
Druhy kmitů sta
tickyacute v
tla
ku
pu
lzu
jiacuteciacute
v t
laku
sym
etr
ick
y s
třiacuted
avyacute
miacutej
ivyacute
v t
lak
u
neso
um
ěrn
ě s
třiacuted
avyacute
(stř
h
od
no
ta v
tla
ku
)
nes
ou
mě
rně
stř
iacuteda
vyacute
(stř
h
od
no
ta v
tah
u)
sta
tic
kyacute
v t
ah
u
pu
lzu
jiacuteciacute
v t
ah
u
miacutejiv
yacute v
tah
u
1R
1R
R 10R
1R
1R
01R
1R
0R
DPŽ ndash Hrubyacute 28
Uacutenavoveacute křivky napětiacute
DPŽ ndash Hrubyacute 29
Historie uacutenavy materiaacutelu
19 stoletiacute rozvoj technickeacuteho poznaacuteniacute rozšiacuteřeniacute možnosti využitiacute
oceli a kovovyacutech materiaacutelů v běžneacute praxi
Rozvoj železničniacute dopravy parniacute lokomotiva Mr G Stephenson 1829
Stavebnictviacute (mosty a nosneacute konstrukce) Eiffelova věž 1889
Rozvoj lodniacute dopravy
Vyacuteraznyacute technickyacute pokrok rostouciacute počet havaacuteriiacute ndash lomy konstrukciacute
Lomy os železničniacutech soukoliacute (konec 19 st)
August Wőhler (1819-1914)
DPŽ ndash Hrubyacute 30
Odhad meze uacutenavy
Uhliacutek oceli (P=1 )
Střiacutedavyacute tah-tlak σc = 033 (035)Rm
Miacutejivyacute tah-tlak σhc = 061Rm
Střiacutedavyacute ohyb σoc = 043 Rm
Střiacutedavyacute krut τc = 025 Rm
DPŽ ndash Hrubyacute 31
Odhad meze uacutenavy
Meze uacutenavy v ohybu platneacute pro 50 pravděpodobnost porušeniacute
DPŽ ndash Hrubyacute 32
Rm
oblast
Re
C
Woumlhlerova křivka + Frenchova čaacutera
DPŽ ndash Hrubyacute 33
Wőhlerova křivka ndash ocel (bcc) hliniacutek (fcc)
httpwwwtokuroglucomSnCurveExpjpg httpenwikipediaorgwikiFatigue_(material)
DPŽ ndash Hrubyacute 34
Wőhlerova křivka ndash popis šikmeacute čaacutesti
KNw
CNwCN
CN
a
awa
wa
loglog
loglogloglogloglog
loglog
CNwa
bfa N2
Basquin
mocninnyacute tvar
Basquin 11 5231
10
100
1000
1 10 100 1000 10000 100000
N [1]
a [
MP
a]
bfC
1
2
1
bw
1
DPŽ ndash Hrubyacute 35
Wőhlerova křivka ndash celkovyacute popis
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
10E+01 10E+02 10E+03 10E+04 10E+05 10E+06 10E+07 10E+08 10E+09
N [1]
a [
MP
a]
CANw
Ca
Weibullův
KohoutůvndashVěchetův b
CaCN
BN
DPŽ ndash Hrubyacute 36
Dalšiacute odhady meze uacutenavy Vyhodnocovanaacute
veličina
Vztah pro mez uacutenavy při R=-1
(pravděpodobnost poruchy
P=50) [MPa]
Koeficienty a podmiacutenky
platnosti
Autor
mez pevnosti Rm
[MPa]-1=0432timesRm+22
-1=046timesRm
-1=6
1Rm+400
t-1=027timesRm
t-1=0249timesRm+25
konstrukčniacute oceli
oceli do Rm =1400 MPa
oceli do Rm =1200 až 1800
MPa
oceli Rm Ł1200
konstrukčniacute oceli
Buch
Žukov
Ponomarjev
Žukov
Buch
mez kluzu
v tahu Re a krutu
timestk [MPa]
-1=0452timesRe+94
-1=045timesRe+122
t-1=0448times tk+52
konstrukčniacute oceli
konstrukčniacute oceli
konstrukčniacute oceli
Buch
Žukov
Buch
skutečnaacute lomovaacute
pevnost f
[MPa]
-1=035times f ndash10
-1=0315times f -19
konstrukčniacute oceli
konstrukčniacute oceli
Žukov
Mc-Adam
tvrdost HB
[MPa]-1=(0128hellip0156)timesHB
-1=(0168hellip0222)timesHB
uhliacutekoveacute oceli
legovaneacute oceli
Grebenik
Grebenik
meze Rm Re
[MPa]-1=0285times( Re + Rm) konstrukčniacute oceli Šapošnikov
DPŽ ndash Hrubyacute 37
Uacutenavoveacute křivky deformace
DPŽ ndash Hrubyacute 38
Manson-Coffin ndash unavovaacute křivka
deformace
00001
0001
001
01
1
1E+00 1E+01 1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07
počet půlkmitů 2N [1]
am
plitu
da p
om
d
efo
rmace
a [
1]
ae
ap
a
f
f Eb
c
1
1
DPŽ ndash Hrubyacute 39
Manson-Coffin ndash matematickyacute popis
NcNbE
NNE
NNE
fpla
fela
cf
pla
bfela
cf
pla
bfela
2logloglog2log
loglog
2loglog2
loglog
22
cfbfpl
aelaa NN
E22
σfrsquohellipsoučinitel uacutenavoveacute pevnosti bhellipexponent uacutenavoveacute pevnosti
εfrsquohellipsoučinitel uacutenavoveacute deformace chellipexponent uacutenavoveacute deformace
bc
f
fcb
f
ft
ctf
bt
f
aplael
E
EN
NNE
11
2
1
2
1
22
Tranzitniacute počet cyklů Po logaritmickeacute uacutepravě
DPŽ ndash Hrubyacute 40
Cyklickaacute deformačniacute křivka
DPŽ ndash Hrubyacute 41
Ramberg-Osgood (platneacute pro přibližneacute
vyjaacutedřeniacute tahoveacuteho diagramu i cyklickeacute
deformačniacute křivky)
E
el
npl
K
1
elE nplK
1DOsgoodRamberg
1
n
KE
+ =
DPŽ ndash Hrubyacute 42
Hysterezniacute smyčky cyklickaacute deformačniacute křivka
Rambergova-Osgoodova aproximace
Cyklickaacute
deformačniacute
křivka Saturovaneacute
hysterezniacute
smyčky
zpevněniacute
změkčeniacute
cyklickaacute
statickaacute
1D
1n
aaa
KE
D1el
aa E 1Dnpl
aa K
R = -1
DPŽ ndash Hrubyacute 43
Saturovanaacute hysterezniacute smyčka
naapla
elaa
KE
1
Krsquo - modul cyklickeacuteho zpevněniacute
nrsquo - exponent cyklickeacuteho zpevněniacute
E - modul pružnosti v tahu
nplaa K
DPŽ ndash Hrubyacute 44
Masingova aproximace hysterezniacutech
smyček a CDK
Saturovaneacute hysterezniacute smyčky uměle
posunuty spodniacutem rohem do počaacutetku
souřadneacuteho systeacutemu [εpl σ] majiacute
shodnou horniacute větev Většina kovů se
však podle Masingova pravidla nechovaacute
Data převzata z Radim Halama Experimentaacutelniacute poznatky a fenomenologickeacute modelovaacuteniacute cyklickeacute plasticity kovů [Habilitačniacute praacutece VŠB-TU Ostrava] 2009
εpl
σ CDK prochaacuteziacute středy posunutyacutech
hyster smyček
Nevykazuje chovaacuteniacute podle
Masingova pravidla
DPŽ ndash Hrubyacute 45
Odhady uacutenavovyacutech parametrů
Parametr Nelegovaneacute a niacutezkolegovaneacute oceli Hliniacutekoveacute a titanoveacute slitiny
f mRtimes51 mRtimes671
b -0087 -0095
f times590 350
c -058 -069
C mRtimes450 mRtimes420
C timestimestimes 410951450
E
Rm E
Rmtimes420
CN 5105 times 6101times
K mRtimes651 mRtimes611
n 015 011
kde
01 pro 3103 timesŁE
Rm
timesE
Rm01253751 pro 3103 timesE
Rm
0
DPŽ ndash Hrubyacute 46
Koncentrace napětiacute
DPŽ ndash Hrubyacute 47
Koncentrace napětiacute
Součinitel tvaru
(součinitel koncentrace
elastickyacutech napětiacute)
0max
1
x
y
x
nom
maxt
SK
0
1
x
y
x
Poměrnyacute gradient
(gradient normovanyacute maximaacutelniacutem
elastickyacutem napětiacutem)
httpwwwameswebinfoStressConcentrationFactor
StressConcentrationFactorsaspx
DPŽ ndash Hrubyacute 48
Součinitel vrubu β vrubovaacute citlivost q
0
100
200
300
400
500
600
1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07 1E+08
Number of cycles [1]
Str
es
s a
mp
litu
de
[M
Pa
]
smooth
notched
FL
FLN
xc
cfK
q11 Thum
Poloměr vrubu
Vliv vrubu bez
vlivu velikosti
a povrchu
DPŽ ndash Hrubyacute 49
Vliv velikosti a jakosti povrchu
DPŽ ndash Hrubyacute 50
Vliv velikosti součaacutesti - kS
m
d
D
dc
Dc
SV
Vk
exp
exp
10
y
x
S
02
03
04
05
06
07
08
09
1
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
průměr hřiacutedele D [mm]
so
učin
itel veliko
sti
[
1]
Rm=400 až 580Rm=700 až 710litaacute ocelRm=820 až 860Rm=850 až 910Rm=890 až 1000Rm=890 až 1000 aproximacem=-003m=-004m=-005m=-006m=-0068
oceli
DPŽ ndash Hrubyacute 51
Vliv jakosti obrobeniacute povrchu - kSF
kSF
Jakost povrchu
Pevnost v tahu
etalonc
realc
SFk
DPŽ ndash Hrubyacute 52
Vliv technologie uacuteprav povrchu - kT
etalonc
technolc
Tk
DPŽ ndash Hrubyacute 53
Mez uacutenavy reaacutelneacuteho diacutelu ndash dimenzovaacuteniacute
na teoreticky nekonečnou životnost
(trvalou pevnost)
f
TSFScvc
xc
K
kkk
vpcvc
xc
DPŽ ndash Hrubyacute 54
Vliv středniacuteho napětiacute
DPŽ ndash Hrubyacute 55
Vliv středniacuteho napětiacute
DPŽ ndash Hrubyacute 56
Smithův diagram
FL
DPŽ ndash Hrubyacute 57
Haighův (Goodmanův) diagram
0Re Re Rm
Re
-m +m
a
aekv
k
F
mCA
1
F
mCA
1
a
m
F Re
C
k = 2
CC
F tg
k = 1
odhad fiktivniacuteho napětiacute
tah
ohyb
krut
Rm
Rm
Rm
F
F
F
8070
7151
t
Hodnoty součinitele citlivosti k asymetrii cyklu ψ
(bdquosbiacutehavostldquo)
Goodmanova čaacutera
DPŽ ndash Hrubyacute 58
Vyacutepočet bezpečnosti
pt
mx
c
a
k
1
1
kt
m
kt
a
k
1
2
21min kkk
1pt
M
x
c
A
1
kt
M
kt
A
aA k mM k
DPŽ ndash Hrubyacute 59
Př Prutovaacute soustava ndash SU
bull absolutně tuhyacute traacutem
bull h = 1 000 mm
bull a = 500 mm
bull mez pevnosti materiaacutelu prutů 600 MPa
bull hladkeacute pruty kruhovyacute průřez 100 mm2
bull povrch prutů leštěn ndash souč jak povrchu 095
bull součinitele velikosti všech prutů 098
bull Fh = + 10 000 N
bull Fd = - 10 000 N
bull určit bezpečnost pro teoreticky
nekonečnou životnost
h
2a
F
a2
DPŽ ndash Hrubyacute 60
Př Prutovaacute soustava ndash SN
bull absolutně tuhyacute traacutem
bull h = 1 000 mm
bull a = 500 mm
bull mez pevnosti materiaacutelu prutů 600 MPa
bull hladkeacute pruty kruhovyacute průřez 100 mm2
bull povrch prutů leštěn ndash souč jak povrchu 095
bull součinitele velikosti všech prutů 098
bull Fh = + 20 000 N
bull Fd = - 20 000 N
bull určit bezpečnost pro teoreticky
nekonečnou životnost
h
a a
F
a2
DPŽ ndash Hrubyacute 61
Př Prutovaacute soustava ndash SU ndash 2 parametry
bull určit maximaacutelniacute rozmeziacute symetricky
střiacutedavyacutech sil (působiacuteciacutech ve faacutezi) pro
teoreticky nekonečnou životnost v
zaacutevislosti na uacutehlu alfa
bull l = 1 000 mm
bull mez pevnosti materiaacutelu prutů 600
MPa
bull hladkeacute pruty kruhovyacute průřez 100
mm2
bull povrch prutů leštěn ndash souč jak
povrchu 095
bull součinitele velikosti všech prutů 098
V
H
l l
1 2
V
H
N1 N2
DPŽ ndash Hrubyacute 62
zakresleniacute diagramu pro mezniacute stav
A
Vxc
A
Hxc
cos2
cos2
cotg
cos2
cotg
cos2
bezpečnost gt 1 jeden prut na mezi
uacutenavy součaacutesti tj v
jednom prutu
bezpečnost rovna
jedneacute
Př Prutovaacute soustava ndash SU ndash 2 parametry
DPŽ ndash Hrubyacute 63
Reaacutelneacute napěťodeformačniacute stavy ve
vrubech
DPŽ ndash Hrubyacute 64
Součinitel tvaru (s koncentrace
elastickyacutech napětiacute)
Součinitel koncentrace napětiacute
Součinitel koncentrace deformace
Reaacutelnaacute napětiacute a deformace ve vrubech
0
0
0
0
e
B
S
C
eSK ficfic
t
0
0
S
C
SK
0
0
e
B
eK
e
(nom)
B 0 fic
S (nom)
Brsquo
A
Arsquo
fic=S
=timesS
=times
Crsquo
C
DPŽ ndash Hrubyacute 65
Skutečnaacute napětiacute a deformace ve vrubech
22SeeS
12
0
2
12d
2
nplnpl
vKnE
KE
U
pl
Neuber Glinka
1
22
1 n
vKE
U
vfic UU
nomnomficficfic SeU 22
2
1
2
1
2
1
z rovnosti
ploch
DPŽ ndash Hrubyacute 66
0
fic
m=1
m=066
m=05m=01
m=0
Zobecněneacute Neuberovo pravidlo
5050 el
fic E
elfic EE
2
m=0 platiacute pro tvrdeacute zatěžovaacuteniacute tj
napětiacute deformačniacuteho původu
rovnoměrně rozděleneacute po
průřezu
m=1 platiacute pro měkkeacute zatěžovaacuteniacute tj
napětiacute siloveacuteho původu
rovnoměrně rozděleneacute po
průřezu
m=01 pro napětiacute deformačniacuteho
původu mimo vruby (např
teplotniacute pnutiacute)
m=05 pro vruby zatiacuteženeacute silově i
deformačně (Neuberovo
pravidlo)
m=06 pro napětiacute siloveacuteho původu
nerovnoměrně rozloženaacute po
průřezu (např při ohybu) mmel
fic E 1
DPŽ ndash Hrubyacute 67
Př Ramberg-Osgood 12
Vzorek bez vrubu z oceli 11 5231 je vystaven tvrdeacutemu zatěžovaacuteniacute o amplitudě celkoveacute
deformace 102 3timesa Určit amplitudu napětiacute Je zadaacuteno
MPa10072 5timesE
MPa1164K
1990n
0
100
200
300
400
500
600
700
0000 0005 0010 0015 0020 0025 0030
am
plitu
da n
ap
ětiacute
[M
Pa]
amplituda poměrneacute plastikeacute deformace [-]
CDK
n
apla K
DPŽ ndash Hrubyacute 68
-300 -200 -100 0 100 200 300260
280
300
320
340
360
380
ai
ai+
1
Př Ramberg-Osgood 22
MATLAB
sig=50
krok=0
for i=110000
krok=krok+1
Sig=1164(2e-3 - sig207e5)^0199
if abs(Sig-sig)lt00001
break
end
sig=Sig
end Pro libovolnyacute odhad je řešeniacute MPa273a
1990
5
1
1007200201164
times
iai
a
19901
5 1164100720020
times aa
1
naa
aKE
DPŽ ndash Hrubyacute 69
Př koncentrace napětiacute vs deformace 13
Vzorek z oceli 11 5231 je vystaven měkkeacutemu zatěžovaacuteniacute v podeacutelneacutem směru o amplitudě
napětiacute 200 MPa Určit elastickou a plastickou složku poměrneacute deformace
662
MPa10072 5timesE MPa1164K 1990n
zadaacuteno vůči neoslabeneacutemu nominaacutelniacutemu napětiacute
mimo vrub pro danou hladinu zatiacuteženiacute
200
Oslash10
20
5
DPŽ ndash Hrubyacute 70
MPa3533200662 times avruba
319901
1
1014301164
200
times
na
aplK
019801164
3533
19901
1
nvrubavrub
aplK
3
5109660
10072
200 timestimes
E
aael
0026010072
35335
times
E
vrubavrub
ael
333 101091109660101430 timestimestimes aplaela
1720101091
022403
times
a
vruba
Př koncentrace napětiacute vs deformace 23
022400198000260 vrubapl
vrubael
vruba
DPŽ ndash Hrubyacute 71
Př koncentrace napětiacute vs deformace 33
MKP elastickeacute řešeniacute
MKP elastoplastickeacute řešeniacute
324200
863max a
a
1720
662
DPŽ ndash Hrubyacute 72
Př Vetknutyacute sloupek 12
-16 K10511 times
50 100
Ocelovyacute sloupek = lopatka dmychadla je vloženyacute mezi dva tuheacute členy = disky
oběžneacuteho kola a je namaacutehaacuten cyklicky proměnnou teplotou
Uacutekol Posoudit zda hroziacute porušeniacute při 10 000 teplotniacutech cyklech
Daacuteno rozsah pracovniacutech teplot T1 = 22 degC T2 = 370 degC
modul pružnosti v tahu E = 205 GPa
uacutenavovaacute křivka poměrneacute deformace vztaženaacute
k provozniacute teplotě s parametry
160b
580c
MPa1140 f
10 f
teplotniacute roztažnost
DPŽ ndash Hrubyacute 73
C3482237012 TTT
336 1000122
10002434810511 times
timestimestimes
teplotaaT
3580160
5104601000201000020
10052
1140
22
times
times
c
fbf
a NNE
hroziacute poruchateplota
aa Ł
Př Vetknutyacute sloupek 22
DPŽ ndash Hrubyacute 74
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 14
22SeeS
nomnomficfic Se 22
2
1
2
1
2
1
2
1
Neuber
1
2222
2222
1 nfic
vKEEE
SSeU
mmelfic E 1
c
bnK
nf
f
b
c
f
fE
do Ramberga-Osgooda
naaa
KE
1
DPŽ ndash Hrubyacute 75
mmelfic E 1
m
bc
f
f
m
ficEE
E
1
m
bc
f
fmm
ficE
E
1
1
0
f
1
fic
m
bc
f
fm E
i
iii
f
f1
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 24
DPŽ ndash Hrubyacute 76
11
1
1
1
1
1
bc
f
i
f
f
m
bc
f
i
fimi
m
bc
f
i
fimi
fic
m
bc
f
i
fimi
ii
b
cEEmEm
E
1
npl
K
E
el
1
n
KE
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 34
DPŽ ndash Hrubyacute 77
K [MPa] n [-] c [-] εrsquof [-] b [-] σrsquof [MPa] E [MPa]
1020 014066 -06586 0921985 -0092718 1009234 21105
MPa700fic 50m
Iterace
Napětiacute ve vrubu
[MPa]
0 700
1 55953
2 48112
3 45414
4 45114
5 45111
6 45111 0005175
00030270002148
plel
00030271020
11451
1406601
1
npl
K
00021481012
114515
times
E
el
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 44
DPŽ ndash Hrubyacute 27
Druhy kmitů sta
tickyacute v
tla
ku
pu
lzu
jiacuteciacute
v t
laku
sym
etr
ick
y s
třiacuted
avyacute
miacutej
ivyacute
v t
lak
u
neso
um
ěrn
ě s
třiacuted
avyacute
(stř
h
od
no
ta v
tla
ku
)
nes
ou
mě
rně
stř
iacuteda
vyacute
(stř
h
od
no
ta v
tah
u)
sta
tic
kyacute
v t
ah
u
pu
lzu
jiacuteciacute
v t
ah
u
miacutejiv
yacute v
tah
u
1R
1R
R 10R
1R
1R
01R
1R
0R
DPŽ ndash Hrubyacute 28
Uacutenavoveacute křivky napětiacute
DPŽ ndash Hrubyacute 29
Historie uacutenavy materiaacutelu
19 stoletiacute rozvoj technickeacuteho poznaacuteniacute rozšiacuteřeniacute možnosti využitiacute
oceli a kovovyacutech materiaacutelů v běžneacute praxi
Rozvoj železničniacute dopravy parniacute lokomotiva Mr G Stephenson 1829
Stavebnictviacute (mosty a nosneacute konstrukce) Eiffelova věž 1889
Rozvoj lodniacute dopravy
Vyacuteraznyacute technickyacute pokrok rostouciacute počet havaacuteriiacute ndash lomy konstrukciacute
Lomy os železničniacutech soukoliacute (konec 19 st)
August Wőhler (1819-1914)
DPŽ ndash Hrubyacute 30
Odhad meze uacutenavy
Uhliacutek oceli (P=1 )
Střiacutedavyacute tah-tlak σc = 033 (035)Rm
Miacutejivyacute tah-tlak σhc = 061Rm
Střiacutedavyacute ohyb σoc = 043 Rm
Střiacutedavyacute krut τc = 025 Rm
DPŽ ndash Hrubyacute 31
Odhad meze uacutenavy
Meze uacutenavy v ohybu platneacute pro 50 pravděpodobnost porušeniacute
DPŽ ndash Hrubyacute 32
Rm
oblast
Re
C
Woumlhlerova křivka + Frenchova čaacutera
DPŽ ndash Hrubyacute 33
Wőhlerova křivka ndash ocel (bcc) hliniacutek (fcc)
httpwwwtokuroglucomSnCurveExpjpg httpenwikipediaorgwikiFatigue_(material)
DPŽ ndash Hrubyacute 34
Wőhlerova křivka ndash popis šikmeacute čaacutesti
KNw
CNwCN
CN
a
awa
wa
loglog
loglogloglogloglog
loglog
CNwa
bfa N2
Basquin
mocninnyacute tvar
Basquin 11 5231
10
100
1000
1 10 100 1000 10000 100000
N [1]
a [
MP
a]
bfC
1
2
1
bw
1
DPŽ ndash Hrubyacute 35
Wőhlerova křivka ndash celkovyacute popis
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
10E+01 10E+02 10E+03 10E+04 10E+05 10E+06 10E+07 10E+08 10E+09
N [1]
a [
MP
a]
CANw
Ca
Weibullův
KohoutůvndashVěchetův b
CaCN
BN
DPŽ ndash Hrubyacute 36
Dalšiacute odhady meze uacutenavy Vyhodnocovanaacute
veličina
Vztah pro mez uacutenavy při R=-1
(pravděpodobnost poruchy
P=50) [MPa]
Koeficienty a podmiacutenky
platnosti
Autor
mez pevnosti Rm
[MPa]-1=0432timesRm+22
-1=046timesRm
-1=6
1Rm+400
t-1=027timesRm
t-1=0249timesRm+25
konstrukčniacute oceli
oceli do Rm =1400 MPa
oceli do Rm =1200 až 1800
MPa
oceli Rm Ł1200
konstrukčniacute oceli
Buch
Žukov
Ponomarjev
Žukov
Buch
mez kluzu
v tahu Re a krutu
timestk [MPa]
-1=0452timesRe+94
-1=045timesRe+122
t-1=0448times tk+52
konstrukčniacute oceli
konstrukčniacute oceli
konstrukčniacute oceli
Buch
Žukov
Buch
skutečnaacute lomovaacute
pevnost f
[MPa]
-1=035times f ndash10
-1=0315times f -19
konstrukčniacute oceli
konstrukčniacute oceli
Žukov
Mc-Adam
tvrdost HB
[MPa]-1=(0128hellip0156)timesHB
-1=(0168hellip0222)timesHB
uhliacutekoveacute oceli
legovaneacute oceli
Grebenik
Grebenik
meze Rm Re
[MPa]-1=0285times( Re + Rm) konstrukčniacute oceli Šapošnikov
DPŽ ndash Hrubyacute 37
Uacutenavoveacute křivky deformace
DPŽ ndash Hrubyacute 38
Manson-Coffin ndash unavovaacute křivka
deformace
00001
0001
001
01
1
1E+00 1E+01 1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07
počet půlkmitů 2N [1]
am
plitu
da p
om
d
efo
rmace
a [
1]
ae
ap
a
f
f Eb
c
1
1
DPŽ ndash Hrubyacute 39
Manson-Coffin ndash matematickyacute popis
NcNbE
NNE
NNE
fpla
fela
cf
pla
bfela
cf
pla
bfela
2logloglog2log
loglog
2loglog2
loglog
22
cfbfpl
aelaa NN
E22
σfrsquohellipsoučinitel uacutenavoveacute pevnosti bhellipexponent uacutenavoveacute pevnosti
εfrsquohellipsoučinitel uacutenavoveacute deformace chellipexponent uacutenavoveacute deformace
bc
f
fcb
f
ft
ctf
bt
f
aplael
E
EN
NNE
11
2
1
2
1
22
Tranzitniacute počet cyklů Po logaritmickeacute uacutepravě
DPŽ ndash Hrubyacute 40
Cyklickaacute deformačniacute křivka
DPŽ ndash Hrubyacute 41
Ramberg-Osgood (platneacute pro přibližneacute
vyjaacutedřeniacute tahoveacuteho diagramu i cyklickeacute
deformačniacute křivky)
E
el
npl
K
1
elE nplK
1DOsgoodRamberg
1
n
KE
+ =
DPŽ ndash Hrubyacute 42
Hysterezniacute smyčky cyklickaacute deformačniacute křivka
Rambergova-Osgoodova aproximace
Cyklickaacute
deformačniacute
křivka Saturovaneacute
hysterezniacute
smyčky
zpevněniacute
změkčeniacute
cyklickaacute
statickaacute
1D
1n
aaa
KE
D1el
aa E 1Dnpl
aa K
R = -1
DPŽ ndash Hrubyacute 43
Saturovanaacute hysterezniacute smyčka
naapla
elaa
KE
1
Krsquo - modul cyklickeacuteho zpevněniacute
nrsquo - exponent cyklickeacuteho zpevněniacute
E - modul pružnosti v tahu
nplaa K
DPŽ ndash Hrubyacute 44
Masingova aproximace hysterezniacutech
smyček a CDK
Saturovaneacute hysterezniacute smyčky uměle
posunuty spodniacutem rohem do počaacutetku
souřadneacuteho systeacutemu [εpl σ] majiacute
shodnou horniacute větev Většina kovů se
však podle Masingova pravidla nechovaacute
Data převzata z Radim Halama Experimentaacutelniacute poznatky a fenomenologickeacute modelovaacuteniacute cyklickeacute plasticity kovů [Habilitačniacute praacutece VŠB-TU Ostrava] 2009
εpl
σ CDK prochaacuteziacute středy posunutyacutech
hyster smyček
Nevykazuje chovaacuteniacute podle
Masingova pravidla
DPŽ ndash Hrubyacute 45
Odhady uacutenavovyacutech parametrů
Parametr Nelegovaneacute a niacutezkolegovaneacute oceli Hliniacutekoveacute a titanoveacute slitiny
f mRtimes51 mRtimes671
b -0087 -0095
f times590 350
c -058 -069
C mRtimes450 mRtimes420
C timestimestimes 410951450
E
Rm E
Rmtimes420
CN 5105 times 6101times
K mRtimes651 mRtimes611
n 015 011
kde
01 pro 3103 timesŁE
Rm
timesE
Rm01253751 pro 3103 timesE
Rm
0
DPŽ ndash Hrubyacute 46
Koncentrace napětiacute
DPŽ ndash Hrubyacute 47
Koncentrace napětiacute
Součinitel tvaru
(součinitel koncentrace
elastickyacutech napětiacute)
0max
1
x
y
x
nom
maxt
SK
0
1
x
y
x
Poměrnyacute gradient
(gradient normovanyacute maximaacutelniacutem
elastickyacutem napětiacutem)
httpwwwameswebinfoStressConcentrationFactor
StressConcentrationFactorsaspx
DPŽ ndash Hrubyacute 48
Součinitel vrubu β vrubovaacute citlivost q
0
100
200
300
400
500
600
1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07 1E+08
Number of cycles [1]
Str
es
s a
mp
litu
de
[M
Pa
]
smooth
notched
FL
FLN
xc
cfK
q11 Thum
Poloměr vrubu
Vliv vrubu bez
vlivu velikosti
a povrchu
DPŽ ndash Hrubyacute 49
Vliv velikosti a jakosti povrchu
DPŽ ndash Hrubyacute 50
Vliv velikosti součaacutesti - kS
m
d
D
dc
Dc
SV
Vk
exp
exp
10
y
x
S
02
03
04
05
06
07
08
09
1
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
průměr hřiacutedele D [mm]
so
učin
itel veliko
sti
[
1]
Rm=400 až 580Rm=700 až 710litaacute ocelRm=820 až 860Rm=850 až 910Rm=890 až 1000Rm=890 až 1000 aproximacem=-003m=-004m=-005m=-006m=-0068
oceli
DPŽ ndash Hrubyacute 51
Vliv jakosti obrobeniacute povrchu - kSF
kSF
Jakost povrchu
Pevnost v tahu
etalonc
realc
SFk
DPŽ ndash Hrubyacute 52
Vliv technologie uacuteprav povrchu - kT
etalonc
technolc
Tk
DPŽ ndash Hrubyacute 53
Mez uacutenavy reaacutelneacuteho diacutelu ndash dimenzovaacuteniacute
na teoreticky nekonečnou životnost
(trvalou pevnost)
f
TSFScvc
xc
K
kkk
vpcvc
xc
DPŽ ndash Hrubyacute 54
Vliv středniacuteho napětiacute
DPŽ ndash Hrubyacute 55
Vliv středniacuteho napětiacute
DPŽ ndash Hrubyacute 56
Smithův diagram
FL
DPŽ ndash Hrubyacute 57
Haighův (Goodmanův) diagram
0Re Re Rm
Re
-m +m
a
aekv
k
F
mCA
1
F
mCA
1
a
m
F Re
C
k = 2
CC
F tg
k = 1
odhad fiktivniacuteho napětiacute
tah
ohyb
krut
Rm
Rm
Rm
F
F
F
8070
7151
t
Hodnoty součinitele citlivosti k asymetrii cyklu ψ
(bdquosbiacutehavostldquo)
Goodmanova čaacutera
DPŽ ndash Hrubyacute 58
Vyacutepočet bezpečnosti
pt
mx
c
a
k
1
1
kt
m
kt
a
k
1
2
21min kkk
1pt
M
x
c
A
1
kt
M
kt
A
aA k mM k
DPŽ ndash Hrubyacute 59
Př Prutovaacute soustava ndash SU
bull absolutně tuhyacute traacutem
bull h = 1 000 mm
bull a = 500 mm
bull mez pevnosti materiaacutelu prutů 600 MPa
bull hladkeacute pruty kruhovyacute průřez 100 mm2
bull povrch prutů leštěn ndash souč jak povrchu 095
bull součinitele velikosti všech prutů 098
bull Fh = + 10 000 N
bull Fd = - 10 000 N
bull určit bezpečnost pro teoreticky
nekonečnou životnost
h
2a
F
a2
DPŽ ndash Hrubyacute 60
Př Prutovaacute soustava ndash SN
bull absolutně tuhyacute traacutem
bull h = 1 000 mm
bull a = 500 mm
bull mez pevnosti materiaacutelu prutů 600 MPa
bull hladkeacute pruty kruhovyacute průřez 100 mm2
bull povrch prutů leštěn ndash souč jak povrchu 095
bull součinitele velikosti všech prutů 098
bull Fh = + 20 000 N
bull Fd = - 20 000 N
bull určit bezpečnost pro teoreticky
nekonečnou životnost
h
a a
F
a2
DPŽ ndash Hrubyacute 61
Př Prutovaacute soustava ndash SU ndash 2 parametry
bull určit maximaacutelniacute rozmeziacute symetricky
střiacutedavyacutech sil (působiacuteciacutech ve faacutezi) pro
teoreticky nekonečnou životnost v
zaacutevislosti na uacutehlu alfa
bull l = 1 000 mm
bull mez pevnosti materiaacutelu prutů 600
MPa
bull hladkeacute pruty kruhovyacute průřez 100
mm2
bull povrch prutů leštěn ndash souč jak
povrchu 095
bull součinitele velikosti všech prutů 098
V
H
l l
1 2
V
H
N1 N2
DPŽ ndash Hrubyacute 62
zakresleniacute diagramu pro mezniacute stav
A
Vxc
A
Hxc
cos2
cos2
cotg
cos2
cotg
cos2
bezpečnost gt 1 jeden prut na mezi
uacutenavy součaacutesti tj v
jednom prutu
bezpečnost rovna
jedneacute
Př Prutovaacute soustava ndash SU ndash 2 parametry
DPŽ ndash Hrubyacute 63
Reaacutelneacute napěťodeformačniacute stavy ve
vrubech
DPŽ ndash Hrubyacute 64
Součinitel tvaru (s koncentrace
elastickyacutech napětiacute)
Součinitel koncentrace napětiacute
Součinitel koncentrace deformace
Reaacutelnaacute napětiacute a deformace ve vrubech
0
0
0
0
e
B
S
C
eSK ficfic
t
0
0
S
C
SK
0
0
e
B
eK
e
(nom)
B 0 fic
S (nom)
Brsquo
A
Arsquo
fic=S
=timesS
=times
Crsquo
C
DPŽ ndash Hrubyacute 65
Skutečnaacute napětiacute a deformace ve vrubech
22SeeS
12
0
2
12d
2
nplnpl
vKnE
KE
U
pl
Neuber Glinka
1
22
1 n
vKE
U
vfic UU
nomnomficficfic SeU 22
2
1
2
1
2
1
z rovnosti
ploch
DPŽ ndash Hrubyacute 66
0
fic
m=1
m=066
m=05m=01
m=0
Zobecněneacute Neuberovo pravidlo
5050 el
fic E
elfic EE
2
m=0 platiacute pro tvrdeacute zatěžovaacuteniacute tj
napětiacute deformačniacuteho původu
rovnoměrně rozděleneacute po
průřezu
m=1 platiacute pro měkkeacute zatěžovaacuteniacute tj
napětiacute siloveacuteho původu
rovnoměrně rozděleneacute po
průřezu
m=01 pro napětiacute deformačniacuteho
původu mimo vruby (např
teplotniacute pnutiacute)
m=05 pro vruby zatiacuteženeacute silově i
deformačně (Neuberovo
pravidlo)
m=06 pro napětiacute siloveacuteho původu
nerovnoměrně rozloženaacute po
průřezu (např při ohybu) mmel
fic E 1
DPŽ ndash Hrubyacute 67
Př Ramberg-Osgood 12
Vzorek bez vrubu z oceli 11 5231 je vystaven tvrdeacutemu zatěžovaacuteniacute o amplitudě celkoveacute
deformace 102 3timesa Určit amplitudu napětiacute Je zadaacuteno
MPa10072 5timesE
MPa1164K
1990n
0
100
200
300
400
500
600
700
0000 0005 0010 0015 0020 0025 0030
am
plitu
da n
ap
ětiacute
[M
Pa]
amplituda poměrneacute plastikeacute deformace [-]
CDK
n
apla K
DPŽ ndash Hrubyacute 68
-300 -200 -100 0 100 200 300260
280
300
320
340
360
380
ai
ai+
1
Př Ramberg-Osgood 22
MATLAB
sig=50
krok=0
for i=110000
krok=krok+1
Sig=1164(2e-3 - sig207e5)^0199
if abs(Sig-sig)lt00001
break
end
sig=Sig
end Pro libovolnyacute odhad je řešeniacute MPa273a
1990
5
1
1007200201164
times
iai
a
19901
5 1164100720020
times aa
1
naa
aKE
DPŽ ndash Hrubyacute 69
Př koncentrace napětiacute vs deformace 13
Vzorek z oceli 11 5231 je vystaven měkkeacutemu zatěžovaacuteniacute v podeacutelneacutem směru o amplitudě
napětiacute 200 MPa Určit elastickou a plastickou složku poměrneacute deformace
662
MPa10072 5timesE MPa1164K 1990n
zadaacuteno vůči neoslabeneacutemu nominaacutelniacutemu napětiacute
mimo vrub pro danou hladinu zatiacuteženiacute
200
Oslash10
20
5
DPŽ ndash Hrubyacute 70
MPa3533200662 times avruba
319901
1
1014301164
200
times
na
aplK
019801164
3533
19901
1
nvrubavrub
aplK
3
5109660
10072
200 timestimes
E
aael
0026010072
35335
times
E
vrubavrub
ael
333 101091109660101430 timestimestimes aplaela
1720101091
022403
times
a
vruba
Př koncentrace napětiacute vs deformace 23
022400198000260 vrubapl
vrubael
vruba
DPŽ ndash Hrubyacute 71
Př koncentrace napětiacute vs deformace 33
MKP elastickeacute řešeniacute
MKP elastoplastickeacute řešeniacute
324200
863max a
a
1720
662
DPŽ ndash Hrubyacute 72
Př Vetknutyacute sloupek 12
-16 K10511 times
50 100
Ocelovyacute sloupek = lopatka dmychadla je vloženyacute mezi dva tuheacute členy = disky
oběžneacuteho kola a je namaacutehaacuten cyklicky proměnnou teplotou
Uacutekol Posoudit zda hroziacute porušeniacute při 10 000 teplotniacutech cyklech
Daacuteno rozsah pracovniacutech teplot T1 = 22 degC T2 = 370 degC
modul pružnosti v tahu E = 205 GPa
uacutenavovaacute křivka poměrneacute deformace vztaženaacute
k provozniacute teplotě s parametry
160b
580c
MPa1140 f
10 f
teplotniacute roztažnost
DPŽ ndash Hrubyacute 73
C3482237012 TTT
336 1000122
10002434810511 times
timestimestimes
teplotaaT
3580160
5104601000201000020
10052
1140
22
times
times
c
fbf
a NNE
hroziacute poruchateplota
aa Ł
Př Vetknutyacute sloupek 22
DPŽ ndash Hrubyacute 74
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 14
22SeeS
nomnomficfic Se 22
2
1
2
1
2
1
2
1
Neuber
1
2222
2222
1 nfic
vKEEE
SSeU
mmelfic E 1
c
bnK
nf
f
b
c
f
fE
do Ramberga-Osgooda
naaa
KE
1
DPŽ ndash Hrubyacute 75
mmelfic E 1
m
bc
f
f
m
ficEE
E
1
m
bc
f
fmm
ficE
E
1
1
0
f
1
fic
m
bc
f
fm E
i
iii
f
f1
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 24
DPŽ ndash Hrubyacute 76
11
1
1
1
1
1
bc
f
i
f
f
m
bc
f
i
fimi
m
bc
f
i
fimi
fic
m
bc
f
i
fimi
ii
b
cEEmEm
E
1
npl
K
E
el
1
n
KE
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 34
DPŽ ndash Hrubyacute 77
K [MPa] n [-] c [-] εrsquof [-] b [-] σrsquof [MPa] E [MPa]
1020 014066 -06586 0921985 -0092718 1009234 21105
MPa700fic 50m
Iterace
Napětiacute ve vrubu
[MPa]
0 700
1 55953
2 48112
3 45414
4 45114
5 45111
6 45111 0005175
00030270002148
plel
00030271020
11451
1406601
1
npl
K
00021481012
114515
times
E
el
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 44
DPŽ ndash Hrubyacute 28
Uacutenavoveacute křivky napětiacute
DPŽ ndash Hrubyacute 29
Historie uacutenavy materiaacutelu
19 stoletiacute rozvoj technickeacuteho poznaacuteniacute rozšiacuteřeniacute možnosti využitiacute
oceli a kovovyacutech materiaacutelů v běžneacute praxi
Rozvoj železničniacute dopravy parniacute lokomotiva Mr G Stephenson 1829
Stavebnictviacute (mosty a nosneacute konstrukce) Eiffelova věž 1889
Rozvoj lodniacute dopravy
Vyacuteraznyacute technickyacute pokrok rostouciacute počet havaacuteriiacute ndash lomy konstrukciacute
Lomy os železničniacutech soukoliacute (konec 19 st)
August Wőhler (1819-1914)
DPŽ ndash Hrubyacute 30
Odhad meze uacutenavy
Uhliacutek oceli (P=1 )
Střiacutedavyacute tah-tlak σc = 033 (035)Rm
Miacutejivyacute tah-tlak σhc = 061Rm
Střiacutedavyacute ohyb σoc = 043 Rm
Střiacutedavyacute krut τc = 025 Rm
DPŽ ndash Hrubyacute 31
Odhad meze uacutenavy
Meze uacutenavy v ohybu platneacute pro 50 pravděpodobnost porušeniacute
DPŽ ndash Hrubyacute 32
Rm
oblast
Re
C
Woumlhlerova křivka + Frenchova čaacutera
DPŽ ndash Hrubyacute 33
Wőhlerova křivka ndash ocel (bcc) hliniacutek (fcc)
httpwwwtokuroglucomSnCurveExpjpg httpenwikipediaorgwikiFatigue_(material)
DPŽ ndash Hrubyacute 34
Wőhlerova křivka ndash popis šikmeacute čaacutesti
KNw
CNwCN
CN
a
awa
wa
loglog
loglogloglogloglog
loglog
CNwa
bfa N2
Basquin
mocninnyacute tvar
Basquin 11 5231
10
100
1000
1 10 100 1000 10000 100000
N [1]
a [
MP
a]
bfC
1
2
1
bw
1
DPŽ ndash Hrubyacute 35
Wőhlerova křivka ndash celkovyacute popis
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
10E+01 10E+02 10E+03 10E+04 10E+05 10E+06 10E+07 10E+08 10E+09
N [1]
a [
MP
a]
CANw
Ca
Weibullův
KohoutůvndashVěchetův b
CaCN
BN
DPŽ ndash Hrubyacute 36
Dalšiacute odhady meze uacutenavy Vyhodnocovanaacute
veličina
Vztah pro mez uacutenavy při R=-1
(pravděpodobnost poruchy
P=50) [MPa]
Koeficienty a podmiacutenky
platnosti
Autor
mez pevnosti Rm
[MPa]-1=0432timesRm+22
-1=046timesRm
-1=6
1Rm+400
t-1=027timesRm
t-1=0249timesRm+25
konstrukčniacute oceli
oceli do Rm =1400 MPa
oceli do Rm =1200 až 1800
MPa
oceli Rm Ł1200
konstrukčniacute oceli
Buch
Žukov
Ponomarjev
Žukov
Buch
mez kluzu
v tahu Re a krutu
timestk [MPa]
-1=0452timesRe+94
-1=045timesRe+122
t-1=0448times tk+52
konstrukčniacute oceli
konstrukčniacute oceli
konstrukčniacute oceli
Buch
Žukov
Buch
skutečnaacute lomovaacute
pevnost f
[MPa]
-1=035times f ndash10
-1=0315times f -19
konstrukčniacute oceli
konstrukčniacute oceli
Žukov
Mc-Adam
tvrdost HB
[MPa]-1=(0128hellip0156)timesHB
-1=(0168hellip0222)timesHB
uhliacutekoveacute oceli
legovaneacute oceli
Grebenik
Grebenik
meze Rm Re
[MPa]-1=0285times( Re + Rm) konstrukčniacute oceli Šapošnikov
DPŽ ndash Hrubyacute 37
Uacutenavoveacute křivky deformace
DPŽ ndash Hrubyacute 38
Manson-Coffin ndash unavovaacute křivka
deformace
00001
0001
001
01
1
1E+00 1E+01 1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07
počet půlkmitů 2N [1]
am
plitu
da p
om
d
efo
rmace
a [
1]
ae
ap
a
f
f Eb
c
1
1
DPŽ ndash Hrubyacute 39
Manson-Coffin ndash matematickyacute popis
NcNbE
NNE
NNE
fpla
fela
cf
pla
bfela
cf
pla
bfela
2logloglog2log
loglog
2loglog2
loglog
22
cfbfpl
aelaa NN
E22
σfrsquohellipsoučinitel uacutenavoveacute pevnosti bhellipexponent uacutenavoveacute pevnosti
εfrsquohellipsoučinitel uacutenavoveacute deformace chellipexponent uacutenavoveacute deformace
bc
f
fcb
f
ft
ctf
bt
f
aplael
E
EN
NNE
11
2
1
2
1
22
Tranzitniacute počet cyklů Po logaritmickeacute uacutepravě
DPŽ ndash Hrubyacute 40
Cyklickaacute deformačniacute křivka
DPŽ ndash Hrubyacute 41
Ramberg-Osgood (platneacute pro přibližneacute
vyjaacutedřeniacute tahoveacuteho diagramu i cyklickeacute
deformačniacute křivky)
E
el
npl
K
1
elE nplK
1DOsgoodRamberg
1
n
KE
+ =
DPŽ ndash Hrubyacute 42
Hysterezniacute smyčky cyklickaacute deformačniacute křivka
Rambergova-Osgoodova aproximace
Cyklickaacute
deformačniacute
křivka Saturovaneacute
hysterezniacute
smyčky
zpevněniacute
změkčeniacute
cyklickaacute
statickaacute
1D
1n
aaa
KE
D1el
aa E 1Dnpl
aa K
R = -1
DPŽ ndash Hrubyacute 43
Saturovanaacute hysterezniacute smyčka
naapla
elaa
KE
1
Krsquo - modul cyklickeacuteho zpevněniacute
nrsquo - exponent cyklickeacuteho zpevněniacute
E - modul pružnosti v tahu
nplaa K
DPŽ ndash Hrubyacute 44
Masingova aproximace hysterezniacutech
smyček a CDK
Saturovaneacute hysterezniacute smyčky uměle
posunuty spodniacutem rohem do počaacutetku
souřadneacuteho systeacutemu [εpl σ] majiacute
shodnou horniacute větev Většina kovů se
však podle Masingova pravidla nechovaacute
Data převzata z Radim Halama Experimentaacutelniacute poznatky a fenomenologickeacute modelovaacuteniacute cyklickeacute plasticity kovů [Habilitačniacute praacutece VŠB-TU Ostrava] 2009
εpl
σ CDK prochaacuteziacute středy posunutyacutech
hyster smyček
Nevykazuje chovaacuteniacute podle
Masingova pravidla
DPŽ ndash Hrubyacute 45
Odhady uacutenavovyacutech parametrů
Parametr Nelegovaneacute a niacutezkolegovaneacute oceli Hliniacutekoveacute a titanoveacute slitiny
f mRtimes51 mRtimes671
b -0087 -0095
f times590 350
c -058 -069
C mRtimes450 mRtimes420
C timestimestimes 410951450
E
Rm E
Rmtimes420
CN 5105 times 6101times
K mRtimes651 mRtimes611
n 015 011
kde
01 pro 3103 timesŁE
Rm
timesE
Rm01253751 pro 3103 timesE
Rm
0
DPŽ ndash Hrubyacute 46
Koncentrace napětiacute
DPŽ ndash Hrubyacute 47
Koncentrace napětiacute
Součinitel tvaru
(součinitel koncentrace
elastickyacutech napětiacute)
0max
1
x
y
x
nom
maxt
SK
0
1
x
y
x
Poměrnyacute gradient
(gradient normovanyacute maximaacutelniacutem
elastickyacutem napětiacutem)
httpwwwameswebinfoStressConcentrationFactor
StressConcentrationFactorsaspx
DPŽ ndash Hrubyacute 48
Součinitel vrubu β vrubovaacute citlivost q
0
100
200
300
400
500
600
1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07 1E+08
Number of cycles [1]
Str
es
s a
mp
litu
de
[M
Pa
]
smooth
notched
FL
FLN
xc
cfK
q11 Thum
Poloměr vrubu
Vliv vrubu bez
vlivu velikosti
a povrchu
DPŽ ndash Hrubyacute 49
Vliv velikosti a jakosti povrchu
DPŽ ndash Hrubyacute 50
Vliv velikosti součaacutesti - kS
m
d
D
dc
Dc
SV
Vk
exp
exp
10
y
x
S
02
03
04
05
06
07
08
09
1
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
průměr hřiacutedele D [mm]
so
učin
itel veliko
sti
[
1]
Rm=400 až 580Rm=700 až 710litaacute ocelRm=820 až 860Rm=850 až 910Rm=890 až 1000Rm=890 až 1000 aproximacem=-003m=-004m=-005m=-006m=-0068
oceli
DPŽ ndash Hrubyacute 51
Vliv jakosti obrobeniacute povrchu - kSF
kSF
Jakost povrchu
Pevnost v tahu
etalonc
realc
SFk
DPŽ ndash Hrubyacute 52
Vliv technologie uacuteprav povrchu - kT
etalonc
technolc
Tk
DPŽ ndash Hrubyacute 53
Mez uacutenavy reaacutelneacuteho diacutelu ndash dimenzovaacuteniacute
na teoreticky nekonečnou životnost
(trvalou pevnost)
f
TSFScvc
xc
K
kkk
vpcvc
xc
DPŽ ndash Hrubyacute 54
Vliv středniacuteho napětiacute
DPŽ ndash Hrubyacute 55
Vliv středniacuteho napětiacute
DPŽ ndash Hrubyacute 56
Smithův diagram
FL
DPŽ ndash Hrubyacute 57
Haighův (Goodmanův) diagram
0Re Re Rm
Re
-m +m
a
aekv
k
F
mCA
1
F
mCA
1
a
m
F Re
C
k = 2
CC
F tg
k = 1
odhad fiktivniacuteho napětiacute
tah
ohyb
krut
Rm
Rm
Rm
F
F
F
8070
7151
t
Hodnoty součinitele citlivosti k asymetrii cyklu ψ
(bdquosbiacutehavostldquo)
Goodmanova čaacutera
DPŽ ndash Hrubyacute 58
Vyacutepočet bezpečnosti
pt
mx
c
a
k
1
1
kt
m
kt
a
k
1
2
21min kkk
1pt
M
x
c
A
1
kt
M
kt
A
aA k mM k
DPŽ ndash Hrubyacute 59
Př Prutovaacute soustava ndash SU
bull absolutně tuhyacute traacutem
bull h = 1 000 mm
bull a = 500 mm
bull mez pevnosti materiaacutelu prutů 600 MPa
bull hladkeacute pruty kruhovyacute průřez 100 mm2
bull povrch prutů leštěn ndash souč jak povrchu 095
bull součinitele velikosti všech prutů 098
bull Fh = + 10 000 N
bull Fd = - 10 000 N
bull určit bezpečnost pro teoreticky
nekonečnou životnost
h
2a
F
a2
DPŽ ndash Hrubyacute 60
Př Prutovaacute soustava ndash SN
bull absolutně tuhyacute traacutem
bull h = 1 000 mm
bull a = 500 mm
bull mez pevnosti materiaacutelu prutů 600 MPa
bull hladkeacute pruty kruhovyacute průřez 100 mm2
bull povrch prutů leštěn ndash souč jak povrchu 095
bull součinitele velikosti všech prutů 098
bull Fh = + 20 000 N
bull Fd = - 20 000 N
bull určit bezpečnost pro teoreticky
nekonečnou životnost
h
a a
F
a2
DPŽ ndash Hrubyacute 61
Př Prutovaacute soustava ndash SU ndash 2 parametry
bull určit maximaacutelniacute rozmeziacute symetricky
střiacutedavyacutech sil (působiacuteciacutech ve faacutezi) pro
teoreticky nekonečnou životnost v
zaacutevislosti na uacutehlu alfa
bull l = 1 000 mm
bull mez pevnosti materiaacutelu prutů 600
MPa
bull hladkeacute pruty kruhovyacute průřez 100
mm2
bull povrch prutů leštěn ndash souč jak
povrchu 095
bull součinitele velikosti všech prutů 098
V
H
l l
1 2
V
H
N1 N2
DPŽ ndash Hrubyacute 62
zakresleniacute diagramu pro mezniacute stav
A
Vxc
A
Hxc
cos2
cos2
cotg
cos2
cotg
cos2
bezpečnost gt 1 jeden prut na mezi
uacutenavy součaacutesti tj v
jednom prutu
bezpečnost rovna
jedneacute
Př Prutovaacute soustava ndash SU ndash 2 parametry
DPŽ ndash Hrubyacute 63
Reaacutelneacute napěťodeformačniacute stavy ve
vrubech
DPŽ ndash Hrubyacute 64
Součinitel tvaru (s koncentrace
elastickyacutech napětiacute)
Součinitel koncentrace napětiacute
Součinitel koncentrace deformace
Reaacutelnaacute napětiacute a deformace ve vrubech
0
0
0
0
e
B
S
C
eSK ficfic
t
0
0
S
C
SK
0
0
e
B
eK
e
(nom)
B 0 fic
S (nom)
Brsquo
A
Arsquo
fic=S
=timesS
=times
Crsquo
C
DPŽ ndash Hrubyacute 65
Skutečnaacute napětiacute a deformace ve vrubech
22SeeS
12
0
2
12d
2
nplnpl
vKnE
KE
U
pl
Neuber Glinka
1
22
1 n
vKE
U
vfic UU
nomnomficficfic SeU 22
2
1
2
1
2
1
z rovnosti
ploch
DPŽ ndash Hrubyacute 66
0
fic
m=1
m=066
m=05m=01
m=0
Zobecněneacute Neuberovo pravidlo
5050 el
fic E
elfic EE
2
m=0 platiacute pro tvrdeacute zatěžovaacuteniacute tj
napětiacute deformačniacuteho původu
rovnoměrně rozděleneacute po
průřezu
m=1 platiacute pro měkkeacute zatěžovaacuteniacute tj
napětiacute siloveacuteho původu
rovnoměrně rozděleneacute po
průřezu
m=01 pro napětiacute deformačniacuteho
původu mimo vruby (např
teplotniacute pnutiacute)
m=05 pro vruby zatiacuteženeacute silově i
deformačně (Neuberovo
pravidlo)
m=06 pro napětiacute siloveacuteho původu
nerovnoměrně rozloženaacute po
průřezu (např při ohybu) mmel
fic E 1
DPŽ ndash Hrubyacute 67
Př Ramberg-Osgood 12
Vzorek bez vrubu z oceli 11 5231 je vystaven tvrdeacutemu zatěžovaacuteniacute o amplitudě celkoveacute
deformace 102 3timesa Určit amplitudu napětiacute Je zadaacuteno
MPa10072 5timesE
MPa1164K
1990n
0
100
200
300
400
500
600
700
0000 0005 0010 0015 0020 0025 0030
am
plitu
da n
ap
ětiacute
[M
Pa]
amplituda poměrneacute plastikeacute deformace [-]
CDK
n
apla K
DPŽ ndash Hrubyacute 68
-300 -200 -100 0 100 200 300260
280
300
320
340
360
380
ai
ai+
1
Př Ramberg-Osgood 22
MATLAB
sig=50
krok=0
for i=110000
krok=krok+1
Sig=1164(2e-3 - sig207e5)^0199
if abs(Sig-sig)lt00001
break
end
sig=Sig
end Pro libovolnyacute odhad je řešeniacute MPa273a
1990
5
1
1007200201164
times
iai
a
19901
5 1164100720020
times aa
1
naa
aKE
DPŽ ndash Hrubyacute 69
Př koncentrace napětiacute vs deformace 13
Vzorek z oceli 11 5231 je vystaven měkkeacutemu zatěžovaacuteniacute v podeacutelneacutem směru o amplitudě
napětiacute 200 MPa Určit elastickou a plastickou složku poměrneacute deformace
662
MPa10072 5timesE MPa1164K 1990n
zadaacuteno vůči neoslabeneacutemu nominaacutelniacutemu napětiacute
mimo vrub pro danou hladinu zatiacuteženiacute
200
Oslash10
20
5
DPŽ ndash Hrubyacute 70
MPa3533200662 times avruba
319901
1
1014301164
200
times
na
aplK
019801164
3533
19901
1
nvrubavrub
aplK
3
5109660
10072
200 timestimes
E
aael
0026010072
35335
times
E
vrubavrub
ael
333 101091109660101430 timestimestimes aplaela
1720101091
022403
times
a
vruba
Př koncentrace napětiacute vs deformace 23
022400198000260 vrubapl
vrubael
vruba
DPŽ ndash Hrubyacute 71
Př koncentrace napětiacute vs deformace 33
MKP elastickeacute řešeniacute
MKP elastoplastickeacute řešeniacute
324200
863max a
a
1720
662
DPŽ ndash Hrubyacute 72
Př Vetknutyacute sloupek 12
-16 K10511 times
50 100
Ocelovyacute sloupek = lopatka dmychadla je vloženyacute mezi dva tuheacute členy = disky
oběžneacuteho kola a je namaacutehaacuten cyklicky proměnnou teplotou
Uacutekol Posoudit zda hroziacute porušeniacute při 10 000 teplotniacutech cyklech
Daacuteno rozsah pracovniacutech teplot T1 = 22 degC T2 = 370 degC
modul pružnosti v tahu E = 205 GPa
uacutenavovaacute křivka poměrneacute deformace vztaženaacute
k provozniacute teplotě s parametry
160b
580c
MPa1140 f
10 f
teplotniacute roztažnost
DPŽ ndash Hrubyacute 73
C3482237012 TTT
336 1000122
10002434810511 times
timestimestimes
teplotaaT
3580160
5104601000201000020
10052
1140
22
times
times
c
fbf
a NNE
hroziacute poruchateplota
aa Ł
Př Vetknutyacute sloupek 22
DPŽ ndash Hrubyacute 74
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 14
22SeeS
nomnomficfic Se 22
2
1
2
1
2
1
2
1
Neuber
1
2222
2222
1 nfic
vKEEE
SSeU
mmelfic E 1
c
bnK
nf
f
b
c
f
fE
do Ramberga-Osgooda
naaa
KE
1
DPŽ ndash Hrubyacute 75
mmelfic E 1
m
bc
f
f
m
ficEE
E
1
m
bc
f
fmm
ficE
E
1
1
0
f
1
fic
m
bc
f
fm E
i
iii
f
f1
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 24
DPŽ ndash Hrubyacute 76
11
1
1
1
1
1
bc
f
i
f
f
m
bc
f
i
fimi
m
bc
f
i
fimi
fic
m
bc
f
i
fimi
ii
b
cEEmEm
E
1
npl
K
E
el
1
n
KE
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 34
DPŽ ndash Hrubyacute 77
K [MPa] n [-] c [-] εrsquof [-] b [-] σrsquof [MPa] E [MPa]
1020 014066 -06586 0921985 -0092718 1009234 21105
MPa700fic 50m
Iterace
Napětiacute ve vrubu
[MPa]
0 700
1 55953
2 48112
3 45414
4 45114
5 45111
6 45111 0005175
00030270002148
plel
00030271020
11451
1406601
1
npl
K
00021481012
114515
times
E
el
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 44
DPŽ ndash Hrubyacute 29
Historie uacutenavy materiaacutelu
19 stoletiacute rozvoj technickeacuteho poznaacuteniacute rozšiacuteřeniacute možnosti využitiacute
oceli a kovovyacutech materiaacutelů v běžneacute praxi
Rozvoj železničniacute dopravy parniacute lokomotiva Mr G Stephenson 1829
Stavebnictviacute (mosty a nosneacute konstrukce) Eiffelova věž 1889
Rozvoj lodniacute dopravy
Vyacuteraznyacute technickyacute pokrok rostouciacute počet havaacuteriiacute ndash lomy konstrukciacute
Lomy os železničniacutech soukoliacute (konec 19 st)
August Wőhler (1819-1914)
DPŽ ndash Hrubyacute 30
Odhad meze uacutenavy
Uhliacutek oceli (P=1 )
Střiacutedavyacute tah-tlak σc = 033 (035)Rm
Miacutejivyacute tah-tlak σhc = 061Rm
Střiacutedavyacute ohyb σoc = 043 Rm
Střiacutedavyacute krut τc = 025 Rm
DPŽ ndash Hrubyacute 31
Odhad meze uacutenavy
Meze uacutenavy v ohybu platneacute pro 50 pravděpodobnost porušeniacute
DPŽ ndash Hrubyacute 32
Rm
oblast
Re
C
Woumlhlerova křivka + Frenchova čaacutera
DPŽ ndash Hrubyacute 33
Wőhlerova křivka ndash ocel (bcc) hliniacutek (fcc)
httpwwwtokuroglucomSnCurveExpjpg httpenwikipediaorgwikiFatigue_(material)
DPŽ ndash Hrubyacute 34
Wőhlerova křivka ndash popis šikmeacute čaacutesti
KNw
CNwCN
CN
a
awa
wa
loglog
loglogloglogloglog
loglog
CNwa
bfa N2
Basquin
mocninnyacute tvar
Basquin 11 5231
10
100
1000
1 10 100 1000 10000 100000
N [1]
a [
MP
a]
bfC
1
2
1
bw
1
DPŽ ndash Hrubyacute 35
Wőhlerova křivka ndash celkovyacute popis
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
10E+01 10E+02 10E+03 10E+04 10E+05 10E+06 10E+07 10E+08 10E+09
N [1]
a [
MP
a]
CANw
Ca
Weibullův
KohoutůvndashVěchetův b
CaCN
BN
DPŽ ndash Hrubyacute 36
Dalšiacute odhady meze uacutenavy Vyhodnocovanaacute
veličina
Vztah pro mez uacutenavy při R=-1
(pravděpodobnost poruchy
P=50) [MPa]
Koeficienty a podmiacutenky
platnosti
Autor
mez pevnosti Rm
[MPa]-1=0432timesRm+22
-1=046timesRm
-1=6
1Rm+400
t-1=027timesRm
t-1=0249timesRm+25
konstrukčniacute oceli
oceli do Rm =1400 MPa
oceli do Rm =1200 až 1800
MPa
oceli Rm Ł1200
konstrukčniacute oceli
Buch
Žukov
Ponomarjev
Žukov
Buch
mez kluzu
v tahu Re a krutu
timestk [MPa]
-1=0452timesRe+94
-1=045timesRe+122
t-1=0448times tk+52
konstrukčniacute oceli
konstrukčniacute oceli
konstrukčniacute oceli
Buch
Žukov
Buch
skutečnaacute lomovaacute
pevnost f
[MPa]
-1=035times f ndash10
-1=0315times f -19
konstrukčniacute oceli
konstrukčniacute oceli
Žukov
Mc-Adam
tvrdost HB
[MPa]-1=(0128hellip0156)timesHB
-1=(0168hellip0222)timesHB
uhliacutekoveacute oceli
legovaneacute oceli
Grebenik
Grebenik
meze Rm Re
[MPa]-1=0285times( Re + Rm) konstrukčniacute oceli Šapošnikov
DPŽ ndash Hrubyacute 37
Uacutenavoveacute křivky deformace
DPŽ ndash Hrubyacute 38
Manson-Coffin ndash unavovaacute křivka
deformace
00001
0001
001
01
1
1E+00 1E+01 1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07
počet půlkmitů 2N [1]
am
plitu
da p
om
d
efo
rmace
a [
1]
ae
ap
a
f
f Eb
c
1
1
DPŽ ndash Hrubyacute 39
Manson-Coffin ndash matematickyacute popis
NcNbE
NNE
NNE
fpla
fela
cf
pla
bfela
cf
pla
bfela
2logloglog2log
loglog
2loglog2
loglog
22
cfbfpl
aelaa NN
E22
σfrsquohellipsoučinitel uacutenavoveacute pevnosti bhellipexponent uacutenavoveacute pevnosti
εfrsquohellipsoučinitel uacutenavoveacute deformace chellipexponent uacutenavoveacute deformace
bc
f
fcb
f
ft
ctf
bt
f
aplael
E
EN
NNE
11
2
1
2
1
22
Tranzitniacute počet cyklů Po logaritmickeacute uacutepravě
DPŽ ndash Hrubyacute 40
Cyklickaacute deformačniacute křivka
DPŽ ndash Hrubyacute 41
Ramberg-Osgood (platneacute pro přibližneacute
vyjaacutedřeniacute tahoveacuteho diagramu i cyklickeacute
deformačniacute křivky)
E
el
npl
K
1
elE nplK
1DOsgoodRamberg
1
n
KE
+ =
DPŽ ndash Hrubyacute 42
Hysterezniacute smyčky cyklickaacute deformačniacute křivka
Rambergova-Osgoodova aproximace
Cyklickaacute
deformačniacute
křivka Saturovaneacute
hysterezniacute
smyčky
zpevněniacute
změkčeniacute
cyklickaacute
statickaacute
1D
1n
aaa
KE
D1el
aa E 1Dnpl
aa K
R = -1
DPŽ ndash Hrubyacute 43
Saturovanaacute hysterezniacute smyčka
naapla
elaa
KE
1
Krsquo - modul cyklickeacuteho zpevněniacute
nrsquo - exponent cyklickeacuteho zpevněniacute
E - modul pružnosti v tahu
nplaa K
DPŽ ndash Hrubyacute 44
Masingova aproximace hysterezniacutech
smyček a CDK
Saturovaneacute hysterezniacute smyčky uměle
posunuty spodniacutem rohem do počaacutetku
souřadneacuteho systeacutemu [εpl σ] majiacute
shodnou horniacute větev Většina kovů se
však podle Masingova pravidla nechovaacute
Data převzata z Radim Halama Experimentaacutelniacute poznatky a fenomenologickeacute modelovaacuteniacute cyklickeacute plasticity kovů [Habilitačniacute praacutece VŠB-TU Ostrava] 2009
εpl
σ CDK prochaacuteziacute středy posunutyacutech
hyster smyček
Nevykazuje chovaacuteniacute podle
Masingova pravidla
DPŽ ndash Hrubyacute 45
Odhady uacutenavovyacutech parametrů
Parametr Nelegovaneacute a niacutezkolegovaneacute oceli Hliniacutekoveacute a titanoveacute slitiny
f mRtimes51 mRtimes671
b -0087 -0095
f times590 350
c -058 -069
C mRtimes450 mRtimes420
C timestimestimes 410951450
E
Rm E
Rmtimes420
CN 5105 times 6101times
K mRtimes651 mRtimes611
n 015 011
kde
01 pro 3103 timesŁE
Rm
timesE
Rm01253751 pro 3103 timesE
Rm
0
DPŽ ndash Hrubyacute 46
Koncentrace napětiacute
DPŽ ndash Hrubyacute 47
Koncentrace napětiacute
Součinitel tvaru
(součinitel koncentrace
elastickyacutech napětiacute)
0max
1
x
y
x
nom
maxt
SK
0
1
x
y
x
Poměrnyacute gradient
(gradient normovanyacute maximaacutelniacutem
elastickyacutem napětiacutem)
httpwwwameswebinfoStressConcentrationFactor
StressConcentrationFactorsaspx
DPŽ ndash Hrubyacute 48
Součinitel vrubu β vrubovaacute citlivost q
0
100
200
300
400
500
600
1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07 1E+08
Number of cycles [1]
Str
es
s a
mp
litu
de
[M
Pa
]
smooth
notched
FL
FLN
xc
cfK
q11 Thum
Poloměr vrubu
Vliv vrubu bez
vlivu velikosti
a povrchu
DPŽ ndash Hrubyacute 49
Vliv velikosti a jakosti povrchu
DPŽ ndash Hrubyacute 50
Vliv velikosti součaacutesti - kS
m
d
D
dc
Dc
SV
Vk
exp
exp
10
y
x
S
02
03
04
05
06
07
08
09
1
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
průměr hřiacutedele D [mm]
so
učin
itel veliko
sti
[
1]
Rm=400 až 580Rm=700 až 710litaacute ocelRm=820 až 860Rm=850 až 910Rm=890 až 1000Rm=890 až 1000 aproximacem=-003m=-004m=-005m=-006m=-0068
oceli
DPŽ ndash Hrubyacute 51
Vliv jakosti obrobeniacute povrchu - kSF
kSF
Jakost povrchu
Pevnost v tahu
etalonc
realc
SFk
DPŽ ndash Hrubyacute 52
Vliv technologie uacuteprav povrchu - kT
etalonc
technolc
Tk
DPŽ ndash Hrubyacute 53
Mez uacutenavy reaacutelneacuteho diacutelu ndash dimenzovaacuteniacute
na teoreticky nekonečnou životnost
(trvalou pevnost)
f
TSFScvc
xc
K
kkk
vpcvc
xc
DPŽ ndash Hrubyacute 54
Vliv středniacuteho napětiacute
DPŽ ndash Hrubyacute 55
Vliv středniacuteho napětiacute
DPŽ ndash Hrubyacute 56
Smithův diagram
FL
DPŽ ndash Hrubyacute 57
Haighův (Goodmanův) diagram
0Re Re Rm
Re
-m +m
a
aekv
k
F
mCA
1
F
mCA
1
a
m
F Re
C
k = 2
CC
F tg
k = 1
odhad fiktivniacuteho napětiacute
tah
ohyb
krut
Rm
Rm
Rm
F
F
F
8070
7151
t
Hodnoty součinitele citlivosti k asymetrii cyklu ψ
(bdquosbiacutehavostldquo)
Goodmanova čaacutera
DPŽ ndash Hrubyacute 58
Vyacutepočet bezpečnosti
pt
mx
c
a
k
1
1
kt
m
kt
a
k
1
2
21min kkk
1pt
M
x
c
A
1
kt
M
kt
A
aA k mM k
DPŽ ndash Hrubyacute 59
Př Prutovaacute soustava ndash SU
bull absolutně tuhyacute traacutem
bull h = 1 000 mm
bull a = 500 mm
bull mez pevnosti materiaacutelu prutů 600 MPa
bull hladkeacute pruty kruhovyacute průřez 100 mm2
bull povrch prutů leštěn ndash souč jak povrchu 095
bull součinitele velikosti všech prutů 098
bull Fh = + 10 000 N
bull Fd = - 10 000 N
bull určit bezpečnost pro teoreticky
nekonečnou životnost
h
2a
F
a2
DPŽ ndash Hrubyacute 60
Př Prutovaacute soustava ndash SN
bull absolutně tuhyacute traacutem
bull h = 1 000 mm
bull a = 500 mm
bull mez pevnosti materiaacutelu prutů 600 MPa
bull hladkeacute pruty kruhovyacute průřez 100 mm2
bull povrch prutů leštěn ndash souč jak povrchu 095
bull součinitele velikosti všech prutů 098
bull Fh = + 20 000 N
bull Fd = - 20 000 N
bull určit bezpečnost pro teoreticky
nekonečnou životnost
h
a a
F
a2
DPŽ ndash Hrubyacute 61
Př Prutovaacute soustava ndash SU ndash 2 parametry
bull určit maximaacutelniacute rozmeziacute symetricky
střiacutedavyacutech sil (působiacuteciacutech ve faacutezi) pro
teoreticky nekonečnou životnost v
zaacutevislosti na uacutehlu alfa
bull l = 1 000 mm
bull mez pevnosti materiaacutelu prutů 600
MPa
bull hladkeacute pruty kruhovyacute průřez 100
mm2
bull povrch prutů leštěn ndash souč jak
povrchu 095
bull součinitele velikosti všech prutů 098
V
H
l l
1 2
V
H
N1 N2
DPŽ ndash Hrubyacute 62
zakresleniacute diagramu pro mezniacute stav
A
Vxc
A
Hxc
cos2
cos2
cotg
cos2
cotg
cos2
bezpečnost gt 1 jeden prut na mezi
uacutenavy součaacutesti tj v
jednom prutu
bezpečnost rovna
jedneacute
Př Prutovaacute soustava ndash SU ndash 2 parametry
DPŽ ndash Hrubyacute 63
Reaacutelneacute napěťodeformačniacute stavy ve
vrubech
DPŽ ndash Hrubyacute 64
Součinitel tvaru (s koncentrace
elastickyacutech napětiacute)
Součinitel koncentrace napětiacute
Součinitel koncentrace deformace
Reaacutelnaacute napětiacute a deformace ve vrubech
0
0
0
0
e
B
S
C
eSK ficfic
t
0
0
S
C
SK
0
0
e
B
eK
e
(nom)
B 0 fic
S (nom)
Brsquo
A
Arsquo
fic=S
=timesS
=times
Crsquo
C
DPŽ ndash Hrubyacute 65
Skutečnaacute napětiacute a deformace ve vrubech
22SeeS
12
0
2
12d
2
nplnpl
vKnE
KE
U
pl
Neuber Glinka
1
22
1 n
vKE
U
vfic UU
nomnomficficfic SeU 22
2
1
2
1
2
1
z rovnosti
ploch
DPŽ ndash Hrubyacute 66
0
fic
m=1
m=066
m=05m=01
m=0
Zobecněneacute Neuberovo pravidlo
5050 el
fic E
elfic EE
2
m=0 platiacute pro tvrdeacute zatěžovaacuteniacute tj
napětiacute deformačniacuteho původu
rovnoměrně rozděleneacute po
průřezu
m=1 platiacute pro měkkeacute zatěžovaacuteniacute tj
napětiacute siloveacuteho původu
rovnoměrně rozděleneacute po
průřezu
m=01 pro napětiacute deformačniacuteho
původu mimo vruby (např
teplotniacute pnutiacute)
m=05 pro vruby zatiacuteženeacute silově i
deformačně (Neuberovo
pravidlo)
m=06 pro napětiacute siloveacuteho původu
nerovnoměrně rozloženaacute po
průřezu (např při ohybu) mmel
fic E 1
DPŽ ndash Hrubyacute 67
Př Ramberg-Osgood 12
Vzorek bez vrubu z oceli 11 5231 je vystaven tvrdeacutemu zatěžovaacuteniacute o amplitudě celkoveacute
deformace 102 3timesa Určit amplitudu napětiacute Je zadaacuteno
MPa10072 5timesE
MPa1164K
1990n
0
100
200
300
400
500
600
700
0000 0005 0010 0015 0020 0025 0030
am
plitu
da n
ap
ětiacute
[M
Pa]
amplituda poměrneacute plastikeacute deformace [-]
CDK
n
apla K
DPŽ ndash Hrubyacute 68
-300 -200 -100 0 100 200 300260
280
300
320
340
360
380
ai
ai+
1
Př Ramberg-Osgood 22
MATLAB
sig=50
krok=0
for i=110000
krok=krok+1
Sig=1164(2e-3 - sig207e5)^0199
if abs(Sig-sig)lt00001
break
end
sig=Sig
end Pro libovolnyacute odhad je řešeniacute MPa273a
1990
5
1
1007200201164
times
iai
a
19901
5 1164100720020
times aa
1
naa
aKE
DPŽ ndash Hrubyacute 69
Př koncentrace napětiacute vs deformace 13
Vzorek z oceli 11 5231 je vystaven měkkeacutemu zatěžovaacuteniacute v podeacutelneacutem směru o amplitudě
napětiacute 200 MPa Určit elastickou a plastickou složku poměrneacute deformace
662
MPa10072 5timesE MPa1164K 1990n
zadaacuteno vůči neoslabeneacutemu nominaacutelniacutemu napětiacute
mimo vrub pro danou hladinu zatiacuteženiacute
200
Oslash10
20
5
DPŽ ndash Hrubyacute 70
MPa3533200662 times avruba
319901
1
1014301164
200
times
na
aplK
019801164
3533
19901
1
nvrubavrub
aplK
3
5109660
10072
200 timestimes
E
aael
0026010072
35335
times
E
vrubavrub
ael
333 101091109660101430 timestimestimes aplaela
1720101091
022403
times
a
vruba
Př koncentrace napětiacute vs deformace 23
022400198000260 vrubapl
vrubael
vruba
DPŽ ndash Hrubyacute 71
Př koncentrace napětiacute vs deformace 33
MKP elastickeacute řešeniacute
MKP elastoplastickeacute řešeniacute
324200
863max a
a
1720
662
DPŽ ndash Hrubyacute 72
Př Vetknutyacute sloupek 12
-16 K10511 times
50 100
Ocelovyacute sloupek = lopatka dmychadla je vloženyacute mezi dva tuheacute členy = disky
oběžneacuteho kola a je namaacutehaacuten cyklicky proměnnou teplotou
Uacutekol Posoudit zda hroziacute porušeniacute při 10 000 teplotniacutech cyklech
Daacuteno rozsah pracovniacutech teplot T1 = 22 degC T2 = 370 degC
modul pružnosti v tahu E = 205 GPa
uacutenavovaacute křivka poměrneacute deformace vztaženaacute
k provozniacute teplotě s parametry
160b
580c
MPa1140 f
10 f
teplotniacute roztažnost
DPŽ ndash Hrubyacute 73
C3482237012 TTT
336 1000122
10002434810511 times
timestimestimes
teplotaaT
3580160
5104601000201000020
10052
1140
22
times
times
c
fbf
a NNE
hroziacute poruchateplota
aa Ł
Př Vetknutyacute sloupek 22
DPŽ ndash Hrubyacute 74
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 14
22SeeS
nomnomficfic Se 22
2
1
2
1
2
1
2
1
Neuber
1
2222
2222
1 nfic
vKEEE
SSeU
mmelfic E 1
c
bnK
nf
f
b
c
f
fE
do Ramberga-Osgooda
naaa
KE
1
DPŽ ndash Hrubyacute 75
mmelfic E 1
m
bc
f
f
m
ficEE
E
1
m
bc
f
fmm
ficE
E
1
1
0
f
1
fic
m
bc
f
fm E
i
iii
f
f1
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 24
DPŽ ndash Hrubyacute 76
11
1
1
1
1
1
bc
f
i
f
f
m
bc
f
i
fimi
m
bc
f
i
fimi
fic
m
bc
f
i
fimi
ii
b
cEEmEm
E
1
npl
K
E
el
1
n
KE
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 34
DPŽ ndash Hrubyacute 77
K [MPa] n [-] c [-] εrsquof [-] b [-] σrsquof [MPa] E [MPa]
1020 014066 -06586 0921985 -0092718 1009234 21105
MPa700fic 50m
Iterace
Napětiacute ve vrubu
[MPa]
0 700
1 55953
2 48112
3 45414
4 45114
5 45111
6 45111 0005175
00030270002148
plel
00030271020
11451
1406601
1
npl
K
00021481012
114515
times
E
el
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 44
DPŽ ndash Hrubyacute 30
Odhad meze uacutenavy
Uhliacutek oceli (P=1 )
Střiacutedavyacute tah-tlak σc = 033 (035)Rm
Miacutejivyacute tah-tlak σhc = 061Rm
Střiacutedavyacute ohyb σoc = 043 Rm
Střiacutedavyacute krut τc = 025 Rm
DPŽ ndash Hrubyacute 31
Odhad meze uacutenavy
Meze uacutenavy v ohybu platneacute pro 50 pravděpodobnost porušeniacute
DPŽ ndash Hrubyacute 32
Rm
oblast
Re
C
Woumlhlerova křivka + Frenchova čaacutera
DPŽ ndash Hrubyacute 33
Wőhlerova křivka ndash ocel (bcc) hliniacutek (fcc)
httpwwwtokuroglucomSnCurveExpjpg httpenwikipediaorgwikiFatigue_(material)
DPŽ ndash Hrubyacute 34
Wőhlerova křivka ndash popis šikmeacute čaacutesti
KNw
CNwCN
CN
a
awa
wa
loglog
loglogloglogloglog
loglog
CNwa
bfa N2
Basquin
mocninnyacute tvar
Basquin 11 5231
10
100
1000
1 10 100 1000 10000 100000
N [1]
a [
MP
a]
bfC
1
2
1
bw
1
DPŽ ndash Hrubyacute 35
Wőhlerova křivka ndash celkovyacute popis
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
10E+01 10E+02 10E+03 10E+04 10E+05 10E+06 10E+07 10E+08 10E+09
N [1]
a [
MP
a]
CANw
Ca
Weibullův
KohoutůvndashVěchetův b
CaCN
BN
DPŽ ndash Hrubyacute 36
Dalšiacute odhady meze uacutenavy Vyhodnocovanaacute
veličina
Vztah pro mez uacutenavy při R=-1
(pravděpodobnost poruchy
P=50) [MPa]
Koeficienty a podmiacutenky
platnosti
Autor
mez pevnosti Rm
[MPa]-1=0432timesRm+22
-1=046timesRm
-1=6
1Rm+400
t-1=027timesRm
t-1=0249timesRm+25
konstrukčniacute oceli
oceli do Rm =1400 MPa
oceli do Rm =1200 až 1800
MPa
oceli Rm Ł1200
konstrukčniacute oceli
Buch
Žukov
Ponomarjev
Žukov
Buch
mez kluzu
v tahu Re a krutu
timestk [MPa]
-1=0452timesRe+94
-1=045timesRe+122
t-1=0448times tk+52
konstrukčniacute oceli
konstrukčniacute oceli
konstrukčniacute oceli
Buch
Žukov
Buch
skutečnaacute lomovaacute
pevnost f
[MPa]
-1=035times f ndash10
-1=0315times f -19
konstrukčniacute oceli
konstrukčniacute oceli
Žukov
Mc-Adam
tvrdost HB
[MPa]-1=(0128hellip0156)timesHB
-1=(0168hellip0222)timesHB
uhliacutekoveacute oceli
legovaneacute oceli
Grebenik
Grebenik
meze Rm Re
[MPa]-1=0285times( Re + Rm) konstrukčniacute oceli Šapošnikov
DPŽ ndash Hrubyacute 37
Uacutenavoveacute křivky deformace
DPŽ ndash Hrubyacute 38
Manson-Coffin ndash unavovaacute křivka
deformace
00001
0001
001
01
1
1E+00 1E+01 1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07
počet půlkmitů 2N [1]
am
plitu
da p
om
d
efo
rmace
a [
1]
ae
ap
a
f
f Eb
c
1
1
DPŽ ndash Hrubyacute 39
Manson-Coffin ndash matematickyacute popis
NcNbE
NNE
NNE
fpla
fela
cf
pla
bfela
cf
pla
bfela
2logloglog2log
loglog
2loglog2
loglog
22
cfbfpl
aelaa NN
E22
σfrsquohellipsoučinitel uacutenavoveacute pevnosti bhellipexponent uacutenavoveacute pevnosti
εfrsquohellipsoučinitel uacutenavoveacute deformace chellipexponent uacutenavoveacute deformace
bc
f
fcb
f
ft
ctf
bt
f
aplael
E
EN
NNE
11
2
1
2
1
22
Tranzitniacute počet cyklů Po logaritmickeacute uacutepravě
DPŽ ndash Hrubyacute 40
Cyklickaacute deformačniacute křivka
DPŽ ndash Hrubyacute 41
Ramberg-Osgood (platneacute pro přibližneacute
vyjaacutedřeniacute tahoveacuteho diagramu i cyklickeacute
deformačniacute křivky)
E
el
npl
K
1
elE nplK
1DOsgoodRamberg
1
n
KE
+ =
DPŽ ndash Hrubyacute 42
Hysterezniacute smyčky cyklickaacute deformačniacute křivka
Rambergova-Osgoodova aproximace
Cyklickaacute
deformačniacute
křivka Saturovaneacute
hysterezniacute
smyčky
zpevněniacute
změkčeniacute
cyklickaacute
statickaacute
1D
1n
aaa
KE
D1el
aa E 1Dnpl
aa K
R = -1
DPŽ ndash Hrubyacute 43
Saturovanaacute hysterezniacute smyčka
naapla
elaa
KE
1
Krsquo - modul cyklickeacuteho zpevněniacute
nrsquo - exponent cyklickeacuteho zpevněniacute
E - modul pružnosti v tahu
nplaa K
DPŽ ndash Hrubyacute 44
Masingova aproximace hysterezniacutech
smyček a CDK
Saturovaneacute hysterezniacute smyčky uměle
posunuty spodniacutem rohem do počaacutetku
souřadneacuteho systeacutemu [εpl σ] majiacute
shodnou horniacute větev Většina kovů se
však podle Masingova pravidla nechovaacute
Data převzata z Radim Halama Experimentaacutelniacute poznatky a fenomenologickeacute modelovaacuteniacute cyklickeacute plasticity kovů [Habilitačniacute praacutece VŠB-TU Ostrava] 2009
εpl
σ CDK prochaacuteziacute středy posunutyacutech
hyster smyček
Nevykazuje chovaacuteniacute podle
Masingova pravidla
DPŽ ndash Hrubyacute 45
Odhady uacutenavovyacutech parametrů
Parametr Nelegovaneacute a niacutezkolegovaneacute oceli Hliniacutekoveacute a titanoveacute slitiny
f mRtimes51 mRtimes671
b -0087 -0095
f times590 350
c -058 -069
C mRtimes450 mRtimes420
C timestimestimes 410951450
E
Rm E
Rmtimes420
CN 5105 times 6101times
K mRtimes651 mRtimes611
n 015 011
kde
01 pro 3103 timesŁE
Rm
timesE
Rm01253751 pro 3103 timesE
Rm
0
DPŽ ndash Hrubyacute 46
Koncentrace napětiacute
DPŽ ndash Hrubyacute 47
Koncentrace napětiacute
Součinitel tvaru
(součinitel koncentrace
elastickyacutech napětiacute)
0max
1
x
y
x
nom
maxt
SK
0
1
x
y
x
Poměrnyacute gradient
(gradient normovanyacute maximaacutelniacutem
elastickyacutem napětiacutem)
httpwwwameswebinfoStressConcentrationFactor
StressConcentrationFactorsaspx
DPŽ ndash Hrubyacute 48
Součinitel vrubu β vrubovaacute citlivost q
0
100
200
300
400
500
600
1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07 1E+08
Number of cycles [1]
Str
es
s a
mp
litu
de
[M
Pa
]
smooth
notched
FL
FLN
xc
cfK
q11 Thum
Poloměr vrubu
Vliv vrubu bez
vlivu velikosti
a povrchu
DPŽ ndash Hrubyacute 49
Vliv velikosti a jakosti povrchu
DPŽ ndash Hrubyacute 50
Vliv velikosti součaacutesti - kS
m
d
D
dc
Dc
SV
Vk
exp
exp
10
y
x
S
02
03
04
05
06
07
08
09
1
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
průměr hřiacutedele D [mm]
so
učin
itel veliko
sti
[
1]
Rm=400 až 580Rm=700 až 710litaacute ocelRm=820 až 860Rm=850 až 910Rm=890 až 1000Rm=890 až 1000 aproximacem=-003m=-004m=-005m=-006m=-0068
oceli
DPŽ ndash Hrubyacute 51
Vliv jakosti obrobeniacute povrchu - kSF
kSF
Jakost povrchu
Pevnost v tahu
etalonc
realc
SFk
DPŽ ndash Hrubyacute 52
Vliv technologie uacuteprav povrchu - kT
etalonc
technolc
Tk
DPŽ ndash Hrubyacute 53
Mez uacutenavy reaacutelneacuteho diacutelu ndash dimenzovaacuteniacute
na teoreticky nekonečnou životnost
(trvalou pevnost)
f
TSFScvc
xc
K
kkk
vpcvc
xc
DPŽ ndash Hrubyacute 54
Vliv středniacuteho napětiacute
DPŽ ndash Hrubyacute 55
Vliv středniacuteho napětiacute
DPŽ ndash Hrubyacute 56
Smithův diagram
FL
DPŽ ndash Hrubyacute 57
Haighův (Goodmanův) diagram
0Re Re Rm
Re
-m +m
a
aekv
k
F
mCA
1
F
mCA
1
a
m
F Re
C
k = 2
CC
F tg
k = 1
odhad fiktivniacuteho napětiacute
tah
ohyb
krut
Rm
Rm
Rm
F
F
F
8070
7151
t
Hodnoty součinitele citlivosti k asymetrii cyklu ψ
(bdquosbiacutehavostldquo)
Goodmanova čaacutera
DPŽ ndash Hrubyacute 58
Vyacutepočet bezpečnosti
pt
mx
c
a
k
1
1
kt
m
kt
a
k
1
2
21min kkk
1pt
M
x
c
A
1
kt
M
kt
A
aA k mM k
DPŽ ndash Hrubyacute 59
Př Prutovaacute soustava ndash SU
bull absolutně tuhyacute traacutem
bull h = 1 000 mm
bull a = 500 mm
bull mez pevnosti materiaacutelu prutů 600 MPa
bull hladkeacute pruty kruhovyacute průřez 100 mm2
bull povrch prutů leštěn ndash souč jak povrchu 095
bull součinitele velikosti všech prutů 098
bull Fh = + 10 000 N
bull Fd = - 10 000 N
bull určit bezpečnost pro teoreticky
nekonečnou životnost
h
2a
F
a2
DPŽ ndash Hrubyacute 60
Př Prutovaacute soustava ndash SN
bull absolutně tuhyacute traacutem
bull h = 1 000 mm
bull a = 500 mm
bull mez pevnosti materiaacutelu prutů 600 MPa
bull hladkeacute pruty kruhovyacute průřez 100 mm2
bull povrch prutů leštěn ndash souč jak povrchu 095
bull součinitele velikosti všech prutů 098
bull Fh = + 20 000 N
bull Fd = - 20 000 N
bull určit bezpečnost pro teoreticky
nekonečnou životnost
h
a a
F
a2
DPŽ ndash Hrubyacute 61
Př Prutovaacute soustava ndash SU ndash 2 parametry
bull určit maximaacutelniacute rozmeziacute symetricky
střiacutedavyacutech sil (působiacuteciacutech ve faacutezi) pro
teoreticky nekonečnou životnost v
zaacutevislosti na uacutehlu alfa
bull l = 1 000 mm
bull mez pevnosti materiaacutelu prutů 600
MPa
bull hladkeacute pruty kruhovyacute průřez 100
mm2
bull povrch prutů leštěn ndash souč jak
povrchu 095
bull součinitele velikosti všech prutů 098
V
H
l l
1 2
V
H
N1 N2
DPŽ ndash Hrubyacute 62
zakresleniacute diagramu pro mezniacute stav
A
Vxc
A
Hxc
cos2
cos2
cotg
cos2
cotg
cos2
bezpečnost gt 1 jeden prut na mezi
uacutenavy součaacutesti tj v
jednom prutu
bezpečnost rovna
jedneacute
Př Prutovaacute soustava ndash SU ndash 2 parametry
DPŽ ndash Hrubyacute 63
Reaacutelneacute napěťodeformačniacute stavy ve
vrubech
DPŽ ndash Hrubyacute 64
Součinitel tvaru (s koncentrace
elastickyacutech napětiacute)
Součinitel koncentrace napětiacute
Součinitel koncentrace deformace
Reaacutelnaacute napětiacute a deformace ve vrubech
0
0
0
0
e
B
S
C
eSK ficfic
t
0
0
S
C
SK
0
0
e
B
eK
e
(nom)
B 0 fic
S (nom)
Brsquo
A
Arsquo
fic=S
=timesS
=times
Crsquo
C
DPŽ ndash Hrubyacute 65
Skutečnaacute napětiacute a deformace ve vrubech
22SeeS
12
0
2
12d
2
nplnpl
vKnE
KE
U
pl
Neuber Glinka
1
22
1 n
vKE
U
vfic UU
nomnomficficfic SeU 22
2
1
2
1
2
1
z rovnosti
ploch
DPŽ ndash Hrubyacute 66
0
fic
m=1
m=066
m=05m=01
m=0
Zobecněneacute Neuberovo pravidlo
5050 el
fic E
elfic EE
2
m=0 platiacute pro tvrdeacute zatěžovaacuteniacute tj
napětiacute deformačniacuteho původu
rovnoměrně rozděleneacute po
průřezu
m=1 platiacute pro měkkeacute zatěžovaacuteniacute tj
napětiacute siloveacuteho původu
rovnoměrně rozděleneacute po
průřezu
m=01 pro napětiacute deformačniacuteho
původu mimo vruby (např
teplotniacute pnutiacute)
m=05 pro vruby zatiacuteženeacute silově i
deformačně (Neuberovo
pravidlo)
m=06 pro napětiacute siloveacuteho původu
nerovnoměrně rozloženaacute po
průřezu (např při ohybu) mmel
fic E 1
DPŽ ndash Hrubyacute 67
Př Ramberg-Osgood 12
Vzorek bez vrubu z oceli 11 5231 je vystaven tvrdeacutemu zatěžovaacuteniacute o amplitudě celkoveacute
deformace 102 3timesa Určit amplitudu napětiacute Je zadaacuteno
MPa10072 5timesE
MPa1164K
1990n
0
100
200
300
400
500
600
700
0000 0005 0010 0015 0020 0025 0030
am
plitu
da n
ap
ětiacute
[M
Pa]
amplituda poměrneacute plastikeacute deformace [-]
CDK
n
apla K
DPŽ ndash Hrubyacute 68
-300 -200 -100 0 100 200 300260
280
300
320
340
360
380
ai
ai+
1
Př Ramberg-Osgood 22
MATLAB
sig=50
krok=0
for i=110000
krok=krok+1
Sig=1164(2e-3 - sig207e5)^0199
if abs(Sig-sig)lt00001
break
end
sig=Sig
end Pro libovolnyacute odhad je řešeniacute MPa273a
1990
5
1
1007200201164
times
iai
a
19901
5 1164100720020
times aa
1
naa
aKE
DPŽ ndash Hrubyacute 69
Př koncentrace napětiacute vs deformace 13
Vzorek z oceli 11 5231 je vystaven měkkeacutemu zatěžovaacuteniacute v podeacutelneacutem směru o amplitudě
napětiacute 200 MPa Určit elastickou a plastickou složku poměrneacute deformace
662
MPa10072 5timesE MPa1164K 1990n
zadaacuteno vůči neoslabeneacutemu nominaacutelniacutemu napětiacute
mimo vrub pro danou hladinu zatiacuteženiacute
200
Oslash10
20
5
DPŽ ndash Hrubyacute 70
MPa3533200662 times avruba
319901
1
1014301164
200
times
na
aplK
019801164
3533
19901
1
nvrubavrub
aplK
3
5109660
10072
200 timestimes
E
aael
0026010072
35335
times
E
vrubavrub
ael
333 101091109660101430 timestimestimes aplaela
1720101091
022403
times
a
vruba
Př koncentrace napětiacute vs deformace 23
022400198000260 vrubapl
vrubael
vruba
DPŽ ndash Hrubyacute 71
Př koncentrace napětiacute vs deformace 33
MKP elastickeacute řešeniacute
MKP elastoplastickeacute řešeniacute
324200
863max a
a
1720
662
DPŽ ndash Hrubyacute 72
Př Vetknutyacute sloupek 12
-16 K10511 times
50 100
Ocelovyacute sloupek = lopatka dmychadla je vloženyacute mezi dva tuheacute členy = disky
oběžneacuteho kola a je namaacutehaacuten cyklicky proměnnou teplotou
Uacutekol Posoudit zda hroziacute porušeniacute při 10 000 teplotniacutech cyklech
Daacuteno rozsah pracovniacutech teplot T1 = 22 degC T2 = 370 degC
modul pružnosti v tahu E = 205 GPa
uacutenavovaacute křivka poměrneacute deformace vztaženaacute
k provozniacute teplotě s parametry
160b
580c
MPa1140 f
10 f
teplotniacute roztažnost
DPŽ ndash Hrubyacute 73
C3482237012 TTT
336 1000122
10002434810511 times
timestimestimes
teplotaaT
3580160
5104601000201000020
10052
1140
22
times
times
c
fbf
a NNE
hroziacute poruchateplota
aa Ł
Př Vetknutyacute sloupek 22
DPŽ ndash Hrubyacute 74
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 14
22SeeS
nomnomficfic Se 22
2
1
2
1
2
1
2
1
Neuber
1
2222
2222
1 nfic
vKEEE
SSeU
mmelfic E 1
c
bnK
nf
f
b
c
f
fE
do Ramberga-Osgooda
naaa
KE
1
DPŽ ndash Hrubyacute 75
mmelfic E 1
m
bc
f
f
m
ficEE
E
1
m
bc
f
fmm
ficE
E
1
1
0
f
1
fic
m
bc
f
fm E
i
iii
f
f1
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 24
DPŽ ndash Hrubyacute 76
11
1
1
1
1
1
bc
f
i
f
f
m
bc
f
i
fimi
m
bc
f
i
fimi
fic
m
bc
f
i
fimi
ii
b
cEEmEm
E
1
npl
K
E
el
1
n
KE
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 34
DPŽ ndash Hrubyacute 77
K [MPa] n [-] c [-] εrsquof [-] b [-] σrsquof [MPa] E [MPa]
1020 014066 -06586 0921985 -0092718 1009234 21105
MPa700fic 50m
Iterace
Napětiacute ve vrubu
[MPa]
0 700
1 55953
2 48112
3 45414
4 45114
5 45111
6 45111 0005175
00030270002148
plel
00030271020
11451
1406601
1
npl
K
00021481012
114515
times
E
el
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 44
DPŽ ndash Hrubyacute 31
Odhad meze uacutenavy
Meze uacutenavy v ohybu platneacute pro 50 pravděpodobnost porušeniacute
DPŽ ndash Hrubyacute 32
Rm
oblast
Re
C
Woumlhlerova křivka + Frenchova čaacutera
DPŽ ndash Hrubyacute 33
Wőhlerova křivka ndash ocel (bcc) hliniacutek (fcc)
httpwwwtokuroglucomSnCurveExpjpg httpenwikipediaorgwikiFatigue_(material)
DPŽ ndash Hrubyacute 34
Wőhlerova křivka ndash popis šikmeacute čaacutesti
KNw
CNwCN
CN
a
awa
wa
loglog
loglogloglogloglog
loglog
CNwa
bfa N2
Basquin
mocninnyacute tvar
Basquin 11 5231
10
100
1000
1 10 100 1000 10000 100000
N [1]
a [
MP
a]
bfC
1
2
1
bw
1
DPŽ ndash Hrubyacute 35
Wőhlerova křivka ndash celkovyacute popis
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
10E+01 10E+02 10E+03 10E+04 10E+05 10E+06 10E+07 10E+08 10E+09
N [1]
a [
MP
a]
CANw
Ca
Weibullův
KohoutůvndashVěchetův b
CaCN
BN
DPŽ ndash Hrubyacute 36
Dalšiacute odhady meze uacutenavy Vyhodnocovanaacute
veličina
Vztah pro mez uacutenavy při R=-1
(pravděpodobnost poruchy
P=50) [MPa]
Koeficienty a podmiacutenky
platnosti
Autor
mez pevnosti Rm
[MPa]-1=0432timesRm+22
-1=046timesRm
-1=6
1Rm+400
t-1=027timesRm
t-1=0249timesRm+25
konstrukčniacute oceli
oceli do Rm =1400 MPa
oceli do Rm =1200 až 1800
MPa
oceli Rm Ł1200
konstrukčniacute oceli
Buch
Žukov
Ponomarjev
Žukov
Buch
mez kluzu
v tahu Re a krutu
timestk [MPa]
-1=0452timesRe+94
-1=045timesRe+122
t-1=0448times tk+52
konstrukčniacute oceli
konstrukčniacute oceli
konstrukčniacute oceli
Buch
Žukov
Buch
skutečnaacute lomovaacute
pevnost f
[MPa]
-1=035times f ndash10
-1=0315times f -19
konstrukčniacute oceli
konstrukčniacute oceli
Žukov
Mc-Adam
tvrdost HB
[MPa]-1=(0128hellip0156)timesHB
-1=(0168hellip0222)timesHB
uhliacutekoveacute oceli
legovaneacute oceli
Grebenik
Grebenik
meze Rm Re
[MPa]-1=0285times( Re + Rm) konstrukčniacute oceli Šapošnikov
DPŽ ndash Hrubyacute 37
Uacutenavoveacute křivky deformace
DPŽ ndash Hrubyacute 38
Manson-Coffin ndash unavovaacute křivka
deformace
00001
0001
001
01
1
1E+00 1E+01 1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07
počet půlkmitů 2N [1]
am
plitu
da p
om
d
efo
rmace
a [
1]
ae
ap
a
f
f Eb
c
1
1
DPŽ ndash Hrubyacute 39
Manson-Coffin ndash matematickyacute popis
NcNbE
NNE
NNE
fpla
fela
cf
pla
bfela
cf
pla
bfela
2logloglog2log
loglog
2loglog2
loglog
22
cfbfpl
aelaa NN
E22
σfrsquohellipsoučinitel uacutenavoveacute pevnosti bhellipexponent uacutenavoveacute pevnosti
εfrsquohellipsoučinitel uacutenavoveacute deformace chellipexponent uacutenavoveacute deformace
bc
f
fcb
f
ft
ctf
bt
f
aplael
E
EN
NNE
11
2
1
2
1
22
Tranzitniacute počet cyklů Po logaritmickeacute uacutepravě
DPŽ ndash Hrubyacute 40
Cyklickaacute deformačniacute křivka
DPŽ ndash Hrubyacute 41
Ramberg-Osgood (platneacute pro přibližneacute
vyjaacutedřeniacute tahoveacuteho diagramu i cyklickeacute
deformačniacute křivky)
E
el
npl
K
1
elE nplK
1DOsgoodRamberg
1
n
KE
+ =
DPŽ ndash Hrubyacute 42
Hysterezniacute smyčky cyklickaacute deformačniacute křivka
Rambergova-Osgoodova aproximace
Cyklickaacute
deformačniacute
křivka Saturovaneacute
hysterezniacute
smyčky
zpevněniacute
změkčeniacute
cyklickaacute
statickaacute
1D
1n
aaa
KE
D1el
aa E 1Dnpl
aa K
R = -1
DPŽ ndash Hrubyacute 43
Saturovanaacute hysterezniacute smyčka
naapla
elaa
KE
1
Krsquo - modul cyklickeacuteho zpevněniacute
nrsquo - exponent cyklickeacuteho zpevněniacute
E - modul pružnosti v tahu
nplaa K
DPŽ ndash Hrubyacute 44
Masingova aproximace hysterezniacutech
smyček a CDK
Saturovaneacute hysterezniacute smyčky uměle
posunuty spodniacutem rohem do počaacutetku
souřadneacuteho systeacutemu [εpl σ] majiacute
shodnou horniacute větev Většina kovů se
však podle Masingova pravidla nechovaacute
Data převzata z Radim Halama Experimentaacutelniacute poznatky a fenomenologickeacute modelovaacuteniacute cyklickeacute plasticity kovů [Habilitačniacute praacutece VŠB-TU Ostrava] 2009
εpl
σ CDK prochaacuteziacute středy posunutyacutech
hyster smyček
Nevykazuje chovaacuteniacute podle
Masingova pravidla
DPŽ ndash Hrubyacute 45
Odhady uacutenavovyacutech parametrů
Parametr Nelegovaneacute a niacutezkolegovaneacute oceli Hliniacutekoveacute a titanoveacute slitiny
f mRtimes51 mRtimes671
b -0087 -0095
f times590 350
c -058 -069
C mRtimes450 mRtimes420
C timestimestimes 410951450
E
Rm E
Rmtimes420
CN 5105 times 6101times
K mRtimes651 mRtimes611
n 015 011
kde
01 pro 3103 timesŁE
Rm
timesE
Rm01253751 pro 3103 timesE
Rm
0
DPŽ ndash Hrubyacute 46
Koncentrace napětiacute
DPŽ ndash Hrubyacute 47
Koncentrace napětiacute
Součinitel tvaru
(součinitel koncentrace
elastickyacutech napětiacute)
0max
1
x
y
x
nom
maxt
SK
0
1
x
y
x
Poměrnyacute gradient
(gradient normovanyacute maximaacutelniacutem
elastickyacutem napětiacutem)
httpwwwameswebinfoStressConcentrationFactor
StressConcentrationFactorsaspx
DPŽ ndash Hrubyacute 48
Součinitel vrubu β vrubovaacute citlivost q
0
100
200
300
400
500
600
1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07 1E+08
Number of cycles [1]
Str
es
s a
mp
litu
de
[M
Pa
]
smooth
notched
FL
FLN
xc
cfK
q11 Thum
Poloměr vrubu
Vliv vrubu bez
vlivu velikosti
a povrchu
DPŽ ndash Hrubyacute 49
Vliv velikosti a jakosti povrchu
DPŽ ndash Hrubyacute 50
Vliv velikosti součaacutesti - kS
m
d
D
dc
Dc
SV
Vk
exp
exp
10
y
x
S
02
03
04
05
06
07
08
09
1
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
průměr hřiacutedele D [mm]
so
učin
itel veliko
sti
[
1]
Rm=400 až 580Rm=700 až 710litaacute ocelRm=820 až 860Rm=850 až 910Rm=890 až 1000Rm=890 až 1000 aproximacem=-003m=-004m=-005m=-006m=-0068
oceli
DPŽ ndash Hrubyacute 51
Vliv jakosti obrobeniacute povrchu - kSF
kSF
Jakost povrchu
Pevnost v tahu
etalonc
realc
SFk
DPŽ ndash Hrubyacute 52
Vliv technologie uacuteprav povrchu - kT
etalonc
technolc
Tk
DPŽ ndash Hrubyacute 53
Mez uacutenavy reaacutelneacuteho diacutelu ndash dimenzovaacuteniacute
na teoreticky nekonečnou životnost
(trvalou pevnost)
f
TSFScvc
xc
K
kkk
vpcvc
xc
DPŽ ndash Hrubyacute 54
Vliv středniacuteho napětiacute
DPŽ ndash Hrubyacute 55
Vliv středniacuteho napětiacute
DPŽ ndash Hrubyacute 56
Smithův diagram
FL
DPŽ ndash Hrubyacute 57
Haighův (Goodmanův) diagram
0Re Re Rm
Re
-m +m
a
aekv
k
F
mCA
1
F
mCA
1
a
m
F Re
C
k = 2
CC
F tg
k = 1
odhad fiktivniacuteho napětiacute
tah
ohyb
krut
Rm
Rm
Rm
F
F
F
8070
7151
t
Hodnoty součinitele citlivosti k asymetrii cyklu ψ
(bdquosbiacutehavostldquo)
Goodmanova čaacutera
DPŽ ndash Hrubyacute 58
Vyacutepočet bezpečnosti
pt
mx
c
a
k
1
1
kt
m
kt
a
k
1
2
21min kkk
1pt
M
x
c
A
1
kt
M
kt
A
aA k mM k
DPŽ ndash Hrubyacute 59
Př Prutovaacute soustava ndash SU
bull absolutně tuhyacute traacutem
bull h = 1 000 mm
bull a = 500 mm
bull mez pevnosti materiaacutelu prutů 600 MPa
bull hladkeacute pruty kruhovyacute průřez 100 mm2
bull povrch prutů leštěn ndash souč jak povrchu 095
bull součinitele velikosti všech prutů 098
bull Fh = + 10 000 N
bull Fd = - 10 000 N
bull určit bezpečnost pro teoreticky
nekonečnou životnost
h
2a
F
a2
DPŽ ndash Hrubyacute 60
Př Prutovaacute soustava ndash SN
bull absolutně tuhyacute traacutem
bull h = 1 000 mm
bull a = 500 mm
bull mez pevnosti materiaacutelu prutů 600 MPa
bull hladkeacute pruty kruhovyacute průřez 100 mm2
bull povrch prutů leštěn ndash souč jak povrchu 095
bull součinitele velikosti všech prutů 098
bull Fh = + 20 000 N
bull Fd = - 20 000 N
bull určit bezpečnost pro teoreticky
nekonečnou životnost
h
a a
F
a2
DPŽ ndash Hrubyacute 61
Př Prutovaacute soustava ndash SU ndash 2 parametry
bull určit maximaacutelniacute rozmeziacute symetricky
střiacutedavyacutech sil (působiacuteciacutech ve faacutezi) pro
teoreticky nekonečnou životnost v
zaacutevislosti na uacutehlu alfa
bull l = 1 000 mm
bull mez pevnosti materiaacutelu prutů 600
MPa
bull hladkeacute pruty kruhovyacute průřez 100
mm2
bull povrch prutů leštěn ndash souč jak
povrchu 095
bull součinitele velikosti všech prutů 098
V
H
l l
1 2
V
H
N1 N2
DPŽ ndash Hrubyacute 62
zakresleniacute diagramu pro mezniacute stav
A
Vxc
A
Hxc
cos2
cos2
cotg
cos2
cotg
cos2
bezpečnost gt 1 jeden prut na mezi
uacutenavy součaacutesti tj v
jednom prutu
bezpečnost rovna
jedneacute
Př Prutovaacute soustava ndash SU ndash 2 parametry
DPŽ ndash Hrubyacute 63
Reaacutelneacute napěťodeformačniacute stavy ve
vrubech
DPŽ ndash Hrubyacute 64
Součinitel tvaru (s koncentrace
elastickyacutech napětiacute)
Součinitel koncentrace napětiacute
Součinitel koncentrace deformace
Reaacutelnaacute napětiacute a deformace ve vrubech
0
0
0
0
e
B
S
C
eSK ficfic
t
0
0
S
C
SK
0
0
e
B
eK
e
(nom)
B 0 fic
S (nom)
Brsquo
A
Arsquo
fic=S
=timesS
=times
Crsquo
C
DPŽ ndash Hrubyacute 65
Skutečnaacute napětiacute a deformace ve vrubech
22SeeS
12
0
2
12d
2
nplnpl
vKnE
KE
U
pl
Neuber Glinka
1
22
1 n
vKE
U
vfic UU
nomnomficficfic SeU 22
2
1
2
1
2
1
z rovnosti
ploch
DPŽ ndash Hrubyacute 66
0
fic
m=1
m=066
m=05m=01
m=0
Zobecněneacute Neuberovo pravidlo
5050 el
fic E
elfic EE
2
m=0 platiacute pro tvrdeacute zatěžovaacuteniacute tj
napětiacute deformačniacuteho původu
rovnoměrně rozděleneacute po
průřezu
m=1 platiacute pro měkkeacute zatěžovaacuteniacute tj
napětiacute siloveacuteho původu
rovnoměrně rozděleneacute po
průřezu
m=01 pro napětiacute deformačniacuteho
původu mimo vruby (např
teplotniacute pnutiacute)
m=05 pro vruby zatiacuteženeacute silově i
deformačně (Neuberovo
pravidlo)
m=06 pro napětiacute siloveacuteho původu
nerovnoměrně rozloženaacute po
průřezu (např při ohybu) mmel
fic E 1
DPŽ ndash Hrubyacute 67
Př Ramberg-Osgood 12
Vzorek bez vrubu z oceli 11 5231 je vystaven tvrdeacutemu zatěžovaacuteniacute o amplitudě celkoveacute
deformace 102 3timesa Určit amplitudu napětiacute Je zadaacuteno
MPa10072 5timesE
MPa1164K
1990n
0
100
200
300
400
500
600
700
0000 0005 0010 0015 0020 0025 0030
am
plitu
da n
ap
ětiacute
[M
Pa]
amplituda poměrneacute plastikeacute deformace [-]
CDK
n
apla K
DPŽ ndash Hrubyacute 68
-300 -200 -100 0 100 200 300260
280
300
320
340
360
380
ai
ai+
1
Př Ramberg-Osgood 22
MATLAB
sig=50
krok=0
for i=110000
krok=krok+1
Sig=1164(2e-3 - sig207e5)^0199
if abs(Sig-sig)lt00001
break
end
sig=Sig
end Pro libovolnyacute odhad je řešeniacute MPa273a
1990
5
1
1007200201164
times
iai
a
19901
5 1164100720020
times aa
1
naa
aKE
DPŽ ndash Hrubyacute 69
Př koncentrace napětiacute vs deformace 13
Vzorek z oceli 11 5231 je vystaven měkkeacutemu zatěžovaacuteniacute v podeacutelneacutem směru o amplitudě
napětiacute 200 MPa Určit elastickou a plastickou složku poměrneacute deformace
662
MPa10072 5timesE MPa1164K 1990n
zadaacuteno vůči neoslabeneacutemu nominaacutelniacutemu napětiacute
mimo vrub pro danou hladinu zatiacuteženiacute
200
Oslash10
20
5
DPŽ ndash Hrubyacute 70
MPa3533200662 times avruba
319901
1
1014301164
200
times
na
aplK
019801164
3533
19901
1
nvrubavrub
aplK
3
5109660
10072
200 timestimes
E
aael
0026010072
35335
times
E
vrubavrub
ael
333 101091109660101430 timestimestimes aplaela
1720101091
022403
times
a
vruba
Př koncentrace napětiacute vs deformace 23
022400198000260 vrubapl
vrubael
vruba
DPŽ ndash Hrubyacute 71
Př koncentrace napětiacute vs deformace 33
MKP elastickeacute řešeniacute
MKP elastoplastickeacute řešeniacute
324200
863max a
a
1720
662
DPŽ ndash Hrubyacute 72
Př Vetknutyacute sloupek 12
-16 K10511 times
50 100
Ocelovyacute sloupek = lopatka dmychadla je vloženyacute mezi dva tuheacute členy = disky
oběžneacuteho kola a je namaacutehaacuten cyklicky proměnnou teplotou
Uacutekol Posoudit zda hroziacute porušeniacute při 10 000 teplotniacutech cyklech
Daacuteno rozsah pracovniacutech teplot T1 = 22 degC T2 = 370 degC
modul pružnosti v tahu E = 205 GPa
uacutenavovaacute křivka poměrneacute deformace vztaženaacute
k provozniacute teplotě s parametry
160b
580c
MPa1140 f
10 f
teplotniacute roztažnost
DPŽ ndash Hrubyacute 73
C3482237012 TTT
336 1000122
10002434810511 times
timestimestimes
teplotaaT
3580160
5104601000201000020
10052
1140
22
times
times
c
fbf
a NNE
hroziacute poruchateplota
aa Ł
Př Vetknutyacute sloupek 22
DPŽ ndash Hrubyacute 74
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 14
22SeeS
nomnomficfic Se 22
2
1
2
1
2
1
2
1
Neuber
1
2222
2222
1 nfic
vKEEE
SSeU
mmelfic E 1
c
bnK
nf
f
b
c
f
fE
do Ramberga-Osgooda
naaa
KE
1
DPŽ ndash Hrubyacute 75
mmelfic E 1
m
bc
f
f
m
ficEE
E
1
m
bc
f
fmm
ficE
E
1
1
0
f
1
fic
m
bc
f
fm E
i
iii
f
f1
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 24
DPŽ ndash Hrubyacute 76
11
1
1
1
1
1
bc
f
i
f
f
m
bc
f
i
fimi
m
bc
f
i
fimi
fic
m
bc
f
i
fimi
ii
b
cEEmEm
E
1
npl
K
E
el
1
n
KE
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 34
DPŽ ndash Hrubyacute 77
K [MPa] n [-] c [-] εrsquof [-] b [-] σrsquof [MPa] E [MPa]
1020 014066 -06586 0921985 -0092718 1009234 21105
MPa700fic 50m
Iterace
Napětiacute ve vrubu
[MPa]
0 700
1 55953
2 48112
3 45414
4 45114
5 45111
6 45111 0005175
00030270002148
plel
00030271020
11451
1406601
1
npl
K
00021481012
114515
times
E
el
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 44
DPŽ ndash Hrubyacute 32
Rm
oblast
Re
C
Woumlhlerova křivka + Frenchova čaacutera
DPŽ ndash Hrubyacute 33
Wőhlerova křivka ndash ocel (bcc) hliniacutek (fcc)
httpwwwtokuroglucomSnCurveExpjpg httpenwikipediaorgwikiFatigue_(material)
DPŽ ndash Hrubyacute 34
Wőhlerova křivka ndash popis šikmeacute čaacutesti
KNw
CNwCN
CN
a
awa
wa
loglog
loglogloglogloglog
loglog
CNwa
bfa N2
Basquin
mocninnyacute tvar
Basquin 11 5231
10
100
1000
1 10 100 1000 10000 100000
N [1]
a [
MP
a]
bfC
1
2
1
bw
1
DPŽ ndash Hrubyacute 35
Wőhlerova křivka ndash celkovyacute popis
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
10E+01 10E+02 10E+03 10E+04 10E+05 10E+06 10E+07 10E+08 10E+09
N [1]
a [
MP
a]
CANw
Ca
Weibullův
KohoutůvndashVěchetův b
CaCN
BN
DPŽ ndash Hrubyacute 36
Dalšiacute odhady meze uacutenavy Vyhodnocovanaacute
veličina
Vztah pro mez uacutenavy při R=-1
(pravděpodobnost poruchy
P=50) [MPa]
Koeficienty a podmiacutenky
platnosti
Autor
mez pevnosti Rm
[MPa]-1=0432timesRm+22
-1=046timesRm
-1=6
1Rm+400
t-1=027timesRm
t-1=0249timesRm+25
konstrukčniacute oceli
oceli do Rm =1400 MPa
oceli do Rm =1200 až 1800
MPa
oceli Rm Ł1200
konstrukčniacute oceli
Buch
Žukov
Ponomarjev
Žukov
Buch
mez kluzu
v tahu Re a krutu
timestk [MPa]
-1=0452timesRe+94
-1=045timesRe+122
t-1=0448times tk+52
konstrukčniacute oceli
konstrukčniacute oceli
konstrukčniacute oceli
Buch
Žukov
Buch
skutečnaacute lomovaacute
pevnost f
[MPa]
-1=035times f ndash10
-1=0315times f -19
konstrukčniacute oceli
konstrukčniacute oceli
Žukov
Mc-Adam
tvrdost HB
[MPa]-1=(0128hellip0156)timesHB
-1=(0168hellip0222)timesHB
uhliacutekoveacute oceli
legovaneacute oceli
Grebenik
Grebenik
meze Rm Re
[MPa]-1=0285times( Re + Rm) konstrukčniacute oceli Šapošnikov
DPŽ ndash Hrubyacute 37
Uacutenavoveacute křivky deformace
DPŽ ndash Hrubyacute 38
Manson-Coffin ndash unavovaacute křivka
deformace
00001
0001
001
01
1
1E+00 1E+01 1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07
počet půlkmitů 2N [1]
am
plitu
da p
om
d
efo
rmace
a [
1]
ae
ap
a
f
f Eb
c
1
1
DPŽ ndash Hrubyacute 39
Manson-Coffin ndash matematickyacute popis
NcNbE
NNE
NNE
fpla
fela
cf
pla
bfela
cf
pla
bfela
2logloglog2log
loglog
2loglog2
loglog
22
cfbfpl
aelaa NN
E22
σfrsquohellipsoučinitel uacutenavoveacute pevnosti bhellipexponent uacutenavoveacute pevnosti
εfrsquohellipsoučinitel uacutenavoveacute deformace chellipexponent uacutenavoveacute deformace
bc
f
fcb
f
ft
ctf
bt
f
aplael
E
EN
NNE
11
2
1
2
1
22
Tranzitniacute počet cyklů Po logaritmickeacute uacutepravě
DPŽ ndash Hrubyacute 40
Cyklickaacute deformačniacute křivka
DPŽ ndash Hrubyacute 41
Ramberg-Osgood (platneacute pro přibližneacute
vyjaacutedřeniacute tahoveacuteho diagramu i cyklickeacute
deformačniacute křivky)
E
el
npl
K
1
elE nplK
1DOsgoodRamberg
1
n
KE
+ =
DPŽ ndash Hrubyacute 42
Hysterezniacute smyčky cyklickaacute deformačniacute křivka
Rambergova-Osgoodova aproximace
Cyklickaacute
deformačniacute
křivka Saturovaneacute
hysterezniacute
smyčky
zpevněniacute
změkčeniacute
cyklickaacute
statickaacute
1D
1n
aaa
KE
D1el
aa E 1Dnpl
aa K
R = -1
DPŽ ndash Hrubyacute 43
Saturovanaacute hysterezniacute smyčka
naapla
elaa
KE
1
Krsquo - modul cyklickeacuteho zpevněniacute
nrsquo - exponent cyklickeacuteho zpevněniacute
E - modul pružnosti v tahu
nplaa K
DPŽ ndash Hrubyacute 44
Masingova aproximace hysterezniacutech
smyček a CDK
Saturovaneacute hysterezniacute smyčky uměle
posunuty spodniacutem rohem do počaacutetku
souřadneacuteho systeacutemu [εpl σ] majiacute
shodnou horniacute větev Většina kovů se
však podle Masingova pravidla nechovaacute
Data převzata z Radim Halama Experimentaacutelniacute poznatky a fenomenologickeacute modelovaacuteniacute cyklickeacute plasticity kovů [Habilitačniacute praacutece VŠB-TU Ostrava] 2009
εpl
σ CDK prochaacuteziacute středy posunutyacutech
hyster smyček
Nevykazuje chovaacuteniacute podle
Masingova pravidla
DPŽ ndash Hrubyacute 45
Odhady uacutenavovyacutech parametrů
Parametr Nelegovaneacute a niacutezkolegovaneacute oceli Hliniacutekoveacute a titanoveacute slitiny
f mRtimes51 mRtimes671
b -0087 -0095
f times590 350
c -058 -069
C mRtimes450 mRtimes420
C timestimestimes 410951450
E
Rm E
Rmtimes420
CN 5105 times 6101times
K mRtimes651 mRtimes611
n 015 011
kde
01 pro 3103 timesŁE
Rm
timesE
Rm01253751 pro 3103 timesE
Rm
0
DPŽ ndash Hrubyacute 46
Koncentrace napětiacute
DPŽ ndash Hrubyacute 47
Koncentrace napětiacute
Součinitel tvaru
(součinitel koncentrace
elastickyacutech napětiacute)
0max
1
x
y
x
nom
maxt
SK
0
1
x
y
x
Poměrnyacute gradient
(gradient normovanyacute maximaacutelniacutem
elastickyacutem napětiacutem)
httpwwwameswebinfoStressConcentrationFactor
StressConcentrationFactorsaspx
DPŽ ndash Hrubyacute 48
Součinitel vrubu β vrubovaacute citlivost q
0
100
200
300
400
500
600
1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07 1E+08
Number of cycles [1]
Str
es
s a
mp
litu
de
[M
Pa
]
smooth
notched
FL
FLN
xc
cfK
q11 Thum
Poloměr vrubu
Vliv vrubu bez
vlivu velikosti
a povrchu
DPŽ ndash Hrubyacute 49
Vliv velikosti a jakosti povrchu
DPŽ ndash Hrubyacute 50
Vliv velikosti součaacutesti - kS
m
d
D
dc
Dc
SV
Vk
exp
exp
10
y
x
S
02
03
04
05
06
07
08
09
1
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
průměr hřiacutedele D [mm]
so
učin
itel veliko
sti
[
1]
Rm=400 až 580Rm=700 až 710litaacute ocelRm=820 až 860Rm=850 až 910Rm=890 až 1000Rm=890 až 1000 aproximacem=-003m=-004m=-005m=-006m=-0068
oceli
DPŽ ndash Hrubyacute 51
Vliv jakosti obrobeniacute povrchu - kSF
kSF
Jakost povrchu
Pevnost v tahu
etalonc
realc
SFk
DPŽ ndash Hrubyacute 52
Vliv technologie uacuteprav povrchu - kT
etalonc
technolc
Tk
DPŽ ndash Hrubyacute 53
Mez uacutenavy reaacutelneacuteho diacutelu ndash dimenzovaacuteniacute
na teoreticky nekonečnou životnost
(trvalou pevnost)
f
TSFScvc
xc
K
kkk
vpcvc
xc
DPŽ ndash Hrubyacute 54
Vliv středniacuteho napětiacute
DPŽ ndash Hrubyacute 55
Vliv středniacuteho napětiacute
DPŽ ndash Hrubyacute 56
Smithův diagram
FL
DPŽ ndash Hrubyacute 57
Haighův (Goodmanův) diagram
0Re Re Rm
Re
-m +m
a
aekv
k
F
mCA
1
F
mCA
1
a
m
F Re
C
k = 2
CC
F tg
k = 1
odhad fiktivniacuteho napětiacute
tah
ohyb
krut
Rm
Rm
Rm
F
F
F
8070
7151
t
Hodnoty součinitele citlivosti k asymetrii cyklu ψ
(bdquosbiacutehavostldquo)
Goodmanova čaacutera
DPŽ ndash Hrubyacute 58
Vyacutepočet bezpečnosti
pt
mx
c
a
k
1
1
kt
m
kt
a
k
1
2
21min kkk
1pt
M
x
c
A
1
kt
M
kt
A
aA k mM k
DPŽ ndash Hrubyacute 59
Př Prutovaacute soustava ndash SU
bull absolutně tuhyacute traacutem
bull h = 1 000 mm
bull a = 500 mm
bull mez pevnosti materiaacutelu prutů 600 MPa
bull hladkeacute pruty kruhovyacute průřez 100 mm2
bull povrch prutů leštěn ndash souč jak povrchu 095
bull součinitele velikosti všech prutů 098
bull Fh = + 10 000 N
bull Fd = - 10 000 N
bull určit bezpečnost pro teoreticky
nekonečnou životnost
h
2a
F
a2
DPŽ ndash Hrubyacute 60
Př Prutovaacute soustava ndash SN
bull absolutně tuhyacute traacutem
bull h = 1 000 mm
bull a = 500 mm
bull mez pevnosti materiaacutelu prutů 600 MPa
bull hladkeacute pruty kruhovyacute průřez 100 mm2
bull povrch prutů leštěn ndash souč jak povrchu 095
bull součinitele velikosti všech prutů 098
bull Fh = + 20 000 N
bull Fd = - 20 000 N
bull určit bezpečnost pro teoreticky
nekonečnou životnost
h
a a
F
a2
DPŽ ndash Hrubyacute 61
Př Prutovaacute soustava ndash SU ndash 2 parametry
bull určit maximaacutelniacute rozmeziacute symetricky
střiacutedavyacutech sil (působiacuteciacutech ve faacutezi) pro
teoreticky nekonečnou životnost v
zaacutevislosti na uacutehlu alfa
bull l = 1 000 mm
bull mez pevnosti materiaacutelu prutů 600
MPa
bull hladkeacute pruty kruhovyacute průřez 100
mm2
bull povrch prutů leštěn ndash souč jak
povrchu 095
bull součinitele velikosti všech prutů 098
V
H
l l
1 2
V
H
N1 N2
DPŽ ndash Hrubyacute 62
zakresleniacute diagramu pro mezniacute stav
A
Vxc
A
Hxc
cos2
cos2
cotg
cos2
cotg
cos2
bezpečnost gt 1 jeden prut na mezi
uacutenavy součaacutesti tj v
jednom prutu
bezpečnost rovna
jedneacute
Př Prutovaacute soustava ndash SU ndash 2 parametry
DPŽ ndash Hrubyacute 63
Reaacutelneacute napěťodeformačniacute stavy ve
vrubech
DPŽ ndash Hrubyacute 64
Součinitel tvaru (s koncentrace
elastickyacutech napětiacute)
Součinitel koncentrace napětiacute
Součinitel koncentrace deformace
Reaacutelnaacute napětiacute a deformace ve vrubech
0
0
0
0
e
B
S
C
eSK ficfic
t
0
0
S
C
SK
0
0
e
B
eK
e
(nom)
B 0 fic
S (nom)
Brsquo
A
Arsquo
fic=S
=timesS
=times
Crsquo
C
DPŽ ndash Hrubyacute 65
Skutečnaacute napětiacute a deformace ve vrubech
22SeeS
12
0
2
12d
2
nplnpl
vKnE
KE
U
pl
Neuber Glinka
1
22
1 n
vKE
U
vfic UU
nomnomficficfic SeU 22
2
1
2
1
2
1
z rovnosti
ploch
DPŽ ndash Hrubyacute 66
0
fic
m=1
m=066
m=05m=01
m=0
Zobecněneacute Neuberovo pravidlo
5050 el
fic E
elfic EE
2
m=0 platiacute pro tvrdeacute zatěžovaacuteniacute tj
napětiacute deformačniacuteho původu
rovnoměrně rozděleneacute po
průřezu
m=1 platiacute pro měkkeacute zatěžovaacuteniacute tj
napětiacute siloveacuteho původu
rovnoměrně rozděleneacute po
průřezu
m=01 pro napětiacute deformačniacuteho
původu mimo vruby (např
teplotniacute pnutiacute)
m=05 pro vruby zatiacuteženeacute silově i
deformačně (Neuberovo
pravidlo)
m=06 pro napětiacute siloveacuteho původu
nerovnoměrně rozloženaacute po
průřezu (např při ohybu) mmel
fic E 1
DPŽ ndash Hrubyacute 67
Př Ramberg-Osgood 12
Vzorek bez vrubu z oceli 11 5231 je vystaven tvrdeacutemu zatěžovaacuteniacute o amplitudě celkoveacute
deformace 102 3timesa Určit amplitudu napětiacute Je zadaacuteno
MPa10072 5timesE
MPa1164K
1990n
0
100
200
300
400
500
600
700
0000 0005 0010 0015 0020 0025 0030
am
plitu
da n
ap
ětiacute
[M
Pa]
amplituda poměrneacute plastikeacute deformace [-]
CDK
n
apla K
DPŽ ndash Hrubyacute 68
-300 -200 -100 0 100 200 300260
280
300
320
340
360
380
ai
ai+
1
Př Ramberg-Osgood 22
MATLAB
sig=50
krok=0
for i=110000
krok=krok+1
Sig=1164(2e-3 - sig207e5)^0199
if abs(Sig-sig)lt00001
break
end
sig=Sig
end Pro libovolnyacute odhad je řešeniacute MPa273a
1990
5
1
1007200201164
times
iai
a
19901
5 1164100720020
times aa
1
naa
aKE
DPŽ ndash Hrubyacute 69
Př koncentrace napětiacute vs deformace 13
Vzorek z oceli 11 5231 je vystaven měkkeacutemu zatěžovaacuteniacute v podeacutelneacutem směru o amplitudě
napětiacute 200 MPa Určit elastickou a plastickou složku poměrneacute deformace
662
MPa10072 5timesE MPa1164K 1990n
zadaacuteno vůči neoslabeneacutemu nominaacutelniacutemu napětiacute
mimo vrub pro danou hladinu zatiacuteženiacute
200
Oslash10
20
5
DPŽ ndash Hrubyacute 70
MPa3533200662 times avruba
319901
1
1014301164
200
times
na
aplK
019801164
3533
19901
1
nvrubavrub
aplK
3
5109660
10072
200 timestimes
E
aael
0026010072
35335
times
E
vrubavrub
ael
333 101091109660101430 timestimestimes aplaela
1720101091
022403
times
a
vruba
Př koncentrace napětiacute vs deformace 23
022400198000260 vrubapl
vrubael
vruba
DPŽ ndash Hrubyacute 71
Př koncentrace napětiacute vs deformace 33
MKP elastickeacute řešeniacute
MKP elastoplastickeacute řešeniacute
324200
863max a
a
1720
662
DPŽ ndash Hrubyacute 72
Př Vetknutyacute sloupek 12
-16 K10511 times
50 100
Ocelovyacute sloupek = lopatka dmychadla je vloženyacute mezi dva tuheacute členy = disky
oběžneacuteho kola a je namaacutehaacuten cyklicky proměnnou teplotou
Uacutekol Posoudit zda hroziacute porušeniacute při 10 000 teplotniacutech cyklech
Daacuteno rozsah pracovniacutech teplot T1 = 22 degC T2 = 370 degC
modul pružnosti v tahu E = 205 GPa
uacutenavovaacute křivka poměrneacute deformace vztaženaacute
k provozniacute teplotě s parametry
160b
580c
MPa1140 f
10 f
teplotniacute roztažnost
DPŽ ndash Hrubyacute 73
C3482237012 TTT
336 1000122
10002434810511 times
timestimestimes
teplotaaT
3580160
5104601000201000020
10052
1140
22
times
times
c
fbf
a NNE
hroziacute poruchateplota
aa Ł
Př Vetknutyacute sloupek 22
DPŽ ndash Hrubyacute 74
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 14
22SeeS
nomnomficfic Se 22
2
1
2
1
2
1
2
1
Neuber
1
2222
2222
1 nfic
vKEEE
SSeU
mmelfic E 1
c
bnK
nf
f
b
c
f
fE
do Ramberga-Osgooda
naaa
KE
1
DPŽ ndash Hrubyacute 75
mmelfic E 1
m
bc
f
f
m
ficEE
E
1
m
bc
f
fmm
ficE
E
1
1
0
f
1
fic
m
bc
f
fm E
i
iii
f
f1
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 24
DPŽ ndash Hrubyacute 76
11
1
1
1
1
1
bc
f
i
f
f
m
bc
f
i
fimi
m
bc
f
i
fimi
fic
m
bc
f
i
fimi
ii
b
cEEmEm
E
1
npl
K
E
el
1
n
KE
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 34
DPŽ ndash Hrubyacute 77
K [MPa] n [-] c [-] εrsquof [-] b [-] σrsquof [MPa] E [MPa]
1020 014066 -06586 0921985 -0092718 1009234 21105
MPa700fic 50m
Iterace
Napětiacute ve vrubu
[MPa]
0 700
1 55953
2 48112
3 45414
4 45114
5 45111
6 45111 0005175
00030270002148
plel
00030271020
11451
1406601
1
npl
K
00021481012
114515
times
E
el
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 44
DPŽ ndash Hrubyacute 33
Wőhlerova křivka ndash ocel (bcc) hliniacutek (fcc)
httpwwwtokuroglucomSnCurveExpjpg httpenwikipediaorgwikiFatigue_(material)
DPŽ ndash Hrubyacute 34
Wőhlerova křivka ndash popis šikmeacute čaacutesti
KNw
CNwCN
CN
a
awa
wa
loglog
loglogloglogloglog
loglog
CNwa
bfa N2
Basquin
mocninnyacute tvar
Basquin 11 5231
10
100
1000
1 10 100 1000 10000 100000
N [1]
a [
MP
a]
bfC
1
2
1
bw
1
DPŽ ndash Hrubyacute 35
Wőhlerova křivka ndash celkovyacute popis
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
10E+01 10E+02 10E+03 10E+04 10E+05 10E+06 10E+07 10E+08 10E+09
N [1]
a [
MP
a]
CANw
Ca
Weibullův
KohoutůvndashVěchetův b
CaCN
BN
DPŽ ndash Hrubyacute 36
Dalšiacute odhady meze uacutenavy Vyhodnocovanaacute
veličina
Vztah pro mez uacutenavy při R=-1
(pravděpodobnost poruchy
P=50) [MPa]
Koeficienty a podmiacutenky
platnosti
Autor
mez pevnosti Rm
[MPa]-1=0432timesRm+22
-1=046timesRm
-1=6
1Rm+400
t-1=027timesRm
t-1=0249timesRm+25
konstrukčniacute oceli
oceli do Rm =1400 MPa
oceli do Rm =1200 až 1800
MPa
oceli Rm Ł1200
konstrukčniacute oceli
Buch
Žukov
Ponomarjev
Žukov
Buch
mez kluzu
v tahu Re a krutu
timestk [MPa]
-1=0452timesRe+94
-1=045timesRe+122
t-1=0448times tk+52
konstrukčniacute oceli
konstrukčniacute oceli
konstrukčniacute oceli
Buch
Žukov
Buch
skutečnaacute lomovaacute
pevnost f
[MPa]
-1=035times f ndash10
-1=0315times f -19
konstrukčniacute oceli
konstrukčniacute oceli
Žukov
Mc-Adam
tvrdost HB
[MPa]-1=(0128hellip0156)timesHB
-1=(0168hellip0222)timesHB
uhliacutekoveacute oceli
legovaneacute oceli
Grebenik
Grebenik
meze Rm Re
[MPa]-1=0285times( Re + Rm) konstrukčniacute oceli Šapošnikov
DPŽ ndash Hrubyacute 37
Uacutenavoveacute křivky deformace
DPŽ ndash Hrubyacute 38
Manson-Coffin ndash unavovaacute křivka
deformace
00001
0001
001
01
1
1E+00 1E+01 1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07
počet půlkmitů 2N [1]
am
plitu
da p
om
d
efo
rmace
a [
1]
ae
ap
a
f
f Eb
c
1
1
DPŽ ndash Hrubyacute 39
Manson-Coffin ndash matematickyacute popis
NcNbE
NNE
NNE
fpla
fela
cf
pla
bfela
cf
pla
bfela
2logloglog2log
loglog
2loglog2
loglog
22
cfbfpl
aelaa NN
E22
σfrsquohellipsoučinitel uacutenavoveacute pevnosti bhellipexponent uacutenavoveacute pevnosti
εfrsquohellipsoučinitel uacutenavoveacute deformace chellipexponent uacutenavoveacute deformace
bc
f
fcb
f
ft
ctf
bt
f
aplael
E
EN
NNE
11
2
1
2
1
22
Tranzitniacute počet cyklů Po logaritmickeacute uacutepravě
DPŽ ndash Hrubyacute 40
Cyklickaacute deformačniacute křivka
DPŽ ndash Hrubyacute 41
Ramberg-Osgood (platneacute pro přibližneacute
vyjaacutedřeniacute tahoveacuteho diagramu i cyklickeacute
deformačniacute křivky)
E
el
npl
K
1
elE nplK
1DOsgoodRamberg
1
n
KE
+ =
DPŽ ndash Hrubyacute 42
Hysterezniacute smyčky cyklickaacute deformačniacute křivka
Rambergova-Osgoodova aproximace
Cyklickaacute
deformačniacute
křivka Saturovaneacute
hysterezniacute
smyčky
zpevněniacute
změkčeniacute
cyklickaacute
statickaacute
1D
1n
aaa
KE
D1el
aa E 1Dnpl
aa K
R = -1
DPŽ ndash Hrubyacute 43
Saturovanaacute hysterezniacute smyčka
naapla
elaa
KE
1
Krsquo - modul cyklickeacuteho zpevněniacute
nrsquo - exponent cyklickeacuteho zpevněniacute
E - modul pružnosti v tahu
nplaa K
DPŽ ndash Hrubyacute 44
Masingova aproximace hysterezniacutech
smyček a CDK
Saturovaneacute hysterezniacute smyčky uměle
posunuty spodniacutem rohem do počaacutetku
souřadneacuteho systeacutemu [εpl σ] majiacute
shodnou horniacute větev Většina kovů se
však podle Masingova pravidla nechovaacute
Data převzata z Radim Halama Experimentaacutelniacute poznatky a fenomenologickeacute modelovaacuteniacute cyklickeacute plasticity kovů [Habilitačniacute praacutece VŠB-TU Ostrava] 2009
εpl
σ CDK prochaacuteziacute středy posunutyacutech
hyster smyček
Nevykazuje chovaacuteniacute podle
Masingova pravidla
DPŽ ndash Hrubyacute 45
Odhady uacutenavovyacutech parametrů
Parametr Nelegovaneacute a niacutezkolegovaneacute oceli Hliniacutekoveacute a titanoveacute slitiny
f mRtimes51 mRtimes671
b -0087 -0095
f times590 350
c -058 -069
C mRtimes450 mRtimes420
C timestimestimes 410951450
E
Rm E
Rmtimes420
CN 5105 times 6101times
K mRtimes651 mRtimes611
n 015 011
kde
01 pro 3103 timesŁE
Rm
timesE
Rm01253751 pro 3103 timesE
Rm
0
DPŽ ndash Hrubyacute 46
Koncentrace napětiacute
DPŽ ndash Hrubyacute 47
Koncentrace napětiacute
Součinitel tvaru
(součinitel koncentrace
elastickyacutech napětiacute)
0max
1
x
y
x
nom
maxt
SK
0
1
x
y
x
Poměrnyacute gradient
(gradient normovanyacute maximaacutelniacutem
elastickyacutem napětiacutem)
httpwwwameswebinfoStressConcentrationFactor
StressConcentrationFactorsaspx
DPŽ ndash Hrubyacute 48
Součinitel vrubu β vrubovaacute citlivost q
0
100
200
300
400
500
600
1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07 1E+08
Number of cycles [1]
Str
es
s a
mp
litu
de
[M
Pa
]
smooth
notched
FL
FLN
xc
cfK
q11 Thum
Poloměr vrubu
Vliv vrubu bez
vlivu velikosti
a povrchu
DPŽ ndash Hrubyacute 49
Vliv velikosti a jakosti povrchu
DPŽ ndash Hrubyacute 50
Vliv velikosti součaacutesti - kS
m
d
D
dc
Dc
SV
Vk
exp
exp
10
y
x
S
02
03
04
05
06
07
08
09
1
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
průměr hřiacutedele D [mm]
so
učin
itel veliko
sti
[
1]
Rm=400 až 580Rm=700 až 710litaacute ocelRm=820 až 860Rm=850 až 910Rm=890 až 1000Rm=890 až 1000 aproximacem=-003m=-004m=-005m=-006m=-0068
oceli
DPŽ ndash Hrubyacute 51
Vliv jakosti obrobeniacute povrchu - kSF
kSF
Jakost povrchu
Pevnost v tahu
etalonc
realc
SFk
DPŽ ndash Hrubyacute 52
Vliv technologie uacuteprav povrchu - kT
etalonc
technolc
Tk
DPŽ ndash Hrubyacute 53
Mez uacutenavy reaacutelneacuteho diacutelu ndash dimenzovaacuteniacute
na teoreticky nekonečnou životnost
(trvalou pevnost)
f
TSFScvc
xc
K
kkk
vpcvc
xc
DPŽ ndash Hrubyacute 54
Vliv středniacuteho napětiacute
DPŽ ndash Hrubyacute 55
Vliv středniacuteho napětiacute
DPŽ ndash Hrubyacute 56
Smithův diagram
FL
DPŽ ndash Hrubyacute 57
Haighův (Goodmanův) diagram
0Re Re Rm
Re
-m +m
a
aekv
k
F
mCA
1
F
mCA
1
a
m
F Re
C
k = 2
CC
F tg
k = 1
odhad fiktivniacuteho napětiacute
tah
ohyb
krut
Rm
Rm
Rm
F
F
F
8070
7151
t
Hodnoty součinitele citlivosti k asymetrii cyklu ψ
(bdquosbiacutehavostldquo)
Goodmanova čaacutera
DPŽ ndash Hrubyacute 58
Vyacutepočet bezpečnosti
pt
mx
c
a
k
1
1
kt
m
kt
a
k
1
2
21min kkk
1pt
M
x
c
A
1
kt
M
kt
A
aA k mM k
DPŽ ndash Hrubyacute 59
Př Prutovaacute soustava ndash SU
bull absolutně tuhyacute traacutem
bull h = 1 000 mm
bull a = 500 mm
bull mez pevnosti materiaacutelu prutů 600 MPa
bull hladkeacute pruty kruhovyacute průřez 100 mm2
bull povrch prutů leštěn ndash souč jak povrchu 095
bull součinitele velikosti všech prutů 098
bull Fh = + 10 000 N
bull Fd = - 10 000 N
bull určit bezpečnost pro teoreticky
nekonečnou životnost
h
2a
F
a2
DPŽ ndash Hrubyacute 60
Př Prutovaacute soustava ndash SN
bull absolutně tuhyacute traacutem
bull h = 1 000 mm
bull a = 500 mm
bull mez pevnosti materiaacutelu prutů 600 MPa
bull hladkeacute pruty kruhovyacute průřez 100 mm2
bull povrch prutů leštěn ndash souč jak povrchu 095
bull součinitele velikosti všech prutů 098
bull Fh = + 20 000 N
bull Fd = - 20 000 N
bull určit bezpečnost pro teoreticky
nekonečnou životnost
h
a a
F
a2
DPŽ ndash Hrubyacute 61
Př Prutovaacute soustava ndash SU ndash 2 parametry
bull určit maximaacutelniacute rozmeziacute symetricky
střiacutedavyacutech sil (působiacuteciacutech ve faacutezi) pro
teoreticky nekonečnou životnost v
zaacutevislosti na uacutehlu alfa
bull l = 1 000 mm
bull mez pevnosti materiaacutelu prutů 600
MPa
bull hladkeacute pruty kruhovyacute průřez 100
mm2
bull povrch prutů leštěn ndash souč jak
povrchu 095
bull součinitele velikosti všech prutů 098
V
H
l l
1 2
V
H
N1 N2
DPŽ ndash Hrubyacute 62
zakresleniacute diagramu pro mezniacute stav
A
Vxc
A
Hxc
cos2
cos2
cotg
cos2
cotg
cos2
bezpečnost gt 1 jeden prut na mezi
uacutenavy součaacutesti tj v
jednom prutu
bezpečnost rovna
jedneacute
Př Prutovaacute soustava ndash SU ndash 2 parametry
DPŽ ndash Hrubyacute 63
Reaacutelneacute napěťodeformačniacute stavy ve
vrubech
DPŽ ndash Hrubyacute 64
Součinitel tvaru (s koncentrace
elastickyacutech napětiacute)
Součinitel koncentrace napětiacute
Součinitel koncentrace deformace
Reaacutelnaacute napětiacute a deformace ve vrubech
0
0
0
0
e
B
S
C
eSK ficfic
t
0
0
S
C
SK
0
0
e
B
eK
e
(nom)
B 0 fic
S (nom)
Brsquo
A
Arsquo
fic=S
=timesS
=times
Crsquo
C
DPŽ ndash Hrubyacute 65
Skutečnaacute napětiacute a deformace ve vrubech
22SeeS
12
0
2
12d
2
nplnpl
vKnE
KE
U
pl
Neuber Glinka
1
22
1 n
vKE
U
vfic UU
nomnomficficfic SeU 22
2
1
2
1
2
1
z rovnosti
ploch
DPŽ ndash Hrubyacute 66
0
fic
m=1
m=066
m=05m=01
m=0
Zobecněneacute Neuberovo pravidlo
5050 el
fic E
elfic EE
2
m=0 platiacute pro tvrdeacute zatěžovaacuteniacute tj
napětiacute deformačniacuteho původu
rovnoměrně rozděleneacute po
průřezu
m=1 platiacute pro měkkeacute zatěžovaacuteniacute tj
napětiacute siloveacuteho původu
rovnoměrně rozděleneacute po
průřezu
m=01 pro napětiacute deformačniacuteho
původu mimo vruby (např
teplotniacute pnutiacute)
m=05 pro vruby zatiacuteženeacute silově i
deformačně (Neuberovo
pravidlo)
m=06 pro napětiacute siloveacuteho původu
nerovnoměrně rozloženaacute po
průřezu (např při ohybu) mmel
fic E 1
DPŽ ndash Hrubyacute 67
Př Ramberg-Osgood 12
Vzorek bez vrubu z oceli 11 5231 je vystaven tvrdeacutemu zatěžovaacuteniacute o amplitudě celkoveacute
deformace 102 3timesa Určit amplitudu napětiacute Je zadaacuteno
MPa10072 5timesE
MPa1164K
1990n
0
100
200
300
400
500
600
700
0000 0005 0010 0015 0020 0025 0030
am
plitu
da n
ap
ětiacute
[M
Pa]
amplituda poměrneacute plastikeacute deformace [-]
CDK
n
apla K
DPŽ ndash Hrubyacute 68
-300 -200 -100 0 100 200 300260
280
300
320
340
360
380
ai
ai+
1
Př Ramberg-Osgood 22
MATLAB
sig=50
krok=0
for i=110000
krok=krok+1
Sig=1164(2e-3 - sig207e5)^0199
if abs(Sig-sig)lt00001
break
end
sig=Sig
end Pro libovolnyacute odhad je řešeniacute MPa273a
1990
5
1
1007200201164
times
iai
a
19901
5 1164100720020
times aa
1
naa
aKE
DPŽ ndash Hrubyacute 69
Př koncentrace napětiacute vs deformace 13
Vzorek z oceli 11 5231 je vystaven měkkeacutemu zatěžovaacuteniacute v podeacutelneacutem směru o amplitudě
napětiacute 200 MPa Určit elastickou a plastickou složku poměrneacute deformace
662
MPa10072 5timesE MPa1164K 1990n
zadaacuteno vůči neoslabeneacutemu nominaacutelniacutemu napětiacute
mimo vrub pro danou hladinu zatiacuteženiacute
200
Oslash10
20
5
DPŽ ndash Hrubyacute 70
MPa3533200662 times avruba
319901
1
1014301164
200
times
na
aplK
019801164
3533
19901
1
nvrubavrub
aplK
3
5109660
10072
200 timestimes
E
aael
0026010072
35335
times
E
vrubavrub
ael
333 101091109660101430 timestimestimes aplaela
1720101091
022403
times
a
vruba
Př koncentrace napětiacute vs deformace 23
022400198000260 vrubapl
vrubael
vruba
DPŽ ndash Hrubyacute 71
Př koncentrace napětiacute vs deformace 33
MKP elastickeacute řešeniacute
MKP elastoplastickeacute řešeniacute
324200
863max a
a
1720
662
DPŽ ndash Hrubyacute 72
Př Vetknutyacute sloupek 12
-16 K10511 times
50 100
Ocelovyacute sloupek = lopatka dmychadla je vloženyacute mezi dva tuheacute členy = disky
oběžneacuteho kola a je namaacutehaacuten cyklicky proměnnou teplotou
Uacutekol Posoudit zda hroziacute porušeniacute při 10 000 teplotniacutech cyklech
Daacuteno rozsah pracovniacutech teplot T1 = 22 degC T2 = 370 degC
modul pružnosti v tahu E = 205 GPa
uacutenavovaacute křivka poměrneacute deformace vztaženaacute
k provozniacute teplotě s parametry
160b
580c
MPa1140 f
10 f
teplotniacute roztažnost
DPŽ ndash Hrubyacute 73
C3482237012 TTT
336 1000122
10002434810511 times
timestimestimes
teplotaaT
3580160
5104601000201000020
10052
1140
22
times
times
c
fbf
a NNE
hroziacute poruchateplota
aa Ł
Př Vetknutyacute sloupek 22
DPŽ ndash Hrubyacute 74
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 14
22SeeS
nomnomficfic Se 22
2
1
2
1
2
1
2
1
Neuber
1
2222
2222
1 nfic
vKEEE
SSeU
mmelfic E 1
c
bnK
nf
f
b
c
f
fE
do Ramberga-Osgooda
naaa
KE
1
DPŽ ndash Hrubyacute 75
mmelfic E 1
m
bc
f
f
m
ficEE
E
1
m
bc
f
fmm
ficE
E
1
1
0
f
1
fic
m
bc
f
fm E
i
iii
f
f1
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 24
DPŽ ndash Hrubyacute 76
11
1
1
1
1
1
bc
f
i
f
f
m
bc
f
i
fimi
m
bc
f
i
fimi
fic
m
bc
f
i
fimi
ii
b
cEEmEm
E
1
npl
K
E
el
1
n
KE
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 34
DPŽ ndash Hrubyacute 77
K [MPa] n [-] c [-] εrsquof [-] b [-] σrsquof [MPa] E [MPa]
1020 014066 -06586 0921985 -0092718 1009234 21105
MPa700fic 50m
Iterace
Napětiacute ve vrubu
[MPa]
0 700
1 55953
2 48112
3 45414
4 45114
5 45111
6 45111 0005175
00030270002148
plel
00030271020
11451
1406601
1
npl
K
00021481012
114515
times
E
el
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 44
DPŽ ndash Hrubyacute 34
Wőhlerova křivka ndash popis šikmeacute čaacutesti
KNw
CNwCN
CN
a
awa
wa
loglog
loglogloglogloglog
loglog
CNwa
bfa N2
Basquin
mocninnyacute tvar
Basquin 11 5231
10
100
1000
1 10 100 1000 10000 100000
N [1]
a [
MP
a]
bfC
1
2
1
bw
1
DPŽ ndash Hrubyacute 35
Wőhlerova křivka ndash celkovyacute popis
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
10E+01 10E+02 10E+03 10E+04 10E+05 10E+06 10E+07 10E+08 10E+09
N [1]
a [
MP
a]
CANw
Ca
Weibullův
KohoutůvndashVěchetův b
CaCN
BN
DPŽ ndash Hrubyacute 36
Dalšiacute odhady meze uacutenavy Vyhodnocovanaacute
veličina
Vztah pro mez uacutenavy při R=-1
(pravděpodobnost poruchy
P=50) [MPa]
Koeficienty a podmiacutenky
platnosti
Autor
mez pevnosti Rm
[MPa]-1=0432timesRm+22
-1=046timesRm
-1=6
1Rm+400
t-1=027timesRm
t-1=0249timesRm+25
konstrukčniacute oceli
oceli do Rm =1400 MPa
oceli do Rm =1200 až 1800
MPa
oceli Rm Ł1200
konstrukčniacute oceli
Buch
Žukov
Ponomarjev
Žukov
Buch
mez kluzu
v tahu Re a krutu
timestk [MPa]
-1=0452timesRe+94
-1=045timesRe+122
t-1=0448times tk+52
konstrukčniacute oceli
konstrukčniacute oceli
konstrukčniacute oceli
Buch
Žukov
Buch
skutečnaacute lomovaacute
pevnost f
[MPa]
-1=035times f ndash10
-1=0315times f -19
konstrukčniacute oceli
konstrukčniacute oceli
Žukov
Mc-Adam
tvrdost HB
[MPa]-1=(0128hellip0156)timesHB
-1=(0168hellip0222)timesHB
uhliacutekoveacute oceli
legovaneacute oceli
Grebenik
Grebenik
meze Rm Re
[MPa]-1=0285times( Re + Rm) konstrukčniacute oceli Šapošnikov
DPŽ ndash Hrubyacute 37
Uacutenavoveacute křivky deformace
DPŽ ndash Hrubyacute 38
Manson-Coffin ndash unavovaacute křivka
deformace
00001
0001
001
01
1
1E+00 1E+01 1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07
počet půlkmitů 2N [1]
am
plitu
da p
om
d
efo
rmace
a [
1]
ae
ap
a
f
f Eb
c
1
1
DPŽ ndash Hrubyacute 39
Manson-Coffin ndash matematickyacute popis
NcNbE
NNE
NNE
fpla
fela
cf
pla
bfela
cf
pla
bfela
2logloglog2log
loglog
2loglog2
loglog
22
cfbfpl
aelaa NN
E22
σfrsquohellipsoučinitel uacutenavoveacute pevnosti bhellipexponent uacutenavoveacute pevnosti
εfrsquohellipsoučinitel uacutenavoveacute deformace chellipexponent uacutenavoveacute deformace
bc
f
fcb
f
ft
ctf
bt
f
aplael
E
EN
NNE
11
2
1
2
1
22
Tranzitniacute počet cyklů Po logaritmickeacute uacutepravě
DPŽ ndash Hrubyacute 40
Cyklickaacute deformačniacute křivka
DPŽ ndash Hrubyacute 41
Ramberg-Osgood (platneacute pro přibližneacute
vyjaacutedřeniacute tahoveacuteho diagramu i cyklickeacute
deformačniacute křivky)
E
el
npl
K
1
elE nplK
1DOsgoodRamberg
1
n
KE
+ =
DPŽ ndash Hrubyacute 42
Hysterezniacute smyčky cyklickaacute deformačniacute křivka
Rambergova-Osgoodova aproximace
Cyklickaacute
deformačniacute
křivka Saturovaneacute
hysterezniacute
smyčky
zpevněniacute
změkčeniacute
cyklickaacute
statickaacute
1D
1n
aaa
KE
D1el
aa E 1Dnpl
aa K
R = -1
DPŽ ndash Hrubyacute 43
Saturovanaacute hysterezniacute smyčka
naapla
elaa
KE
1
Krsquo - modul cyklickeacuteho zpevněniacute
nrsquo - exponent cyklickeacuteho zpevněniacute
E - modul pružnosti v tahu
nplaa K
DPŽ ndash Hrubyacute 44
Masingova aproximace hysterezniacutech
smyček a CDK
Saturovaneacute hysterezniacute smyčky uměle
posunuty spodniacutem rohem do počaacutetku
souřadneacuteho systeacutemu [εpl σ] majiacute
shodnou horniacute větev Většina kovů se
však podle Masingova pravidla nechovaacute
Data převzata z Radim Halama Experimentaacutelniacute poznatky a fenomenologickeacute modelovaacuteniacute cyklickeacute plasticity kovů [Habilitačniacute praacutece VŠB-TU Ostrava] 2009
εpl
σ CDK prochaacuteziacute středy posunutyacutech
hyster smyček
Nevykazuje chovaacuteniacute podle
Masingova pravidla
DPŽ ndash Hrubyacute 45
Odhady uacutenavovyacutech parametrů
Parametr Nelegovaneacute a niacutezkolegovaneacute oceli Hliniacutekoveacute a titanoveacute slitiny
f mRtimes51 mRtimes671
b -0087 -0095
f times590 350
c -058 -069
C mRtimes450 mRtimes420
C timestimestimes 410951450
E
Rm E
Rmtimes420
CN 5105 times 6101times
K mRtimes651 mRtimes611
n 015 011
kde
01 pro 3103 timesŁE
Rm
timesE
Rm01253751 pro 3103 timesE
Rm
0
DPŽ ndash Hrubyacute 46
Koncentrace napětiacute
DPŽ ndash Hrubyacute 47
Koncentrace napětiacute
Součinitel tvaru
(součinitel koncentrace
elastickyacutech napětiacute)
0max
1
x
y
x
nom
maxt
SK
0
1
x
y
x
Poměrnyacute gradient
(gradient normovanyacute maximaacutelniacutem
elastickyacutem napětiacutem)
httpwwwameswebinfoStressConcentrationFactor
StressConcentrationFactorsaspx
DPŽ ndash Hrubyacute 48
Součinitel vrubu β vrubovaacute citlivost q
0
100
200
300
400
500
600
1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07 1E+08
Number of cycles [1]
Str
es
s a
mp
litu
de
[M
Pa
]
smooth
notched
FL
FLN
xc
cfK
q11 Thum
Poloměr vrubu
Vliv vrubu bez
vlivu velikosti
a povrchu
DPŽ ndash Hrubyacute 49
Vliv velikosti a jakosti povrchu
DPŽ ndash Hrubyacute 50
Vliv velikosti součaacutesti - kS
m
d
D
dc
Dc
SV
Vk
exp
exp
10
y
x
S
02
03
04
05
06
07
08
09
1
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
průměr hřiacutedele D [mm]
so
učin
itel veliko
sti
[
1]
Rm=400 až 580Rm=700 až 710litaacute ocelRm=820 až 860Rm=850 až 910Rm=890 až 1000Rm=890 až 1000 aproximacem=-003m=-004m=-005m=-006m=-0068
oceli
DPŽ ndash Hrubyacute 51
Vliv jakosti obrobeniacute povrchu - kSF
kSF
Jakost povrchu
Pevnost v tahu
etalonc
realc
SFk
DPŽ ndash Hrubyacute 52
Vliv technologie uacuteprav povrchu - kT
etalonc
technolc
Tk
DPŽ ndash Hrubyacute 53
Mez uacutenavy reaacutelneacuteho diacutelu ndash dimenzovaacuteniacute
na teoreticky nekonečnou životnost
(trvalou pevnost)
f
TSFScvc
xc
K
kkk
vpcvc
xc
DPŽ ndash Hrubyacute 54
Vliv středniacuteho napětiacute
DPŽ ndash Hrubyacute 55
Vliv středniacuteho napětiacute
DPŽ ndash Hrubyacute 56
Smithův diagram
FL
DPŽ ndash Hrubyacute 57
Haighův (Goodmanův) diagram
0Re Re Rm
Re
-m +m
a
aekv
k
F
mCA
1
F
mCA
1
a
m
F Re
C
k = 2
CC
F tg
k = 1
odhad fiktivniacuteho napětiacute
tah
ohyb
krut
Rm
Rm
Rm
F
F
F
8070
7151
t
Hodnoty součinitele citlivosti k asymetrii cyklu ψ
(bdquosbiacutehavostldquo)
Goodmanova čaacutera
DPŽ ndash Hrubyacute 58
Vyacutepočet bezpečnosti
pt
mx
c
a
k
1
1
kt
m
kt
a
k
1
2
21min kkk
1pt
M
x
c
A
1
kt
M
kt
A
aA k mM k
DPŽ ndash Hrubyacute 59
Př Prutovaacute soustava ndash SU
bull absolutně tuhyacute traacutem
bull h = 1 000 mm
bull a = 500 mm
bull mez pevnosti materiaacutelu prutů 600 MPa
bull hladkeacute pruty kruhovyacute průřez 100 mm2
bull povrch prutů leštěn ndash souč jak povrchu 095
bull součinitele velikosti všech prutů 098
bull Fh = + 10 000 N
bull Fd = - 10 000 N
bull určit bezpečnost pro teoreticky
nekonečnou životnost
h
2a
F
a2
DPŽ ndash Hrubyacute 60
Př Prutovaacute soustava ndash SN
bull absolutně tuhyacute traacutem
bull h = 1 000 mm
bull a = 500 mm
bull mez pevnosti materiaacutelu prutů 600 MPa
bull hladkeacute pruty kruhovyacute průřez 100 mm2
bull povrch prutů leštěn ndash souč jak povrchu 095
bull součinitele velikosti všech prutů 098
bull Fh = + 20 000 N
bull Fd = - 20 000 N
bull určit bezpečnost pro teoreticky
nekonečnou životnost
h
a a
F
a2
DPŽ ndash Hrubyacute 61
Př Prutovaacute soustava ndash SU ndash 2 parametry
bull určit maximaacutelniacute rozmeziacute symetricky
střiacutedavyacutech sil (působiacuteciacutech ve faacutezi) pro
teoreticky nekonečnou životnost v
zaacutevislosti na uacutehlu alfa
bull l = 1 000 mm
bull mez pevnosti materiaacutelu prutů 600
MPa
bull hladkeacute pruty kruhovyacute průřez 100
mm2
bull povrch prutů leštěn ndash souč jak
povrchu 095
bull součinitele velikosti všech prutů 098
V
H
l l
1 2
V
H
N1 N2
DPŽ ndash Hrubyacute 62
zakresleniacute diagramu pro mezniacute stav
A
Vxc
A
Hxc
cos2
cos2
cotg
cos2
cotg
cos2
bezpečnost gt 1 jeden prut na mezi
uacutenavy součaacutesti tj v
jednom prutu
bezpečnost rovna
jedneacute
Př Prutovaacute soustava ndash SU ndash 2 parametry
DPŽ ndash Hrubyacute 63
Reaacutelneacute napěťodeformačniacute stavy ve
vrubech
DPŽ ndash Hrubyacute 64
Součinitel tvaru (s koncentrace
elastickyacutech napětiacute)
Součinitel koncentrace napětiacute
Součinitel koncentrace deformace
Reaacutelnaacute napětiacute a deformace ve vrubech
0
0
0
0
e
B
S
C
eSK ficfic
t
0
0
S
C
SK
0
0
e
B
eK
e
(nom)
B 0 fic
S (nom)
Brsquo
A
Arsquo
fic=S
=timesS
=times
Crsquo
C
DPŽ ndash Hrubyacute 65
Skutečnaacute napětiacute a deformace ve vrubech
22SeeS
12
0
2
12d
2
nplnpl
vKnE
KE
U
pl
Neuber Glinka
1
22
1 n
vKE
U
vfic UU
nomnomficficfic SeU 22
2
1
2
1
2
1
z rovnosti
ploch
DPŽ ndash Hrubyacute 66
0
fic
m=1
m=066
m=05m=01
m=0
Zobecněneacute Neuberovo pravidlo
5050 el
fic E
elfic EE
2
m=0 platiacute pro tvrdeacute zatěžovaacuteniacute tj
napětiacute deformačniacuteho původu
rovnoměrně rozděleneacute po
průřezu
m=1 platiacute pro měkkeacute zatěžovaacuteniacute tj
napětiacute siloveacuteho původu
rovnoměrně rozděleneacute po
průřezu
m=01 pro napětiacute deformačniacuteho
původu mimo vruby (např
teplotniacute pnutiacute)
m=05 pro vruby zatiacuteženeacute silově i
deformačně (Neuberovo
pravidlo)
m=06 pro napětiacute siloveacuteho původu
nerovnoměrně rozloženaacute po
průřezu (např při ohybu) mmel
fic E 1
DPŽ ndash Hrubyacute 67
Př Ramberg-Osgood 12
Vzorek bez vrubu z oceli 11 5231 je vystaven tvrdeacutemu zatěžovaacuteniacute o amplitudě celkoveacute
deformace 102 3timesa Určit amplitudu napětiacute Je zadaacuteno
MPa10072 5timesE
MPa1164K
1990n
0
100
200
300
400
500
600
700
0000 0005 0010 0015 0020 0025 0030
am
plitu
da n
ap
ětiacute
[M
Pa]
amplituda poměrneacute plastikeacute deformace [-]
CDK
n
apla K
DPŽ ndash Hrubyacute 68
-300 -200 -100 0 100 200 300260
280
300
320
340
360
380
ai
ai+
1
Př Ramberg-Osgood 22
MATLAB
sig=50
krok=0
for i=110000
krok=krok+1
Sig=1164(2e-3 - sig207e5)^0199
if abs(Sig-sig)lt00001
break
end
sig=Sig
end Pro libovolnyacute odhad je řešeniacute MPa273a
1990
5
1
1007200201164
times
iai
a
19901
5 1164100720020
times aa
1
naa
aKE
DPŽ ndash Hrubyacute 69
Př koncentrace napětiacute vs deformace 13
Vzorek z oceli 11 5231 je vystaven měkkeacutemu zatěžovaacuteniacute v podeacutelneacutem směru o amplitudě
napětiacute 200 MPa Určit elastickou a plastickou složku poměrneacute deformace
662
MPa10072 5timesE MPa1164K 1990n
zadaacuteno vůči neoslabeneacutemu nominaacutelniacutemu napětiacute
mimo vrub pro danou hladinu zatiacuteženiacute
200
Oslash10
20
5
DPŽ ndash Hrubyacute 70
MPa3533200662 times avruba
319901
1
1014301164
200
times
na
aplK
019801164
3533
19901
1
nvrubavrub
aplK
3
5109660
10072
200 timestimes
E
aael
0026010072
35335
times
E
vrubavrub
ael
333 101091109660101430 timestimestimes aplaela
1720101091
022403
times
a
vruba
Př koncentrace napětiacute vs deformace 23
022400198000260 vrubapl
vrubael
vruba
DPŽ ndash Hrubyacute 71
Př koncentrace napětiacute vs deformace 33
MKP elastickeacute řešeniacute
MKP elastoplastickeacute řešeniacute
324200
863max a
a
1720
662
DPŽ ndash Hrubyacute 72
Př Vetknutyacute sloupek 12
-16 K10511 times
50 100
Ocelovyacute sloupek = lopatka dmychadla je vloženyacute mezi dva tuheacute členy = disky
oběžneacuteho kola a je namaacutehaacuten cyklicky proměnnou teplotou
Uacutekol Posoudit zda hroziacute porušeniacute při 10 000 teplotniacutech cyklech
Daacuteno rozsah pracovniacutech teplot T1 = 22 degC T2 = 370 degC
modul pružnosti v tahu E = 205 GPa
uacutenavovaacute křivka poměrneacute deformace vztaženaacute
k provozniacute teplotě s parametry
160b
580c
MPa1140 f
10 f
teplotniacute roztažnost
DPŽ ndash Hrubyacute 73
C3482237012 TTT
336 1000122
10002434810511 times
timestimestimes
teplotaaT
3580160
5104601000201000020
10052
1140
22
times
times
c
fbf
a NNE
hroziacute poruchateplota
aa Ł
Př Vetknutyacute sloupek 22
DPŽ ndash Hrubyacute 74
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 14
22SeeS
nomnomficfic Se 22
2
1
2
1
2
1
2
1
Neuber
1
2222
2222
1 nfic
vKEEE
SSeU
mmelfic E 1
c
bnK
nf
f
b
c
f
fE
do Ramberga-Osgooda
naaa
KE
1
DPŽ ndash Hrubyacute 75
mmelfic E 1
m
bc
f
f
m
ficEE
E
1
m
bc
f
fmm
ficE
E
1
1
0
f
1
fic
m
bc
f
fm E
i
iii
f
f1
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 24
DPŽ ndash Hrubyacute 76
11
1
1
1
1
1
bc
f
i
f
f
m
bc
f
i
fimi
m
bc
f
i
fimi
fic
m
bc
f
i
fimi
ii
b
cEEmEm
E
1
npl
K
E
el
1
n
KE
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 34
DPŽ ndash Hrubyacute 77
K [MPa] n [-] c [-] εrsquof [-] b [-] σrsquof [MPa] E [MPa]
1020 014066 -06586 0921985 -0092718 1009234 21105
MPa700fic 50m
Iterace
Napětiacute ve vrubu
[MPa]
0 700
1 55953
2 48112
3 45414
4 45114
5 45111
6 45111 0005175
00030270002148
plel
00030271020
11451
1406601
1
npl
K
00021481012
114515
times
E
el
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 44
DPŽ ndash Hrubyacute 35
Wőhlerova křivka ndash celkovyacute popis
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
10E+01 10E+02 10E+03 10E+04 10E+05 10E+06 10E+07 10E+08 10E+09
N [1]
a [
MP
a]
CANw
Ca
Weibullův
KohoutůvndashVěchetův b
CaCN
BN
DPŽ ndash Hrubyacute 36
Dalšiacute odhady meze uacutenavy Vyhodnocovanaacute
veličina
Vztah pro mez uacutenavy při R=-1
(pravděpodobnost poruchy
P=50) [MPa]
Koeficienty a podmiacutenky
platnosti
Autor
mez pevnosti Rm
[MPa]-1=0432timesRm+22
-1=046timesRm
-1=6
1Rm+400
t-1=027timesRm
t-1=0249timesRm+25
konstrukčniacute oceli
oceli do Rm =1400 MPa
oceli do Rm =1200 až 1800
MPa
oceli Rm Ł1200
konstrukčniacute oceli
Buch
Žukov
Ponomarjev
Žukov
Buch
mez kluzu
v tahu Re a krutu
timestk [MPa]
-1=0452timesRe+94
-1=045timesRe+122
t-1=0448times tk+52
konstrukčniacute oceli
konstrukčniacute oceli
konstrukčniacute oceli
Buch
Žukov
Buch
skutečnaacute lomovaacute
pevnost f
[MPa]
-1=035times f ndash10
-1=0315times f -19
konstrukčniacute oceli
konstrukčniacute oceli
Žukov
Mc-Adam
tvrdost HB
[MPa]-1=(0128hellip0156)timesHB
-1=(0168hellip0222)timesHB
uhliacutekoveacute oceli
legovaneacute oceli
Grebenik
Grebenik
meze Rm Re
[MPa]-1=0285times( Re + Rm) konstrukčniacute oceli Šapošnikov
DPŽ ndash Hrubyacute 37
Uacutenavoveacute křivky deformace
DPŽ ndash Hrubyacute 38
Manson-Coffin ndash unavovaacute křivka
deformace
00001
0001
001
01
1
1E+00 1E+01 1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07
počet půlkmitů 2N [1]
am
plitu
da p
om
d
efo
rmace
a [
1]
ae
ap
a
f
f Eb
c
1
1
DPŽ ndash Hrubyacute 39
Manson-Coffin ndash matematickyacute popis
NcNbE
NNE
NNE
fpla
fela
cf
pla
bfela
cf
pla
bfela
2logloglog2log
loglog
2loglog2
loglog
22
cfbfpl
aelaa NN
E22
σfrsquohellipsoučinitel uacutenavoveacute pevnosti bhellipexponent uacutenavoveacute pevnosti
εfrsquohellipsoučinitel uacutenavoveacute deformace chellipexponent uacutenavoveacute deformace
bc
f
fcb
f
ft
ctf
bt
f
aplael
E
EN
NNE
11
2
1
2
1
22
Tranzitniacute počet cyklů Po logaritmickeacute uacutepravě
DPŽ ndash Hrubyacute 40
Cyklickaacute deformačniacute křivka
DPŽ ndash Hrubyacute 41
Ramberg-Osgood (platneacute pro přibližneacute
vyjaacutedřeniacute tahoveacuteho diagramu i cyklickeacute
deformačniacute křivky)
E
el
npl
K
1
elE nplK
1DOsgoodRamberg
1
n
KE
+ =
DPŽ ndash Hrubyacute 42
Hysterezniacute smyčky cyklickaacute deformačniacute křivka
Rambergova-Osgoodova aproximace
Cyklickaacute
deformačniacute
křivka Saturovaneacute
hysterezniacute
smyčky
zpevněniacute
změkčeniacute
cyklickaacute
statickaacute
1D
1n
aaa
KE
D1el
aa E 1Dnpl
aa K
R = -1
DPŽ ndash Hrubyacute 43
Saturovanaacute hysterezniacute smyčka
naapla
elaa
KE
1
Krsquo - modul cyklickeacuteho zpevněniacute
nrsquo - exponent cyklickeacuteho zpevněniacute
E - modul pružnosti v tahu
nplaa K
DPŽ ndash Hrubyacute 44
Masingova aproximace hysterezniacutech
smyček a CDK
Saturovaneacute hysterezniacute smyčky uměle
posunuty spodniacutem rohem do počaacutetku
souřadneacuteho systeacutemu [εpl σ] majiacute
shodnou horniacute větev Většina kovů se
však podle Masingova pravidla nechovaacute
Data převzata z Radim Halama Experimentaacutelniacute poznatky a fenomenologickeacute modelovaacuteniacute cyklickeacute plasticity kovů [Habilitačniacute praacutece VŠB-TU Ostrava] 2009
εpl
σ CDK prochaacuteziacute středy posunutyacutech
hyster smyček
Nevykazuje chovaacuteniacute podle
Masingova pravidla
DPŽ ndash Hrubyacute 45
Odhady uacutenavovyacutech parametrů
Parametr Nelegovaneacute a niacutezkolegovaneacute oceli Hliniacutekoveacute a titanoveacute slitiny
f mRtimes51 mRtimes671
b -0087 -0095
f times590 350
c -058 -069
C mRtimes450 mRtimes420
C timestimestimes 410951450
E
Rm E
Rmtimes420
CN 5105 times 6101times
K mRtimes651 mRtimes611
n 015 011
kde
01 pro 3103 timesŁE
Rm
timesE
Rm01253751 pro 3103 timesE
Rm
0
DPŽ ndash Hrubyacute 46
Koncentrace napětiacute
DPŽ ndash Hrubyacute 47
Koncentrace napětiacute
Součinitel tvaru
(součinitel koncentrace
elastickyacutech napětiacute)
0max
1
x
y
x
nom
maxt
SK
0
1
x
y
x
Poměrnyacute gradient
(gradient normovanyacute maximaacutelniacutem
elastickyacutem napětiacutem)
httpwwwameswebinfoStressConcentrationFactor
StressConcentrationFactorsaspx
DPŽ ndash Hrubyacute 48
Součinitel vrubu β vrubovaacute citlivost q
0
100
200
300
400
500
600
1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07 1E+08
Number of cycles [1]
Str
es
s a
mp
litu
de
[M
Pa
]
smooth
notched
FL
FLN
xc
cfK
q11 Thum
Poloměr vrubu
Vliv vrubu bez
vlivu velikosti
a povrchu
DPŽ ndash Hrubyacute 49
Vliv velikosti a jakosti povrchu
DPŽ ndash Hrubyacute 50
Vliv velikosti součaacutesti - kS
m
d
D
dc
Dc
SV
Vk
exp
exp
10
y
x
S
02
03
04
05
06
07
08
09
1
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
průměr hřiacutedele D [mm]
so
učin
itel veliko
sti
[
1]
Rm=400 až 580Rm=700 až 710litaacute ocelRm=820 až 860Rm=850 až 910Rm=890 až 1000Rm=890 až 1000 aproximacem=-003m=-004m=-005m=-006m=-0068
oceli
DPŽ ndash Hrubyacute 51
Vliv jakosti obrobeniacute povrchu - kSF
kSF
Jakost povrchu
Pevnost v tahu
etalonc
realc
SFk
DPŽ ndash Hrubyacute 52
Vliv technologie uacuteprav povrchu - kT
etalonc
technolc
Tk
DPŽ ndash Hrubyacute 53
Mez uacutenavy reaacutelneacuteho diacutelu ndash dimenzovaacuteniacute
na teoreticky nekonečnou životnost
(trvalou pevnost)
f
TSFScvc
xc
K
kkk
vpcvc
xc
DPŽ ndash Hrubyacute 54
Vliv středniacuteho napětiacute
DPŽ ndash Hrubyacute 55
Vliv středniacuteho napětiacute
DPŽ ndash Hrubyacute 56
Smithův diagram
FL
DPŽ ndash Hrubyacute 57
Haighův (Goodmanův) diagram
0Re Re Rm
Re
-m +m
a
aekv
k
F
mCA
1
F
mCA
1
a
m
F Re
C
k = 2
CC
F tg
k = 1
odhad fiktivniacuteho napětiacute
tah
ohyb
krut
Rm
Rm
Rm
F
F
F
8070
7151
t
Hodnoty součinitele citlivosti k asymetrii cyklu ψ
(bdquosbiacutehavostldquo)
Goodmanova čaacutera
DPŽ ndash Hrubyacute 58
Vyacutepočet bezpečnosti
pt
mx
c
a
k
1
1
kt
m
kt
a
k
1
2
21min kkk
1pt
M
x
c
A
1
kt
M
kt
A
aA k mM k
DPŽ ndash Hrubyacute 59
Př Prutovaacute soustava ndash SU
bull absolutně tuhyacute traacutem
bull h = 1 000 mm
bull a = 500 mm
bull mez pevnosti materiaacutelu prutů 600 MPa
bull hladkeacute pruty kruhovyacute průřez 100 mm2
bull povrch prutů leštěn ndash souč jak povrchu 095
bull součinitele velikosti všech prutů 098
bull Fh = + 10 000 N
bull Fd = - 10 000 N
bull určit bezpečnost pro teoreticky
nekonečnou životnost
h
2a
F
a2
DPŽ ndash Hrubyacute 60
Př Prutovaacute soustava ndash SN
bull absolutně tuhyacute traacutem
bull h = 1 000 mm
bull a = 500 mm
bull mez pevnosti materiaacutelu prutů 600 MPa
bull hladkeacute pruty kruhovyacute průřez 100 mm2
bull povrch prutů leštěn ndash souč jak povrchu 095
bull součinitele velikosti všech prutů 098
bull Fh = + 20 000 N
bull Fd = - 20 000 N
bull určit bezpečnost pro teoreticky
nekonečnou životnost
h
a a
F
a2
DPŽ ndash Hrubyacute 61
Př Prutovaacute soustava ndash SU ndash 2 parametry
bull určit maximaacutelniacute rozmeziacute symetricky
střiacutedavyacutech sil (působiacuteciacutech ve faacutezi) pro
teoreticky nekonečnou životnost v
zaacutevislosti na uacutehlu alfa
bull l = 1 000 mm
bull mez pevnosti materiaacutelu prutů 600
MPa
bull hladkeacute pruty kruhovyacute průřez 100
mm2
bull povrch prutů leštěn ndash souč jak
povrchu 095
bull součinitele velikosti všech prutů 098
V
H
l l
1 2
V
H
N1 N2
DPŽ ndash Hrubyacute 62
zakresleniacute diagramu pro mezniacute stav
A
Vxc
A
Hxc
cos2
cos2
cotg
cos2
cotg
cos2
bezpečnost gt 1 jeden prut na mezi
uacutenavy součaacutesti tj v
jednom prutu
bezpečnost rovna
jedneacute
Př Prutovaacute soustava ndash SU ndash 2 parametry
DPŽ ndash Hrubyacute 63
Reaacutelneacute napěťodeformačniacute stavy ve
vrubech
DPŽ ndash Hrubyacute 64
Součinitel tvaru (s koncentrace
elastickyacutech napětiacute)
Součinitel koncentrace napětiacute
Součinitel koncentrace deformace
Reaacutelnaacute napětiacute a deformace ve vrubech
0
0
0
0
e
B
S
C
eSK ficfic
t
0
0
S
C
SK
0
0
e
B
eK
e
(nom)
B 0 fic
S (nom)
Brsquo
A
Arsquo
fic=S
=timesS
=times
Crsquo
C
DPŽ ndash Hrubyacute 65
Skutečnaacute napětiacute a deformace ve vrubech
22SeeS
12
0
2
12d
2
nplnpl
vKnE
KE
U
pl
Neuber Glinka
1
22
1 n
vKE
U
vfic UU
nomnomficficfic SeU 22
2
1
2
1
2
1
z rovnosti
ploch
DPŽ ndash Hrubyacute 66
0
fic
m=1
m=066
m=05m=01
m=0
Zobecněneacute Neuberovo pravidlo
5050 el
fic E
elfic EE
2
m=0 platiacute pro tvrdeacute zatěžovaacuteniacute tj
napětiacute deformačniacuteho původu
rovnoměrně rozděleneacute po
průřezu
m=1 platiacute pro měkkeacute zatěžovaacuteniacute tj
napětiacute siloveacuteho původu
rovnoměrně rozděleneacute po
průřezu
m=01 pro napětiacute deformačniacuteho
původu mimo vruby (např
teplotniacute pnutiacute)
m=05 pro vruby zatiacuteženeacute silově i
deformačně (Neuberovo
pravidlo)
m=06 pro napětiacute siloveacuteho původu
nerovnoměrně rozloženaacute po
průřezu (např při ohybu) mmel
fic E 1
DPŽ ndash Hrubyacute 67
Př Ramberg-Osgood 12
Vzorek bez vrubu z oceli 11 5231 je vystaven tvrdeacutemu zatěžovaacuteniacute o amplitudě celkoveacute
deformace 102 3timesa Určit amplitudu napětiacute Je zadaacuteno
MPa10072 5timesE
MPa1164K
1990n
0
100
200
300
400
500
600
700
0000 0005 0010 0015 0020 0025 0030
am
plitu
da n
ap
ětiacute
[M
Pa]
amplituda poměrneacute plastikeacute deformace [-]
CDK
n
apla K
DPŽ ndash Hrubyacute 68
-300 -200 -100 0 100 200 300260
280
300
320
340
360
380
ai
ai+
1
Př Ramberg-Osgood 22
MATLAB
sig=50
krok=0
for i=110000
krok=krok+1
Sig=1164(2e-3 - sig207e5)^0199
if abs(Sig-sig)lt00001
break
end
sig=Sig
end Pro libovolnyacute odhad je řešeniacute MPa273a
1990
5
1
1007200201164
times
iai
a
19901
5 1164100720020
times aa
1
naa
aKE
DPŽ ndash Hrubyacute 69
Př koncentrace napětiacute vs deformace 13
Vzorek z oceli 11 5231 je vystaven měkkeacutemu zatěžovaacuteniacute v podeacutelneacutem směru o amplitudě
napětiacute 200 MPa Určit elastickou a plastickou složku poměrneacute deformace
662
MPa10072 5timesE MPa1164K 1990n
zadaacuteno vůči neoslabeneacutemu nominaacutelniacutemu napětiacute
mimo vrub pro danou hladinu zatiacuteženiacute
200
Oslash10
20
5
DPŽ ndash Hrubyacute 70
MPa3533200662 times avruba
319901
1
1014301164
200
times
na
aplK
019801164
3533
19901
1
nvrubavrub
aplK
3
5109660
10072
200 timestimes
E
aael
0026010072
35335
times
E
vrubavrub
ael
333 101091109660101430 timestimestimes aplaela
1720101091
022403
times
a
vruba
Př koncentrace napětiacute vs deformace 23
022400198000260 vrubapl
vrubael
vruba
DPŽ ndash Hrubyacute 71
Př koncentrace napětiacute vs deformace 33
MKP elastickeacute řešeniacute
MKP elastoplastickeacute řešeniacute
324200
863max a
a
1720
662
DPŽ ndash Hrubyacute 72
Př Vetknutyacute sloupek 12
-16 K10511 times
50 100
Ocelovyacute sloupek = lopatka dmychadla je vloženyacute mezi dva tuheacute členy = disky
oběžneacuteho kola a je namaacutehaacuten cyklicky proměnnou teplotou
Uacutekol Posoudit zda hroziacute porušeniacute při 10 000 teplotniacutech cyklech
Daacuteno rozsah pracovniacutech teplot T1 = 22 degC T2 = 370 degC
modul pružnosti v tahu E = 205 GPa
uacutenavovaacute křivka poměrneacute deformace vztaženaacute
k provozniacute teplotě s parametry
160b
580c
MPa1140 f
10 f
teplotniacute roztažnost
DPŽ ndash Hrubyacute 73
C3482237012 TTT
336 1000122
10002434810511 times
timestimestimes
teplotaaT
3580160
5104601000201000020
10052
1140
22
times
times
c
fbf
a NNE
hroziacute poruchateplota
aa Ł
Př Vetknutyacute sloupek 22
DPŽ ndash Hrubyacute 74
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 14
22SeeS
nomnomficfic Se 22
2
1
2
1
2
1
2
1
Neuber
1
2222
2222
1 nfic
vKEEE
SSeU
mmelfic E 1
c
bnK
nf
f
b
c
f
fE
do Ramberga-Osgooda
naaa
KE
1
DPŽ ndash Hrubyacute 75
mmelfic E 1
m
bc
f
f
m
ficEE
E
1
m
bc
f
fmm
ficE
E
1
1
0
f
1
fic
m
bc
f
fm E
i
iii
f
f1
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 24
DPŽ ndash Hrubyacute 76
11
1
1
1
1
1
bc
f
i
f
f
m
bc
f
i
fimi
m
bc
f
i
fimi
fic
m
bc
f
i
fimi
ii
b
cEEmEm
E
1
npl
K
E
el
1
n
KE
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 34
DPŽ ndash Hrubyacute 77
K [MPa] n [-] c [-] εrsquof [-] b [-] σrsquof [MPa] E [MPa]
1020 014066 -06586 0921985 -0092718 1009234 21105
MPa700fic 50m
Iterace
Napětiacute ve vrubu
[MPa]
0 700
1 55953
2 48112
3 45414
4 45114
5 45111
6 45111 0005175
00030270002148
plel
00030271020
11451
1406601
1
npl
K
00021481012
114515
times
E
el
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 44
DPŽ ndash Hrubyacute 36
Dalšiacute odhady meze uacutenavy Vyhodnocovanaacute
veličina
Vztah pro mez uacutenavy při R=-1
(pravděpodobnost poruchy
P=50) [MPa]
Koeficienty a podmiacutenky
platnosti
Autor
mez pevnosti Rm
[MPa]-1=0432timesRm+22
-1=046timesRm
-1=6
1Rm+400
t-1=027timesRm
t-1=0249timesRm+25
konstrukčniacute oceli
oceli do Rm =1400 MPa
oceli do Rm =1200 až 1800
MPa
oceli Rm Ł1200
konstrukčniacute oceli
Buch
Žukov
Ponomarjev
Žukov
Buch
mez kluzu
v tahu Re a krutu
timestk [MPa]
-1=0452timesRe+94
-1=045timesRe+122
t-1=0448times tk+52
konstrukčniacute oceli
konstrukčniacute oceli
konstrukčniacute oceli
Buch
Žukov
Buch
skutečnaacute lomovaacute
pevnost f
[MPa]
-1=035times f ndash10
-1=0315times f -19
konstrukčniacute oceli
konstrukčniacute oceli
Žukov
Mc-Adam
tvrdost HB
[MPa]-1=(0128hellip0156)timesHB
-1=(0168hellip0222)timesHB
uhliacutekoveacute oceli
legovaneacute oceli
Grebenik
Grebenik
meze Rm Re
[MPa]-1=0285times( Re + Rm) konstrukčniacute oceli Šapošnikov
DPŽ ndash Hrubyacute 37
Uacutenavoveacute křivky deformace
DPŽ ndash Hrubyacute 38
Manson-Coffin ndash unavovaacute křivka
deformace
00001
0001
001
01
1
1E+00 1E+01 1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07
počet půlkmitů 2N [1]
am
plitu
da p
om
d
efo
rmace
a [
1]
ae
ap
a
f
f Eb
c
1
1
DPŽ ndash Hrubyacute 39
Manson-Coffin ndash matematickyacute popis
NcNbE
NNE
NNE
fpla
fela
cf
pla
bfela
cf
pla
bfela
2logloglog2log
loglog
2loglog2
loglog
22
cfbfpl
aelaa NN
E22
σfrsquohellipsoučinitel uacutenavoveacute pevnosti bhellipexponent uacutenavoveacute pevnosti
εfrsquohellipsoučinitel uacutenavoveacute deformace chellipexponent uacutenavoveacute deformace
bc
f
fcb
f
ft
ctf
bt
f
aplael
E
EN
NNE
11
2
1
2
1
22
Tranzitniacute počet cyklů Po logaritmickeacute uacutepravě
DPŽ ndash Hrubyacute 40
Cyklickaacute deformačniacute křivka
DPŽ ndash Hrubyacute 41
Ramberg-Osgood (platneacute pro přibližneacute
vyjaacutedřeniacute tahoveacuteho diagramu i cyklickeacute
deformačniacute křivky)
E
el
npl
K
1
elE nplK
1DOsgoodRamberg
1
n
KE
+ =
DPŽ ndash Hrubyacute 42
Hysterezniacute smyčky cyklickaacute deformačniacute křivka
Rambergova-Osgoodova aproximace
Cyklickaacute
deformačniacute
křivka Saturovaneacute
hysterezniacute
smyčky
zpevněniacute
změkčeniacute
cyklickaacute
statickaacute
1D
1n
aaa
KE
D1el
aa E 1Dnpl
aa K
R = -1
DPŽ ndash Hrubyacute 43
Saturovanaacute hysterezniacute smyčka
naapla
elaa
KE
1
Krsquo - modul cyklickeacuteho zpevněniacute
nrsquo - exponent cyklickeacuteho zpevněniacute
E - modul pružnosti v tahu
nplaa K
DPŽ ndash Hrubyacute 44
Masingova aproximace hysterezniacutech
smyček a CDK
Saturovaneacute hysterezniacute smyčky uměle
posunuty spodniacutem rohem do počaacutetku
souřadneacuteho systeacutemu [εpl σ] majiacute
shodnou horniacute větev Většina kovů se
však podle Masingova pravidla nechovaacute
Data převzata z Radim Halama Experimentaacutelniacute poznatky a fenomenologickeacute modelovaacuteniacute cyklickeacute plasticity kovů [Habilitačniacute praacutece VŠB-TU Ostrava] 2009
εpl
σ CDK prochaacuteziacute středy posunutyacutech
hyster smyček
Nevykazuje chovaacuteniacute podle
Masingova pravidla
DPŽ ndash Hrubyacute 45
Odhady uacutenavovyacutech parametrů
Parametr Nelegovaneacute a niacutezkolegovaneacute oceli Hliniacutekoveacute a titanoveacute slitiny
f mRtimes51 mRtimes671
b -0087 -0095
f times590 350
c -058 -069
C mRtimes450 mRtimes420
C timestimestimes 410951450
E
Rm E
Rmtimes420
CN 5105 times 6101times
K mRtimes651 mRtimes611
n 015 011
kde
01 pro 3103 timesŁE
Rm
timesE
Rm01253751 pro 3103 timesE
Rm
0
DPŽ ndash Hrubyacute 46
Koncentrace napětiacute
DPŽ ndash Hrubyacute 47
Koncentrace napětiacute
Součinitel tvaru
(součinitel koncentrace
elastickyacutech napětiacute)
0max
1
x
y
x
nom
maxt
SK
0
1
x
y
x
Poměrnyacute gradient
(gradient normovanyacute maximaacutelniacutem
elastickyacutem napětiacutem)
httpwwwameswebinfoStressConcentrationFactor
StressConcentrationFactorsaspx
DPŽ ndash Hrubyacute 48
Součinitel vrubu β vrubovaacute citlivost q
0
100
200
300
400
500
600
1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07 1E+08
Number of cycles [1]
Str
es
s a
mp
litu
de
[M
Pa
]
smooth
notched
FL
FLN
xc
cfK
q11 Thum
Poloměr vrubu
Vliv vrubu bez
vlivu velikosti
a povrchu
DPŽ ndash Hrubyacute 49
Vliv velikosti a jakosti povrchu
DPŽ ndash Hrubyacute 50
Vliv velikosti součaacutesti - kS
m
d
D
dc
Dc
SV
Vk
exp
exp
10
y
x
S
02
03
04
05
06
07
08
09
1
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
průměr hřiacutedele D [mm]
so
učin
itel veliko
sti
[
1]
Rm=400 až 580Rm=700 až 710litaacute ocelRm=820 až 860Rm=850 až 910Rm=890 až 1000Rm=890 až 1000 aproximacem=-003m=-004m=-005m=-006m=-0068
oceli
DPŽ ndash Hrubyacute 51
Vliv jakosti obrobeniacute povrchu - kSF
kSF
Jakost povrchu
Pevnost v tahu
etalonc
realc
SFk
DPŽ ndash Hrubyacute 52
Vliv technologie uacuteprav povrchu - kT
etalonc
technolc
Tk
DPŽ ndash Hrubyacute 53
Mez uacutenavy reaacutelneacuteho diacutelu ndash dimenzovaacuteniacute
na teoreticky nekonečnou životnost
(trvalou pevnost)
f
TSFScvc
xc
K
kkk
vpcvc
xc
DPŽ ndash Hrubyacute 54
Vliv středniacuteho napětiacute
DPŽ ndash Hrubyacute 55
Vliv středniacuteho napětiacute
DPŽ ndash Hrubyacute 56
Smithův diagram
FL
DPŽ ndash Hrubyacute 57
Haighův (Goodmanův) diagram
0Re Re Rm
Re
-m +m
a
aekv
k
F
mCA
1
F
mCA
1
a
m
F Re
C
k = 2
CC
F tg
k = 1
odhad fiktivniacuteho napětiacute
tah
ohyb
krut
Rm
Rm
Rm
F
F
F
8070
7151
t
Hodnoty součinitele citlivosti k asymetrii cyklu ψ
(bdquosbiacutehavostldquo)
Goodmanova čaacutera
DPŽ ndash Hrubyacute 58
Vyacutepočet bezpečnosti
pt
mx
c
a
k
1
1
kt
m
kt
a
k
1
2
21min kkk
1pt
M
x
c
A
1
kt
M
kt
A
aA k mM k
DPŽ ndash Hrubyacute 59
Př Prutovaacute soustava ndash SU
bull absolutně tuhyacute traacutem
bull h = 1 000 mm
bull a = 500 mm
bull mez pevnosti materiaacutelu prutů 600 MPa
bull hladkeacute pruty kruhovyacute průřez 100 mm2
bull povrch prutů leštěn ndash souč jak povrchu 095
bull součinitele velikosti všech prutů 098
bull Fh = + 10 000 N
bull Fd = - 10 000 N
bull určit bezpečnost pro teoreticky
nekonečnou životnost
h
2a
F
a2
DPŽ ndash Hrubyacute 60
Př Prutovaacute soustava ndash SN
bull absolutně tuhyacute traacutem
bull h = 1 000 mm
bull a = 500 mm
bull mez pevnosti materiaacutelu prutů 600 MPa
bull hladkeacute pruty kruhovyacute průřez 100 mm2
bull povrch prutů leštěn ndash souč jak povrchu 095
bull součinitele velikosti všech prutů 098
bull Fh = + 20 000 N
bull Fd = - 20 000 N
bull určit bezpečnost pro teoreticky
nekonečnou životnost
h
a a
F
a2
DPŽ ndash Hrubyacute 61
Př Prutovaacute soustava ndash SU ndash 2 parametry
bull určit maximaacutelniacute rozmeziacute symetricky
střiacutedavyacutech sil (působiacuteciacutech ve faacutezi) pro
teoreticky nekonečnou životnost v
zaacutevislosti na uacutehlu alfa
bull l = 1 000 mm
bull mez pevnosti materiaacutelu prutů 600
MPa
bull hladkeacute pruty kruhovyacute průřez 100
mm2
bull povrch prutů leštěn ndash souč jak
povrchu 095
bull součinitele velikosti všech prutů 098
V
H
l l
1 2
V
H
N1 N2
DPŽ ndash Hrubyacute 62
zakresleniacute diagramu pro mezniacute stav
A
Vxc
A
Hxc
cos2
cos2
cotg
cos2
cotg
cos2
bezpečnost gt 1 jeden prut na mezi
uacutenavy součaacutesti tj v
jednom prutu
bezpečnost rovna
jedneacute
Př Prutovaacute soustava ndash SU ndash 2 parametry
DPŽ ndash Hrubyacute 63
Reaacutelneacute napěťodeformačniacute stavy ve
vrubech
DPŽ ndash Hrubyacute 64
Součinitel tvaru (s koncentrace
elastickyacutech napětiacute)
Součinitel koncentrace napětiacute
Součinitel koncentrace deformace
Reaacutelnaacute napětiacute a deformace ve vrubech
0
0
0
0
e
B
S
C
eSK ficfic
t
0
0
S
C
SK
0
0
e
B
eK
e
(nom)
B 0 fic
S (nom)
Brsquo
A
Arsquo
fic=S
=timesS
=times
Crsquo
C
DPŽ ndash Hrubyacute 65
Skutečnaacute napětiacute a deformace ve vrubech
22SeeS
12
0
2
12d
2
nplnpl
vKnE
KE
U
pl
Neuber Glinka
1
22
1 n
vKE
U
vfic UU
nomnomficficfic SeU 22
2
1
2
1
2
1
z rovnosti
ploch
DPŽ ndash Hrubyacute 66
0
fic
m=1
m=066
m=05m=01
m=0
Zobecněneacute Neuberovo pravidlo
5050 el
fic E
elfic EE
2
m=0 platiacute pro tvrdeacute zatěžovaacuteniacute tj
napětiacute deformačniacuteho původu
rovnoměrně rozděleneacute po
průřezu
m=1 platiacute pro měkkeacute zatěžovaacuteniacute tj
napětiacute siloveacuteho původu
rovnoměrně rozděleneacute po
průřezu
m=01 pro napětiacute deformačniacuteho
původu mimo vruby (např
teplotniacute pnutiacute)
m=05 pro vruby zatiacuteženeacute silově i
deformačně (Neuberovo
pravidlo)
m=06 pro napětiacute siloveacuteho původu
nerovnoměrně rozloženaacute po
průřezu (např při ohybu) mmel
fic E 1
DPŽ ndash Hrubyacute 67
Př Ramberg-Osgood 12
Vzorek bez vrubu z oceli 11 5231 je vystaven tvrdeacutemu zatěžovaacuteniacute o amplitudě celkoveacute
deformace 102 3timesa Určit amplitudu napětiacute Je zadaacuteno
MPa10072 5timesE
MPa1164K
1990n
0
100
200
300
400
500
600
700
0000 0005 0010 0015 0020 0025 0030
am
plitu
da n
ap
ětiacute
[M
Pa]
amplituda poměrneacute plastikeacute deformace [-]
CDK
n
apla K
DPŽ ndash Hrubyacute 68
-300 -200 -100 0 100 200 300260
280
300
320
340
360
380
ai
ai+
1
Př Ramberg-Osgood 22
MATLAB
sig=50
krok=0
for i=110000
krok=krok+1
Sig=1164(2e-3 - sig207e5)^0199
if abs(Sig-sig)lt00001
break
end
sig=Sig
end Pro libovolnyacute odhad je řešeniacute MPa273a
1990
5
1
1007200201164
times
iai
a
19901
5 1164100720020
times aa
1
naa
aKE
DPŽ ndash Hrubyacute 69
Př koncentrace napětiacute vs deformace 13
Vzorek z oceli 11 5231 je vystaven měkkeacutemu zatěžovaacuteniacute v podeacutelneacutem směru o amplitudě
napětiacute 200 MPa Určit elastickou a plastickou složku poměrneacute deformace
662
MPa10072 5timesE MPa1164K 1990n
zadaacuteno vůči neoslabeneacutemu nominaacutelniacutemu napětiacute
mimo vrub pro danou hladinu zatiacuteženiacute
200
Oslash10
20
5
DPŽ ndash Hrubyacute 70
MPa3533200662 times avruba
319901
1
1014301164
200
times
na
aplK
019801164
3533
19901
1
nvrubavrub
aplK
3
5109660
10072
200 timestimes
E
aael
0026010072
35335
times
E
vrubavrub
ael
333 101091109660101430 timestimestimes aplaela
1720101091
022403
times
a
vruba
Př koncentrace napětiacute vs deformace 23
022400198000260 vrubapl
vrubael
vruba
DPŽ ndash Hrubyacute 71
Př koncentrace napětiacute vs deformace 33
MKP elastickeacute řešeniacute
MKP elastoplastickeacute řešeniacute
324200
863max a
a
1720
662
DPŽ ndash Hrubyacute 72
Př Vetknutyacute sloupek 12
-16 K10511 times
50 100
Ocelovyacute sloupek = lopatka dmychadla je vloženyacute mezi dva tuheacute členy = disky
oběžneacuteho kola a je namaacutehaacuten cyklicky proměnnou teplotou
Uacutekol Posoudit zda hroziacute porušeniacute při 10 000 teplotniacutech cyklech
Daacuteno rozsah pracovniacutech teplot T1 = 22 degC T2 = 370 degC
modul pružnosti v tahu E = 205 GPa
uacutenavovaacute křivka poměrneacute deformace vztaženaacute
k provozniacute teplotě s parametry
160b
580c
MPa1140 f
10 f
teplotniacute roztažnost
DPŽ ndash Hrubyacute 73
C3482237012 TTT
336 1000122
10002434810511 times
timestimestimes
teplotaaT
3580160
5104601000201000020
10052
1140
22
times
times
c
fbf
a NNE
hroziacute poruchateplota
aa Ł
Př Vetknutyacute sloupek 22
DPŽ ndash Hrubyacute 74
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 14
22SeeS
nomnomficfic Se 22
2
1
2
1
2
1
2
1
Neuber
1
2222
2222
1 nfic
vKEEE
SSeU
mmelfic E 1
c
bnK
nf
f
b
c
f
fE
do Ramberga-Osgooda
naaa
KE
1
DPŽ ndash Hrubyacute 75
mmelfic E 1
m
bc
f
f
m
ficEE
E
1
m
bc
f
fmm
ficE
E
1
1
0
f
1
fic
m
bc
f
fm E
i
iii
f
f1
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 24
DPŽ ndash Hrubyacute 76
11
1
1
1
1
1
bc
f
i
f
f
m
bc
f
i
fimi
m
bc
f
i
fimi
fic
m
bc
f
i
fimi
ii
b
cEEmEm
E
1
npl
K
E
el
1
n
KE
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 34
DPŽ ndash Hrubyacute 77
K [MPa] n [-] c [-] εrsquof [-] b [-] σrsquof [MPa] E [MPa]
1020 014066 -06586 0921985 -0092718 1009234 21105
MPa700fic 50m
Iterace
Napětiacute ve vrubu
[MPa]
0 700
1 55953
2 48112
3 45414
4 45114
5 45111
6 45111 0005175
00030270002148
plel
00030271020
11451
1406601
1
npl
K
00021481012
114515
times
E
el
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 44
DPŽ ndash Hrubyacute 37
Uacutenavoveacute křivky deformace
DPŽ ndash Hrubyacute 38
Manson-Coffin ndash unavovaacute křivka
deformace
00001
0001
001
01
1
1E+00 1E+01 1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07
počet půlkmitů 2N [1]
am
plitu
da p
om
d
efo
rmace
a [
1]
ae
ap
a
f
f Eb
c
1
1
DPŽ ndash Hrubyacute 39
Manson-Coffin ndash matematickyacute popis
NcNbE
NNE
NNE
fpla
fela
cf
pla
bfela
cf
pla
bfela
2logloglog2log
loglog
2loglog2
loglog
22
cfbfpl
aelaa NN
E22
σfrsquohellipsoučinitel uacutenavoveacute pevnosti bhellipexponent uacutenavoveacute pevnosti
εfrsquohellipsoučinitel uacutenavoveacute deformace chellipexponent uacutenavoveacute deformace
bc
f
fcb
f
ft
ctf
bt
f
aplael
E
EN
NNE
11
2
1
2
1
22
Tranzitniacute počet cyklů Po logaritmickeacute uacutepravě
DPŽ ndash Hrubyacute 40
Cyklickaacute deformačniacute křivka
DPŽ ndash Hrubyacute 41
Ramberg-Osgood (platneacute pro přibližneacute
vyjaacutedřeniacute tahoveacuteho diagramu i cyklickeacute
deformačniacute křivky)
E
el
npl
K
1
elE nplK
1DOsgoodRamberg
1
n
KE
+ =
DPŽ ndash Hrubyacute 42
Hysterezniacute smyčky cyklickaacute deformačniacute křivka
Rambergova-Osgoodova aproximace
Cyklickaacute
deformačniacute
křivka Saturovaneacute
hysterezniacute
smyčky
zpevněniacute
změkčeniacute
cyklickaacute
statickaacute
1D
1n
aaa
KE
D1el
aa E 1Dnpl
aa K
R = -1
DPŽ ndash Hrubyacute 43
Saturovanaacute hysterezniacute smyčka
naapla
elaa
KE
1
Krsquo - modul cyklickeacuteho zpevněniacute
nrsquo - exponent cyklickeacuteho zpevněniacute
E - modul pružnosti v tahu
nplaa K
DPŽ ndash Hrubyacute 44
Masingova aproximace hysterezniacutech
smyček a CDK
Saturovaneacute hysterezniacute smyčky uměle
posunuty spodniacutem rohem do počaacutetku
souřadneacuteho systeacutemu [εpl σ] majiacute
shodnou horniacute větev Většina kovů se
však podle Masingova pravidla nechovaacute
Data převzata z Radim Halama Experimentaacutelniacute poznatky a fenomenologickeacute modelovaacuteniacute cyklickeacute plasticity kovů [Habilitačniacute praacutece VŠB-TU Ostrava] 2009
εpl
σ CDK prochaacuteziacute středy posunutyacutech
hyster smyček
Nevykazuje chovaacuteniacute podle
Masingova pravidla
DPŽ ndash Hrubyacute 45
Odhady uacutenavovyacutech parametrů
Parametr Nelegovaneacute a niacutezkolegovaneacute oceli Hliniacutekoveacute a titanoveacute slitiny
f mRtimes51 mRtimes671
b -0087 -0095
f times590 350
c -058 -069
C mRtimes450 mRtimes420
C timestimestimes 410951450
E
Rm E
Rmtimes420
CN 5105 times 6101times
K mRtimes651 mRtimes611
n 015 011
kde
01 pro 3103 timesŁE
Rm
timesE
Rm01253751 pro 3103 timesE
Rm
0
DPŽ ndash Hrubyacute 46
Koncentrace napětiacute
DPŽ ndash Hrubyacute 47
Koncentrace napětiacute
Součinitel tvaru
(součinitel koncentrace
elastickyacutech napětiacute)
0max
1
x
y
x
nom
maxt
SK
0
1
x
y
x
Poměrnyacute gradient
(gradient normovanyacute maximaacutelniacutem
elastickyacutem napětiacutem)
httpwwwameswebinfoStressConcentrationFactor
StressConcentrationFactorsaspx
DPŽ ndash Hrubyacute 48
Součinitel vrubu β vrubovaacute citlivost q
0
100
200
300
400
500
600
1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07 1E+08
Number of cycles [1]
Str
es
s a
mp
litu
de
[M
Pa
]
smooth
notched
FL
FLN
xc
cfK
q11 Thum
Poloměr vrubu
Vliv vrubu bez
vlivu velikosti
a povrchu
DPŽ ndash Hrubyacute 49
Vliv velikosti a jakosti povrchu
DPŽ ndash Hrubyacute 50
Vliv velikosti součaacutesti - kS
m
d
D
dc
Dc
SV
Vk
exp
exp
10
y
x
S
02
03
04
05
06
07
08
09
1
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
průměr hřiacutedele D [mm]
so
učin
itel veliko
sti
[
1]
Rm=400 až 580Rm=700 až 710litaacute ocelRm=820 až 860Rm=850 až 910Rm=890 až 1000Rm=890 až 1000 aproximacem=-003m=-004m=-005m=-006m=-0068
oceli
DPŽ ndash Hrubyacute 51
Vliv jakosti obrobeniacute povrchu - kSF
kSF
Jakost povrchu
Pevnost v tahu
etalonc
realc
SFk
DPŽ ndash Hrubyacute 52
Vliv technologie uacuteprav povrchu - kT
etalonc
technolc
Tk
DPŽ ndash Hrubyacute 53
Mez uacutenavy reaacutelneacuteho diacutelu ndash dimenzovaacuteniacute
na teoreticky nekonečnou životnost
(trvalou pevnost)
f
TSFScvc
xc
K
kkk
vpcvc
xc
DPŽ ndash Hrubyacute 54
Vliv středniacuteho napětiacute
DPŽ ndash Hrubyacute 55
Vliv středniacuteho napětiacute
DPŽ ndash Hrubyacute 56
Smithův diagram
FL
DPŽ ndash Hrubyacute 57
Haighův (Goodmanův) diagram
0Re Re Rm
Re
-m +m
a
aekv
k
F
mCA
1
F
mCA
1
a
m
F Re
C
k = 2
CC
F tg
k = 1
odhad fiktivniacuteho napětiacute
tah
ohyb
krut
Rm
Rm
Rm
F
F
F
8070
7151
t
Hodnoty součinitele citlivosti k asymetrii cyklu ψ
(bdquosbiacutehavostldquo)
Goodmanova čaacutera
DPŽ ndash Hrubyacute 58
Vyacutepočet bezpečnosti
pt
mx
c
a
k
1
1
kt
m
kt
a
k
1
2
21min kkk
1pt
M
x
c
A
1
kt
M
kt
A
aA k mM k
DPŽ ndash Hrubyacute 59
Př Prutovaacute soustava ndash SU
bull absolutně tuhyacute traacutem
bull h = 1 000 mm
bull a = 500 mm
bull mez pevnosti materiaacutelu prutů 600 MPa
bull hladkeacute pruty kruhovyacute průřez 100 mm2
bull povrch prutů leštěn ndash souč jak povrchu 095
bull součinitele velikosti všech prutů 098
bull Fh = + 10 000 N
bull Fd = - 10 000 N
bull určit bezpečnost pro teoreticky
nekonečnou životnost
h
2a
F
a2
DPŽ ndash Hrubyacute 60
Př Prutovaacute soustava ndash SN
bull absolutně tuhyacute traacutem
bull h = 1 000 mm
bull a = 500 mm
bull mez pevnosti materiaacutelu prutů 600 MPa
bull hladkeacute pruty kruhovyacute průřez 100 mm2
bull povrch prutů leštěn ndash souč jak povrchu 095
bull součinitele velikosti všech prutů 098
bull Fh = + 20 000 N
bull Fd = - 20 000 N
bull určit bezpečnost pro teoreticky
nekonečnou životnost
h
a a
F
a2
DPŽ ndash Hrubyacute 61
Př Prutovaacute soustava ndash SU ndash 2 parametry
bull určit maximaacutelniacute rozmeziacute symetricky
střiacutedavyacutech sil (působiacuteciacutech ve faacutezi) pro
teoreticky nekonečnou životnost v
zaacutevislosti na uacutehlu alfa
bull l = 1 000 mm
bull mez pevnosti materiaacutelu prutů 600
MPa
bull hladkeacute pruty kruhovyacute průřez 100
mm2
bull povrch prutů leštěn ndash souč jak
povrchu 095
bull součinitele velikosti všech prutů 098
V
H
l l
1 2
V
H
N1 N2
DPŽ ndash Hrubyacute 62
zakresleniacute diagramu pro mezniacute stav
A
Vxc
A
Hxc
cos2
cos2
cotg
cos2
cotg
cos2
bezpečnost gt 1 jeden prut na mezi
uacutenavy součaacutesti tj v
jednom prutu
bezpečnost rovna
jedneacute
Př Prutovaacute soustava ndash SU ndash 2 parametry
DPŽ ndash Hrubyacute 63
Reaacutelneacute napěťodeformačniacute stavy ve
vrubech
DPŽ ndash Hrubyacute 64
Součinitel tvaru (s koncentrace
elastickyacutech napětiacute)
Součinitel koncentrace napětiacute
Součinitel koncentrace deformace
Reaacutelnaacute napětiacute a deformace ve vrubech
0
0
0
0
e
B
S
C
eSK ficfic
t
0
0
S
C
SK
0
0
e
B
eK
e
(nom)
B 0 fic
S (nom)
Brsquo
A
Arsquo
fic=S
=timesS
=times
Crsquo
C
DPŽ ndash Hrubyacute 65
Skutečnaacute napětiacute a deformace ve vrubech
22SeeS
12
0
2
12d
2
nplnpl
vKnE
KE
U
pl
Neuber Glinka
1
22
1 n
vKE
U
vfic UU
nomnomficficfic SeU 22
2
1
2
1
2
1
z rovnosti
ploch
DPŽ ndash Hrubyacute 66
0
fic
m=1
m=066
m=05m=01
m=0
Zobecněneacute Neuberovo pravidlo
5050 el
fic E
elfic EE
2
m=0 platiacute pro tvrdeacute zatěžovaacuteniacute tj
napětiacute deformačniacuteho původu
rovnoměrně rozděleneacute po
průřezu
m=1 platiacute pro měkkeacute zatěžovaacuteniacute tj
napětiacute siloveacuteho původu
rovnoměrně rozděleneacute po
průřezu
m=01 pro napětiacute deformačniacuteho
původu mimo vruby (např
teplotniacute pnutiacute)
m=05 pro vruby zatiacuteženeacute silově i
deformačně (Neuberovo
pravidlo)
m=06 pro napětiacute siloveacuteho původu
nerovnoměrně rozloženaacute po
průřezu (např při ohybu) mmel
fic E 1
DPŽ ndash Hrubyacute 67
Př Ramberg-Osgood 12
Vzorek bez vrubu z oceli 11 5231 je vystaven tvrdeacutemu zatěžovaacuteniacute o amplitudě celkoveacute
deformace 102 3timesa Určit amplitudu napětiacute Je zadaacuteno
MPa10072 5timesE
MPa1164K
1990n
0
100
200
300
400
500
600
700
0000 0005 0010 0015 0020 0025 0030
am
plitu
da n
ap
ětiacute
[M
Pa]
amplituda poměrneacute plastikeacute deformace [-]
CDK
n
apla K
DPŽ ndash Hrubyacute 68
-300 -200 -100 0 100 200 300260
280
300
320
340
360
380
ai
ai+
1
Př Ramberg-Osgood 22
MATLAB
sig=50
krok=0
for i=110000
krok=krok+1
Sig=1164(2e-3 - sig207e5)^0199
if abs(Sig-sig)lt00001
break
end
sig=Sig
end Pro libovolnyacute odhad je řešeniacute MPa273a
1990
5
1
1007200201164
times
iai
a
19901
5 1164100720020
times aa
1
naa
aKE
DPŽ ndash Hrubyacute 69
Př koncentrace napětiacute vs deformace 13
Vzorek z oceli 11 5231 je vystaven měkkeacutemu zatěžovaacuteniacute v podeacutelneacutem směru o amplitudě
napětiacute 200 MPa Určit elastickou a plastickou složku poměrneacute deformace
662
MPa10072 5timesE MPa1164K 1990n
zadaacuteno vůči neoslabeneacutemu nominaacutelniacutemu napětiacute
mimo vrub pro danou hladinu zatiacuteženiacute
200
Oslash10
20
5
DPŽ ndash Hrubyacute 70
MPa3533200662 times avruba
319901
1
1014301164
200
times
na
aplK
019801164
3533
19901
1
nvrubavrub
aplK
3
5109660
10072
200 timestimes
E
aael
0026010072
35335
times
E
vrubavrub
ael
333 101091109660101430 timestimestimes aplaela
1720101091
022403
times
a
vruba
Př koncentrace napětiacute vs deformace 23
022400198000260 vrubapl
vrubael
vruba
DPŽ ndash Hrubyacute 71
Př koncentrace napětiacute vs deformace 33
MKP elastickeacute řešeniacute
MKP elastoplastickeacute řešeniacute
324200
863max a
a
1720
662
DPŽ ndash Hrubyacute 72
Př Vetknutyacute sloupek 12
-16 K10511 times
50 100
Ocelovyacute sloupek = lopatka dmychadla je vloženyacute mezi dva tuheacute členy = disky
oběžneacuteho kola a je namaacutehaacuten cyklicky proměnnou teplotou
Uacutekol Posoudit zda hroziacute porušeniacute při 10 000 teplotniacutech cyklech
Daacuteno rozsah pracovniacutech teplot T1 = 22 degC T2 = 370 degC
modul pružnosti v tahu E = 205 GPa
uacutenavovaacute křivka poměrneacute deformace vztaženaacute
k provozniacute teplotě s parametry
160b
580c
MPa1140 f
10 f
teplotniacute roztažnost
DPŽ ndash Hrubyacute 73
C3482237012 TTT
336 1000122
10002434810511 times
timestimestimes
teplotaaT
3580160
5104601000201000020
10052
1140
22
times
times
c
fbf
a NNE
hroziacute poruchateplota
aa Ł
Př Vetknutyacute sloupek 22
DPŽ ndash Hrubyacute 74
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 14
22SeeS
nomnomficfic Se 22
2
1
2
1
2
1
2
1
Neuber
1
2222
2222
1 nfic
vKEEE
SSeU
mmelfic E 1
c
bnK
nf
f
b
c
f
fE
do Ramberga-Osgooda
naaa
KE
1
DPŽ ndash Hrubyacute 75
mmelfic E 1
m
bc
f
f
m
ficEE
E
1
m
bc
f
fmm
ficE
E
1
1
0
f
1
fic
m
bc
f
fm E
i
iii
f
f1
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 24
DPŽ ndash Hrubyacute 76
11
1
1
1
1
1
bc
f
i
f
f
m
bc
f
i
fimi
m
bc
f
i
fimi
fic
m
bc
f
i
fimi
ii
b
cEEmEm
E
1
npl
K
E
el
1
n
KE
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 34
DPŽ ndash Hrubyacute 77
K [MPa] n [-] c [-] εrsquof [-] b [-] σrsquof [MPa] E [MPa]
1020 014066 -06586 0921985 -0092718 1009234 21105
MPa700fic 50m
Iterace
Napětiacute ve vrubu
[MPa]
0 700
1 55953
2 48112
3 45414
4 45114
5 45111
6 45111 0005175
00030270002148
plel
00030271020
11451
1406601
1
npl
K
00021481012
114515
times
E
el
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 44
DPŽ ndash Hrubyacute 38
Manson-Coffin ndash unavovaacute křivka
deformace
00001
0001
001
01
1
1E+00 1E+01 1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07
počet půlkmitů 2N [1]
am
plitu
da p
om
d
efo
rmace
a [
1]
ae
ap
a
f
f Eb
c
1
1
DPŽ ndash Hrubyacute 39
Manson-Coffin ndash matematickyacute popis
NcNbE
NNE
NNE
fpla
fela
cf
pla
bfela
cf
pla
bfela
2logloglog2log
loglog
2loglog2
loglog
22
cfbfpl
aelaa NN
E22
σfrsquohellipsoučinitel uacutenavoveacute pevnosti bhellipexponent uacutenavoveacute pevnosti
εfrsquohellipsoučinitel uacutenavoveacute deformace chellipexponent uacutenavoveacute deformace
bc
f
fcb
f
ft
ctf
bt
f
aplael
E
EN
NNE
11
2
1
2
1
22
Tranzitniacute počet cyklů Po logaritmickeacute uacutepravě
DPŽ ndash Hrubyacute 40
Cyklickaacute deformačniacute křivka
DPŽ ndash Hrubyacute 41
Ramberg-Osgood (platneacute pro přibližneacute
vyjaacutedřeniacute tahoveacuteho diagramu i cyklickeacute
deformačniacute křivky)
E
el
npl
K
1
elE nplK
1DOsgoodRamberg
1
n
KE
+ =
DPŽ ndash Hrubyacute 42
Hysterezniacute smyčky cyklickaacute deformačniacute křivka
Rambergova-Osgoodova aproximace
Cyklickaacute
deformačniacute
křivka Saturovaneacute
hysterezniacute
smyčky
zpevněniacute
změkčeniacute
cyklickaacute
statickaacute
1D
1n
aaa
KE
D1el
aa E 1Dnpl
aa K
R = -1
DPŽ ndash Hrubyacute 43
Saturovanaacute hysterezniacute smyčka
naapla
elaa
KE
1
Krsquo - modul cyklickeacuteho zpevněniacute
nrsquo - exponent cyklickeacuteho zpevněniacute
E - modul pružnosti v tahu
nplaa K
DPŽ ndash Hrubyacute 44
Masingova aproximace hysterezniacutech
smyček a CDK
Saturovaneacute hysterezniacute smyčky uměle
posunuty spodniacutem rohem do počaacutetku
souřadneacuteho systeacutemu [εpl σ] majiacute
shodnou horniacute větev Většina kovů se
však podle Masingova pravidla nechovaacute
Data převzata z Radim Halama Experimentaacutelniacute poznatky a fenomenologickeacute modelovaacuteniacute cyklickeacute plasticity kovů [Habilitačniacute praacutece VŠB-TU Ostrava] 2009
εpl
σ CDK prochaacuteziacute středy posunutyacutech
hyster smyček
Nevykazuje chovaacuteniacute podle
Masingova pravidla
DPŽ ndash Hrubyacute 45
Odhady uacutenavovyacutech parametrů
Parametr Nelegovaneacute a niacutezkolegovaneacute oceli Hliniacutekoveacute a titanoveacute slitiny
f mRtimes51 mRtimes671
b -0087 -0095
f times590 350
c -058 -069
C mRtimes450 mRtimes420
C timestimestimes 410951450
E
Rm E
Rmtimes420
CN 5105 times 6101times
K mRtimes651 mRtimes611
n 015 011
kde
01 pro 3103 timesŁE
Rm
timesE
Rm01253751 pro 3103 timesE
Rm
0
DPŽ ndash Hrubyacute 46
Koncentrace napětiacute
DPŽ ndash Hrubyacute 47
Koncentrace napětiacute
Součinitel tvaru
(součinitel koncentrace
elastickyacutech napětiacute)
0max
1
x
y
x
nom
maxt
SK
0
1
x
y
x
Poměrnyacute gradient
(gradient normovanyacute maximaacutelniacutem
elastickyacutem napětiacutem)
httpwwwameswebinfoStressConcentrationFactor
StressConcentrationFactorsaspx
DPŽ ndash Hrubyacute 48
Součinitel vrubu β vrubovaacute citlivost q
0
100
200
300
400
500
600
1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07 1E+08
Number of cycles [1]
Str
es
s a
mp
litu
de
[M
Pa
]
smooth
notched
FL
FLN
xc
cfK
q11 Thum
Poloměr vrubu
Vliv vrubu bez
vlivu velikosti
a povrchu
DPŽ ndash Hrubyacute 49
Vliv velikosti a jakosti povrchu
DPŽ ndash Hrubyacute 50
Vliv velikosti součaacutesti - kS
m
d
D
dc
Dc
SV
Vk
exp
exp
10
y
x
S
02
03
04
05
06
07
08
09
1
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
průměr hřiacutedele D [mm]
so
učin
itel veliko
sti
[
1]
Rm=400 až 580Rm=700 až 710litaacute ocelRm=820 až 860Rm=850 až 910Rm=890 až 1000Rm=890 až 1000 aproximacem=-003m=-004m=-005m=-006m=-0068
oceli
DPŽ ndash Hrubyacute 51
Vliv jakosti obrobeniacute povrchu - kSF
kSF
Jakost povrchu
Pevnost v tahu
etalonc
realc
SFk
DPŽ ndash Hrubyacute 52
Vliv technologie uacuteprav povrchu - kT
etalonc
technolc
Tk
DPŽ ndash Hrubyacute 53
Mez uacutenavy reaacutelneacuteho diacutelu ndash dimenzovaacuteniacute
na teoreticky nekonečnou životnost
(trvalou pevnost)
f
TSFScvc
xc
K
kkk
vpcvc
xc
DPŽ ndash Hrubyacute 54
Vliv středniacuteho napětiacute
DPŽ ndash Hrubyacute 55
Vliv středniacuteho napětiacute
DPŽ ndash Hrubyacute 56
Smithův diagram
FL
DPŽ ndash Hrubyacute 57
Haighův (Goodmanův) diagram
0Re Re Rm
Re
-m +m
a
aekv
k
F
mCA
1
F
mCA
1
a
m
F Re
C
k = 2
CC
F tg
k = 1
odhad fiktivniacuteho napětiacute
tah
ohyb
krut
Rm
Rm
Rm
F
F
F
8070
7151
t
Hodnoty součinitele citlivosti k asymetrii cyklu ψ
(bdquosbiacutehavostldquo)
Goodmanova čaacutera
DPŽ ndash Hrubyacute 58
Vyacutepočet bezpečnosti
pt
mx
c
a
k
1
1
kt
m
kt
a
k
1
2
21min kkk
1pt
M
x
c
A
1
kt
M
kt
A
aA k mM k
DPŽ ndash Hrubyacute 59
Př Prutovaacute soustava ndash SU
bull absolutně tuhyacute traacutem
bull h = 1 000 mm
bull a = 500 mm
bull mez pevnosti materiaacutelu prutů 600 MPa
bull hladkeacute pruty kruhovyacute průřez 100 mm2
bull povrch prutů leštěn ndash souč jak povrchu 095
bull součinitele velikosti všech prutů 098
bull Fh = + 10 000 N
bull Fd = - 10 000 N
bull určit bezpečnost pro teoreticky
nekonečnou životnost
h
2a
F
a2
DPŽ ndash Hrubyacute 60
Př Prutovaacute soustava ndash SN
bull absolutně tuhyacute traacutem
bull h = 1 000 mm
bull a = 500 mm
bull mez pevnosti materiaacutelu prutů 600 MPa
bull hladkeacute pruty kruhovyacute průřez 100 mm2
bull povrch prutů leštěn ndash souč jak povrchu 095
bull součinitele velikosti všech prutů 098
bull Fh = + 20 000 N
bull Fd = - 20 000 N
bull určit bezpečnost pro teoreticky
nekonečnou životnost
h
a a
F
a2
DPŽ ndash Hrubyacute 61
Př Prutovaacute soustava ndash SU ndash 2 parametry
bull určit maximaacutelniacute rozmeziacute symetricky
střiacutedavyacutech sil (působiacuteciacutech ve faacutezi) pro
teoreticky nekonečnou životnost v
zaacutevislosti na uacutehlu alfa
bull l = 1 000 mm
bull mez pevnosti materiaacutelu prutů 600
MPa
bull hladkeacute pruty kruhovyacute průřez 100
mm2
bull povrch prutů leštěn ndash souč jak
povrchu 095
bull součinitele velikosti všech prutů 098
V
H
l l
1 2
V
H
N1 N2
DPŽ ndash Hrubyacute 62
zakresleniacute diagramu pro mezniacute stav
A
Vxc
A
Hxc
cos2
cos2
cotg
cos2
cotg
cos2
bezpečnost gt 1 jeden prut na mezi
uacutenavy součaacutesti tj v
jednom prutu
bezpečnost rovna
jedneacute
Př Prutovaacute soustava ndash SU ndash 2 parametry
DPŽ ndash Hrubyacute 63
Reaacutelneacute napěťodeformačniacute stavy ve
vrubech
DPŽ ndash Hrubyacute 64
Součinitel tvaru (s koncentrace
elastickyacutech napětiacute)
Součinitel koncentrace napětiacute
Součinitel koncentrace deformace
Reaacutelnaacute napětiacute a deformace ve vrubech
0
0
0
0
e
B
S
C
eSK ficfic
t
0
0
S
C
SK
0
0
e
B
eK
e
(nom)
B 0 fic
S (nom)
Brsquo
A
Arsquo
fic=S
=timesS
=times
Crsquo
C
DPŽ ndash Hrubyacute 65
Skutečnaacute napětiacute a deformace ve vrubech
22SeeS
12
0
2
12d
2
nplnpl
vKnE
KE
U
pl
Neuber Glinka
1
22
1 n
vKE
U
vfic UU
nomnomficficfic SeU 22
2
1
2
1
2
1
z rovnosti
ploch
DPŽ ndash Hrubyacute 66
0
fic
m=1
m=066
m=05m=01
m=0
Zobecněneacute Neuberovo pravidlo
5050 el
fic E
elfic EE
2
m=0 platiacute pro tvrdeacute zatěžovaacuteniacute tj
napětiacute deformačniacuteho původu
rovnoměrně rozděleneacute po
průřezu
m=1 platiacute pro měkkeacute zatěžovaacuteniacute tj
napětiacute siloveacuteho původu
rovnoměrně rozděleneacute po
průřezu
m=01 pro napětiacute deformačniacuteho
původu mimo vruby (např
teplotniacute pnutiacute)
m=05 pro vruby zatiacuteženeacute silově i
deformačně (Neuberovo
pravidlo)
m=06 pro napětiacute siloveacuteho původu
nerovnoměrně rozloženaacute po
průřezu (např při ohybu) mmel
fic E 1
DPŽ ndash Hrubyacute 67
Př Ramberg-Osgood 12
Vzorek bez vrubu z oceli 11 5231 je vystaven tvrdeacutemu zatěžovaacuteniacute o amplitudě celkoveacute
deformace 102 3timesa Určit amplitudu napětiacute Je zadaacuteno
MPa10072 5timesE
MPa1164K
1990n
0
100
200
300
400
500
600
700
0000 0005 0010 0015 0020 0025 0030
am
plitu
da n
ap
ětiacute
[M
Pa]
amplituda poměrneacute plastikeacute deformace [-]
CDK
n
apla K
DPŽ ndash Hrubyacute 68
-300 -200 -100 0 100 200 300260
280
300
320
340
360
380
ai
ai+
1
Př Ramberg-Osgood 22
MATLAB
sig=50
krok=0
for i=110000
krok=krok+1
Sig=1164(2e-3 - sig207e5)^0199
if abs(Sig-sig)lt00001
break
end
sig=Sig
end Pro libovolnyacute odhad je řešeniacute MPa273a
1990
5
1
1007200201164
times
iai
a
19901
5 1164100720020
times aa
1
naa
aKE
DPŽ ndash Hrubyacute 69
Př koncentrace napětiacute vs deformace 13
Vzorek z oceli 11 5231 je vystaven měkkeacutemu zatěžovaacuteniacute v podeacutelneacutem směru o amplitudě
napětiacute 200 MPa Určit elastickou a plastickou složku poměrneacute deformace
662
MPa10072 5timesE MPa1164K 1990n
zadaacuteno vůči neoslabeneacutemu nominaacutelniacutemu napětiacute
mimo vrub pro danou hladinu zatiacuteženiacute
200
Oslash10
20
5
DPŽ ndash Hrubyacute 70
MPa3533200662 times avruba
319901
1
1014301164
200
times
na
aplK
019801164
3533
19901
1
nvrubavrub
aplK
3
5109660
10072
200 timestimes
E
aael
0026010072
35335
times
E
vrubavrub
ael
333 101091109660101430 timestimestimes aplaela
1720101091
022403
times
a
vruba
Př koncentrace napětiacute vs deformace 23
022400198000260 vrubapl
vrubael
vruba
DPŽ ndash Hrubyacute 71
Př koncentrace napětiacute vs deformace 33
MKP elastickeacute řešeniacute
MKP elastoplastickeacute řešeniacute
324200
863max a
a
1720
662
DPŽ ndash Hrubyacute 72
Př Vetknutyacute sloupek 12
-16 K10511 times
50 100
Ocelovyacute sloupek = lopatka dmychadla je vloženyacute mezi dva tuheacute členy = disky
oběžneacuteho kola a je namaacutehaacuten cyklicky proměnnou teplotou
Uacutekol Posoudit zda hroziacute porušeniacute při 10 000 teplotniacutech cyklech
Daacuteno rozsah pracovniacutech teplot T1 = 22 degC T2 = 370 degC
modul pružnosti v tahu E = 205 GPa
uacutenavovaacute křivka poměrneacute deformace vztaženaacute
k provozniacute teplotě s parametry
160b
580c
MPa1140 f
10 f
teplotniacute roztažnost
DPŽ ndash Hrubyacute 73
C3482237012 TTT
336 1000122
10002434810511 times
timestimestimes
teplotaaT
3580160
5104601000201000020
10052
1140
22
times
times
c
fbf
a NNE
hroziacute poruchateplota
aa Ł
Př Vetknutyacute sloupek 22
DPŽ ndash Hrubyacute 74
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 14
22SeeS
nomnomficfic Se 22
2
1
2
1
2
1
2
1
Neuber
1
2222
2222
1 nfic
vKEEE
SSeU
mmelfic E 1
c
bnK
nf
f
b
c
f
fE
do Ramberga-Osgooda
naaa
KE
1
DPŽ ndash Hrubyacute 75
mmelfic E 1
m
bc
f
f
m
ficEE
E
1
m
bc
f
fmm
ficE
E
1
1
0
f
1
fic
m
bc
f
fm E
i
iii
f
f1
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 24
DPŽ ndash Hrubyacute 76
11
1
1
1
1
1
bc
f
i
f
f
m
bc
f
i
fimi
m
bc
f
i
fimi
fic
m
bc
f
i
fimi
ii
b
cEEmEm
E
1
npl
K
E
el
1
n
KE
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 34
DPŽ ndash Hrubyacute 77
K [MPa] n [-] c [-] εrsquof [-] b [-] σrsquof [MPa] E [MPa]
1020 014066 -06586 0921985 -0092718 1009234 21105
MPa700fic 50m
Iterace
Napětiacute ve vrubu
[MPa]
0 700
1 55953
2 48112
3 45414
4 45114
5 45111
6 45111 0005175
00030270002148
plel
00030271020
11451
1406601
1
npl
K
00021481012
114515
times
E
el
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 44
DPŽ ndash Hrubyacute 39
Manson-Coffin ndash matematickyacute popis
NcNbE
NNE
NNE
fpla
fela
cf
pla
bfela
cf
pla
bfela
2logloglog2log
loglog
2loglog2
loglog
22
cfbfpl
aelaa NN
E22
σfrsquohellipsoučinitel uacutenavoveacute pevnosti bhellipexponent uacutenavoveacute pevnosti
εfrsquohellipsoučinitel uacutenavoveacute deformace chellipexponent uacutenavoveacute deformace
bc
f
fcb
f
ft
ctf
bt
f
aplael
E
EN
NNE
11
2
1
2
1
22
Tranzitniacute počet cyklů Po logaritmickeacute uacutepravě
DPŽ ndash Hrubyacute 40
Cyklickaacute deformačniacute křivka
DPŽ ndash Hrubyacute 41
Ramberg-Osgood (platneacute pro přibližneacute
vyjaacutedřeniacute tahoveacuteho diagramu i cyklickeacute
deformačniacute křivky)
E
el
npl
K
1
elE nplK
1DOsgoodRamberg
1
n
KE
+ =
DPŽ ndash Hrubyacute 42
Hysterezniacute smyčky cyklickaacute deformačniacute křivka
Rambergova-Osgoodova aproximace
Cyklickaacute
deformačniacute
křivka Saturovaneacute
hysterezniacute
smyčky
zpevněniacute
změkčeniacute
cyklickaacute
statickaacute
1D
1n
aaa
KE
D1el
aa E 1Dnpl
aa K
R = -1
DPŽ ndash Hrubyacute 43
Saturovanaacute hysterezniacute smyčka
naapla
elaa
KE
1
Krsquo - modul cyklickeacuteho zpevněniacute
nrsquo - exponent cyklickeacuteho zpevněniacute
E - modul pružnosti v tahu
nplaa K
DPŽ ndash Hrubyacute 44
Masingova aproximace hysterezniacutech
smyček a CDK
Saturovaneacute hysterezniacute smyčky uměle
posunuty spodniacutem rohem do počaacutetku
souřadneacuteho systeacutemu [εpl σ] majiacute
shodnou horniacute větev Většina kovů se
však podle Masingova pravidla nechovaacute
Data převzata z Radim Halama Experimentaacutelniacute poznatky a fenomenologickeacute modelovaacuteniacute cyklickeacute plasticity kovů [Habilitačniacute praacutece VŠB-TU Ostrava] 2009
εpl
σ CDK prochaacuteziacute středy posunutyacutech
hyster smyček
Nevykazuje chovaacuteniacute podle
Masingova pravidla
DPŽ ndash Hrubyacute 45
Odhady uacutenavovyacutech parametrů
Parametr Nelegovaneacute a niacutezkolegovaneacute oceli Hliniacutekoveacute a titanoveacute slitiny
f mRtimes51 mRtimes671
b -0087 -0095
f times590 350
c -058 -069
C mRtimes450 mRtimes420
C timestimestimes 410951450
E
Rm E
Rmtimes420
CN 5105 times 6101times
K mRtimes651 mRtimes611
n 015 011
kde
01 pro 3103 timesŁE
Rm
timesE
Rm01253751 pro 3103 timesE
Rm
0
DPŽ ndash Hrubyacute 46
Koncentrace napětiacute
DPŽ ndash Hrubyacute 47
Koncentrace napětiacute
Součinitel tvaru
(součinitel koncentrace
elastickyacutech napětiacute)
0max
1
x
y
x
nom
maxt
SK
0
1
x
y
x
Poměrnyacute gradient
(gradient normovanyacute maximaacutelniacutem
elastickyacutem napětiacutem)
httpwwwameswebinfoStressConcentrationFactor
StressConcentrationFactorsaspx
DPŽ ndash Hrubyacute 48
Součinitel vrubu β vrubovaacute citlivost q
0
100
200
300
400
500
600
1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07 1E+08
Number of cycles [1]
Str
es
s a
mp
litu
de
[M
Pa
]
smooth
notched
FL
FLN
xc
cfK
q11 Thum
Poloměr vrubu
Vliv vrubu bez
vlivu velikosti
a povrchu
DPŽ ndash Hrubyacute 49
Vliv velikosti a jakosti povrchu
DPŽ ndash Hrubyacute 50
Vliv velikosti součaacutesti - kS
m
d
D
dc
Dc
SV
Vk
exp
exp
10
y
x
S
02
03
04
05
06
07
08
09
1
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
průměr hřiacutedele D [mm]
so
učin
itel veliko
sti
[
1]
Rm=400 až 580Rm=700 až 710litaacute ocelRm=820 až 860Rm=850 až 910Rm=890 až 1000Rm=890 až 1000 aproximacem=-003m=-004m=-005m=-006m=-0068
oceli
DPŽ ndash Hrubyacute 51
Vliv jakosti obrobeniacute povrchu - kSF
kSF
Jakost povrchu
Pevnost v tahu
etalonc
realc
SFk
DPŽ ndash Hrubyacute 52
Vliv technologie uacuteprav povrchu - kT
etalonc
technolc
Tk
DPŽ ndash Hrubyacute 53
Mez uacutenavy reaacutelneacuteho diacutelu ndash dimenzovaacuteniacute
na teoreticky nekonečnou životnost
(trvalou pevnost)
f
TSFScvc
xc
K
kkk
vpcvc
xc
DPŽ ndash Hrubyacute 54
Vliv středniacuteho napětiacute
DPŽ ndash Hrubyacute 55
Vliv středniacuteho napětiacute
DPŽ ndash Hrubyacute 56
Smithův diagram
FL
DPŽ ndash Hrubyacute 57
Haighův (Goodmanův) diagram
0Re Re Rm
Re
-m +m
a
aekv
k
F
mCA
1
F
mCA
1
a
m
F Re
C
k = 2
CC
F tg
k = 1
odhad fiktivniacuteho napětiacute
tah
ohyb
krut
Rm
Rm
Rm
F
F
F
8070
7151
t
Hodnoty součinitele citlivosti k asymetrii cyklu ψ
(bdquosbiacutehavostldquo)
Goodmanova čaacutera
DPŽ ndash Hrubyacute 58
Vyacutepočet bezpečnosti
pt
mx
c
a
k
1
1
kt
m
kt
a
k
1
2
21min kkk
1pt
M
x
c
A
1
kt
M
kt
A
aA k mM k
DPŽ ndash Hrubyacute 59
Př Prutovaacute soustava ndash SU
bull absolutně tuhyacute traacutem
bull h = 1 000 mm
bull a = 500 mm
bull mez pevnosti materiaacutelu prutů 600 MPa
bull hladkeacute pruty kruhovyacute průřez 100 mm2
bull povrch prutů leštěn ndash souč jak povrchu 095
bull součinitele velikosti všech prutů 098
bull Fh = + 10 000 N
bull Fd = - 10 000 N
bull určit bezpečnost pro teoreticky
nekonečnou životnost
h
2a
F
a2
DPŽ ndash Hrubyacute 60
Př Prutovaacute soustava ndash SN
bull absolutně tuhyacute traacutem
bull h = 1 000 mm
bull a = 500 mm
bull mez pevnosti materiaacutelu prutů 600 MPa
bull hladkeacute pruty kruhovyacute průřez 100 mm2
bull povrch prutů leštěn ndash souč jak povrchu 095
bull součinitele velikosti všech prutů 098
bull Fh = + 20 000 N
bull Fd = - 20 000 N
bull určit bezpečnost pro teoreticky
nekonečnou životnost
h
a a
F
a2
DPŽ ndash Hrubyacute 61
Př Prutovaacute soustava ndash SU ndash 2 parametry
bull určit maximaacutelniacute rozmeziacute symetricky
střiacutedavyacutech sil (působiacuteciacutech ve faacutezi) pro
teoreticky nekonečnou životnost v
zaacutevislosti na uacutehlu alfa
bull l = 1 000 mm
bull mez pevnosti materiaacutelu prutů 600
MPa
bull hladkeacute pruty kruhovyacute průřez 100
mm2
bull povrch prutů leštěn ndash souč jak
povrchu 095
bull součinitele velikosti všech prutů 098
V
H
l l
1 2
V
H
N1 N2
DPŽ ndash Hrubyacute 62
zakresleniacute diagramu pro mezniacute stav
A
Vxc
A
Hxc
cos2
cos2
cotg
cos2
cotg
cos2
bezpečnost gt 1 jeden prut na mezi
uacutenavy součaacutesti tj v
jednom prutu
bezpečnost rovna
jedneacute
Př Prutovaacute soustava ndash SU ndash 2 parametry
DPŽ ndash Hrubyacute 63
Reaacutelneacute napěťodeformačniacute stavy ve
vrubech
DPŽ ndash Hrubyacute 64
Součinitel tvaru (s koncentrace
elastickyacutech napětiacute)
Součinitel koncentrace napětiacute
Součinitel koncentrace deformace
Reaacutelnaacute napětiacute a deformace ve vrubech
0
0
0
0
e
B
S
C
eSK ficfic
t
0
0
S
C
SK
0
0
e
B
eK
e
(nom)
B 0 fic
S (nom)
Brsquo
A
Arsquo
fic=S
=timesS
=times
Crsquo
C
DPŽ ndash Hrubyacute 65
Skutečnaacute napětiacute a deformace ve vrubech
22SeeS
12
0
2
12d
2
nplnpl
vKnE
KE
U
pl
Neuber Glinka
1
22
1 n
vKE
U
vfic UU
nomnomficficfic SeU 22
2
1
2
1
2
1
z rovnosti
ploch
DPŽ ndash Hrubyacute 66
0
fic
m=1
m=066
m=05m=01
m=0
Zobecněneacute Neuberovo pravidlo
5050 el
fic E
elfic EE
2
m=0 platiacute pro tvrdeacute zatěžovaacuteniacute tj
napětiacute deformačniacuteho původu
rovnoměrně rozděleneacute po
průřezu
m=1 platiacute pro měkkeacute zatěžovaacuteniacute tj
napětiacute siloveacuteho původu
rovnoměrně rozděleneacute po
průřezu
m=01 pro napětiacute deformačniacuteho
původu mimo vruby (např
teplotniacute pnutiacute)
m=05 pro vruby zatiacuteženeacute silově i
deformačně (Neuberovo
pravidlo)
m=06 pro napětiacute siloveacuteho původu
nerovnoměrně rozloženaacute po
průřezu (např při ohybu) mmel
fic E 1
DPŽ ndash Hrubyacute 67
Př Ramberg-Osgood 12
Vzorek bez vrubu z oceli 11 5231 je vystaven tvrdeacutemu zatěžovaacuteniacute o amplitudě celkoveacute
deformace 102 3timesa Určit amplitudu napětiacute Je zadaacuteno
MPa10072 5timesE
MPa1164K
1990n
0
100
200
300
400
500
600
700
0000 0005 0010 0015 0020 0025 0030
am
plitu
da n
ap
ětiacute
[M
Pa]
amplituda poměrneacute plastikeacute deformace [-]
CDK
n
apla K
DPŽ ndash Hrubyacute 68
-300 -200 -100 0 100 200 300260
280
300
320
340
360
380
ai
ai+
1
Př Ramberg-Osgood 22
MATLAB
sig=50
krok=0
for i=110000
krok=krok+1
Sig=1164(2e-3 - sig207e5)^0199
if abs(Sig-sig)lt00001
break
end
sig=Sig
end Pro libovolnyacute odhad je řešeniacute MPa273a
1990
5
1
1007200201164
times
iai
a
19901
5 1164100720020
times aa
1
naa
aKE
DPŽ ndash Hrubyacute 69
Př koncentrace napětiacute vs deformace 13
Vzorek z oceli 11 5231 je vystaven měkkeacutemu zatěžovaacuteniacute v podeacutelneacutem směru o amplitudě
napětiacute 200 MPa Určit elastickou a plastickou složku poměrneacute deformace
662
MPa10072 5timesE MPa1164K 1990n
zadaacuteno vůči neoslabeneacutemu nominaacutelniacutemu napětiacute
mimo vrub pro danou hladinu zatiacuteženiacute
200
Oslash10
20
5
DPŽ ndash Hrubyacute 70
MPa3533200662 times avruba
319901
1
1014301164
200
times
na
aplK
019801164
3533
19901
1
nvrubavrub
aplK
3
5109660
10072
200 timestimes
E
aael
0026010072
35335
times
E
vrubavrub
ael
333 101091109660101430 timestimestimes aplaela
1720101091
022403
times
a
vruba
Př koncentrace napětiacute vs deformace 23
022400198000260 vrubapl
vrubael
vruba
DPŽ ndash Hrubyacute 71
Př koncentrace napětiacute vs deformace 33
MKP elastickeacute řešeniacute
MKP elastoplastickeacute řešeniacute
324200
863max a
a
1720
662
DPŽ ndash Hrubyacute 72
Př Vetknutyacute sloupek 12
-16 K10511 times
50 100
Ocelovyacute sloupek = lopatka dmychadla je vloženyacute mezi dva tuheacute členy = disky
oběžneacuteho kola a je namaacutehaacuten cyklicky proměnnou teplotou
Uacutekol Posoudit zda hroziacute porušeniacute při 10 000 teplotniacutech cyklech
Daacuteno rozsah pracovniacutech teplot T1 = 22 degC T2 = 370 degC
modul pružnosti v tahu E = 205 GPa
uacutenavovaacute křivka poměrneacute deformace vztaženaacute
k provozniacute teplotě s parametry
160b
580c
MPa1140 f
10 f
teplotniacute roztažnost
DPŽ ndash Hrubyacute 73
C3482237012 TTT
336 1000122
10002434810511 times
timestimestimes
teplotaaT
3580160
5104601000201000020
10052
1140
22
times
times
c
fbf
a NNE
hroziacute poruchateplota
aa Ł
Př Vetknutyacute sloupek 22
DPŽ ndash Hrubyacute 74
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 14
22SeeS
nomnomficfic Se 22
2
1
2
1
2
1
2
1
Neuber
1
2222
2222
1 nfic
vKEEE
SSeU
mmelfic E 1
c
bnK
nf
f
b
c
f
fE
do Ramberga-Osgooda
naaa
KE
1
DPŽ ndash Hrubyacute 75
mmelfic E 1
m
bc
f
f
m
ficEE
E
1
m
bc
f
fmm
ficE
E
1
1
0
f
1
fic
m
bc
f
fm E
i
iii
f
f1
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 24
DPŽ ndash Hrubyacute 76
11
1
1
1
1
1
bc
f
i
f
f
m
bc
f
i
fimi
m
bc
f
i
fimi
fic
m
bc
f
i
fimi
ii
b
cEEmEm
E
1
npl
K
E
el
1
n
KE
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 34
DPŽ ndash Hrubyacute 77
K [MPa] n [-] c [-] εrsquof [-] b [-] σrsquof [MPa] E [MPa]
1020 014066 -06586 0921985 -0092718 1009234 21105
MPa700fic 50m
Iterace
Napětiacute ve vrubu
[MPa]
0 700
1 55953
2 48112
3 45414
4 45114
5 45111
6 45111 0005175
00030270002148
plel
00030271020
11451
1406601
1
npl
K
00021481012
114515
times
E
el
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 44
DPŽ ndash Hrubyacute 40
Cyklickaacute deformačniacute křivka
DPŽ ndash Hrubyacute 41
Ramberg-Osgood (platneacute pro přibližneacute
vyjaacutedřeniacute tahoveacuteho diagramu i cyklickeacute
deformačniacute křivky)
E
el
npl
K
1
elE nplK
1DOsgoodRamberg
1
n
KE
+ =
DPŽ ndash Hrubyacute 42
Hysterezniacute smyčky cyklickaacute deformačniacute křivka
Rambergova-Osgoodova aproximace
Cyklickaacute
deformačniacute
křivka Saturovaneacute
hysterezniacute
smyčky
zpevněniacute
změkčeniacute
cyklickaacute
statickaacute
1D
1n
aaa
KE
D1el
aa E 1Dnpl
aa K
R = -1
DPŽ ndash Hrubyacute 43
Saturovanaacute hysterezniacute smyčka
naapla
elaa
KE
1
Krsquo - modul cyklickeacuteho zpevněniacute
nrsquo - exponent cyklickeacuteho zpevněniacute
E - modul pružnosti v tahu
nplaa K
DPŽ ndash Hrubyacute 44
Masingova aproximace hysterezniacutech
smyček a CDK
Saturovaneacute hysterezniacute smyčky uměle
posunuty spodniacutem rohem do počaacutetku
souřadneacuteho systeacutemu [εpl σ] majiacute
shodnou horniacute větev Většina kovů se
však podle Masingova pravidla nechovaacute
Data převzata z Radim Halama Experimentaacutelniacute poznatky a fenomenologickeacute modelovaacuteniacute cyklickeacute plasticity kovů [Habilitačniacute praacutece VŠB-TU Ostrava] 2009
εpl
σ CDK prochaacuteziacute středy posunutyacutech
hyster smyček
Nevykazuje chovaacuteniacute podle
Masingova pravidla
DPŽ ndash Hrubyacute 45
Odhady uacutenavovyacutech parametrů
Parametr Nelegovaneacute a niacutezkolegovaneacute oceli Hliniacutekoveacute a titanoveacute slitiny
f mRtimes51 mRtimes671
b -0087 -0095
f times590 350
c -058 -069
C mRtimes450 mRtimes420
C timestimestimes 410951450
E
Rm E
Rmtimes420
CN 5105 times 6101times
K mRtimes651 mRtimes611
n 015 011
kde
01 pro 3103 timesŁE
Rm
timesE
Rm01253751 pro 3103 timesE
Rm
0
DPŽ ndash Hrubyacute 46
Koncentrace napětiacute
DPŽ ndash Hrubyacute 47
Koncentrace napětiacute
Součinitel tvaru
(součinitel koncentrace
elastickyacutech napětiacute)
0max
1
x
y
x
nom
maxt
SK
0
1
x
y
x
Poměrnyacute gradient
(gradient normovanyacute maximaacutelniacutem
elastickyacutem napětiacutem)
httpwwwameswebinfoStressConcentrationFactor
StressConcentrationFactorsaspx
DPŽ ndash Hrubyacute 48
Součinitel vrubu β vrubovaacute citlivost q
0
100
200
300
400
500
600
1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07 1E+08
Number of cycles [1]
Str
es
s a
mp
litu
de
[M
Pa
]
smooth
notched
FL
FLN
xc
cfK
q11 Thum
Poloměr vrubu
Vliv vrubu bez
vlivu velikosti
a povrchu
DPŽ ndash Hrubyacute 49
Vliv velikosti a jakosti povrchu
DPŽ ndash Hrubyacute 50
Vliv velikosti součaacutesti - kS
m
d
D
dc
Dc
SV
Vk
exp
exp
10
y
x
S
02
03
04
05
06
07
08
09
1
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
průměr hřiacutedele D [mm]
so
učin
itel veliko
sti
[
1]
Rm=400 až 580Rm=700 až 710litaacute ocelRm=820 až 860Rm=850 až 910Rm=890 až 1000Rm=890 až 1000 aproximacem=-003m=-004m=-005m=-006m=-0068
oceli
DPŽ ndash Hrubyacute 51
Vliv jakosti obrobeniacute povrchu - kSF
kSF
Jakost povrchu
Pevnost v tahu
etalonc
realc
SFk
DPŽ ndash Hrubyacute 52
Vliv technologie uacuteprav povrchu - kT
etalonc
technolc
Tk
DPŽ ndash Hrubyacute 53
Mez uacutenavy reaacutelneacuteho diacutelu ndash dimenzovaacuteniacute
na teoreticky nekonečnou životnost
(trvalou pevnost)
f
TSFScvc
xc
K
kkk
vpcvc
xc
DPŽ ndash Hrubyacute 54
Vliv středniacuteho napětiacute
DPŽ ndash Hrubyacute 55
Vliv středniacuteho napětiacute
DPŽ ndash Hrubyacute 56
Smithův diagram
FL
DPŽ ndash Hrubyacute 57
Haighův (Goodmanův) diagram
0Re Re Rm
Re
-m +m
a
aekv
k
F
mCA
1
F
mCA
1
a
m
F Re
C
k = 2
CC
F tg
k = 1
odhad fiktivniacuteho napětiacute
tah
ohyb
krut
Rm
Rm
Rm
F
F
F
8070
7151
t
Hodnoty součinitele citlivosti k asymetrii cyklu ψ
(bdquosbiacutehavostldquo)
Goodmanova čaacutera
DPŽ ndash Hrubyacute 58
Vyacutepočet bezpečnosti
pt
mx
c
a
k
1
1
kt
m
kt
a
k
1
2
21min kkk
1pt
M
x
c
A
1
kt
M
kt
A
aA k mM k
DPŽ ndash Hrubyacute 59
Př Prutovaacute soustava ndash SU
bull absolutně tuhyacute traacutem
bull h = 1 000 mm
bull a = 500 mm
bull mez pevnosti materiaacutelu prutů 600 MPa
bull hladkeacute pruty kruhovyacute průřez 100 mm2
bull povrch prutů leštěn ndash souč jak povrchu 095
bull součinitele velikosti všech prutů 098
bull Fh = + 10 000 N
bull Fd = - 10 000 N
bull určit bezpečnost pro teoreticky
nekonečnou životnost
h
2a
F
a2
DPŽ ndash Hrubyacute 60
Př Prutovaacute soustava ndash SN
bull absolutně tuhyacute traacutem
bull h = 1 000 mm
bull a = 500 mm
bull mez pevnosti materiaacutelu prutů 600 MPa
bull hladkeacute pruty kruhovyacute průřez 100 mm2
bull povrch prutů leštěn ndash souč jak povrchu 095
bull součinitele velikosti všech prutů 098
bull Fh = + 20 000 N
bull Fd = - 20 000 N
bull určit bezpečnost pro teoreticky
nekonečnou životnost
h
a a
F
a2
DPŽ ndash Hrubyacute 61
Př Prutovaacute soustava ndash SU ndash 2 parametry
bull určit maximaacutelniacute rozmeziacute symetricky
střiacutedavyacutech sil (působiacuteciacutech ve faacutezi) pro
teoreticky nekonečnou životnost v
zaacutevislosti na uacutehlu alfa
bull l = 1 000 mm
bull mez pevnosti materiaacutelu prutů 600
MPa
bull hladkeacute pruty kruhovyacute průřez 100
mm2
bull povrch prutů leštěn ndash souč jak
povrchu 095
bull součinitele velikosti všech prutů 098
V
H
l l
1 2
V
H
N1 N2
DPŽ ndash Hrubyacute 62
zakresleniacute diagramu pro mezniacute stav
A
Vxc
A
Hxc
cos2
cos2
cotg
cos2
cotg
cos2
bezpečnost gt 1 jeden prut na mezi
uacutenavy součaacutesti tj v
jednom prutu
bezpečnost rovna
jedneacute
Př Prutovaacute soustava ndash SU ndash 2 parametry
DPŽ ndash Hrubyacute 63
Reaacutelneacute napěťodeformačniacute stavy ve
vrubech
DPŽ ndash Hrubyacute 64
Součinitel tvaru (s koncentrace
elastickyacutech napětiacute)
Součinitel koncentrace napětiacute
Součinitel koncentrace deformace
Reaacutelnaacute napětiacute a deformace ve vrubech
0
0
0
0
e
B
S
C
eSK ficfic
t
0
0
S
C
SK
0
0
e
B
eK
e
(nom)
B 0 fic
S (nom)
Brsquo
A
Arsquo
fic=S
=timesS
=times
Crsquo
C
DPŽ ndash Hrubyacute 65
Skutečnaacute napětiacute a deformace ve vrubech
22SeeS
12
0
2
12d
2
nplnpl
vKnE
KE
U
pl
Neuber Glinka
1
22
1 n
vKE
U
vfic UU
nomnomficficfic SeU 22
2
1
2
1
2
1
z rovnosti
ploch
DPŽ ndash Hrubyacute 66
0
fic
m=1
m=066
m=05m=01
m=0
Zobecněneacute Neuberovo pravidlo
5050 el
fic E
elfic EE
2
m=0 platiacute pro tvrdeacute zatěžovaacuteniacute tj
napětiacute deformačniacuteho původu
rovnoměrně rozděleneacute po
průřezu
m=1 platiacute pro měkkeacute zatěžovaacuteniacute tj
napětiacute siloveacuteho původu
rovnoměrně rozděleneacute po
průřezu
m=01 pro napětiacute deformačniacuteho
původu mimo vruby (např
teplotniacute pnutiacute)
m=05 pro vruby zatiacuteženeacute silově i
deformačně (Neuberovo
pravidlo)
m=06 pro napětiacute siloveacuteho původu
nerovnoměrně rozloženaacute po
průřezu (např při ohybu) mmel
fic E 1
DPŽ ndash Hrubyacute 67
Př Ramberg-Osgood 12
Vzorek bez vrubu z oceli 11 5231 je vystaven tvrdeacutemu zatěžovaacuteniacute o amplitudě celkoveacute
deformace 102 3timesa Určit amplitudu napětiacute Je zadaacuteno
MPa10072 5timesE
MPa1164K
1990n
0
100
200
300
400
500
600
700
0000 0005 0010 0015 0020 0025 0030
am
plitu
da n
ap
ětiacute
[M
Pa]
amplituda poměrneacute plastikeacute deformace [-]
CDK
n
apla K
DPŽ ndash Hrubyacute 68
-300 -200 -100 0 100 200 300260
280
300
320
340
360
380
ai
ai+
1
Př Ramberg-Osgood 22
MATLAB
sig=50
krok=0
for i=110000
krok=krok+1
Sig=1164(2e-3 - sig207e5)^0199
if abs(Sig-sig)lt00001
break
end
sig=Sig
end Pro libovolnyacute odhad je řešeniacute MPa273a
1990
5
1
1007200201164
times
iai
a
19901
5 1164100720020
times aa
1
naa
aKE
DPŽ ndash Hrubyacute 69
Př koncentrace napětiacute vs deformace 13
Vzorek z oceli 11 5231 je vystaven měkkeacutemu zatěžovaacuteniacute v podeacutelneacutem směru o amplitudě
napětiacute 200 MPa Určit elastickou a plastickou složku poměrneacute deformace
662
MPa10072 5timesE MPa1164K 1990n
zadaacuteno vůči neoslabeneacutemu nominaacutelniacutemu napětiacute
mimo vrub pro danou hladinu zatiacuteženiacute
200
Oslash10
20
5
DPŽ ndash Hrubyacute 70
MPa3533200662 times avruba
319901
1
1014301164
200
times
na
aplK
019801164
3533
19901
1
nvrubavrub
aplK
3
5109660
10072
200 timestimes
E
aael
0026010072
35335
times
E
vrubavrub
ael
333 101091109660101430 timestimestimes aplaela
1720101091
022403
times
a
vruba
Př koncentrace napětiacute vs deformace 23
022400198000260 vrubapl
vrubael
vruba
DPŽ ndash Hrubyacute 71
Př koncentrace napětiacute vs deformace 33
MKP elastickeacute řešeniacute
MKP elastoplastickeacute řešeniacute
324200
863max a
a
1720
662
DPŽ ndash Hrubyacute 72
Př Vetknutyacute sloupek 12
-16 K10511 times
50 100
Ocelovyacute sloupek = lopatka dmychadla je vloženyacute mezi dva tuheacute členy = disky
oběžneacuteho kola a je namaacutehaacuten cyklicky proměnnou teplotou
Uacutekol Posoudit zda hroziacute porušeniacute při 10 000 teplotniacutech cyklech
Daacuteno rozsah pracovniacutech teplot T1 = 22 degC T2 = 370 degC
modul pružnosti v tahu E = 205 GPa
uacutenavovaacute křivka poměrneacute deformace vztaženaacute
k provozniacute teplotě s parametry
160b
580c
MPa1140 f
10 f
teplotniacute roztažnost
DPŽ ndash Hrubyacute 73
C3482237012 TTT
336 1000122
10002434810511 times
timestimestimes
teplotaaT
3580160
5104601000201000020
10052
1140
22
times
times
c
fbf
a NNE
hroziacute poruchateplota
aa Ł
Př Vetknutyacute sloupek 22
DPŽ ndash Hrubyacute 74
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 14
22SeeS
nomnomficfic Se 22
2
1
2
1
2
1
2
1
Neuber
1
2222
2222
1 nfic
vKEEE
SSeU
mmelfic E 1
c
bnK
nf
f
b
c
f
fE
do Ramberga-Osgooda
naaa
KE
1
DPŽ ndash Hrubyacute 75
mmelfic E 1
m
bc
f
f
m
ficEE
E
1
m
bc
f
fmm
ficE
E
1
1
0
f
1
fic
m
bc
f
fm E
i
iii
f
f1
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 24
DPŽ ndash Hrubyacute 76
11
1
1
1
1
1
bc
f
i
f
f
m
bc
f
i
fimi
m
bc
f
i
fimi
fic
m
bc
f
i
fimi
ii
b
cEEmEm
E
1
npl
K
E
el
1
n
KE
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 34
DPŽ ndash Hrubyacute 77
K [MPa] n [-] c [-] εrsquof [-] b [-] σrsquof [MPa] E [MPa]
1020 014066 -06586 0921985 -0092718 1009234 21105
MPa700fic 50m
Iterace
Napětiacute ve vrubu
[MPa]
0 700
1 55953
2 48112
3 45414
4 45114
5 45111
6 45111 0005175
00030270002148
plel
00030271020
11451
1406601
1
npl
K
00021481012
114515
times
E
el
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 44
DPŽ ndash Hrubyacute 41
Ramberg-Osgood (platneacute pro přibližneacute
vyjaacutedřeniacute tahoveacuteho diagramu i cyklickeacute
deformačniacute křivky)
E
el
npl
K
1
elE nplK
1DOsgoodRamberg
1
n
KE
+ =
DPŽ ndash Hrubyacute 42
Hysterezniacute smyčky cyklickaacute deformačniacute křivka
Rambergova-Osgoodova aproximace
Cyklickaacute
deformačniacute
křivka Saturovaneacute
hysterezniacute
smyčky
zpevněniacute
změkčeniacute
cyklickaacute
statickaacute
1D
1n
aaa
KE
D1el
aa E 1Dnpl
aa K
R = -1
DPŽ ndash Hrubyacute 43
Saturovanaacute hysterezniacute smyčka
naapla
elaa
KE
1
Krsquo - modul cyklickeacuteho zpevněniacute
nrsquo - exponent cyklickeacuteho zpevněniacute
E - modul pružnosti v tahu
nplaa K
DPŽ ndash Hrubyacute 44
Masingova aproximace hysterezniacutech
smyček a CDK
Saturovaneacute hysterezniacute smyčky uměle
posunuty spodniacutem rohem do počaacutetku
souřadneacuteho systeacutemu [εpl σ] majiacute
shodnou horniacute větev Většina kovů se
však podle Masingova pravidla nechovaacute
Data převzata z Radim Halama Experimentaacutelniacute poznatky a fenomenologickeacute modelovaacuteniacute cyklickeacute plasticity kovů [Habilitačniacute praacutece VŠB-TU Ostrava] 2009
εpl
σ CDK prochaacuteziacute středy posunutyacutech
hyster smyček
Nevykazuje chovaacuteniacute podle
Masingova pravidla
DPŽ ndash Hrubyacute 45
Odhady uacutenavovyacutech parametrů
Parametr Nelegovaneacute a niacutezkolegovaneacute oceli Hliniacutekoveacute a titanoveacute slitiny
f mRtimes51 mRtimes671
b -0087 -0095
f times590 350
c -058 -069
C mRtimes450 mRtimes420
C timestimestimes 410951450
E
Rm E
Rmtimes420
CN 5105 times 6101times
K mRtimes651 mRtimes611
n 015 011
kde
01 pro 3103 timesŁE
Rm
timesE
Rm01253751 pro 3103 timesE
Rm
0
DPŽ ndash Hrubyacute 46
Koncentrace napětiacute
DPŽ ndash Hrubyacute 47
Koncentrace napětiacute
Součinitel tvaru
(součinitel koncentrace
elastickyacutech napětiacute)
0max
1
x
y
x
nom
maxt
SK
0
1
x
y
x
Poměrnyacute gradient
(gradient normovanyacute maximaacutelniacutem
elastickyacutem napětiacutem)
httpwwwameswebinfoStressConcentrationFactor
StressConcentrationFactorsaspx
DPŽ ndash Hrubyacute 48
Součinitel vrubu β vrubovaacute citlivost q
0
100
200
300
400
500
600
1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07 1E+08
Number of cycles [1]
Str
es
s a
mp
litu
de
[M
Pa
]
smooth
notched
FL
FLN
xc
cfK
q11 Thum
Poloměr vrubu
Vliv vrubu bez
vlivu velikosti
a povrchu
DPŽ ndash Hrubyacute 49
Vliv velikosti a jakosti povrchu
DPŽ ndash Hrubyacute 50
Vliv velikosti součaacutesti - kS
m
d
D
dc
Dc
SV
Vk
exp
exp
10
y
x
S
02
03
04
05
06
07
08
09
1
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
průměr hřiacutedele D [mm]
so
učin
itel veliko
sti
[
1]
Rm=400 až 580Rm=700 až 710litaacute ocelRm=820 až 860Rm=850 až 910Rm=890 až 1000Rm=890 až 1000 aproximacem=-003m=-004m=-005m=-006m=-0068
oceli
DPŽ ndash Hrubyacute 51
Vliv jakosti obrobeniacute povrchu - kSF
kSF
Jakost povrchu
Pevnost v tahu
etalonc
realc
SFk
DPŽ ndash Hrubyacute 52
Vliv technologie uacuteprav povrchu - kT
etalonc
technolc
Tk
DPŽ ndash Hrubyacute 53
Mez uacutenavy reaacutelneacuteho diacutelu ndash dimenzovaacuteniacute
na teoreticky nekonečnou životnost
(trvalou pevnost)
f
TSFScvc
xc
K
kkk
vpcvc
xc
DPŽ ndash Hrubyacute 54
Vliv středniacuteho napětiacute
DPŽ ndash Hrubyacute 55
Vliv středniacuteho napětiacute
DPŽ ndash Hrubyacute 56
Smithův diagram
FL
DPŽ ndash Hrubyacute 57
Haighův (Goodmanův) diagram
0Re Re Rm
Re
-m +m
a
aekv
k
F
mCA
1
F
mCA
1
a
m
F Re
C
k = 2
CC
F tg
k = 1
odhad fiktivniacuteho napětiacute
tah
ohyb
krut
Rm
Rm
Rm
F
F
F
8070
7151
t
Hodnoty součinitele citlivosti k asymetrii cyklu ψ
(bdquosbiacutehavostldquo)
Goodmanova čaacutera
DPŽ ndash Hrubyacute 58
Vyacutepočet bezpečnosti
pt
mx
c
a
k
1
1
kt
m
kt
a
k
1
2
21min kkk
1pt
M
x
c
A
1
kt
M
kt
A
aA k mM k
DPŽ ndash Hrubyacute 59
Př Prutovaacute soustava ndash SU
bull absolutně tuhyacute traacutem
bull h = 1 000 mm
bull a = 500 mm
bull mez pevnosti materiaacutelu prutů 600 MPa
bull hladkeacute pruty kruhovyacute průřez 100 mm2
bull povrch prutů leštěn ndash souč jak povrchu 095
bull součinitele velikosti všech prutů 098
bull Fh = + 10 000 N
bull Fd = - 10 000 N
bull určit bezpečnost pro teoreticky
nekonečnou životnost
h
2a
F
a2
DPŽ ndash Hrubyacute 60
Př Prutovaacute soustava ndash SN
bull absolutně tuhyacute traacutem
bull h = 1 000 mm
bull a = 500 mm
bull mez pevnosti materiaacutelu prutů 600 MPa
bull hladkeacute pruty kruhovyacute průřez 100 mm2
bull povrch prutů leštěn ndash souč jak povrchu 095
bull součinitele velikosti všech prutů 098
bull Fh = + 20 000 N
bull Fd = - 20 000 N
bull určit bezpečnost pro teoreticky
nekonečnou životnost
h
a a
F
a2
DPŽ ndash Hrubyacute 61
Př Prutovaacute soustava ndash SU ndash 2 parametry
bull určit maximaacutelniacute rozmeziacute symetricky
střiacutedavyacutech sil (působiacuteciacutech ve faacutezi) pro
teoreticky nekonečnou životnost v
zaacutevislosti na uacutehlu alfa
bull l = 1 000 mm
bull mez pevnosti materiaacutelu prutů 600
MPa
bull hladkeacute pruty kruhovyacute průřez 100
mm2
bull povrch prutů leštěn ndash souč jak
povrchu 095
bull součinitele velikosti všech prutů 098
V
H
l l
1 2
V
H
N1 N2
DPŽ ndash Hrubyacute 62
zakresleniacute diagramu pro mezniacute stav
A
Vxc
A
Hxc
cos2
cos2
cotg
cos2
cotg
cos2
bezpečnost gt 1 jeden prut na mezi
uacutenavy součaacutesti tj v
jednom prutu
bezpečnost rovna
jedneacute
Př Prutovaacute soustava ndash SU ndash 2 parametry
DPŽ ndash Hrubyacute 63
Reaacutelneacute napěťodeformačniacute stavy ve
vrubech
DPŽ ndash Hrubyacute 64
Součinitel tvaru (s koncentrace
elastickyacutech napětiacute)
Součinitel koncentrace napětiacute
Součinitel koncentrace deformace
Reaacutelnaacute napětiacute a deformace ve vrubech
0
0
0
0
e
B
S
C
eSK ficfic
t
0
0
S
C
SK
0
0
e
B
eK
e
(nom)
B 0 fic
S (nom)
Brsquo
A
Arsquo
fic=S
=timesS
=times
Crsquo
C
DPŽ ndash Hrubyacute 65
Skutečnaacute napětiacute a deformace ve vrubech
22SeeS
12
0
2
12d
2
nplnpl
vKnE
KE
U
pl
Neuber Glinka
1
22
1 n
vKE
U
vfic UU
nomnomficficfic SeU 22
2
1
2
1
2
1
z rovnosti
ploch
DPŽ ndash Hrubyacute 66
0
fic
m=1
m=066
m=05m=01
m=0
Zobecněneacute Neuberovo pravidlo
5050 el
fic E
elfic EE
2
m=0 platiacute pro tvrdeacute zatěžovaacuteniacute tj
napětiacute deformačniacuteho původu
rovnoměrně rozděleneacute po
průřezu
m=1 platiacute pro měkkeacute zatěžovaacuteniacute tj
napětiacute siloveacuteho původu
rovnoměrně rozděleneacute po
průřezu
m=01 pro napětiacute deformačniacuteho
původu mimo vruby (např
teplotniacute pnutiacute)
m=05 pro vruby zatiacuteženeacute silově i
deformačně (Neuberovo
pravidlo)
m=06 pro napětiacute siloveacuteho původu
nerovnoměrně rozloženaacute po
průřezu (např při ohybu) mmel
fic E 1
DPŽ ndash Hrubyacute 67
Př Ramberg-Osgood 12
Vzorek bez vrubu z oceli 11 5231 je vystaven tvrdeacutemu zatěžovaacuteniacute o amplitudě celkoveacute
deformace 102 3timesa Určit amplitudu napětiacute Je zadaacuteno
MPa10072 5timesE
MPa1164K
1990n
0
100
200
300
400
500
600
700
0000 0005 0010 0015 0020 0025 0030
am
plitu
da n
ap
ětiacute
[M
Pa]
amplituda poměrneacute plastikeacute deformace [-]
CDK
n
apla K
DPŽ ndash Hrubyacute 68
-300 -200 -100 0 100 200 300260
280
300
320
340
360
380
ai
ai+
1
Př Ramberg-Osgood 22
MATLAB
sig=50
krok=0
for i=110000
krok=krok+1
Sig=1164(2e-3 - sig207e5)^0199
if abs(Sig-sig)lt00001
break
end
sig=Sig
end Pro libovolnyacute odhad je řešeniacute MPa273a
1990
5
1
1007200201164
times
iai
a
19901
5 1164100720020
times aa
1
naa
aKE
DPŽ ndash Hrubyacute 69
Př koncentrace napětiacute vs deformace 13
Vzorek z oceli 11 5231 je vystaven měkkeacutemu zatěžovaacuteniacute v podeacutelneacutem směru o amplitudě
napětiacute 200 MPa Určit elastickou a plastickou složku poměrneacute deformace
662
MPa10072 5timesE MPa1164K 1990n
zadaacuteno vůči neoslabeneacutemu nominaacutelniacutemu napětiacute
mimo vrub pro danou hladinu zatiacuteženiacute
200
Oslash10
20
5
DPŽ ndash Hrubyacute 70
MPa3533200662 times avruba
319901
1
1014301164
200
times
na
aplK
019801164
3533
19901
1
nvrubavrub
aplK
3
5109660
10072
200 timestimes
E
aael
0026010072
35335
times
E
vrubavrub
ael
333 101091109660101430 timestimestimes aplaela
1720101091
022403
times
a
vruba
Př koncentrace napětiacute vs deformace 23
022400198000260 vrubapl
vrubael
vruba
DPŽ ndash Hrubyacute 71
Př koncentrace napětiacute vs deformace 33
MKP elastickeacute řešeniacute
MKP elastoplastickeacute řešeniacute
324200
863max a
a
1720
662
DPŽ ndash Hrubyacute 72
Př Vetknutyacute sloupek 12
-16 K10511 times
50 100
Ocelovyacute sloupek = lopatka dmychadla je vloženyacute mezi dva tuheacute členy = disky
oběžneacuteho kola a je namaacutehaacuten cyklicky proměnnou teplotou
Uacutekol Posoudit zda hroziacute porušeniacute při 10 000 teplotniacutech cyklech
Daacuteno rozsah pracovniacutech teplot T1 = 22 degC T2 = 370 degC
modul pružnosti v tahu E = 205 GPa
uacutenavovaacute křivka poměrneacute deformace vztaženaacute
k provozniacute teplotě s parametry
160b
580c
MPa1140 f
10 f
teplotniacute roztažnost
DPŽ ndash Hrubyacute 73
C3482237012 TTT
336 1000122
10002434810511 times
timestimestimes
teplotaaT
3580160
5104601000201000020
10052
1140
22
times
times
c
fbf
a NNE
hroziacute poruchateplota
aa Ł
Př Vetknutyacute sloupek 22
DPŽ ndash Hrubyacute 74
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 14
22SeeS
nomnomficfic Se 22
2
1
2
1
2
1
2
1
Neuber
1
2222
2222
1 nfic
vKEEE
SSeU
mmelfic E 1
c
bnK
nf
f
b
c
f
fE
do Ramberga-Osgooda
naaa
KE
1
DPŽ ndash Hrubyacute 75
mmelfic E 1
m
bc
f
f
m
ficEE
E
1
m
bc
f
fmm
ficE
E
1
1
0
f
1
fic
m
bc
f
fm E
i
iii
f
f1
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 24
DPŽ ndash Hrubyacute 76
11
1
1
1
1
1
bc
f
i
f
f
m
bc
f
i
fimi
m
bc
f
i
fimi
fic
m
bc
f
i
fimi
ii
b
cEEmEm
E
1
npl
K
E
el
1
n
KE
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 34
DPŽ ndash Hrubyacute 77
K [MPa] n [-] c [-] εrsquof [-] b [-] σrsquof [MPa] E [MPa]
1020 014066 -06586 0921985 -0092718 1009234 21105
MPa700fic 50m
Iterace
Napětiacute ve vrubu
[MPa]
0 700
1 55953
2 48112
3 45414
4 45114
5 45111
6 45111 0005175
00030270002148
plel
00030271020
11451
1406601
1
npl
K
00021481012
114515
times
E
el
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 44
DPŽ ndash Hrubyacute 42
Hysterezniacute smyčky cyklickaacute deformačniacute křivka
Rambergova-Osgoodova aproximace
Cyklickaacute
deformačniacute
křivka Saturovaneacute
hysterezniacute
smyčky
zpevněniacute
změkčeniacute
cyklickaacute
statickaacute
1D
1n
aaa
KE
D1el
aa E 1Dnpl
aa K
R = -1
DPŽ ndash Hrubyacute 43
Saturovanaacute hysterezniacute smyčka
naapla
elaa
KE
1
Krsquo - modul cyklickeacuteho zpevněniacute
nrsquo - exponent cyklickeacuteho zpevněniacute
E - modul pružnosti v tahu
nplaa K
DPŽ ndash Hrubyacute 44
Masingova aproximace hysterezniacutech
smyček a CDK
Saturovaneacute hysterezniacute smyčky uměle
posunuty spodniacutem rohem do počaacutetku
souřadneacuteho systeacutemu [εpl σ] majiacute
shodnou horniacute větev Většina kovů se
však podle Masingova pravidla nechovaacute
Data převzata z Radim Halama Experimentaacutelniacute poznatky a fenomenologickeacute modelovaacuteniacute cyklickeacute plasticity kovů [Habilitačniacute praacutece VŠB-TU Ostrava] 2009
εpl
σ CDK prochaacuteziacute středy posunutyacutech
hyster smyček
Nevykazuje chovaacuteniacute podle
Masingova pravidla
DPŽ ndash Hrubyacute 45
Odhady uacutenavovyacutech parametrů
Parametr Nelegovaneacute a niacutezkolegovaneacute oceli Hliniacutekoveacute a titanoveacute slitiny
f mRtimes51 mRtimes671
b -0087 -0095
f times590 350
c -058 -069
C mRtimes450 mRtimes420
C timestimestimes 410951450
E
Rm E
Rmtimes420
CN 5105 times 6101times
K mRtimes651 mRtimes611
n 015 011
kde
01 pro 3103 timesŁE
Rm
timesE
Rm01253751 pro 3103 timesE
Rm
0
DPŽ ndash Hrubyacute 46
Koncentrace napětiacute
DPŽ ndash Hrubyacute 47
Koncentrace napětiacute
Součinitel tvaru
(součinitel koncentrace
elastickyacutech napětiacute)
0max
1
x
y
x
nom
maxt
SK
0
1
x
y
x
Poměrnyacute gradient
(gradient normovanyacute maximaacutelniacutem
elastickyacutem napětiacutem)
httpwwwameswebinfoStressConcentrationFactor
StressConcentrationFactorsaspx
DPŽ ndash Hrubyacute 48
Součinitel vrubu β vrubovaacute citlivost q
0
100
200
300
400
500
600
1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07 1E+08
Number of cycles [1]
Str
es
s a
mp
litu
de
[M
Pa
]
smooth
notched
FL
FLN
xc
cfK
q11 Thum
Poloměr vrubu
Vliv vrubu bez
vlivu velikosti
a povrchu
DPŽ ndash Hrubyacute 49
Vliv velikosti a jakosti povrchu
DPŽ ndash Hrubyacute 50
Vliv velikosti součaacutesti - kS
m
d
D
dc
Dc
SV
Vk
exp
exp
10
y
x
S
02
03
04
05
06
07
08
09
1
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
průměr hřiacutedele D [mm]
so
učin
itel veliko
sti
[
1]
Rm=400 až 580Rm=700 až 710litaacute ocelRm=820 až 860Rm=850 až 910Rm=890 až 1000Rm=890 až 1000 aproximacem=-003m=-004m=-005m=-006m=-0068
oceli
DPŽ ndash Hrubyacute 51
Vliv jakosti obrobeniacute povrchu - kSF
kSF
Jakost povrchu
Pevnost v tahu
etalonc
realc
SFk
DPŽ ndash Hrubyacute 52
Vliv technologie uacuteprav povrchu - kT
etalonc
technolc
Tk
DPŽ ndash Hrubyacute 53
Mez uacutenavy reaacutelneacuteho diacutelu ndash dimenzovaacuteniacute
na teoreticky nekonečnou životnost
(trvalou pevnost)
f
TSFScvc
xc
K
kkk
vpcvc
xc
DPŽ ndash Hrubyacute 54
Vliv středniacuteho napětiacute
DPŽ ndash Hrubyacute 55
Vliv středniacuteho napětiacute
DPŽ ndash Hrubyacute 56
Smithův diagram
FL
DPŽ ndash Hrubyacute 57
Haighův (Goodmanův) diagram
0Re Re Rm
Re
-m +m
a
aekv
k
F
mCA
1
F
mCA
1
a
m
F Re
C
k = 2
CC
F tg
k = 1
odhad fiktivniacuteho napětiacute
tah
ohyb
krut
Rm
Rm
Rm
F
F
F
8070
7151
t
Hodnoty součinitele citlivosti k asymetrii cyklu ψ
(bdquosbiacutehavostldquo)
Goodmanova čaacutera
DPŽ ndash Hrubyacute 58
Vyacutepočet bezpečnosti
pt
mx
c
a
k
1
1
kt
m
kt
a
k
1
2
21min kkk
1pt
M
x
c
A
1
kt
M
kt
A
aA k mM k
DPŽ ndash Hrubyacute 59
Př Prutovaacute soustava ndash SU
bull absolutně tuhyacute traacutem
bull h = 1 000 mm
bull a = 500 mm
bull mez pevnosti materiaacutelu prutů 600 MPa
bull hladkeacute pruty kruhovyacute průřez 100 mm2
bull povrch prutů leštěn ndash souč jak povrchu 095
bull součinitele velikosti všech prutů 098
bull Fh = + 10 000 N
bull Fd = - 10 000 N
bull určit bezpečnost pro teoreticky
nekonečnou životnost
h
2a
F
a2
DPŽ ndash Hrubyacute 60
Př Prutovaacute soustava ndash SN
bull absolutně tuhyacute traacutem
bull h = 1 000 mm
bull a = 500 mm
bull mez pevnosti materiaacutelu prutů 600 MPa
bull hladkeacute pruty kruhovyacute průřez 100 mm2
bull povrch prutů leštěn ndash souč jak povrchu 095
bull součinitele velikosti všech prutů 098
bull Fh = + 20 000 N
bull Fd = - 20 000 N
bull určit bezpečnost pro teoreticky
nekonečnou životnost
h
a a
F
a2
DPŽ ndash Hrubyacute 61
Př Prutovaacute soustava ndash SU ndash 2 parametry
bull určit maximaacutelniacute rozmeziacute symetricky
střiacutedavyacutech sil (působiacuteciacutech ve faacutezi) pro
teoreticky nekonečnou životnost v
zaacutevislosti na uacutehlu alfa
bull l = 1 000 mm
bull mez pevnosti materiaacutelu prutů 600
MPa
bull hladkeacute pruty kruhovyacute průřez 100
mm2
bull povrch prutů leštěn ndash souč jak
povrchu 095
bull součinitele velikosti všech prutů 098
V
H
l l
1 2
V
H
N1 N2
DPŽ ndash Hrubyacute 62
zakresleniacute diagramu pro mezniacute stav
A
Vxc
A
Hxc
cos2
cos2
cotg
cos2
cotg
cos2
bezpečnost gt 1 jeden prut na mezi
uacutenavy součaacutesti tj v
jednom prutu
bezpečnost rovna
jedneacute
Př Prutovaacute soustava ndash SU ndash 2 parametry
DPŽ ndash Hrubyacute 63
Reaacutelneacute napěťodeformačniacute stavy ve
vrubech
DPŽ ndash Hrubyacute 64
Součinitel tvaru (s koncentrace
elastickyacutech napětiacute)
Součinitel koncentrace napětiacute
Součinitel koncentrace deformace
Reaacutelnaacute napětiacute a deformace ve vrubech
0
0
0
0
e
B
S
C
eSK ficfic
t
0
0
S
C
SK
0
0
e
B
eK
e
(nom)
B 0 fic
S (nom)
Brsquo
A
Arsquo
fic=S
=timesS
=times
Crsquo
C
DPŽ ndash Hrubyacute 65
Skutečnaacute napětiacute a deformace ve vrubech
22SeeS
12
0
2
12d
2
nplnpl
vKnE
KE
U
pl
Neuber Glinka
1
22
1 n
vKE
U
vfic UU
nomnomficficfic SeU 22
2
1
2
1
2
1
z rovnosti
ploch
DPŽ ndash Hrubyacute 66
0
fic
m=1
m=066
m=05m=01
m=0
Zobecněneacute Neuberovo pravidlo
5050 el
fic E
elfic EE
2
m=0 platiacute pro tvrdeacute zatěžovaacuteniacute tj
napětiacute deformačniacuteho původu
rovnoměrně rozděleneacute po
průřezu
m=1 platiacute pro měkkeacute zatěžovaacuteniacute tj
napětiacute siloveacuteho původu
rovnoměrně rozděleneacute po
průřezu
m=01 pro napětiacute deformačniacuteho
původu mimo vruby (např
teplotniacute pnutiacute)
m=05 pro vruby zatiacuteženeacute silově i
deformačně (Neuberovo
pravidlo)
m=06 pro napětiacute siloveacuteho původu
nerovnoměrně rozloženaacute po
průřezu (např při ohybu) mmel
fic E 1
DPŽ ndash Hrubyacute 67
Př Ramberg-Osgood 12
Vzorek bez vrubu z oceli 11 5231 je vystaven tvrdeacutemu zatěžovaacuteniacute o amplitudě celkoveacute
deformace 102 3timesa Určit amplitudu napětiacute Je zadaacuteno
MPa10072 5timesE
MPa1164K
1990n
0
100
200
300
400
500
600
700
0000 0005 0010 0015 0020 0025 0030
am
plitu
da n
ap
ětiacute
[M
Pa]
amplituda poměrneacute plastikeacute deformace [-]
CDK
n
apla K
DPŽ ndash Hrubyacute 68
-300 -200 -100 0 100 200 300260
280
300
320
340
360
380
ai
ai+
1
Př Ramberg-Osgood 22
MATLAB
sig=50
krok=0
for i=110000
krok=krok+1
Sig=1164(2e-3 - sig207e5)^0199
if abs(Sig-sig)lt00001
break
end
sig=Sig
end Pro libovolnyacute odhad je řešeniacute MPa273a
1990
5
1
1007200201164
times
iai
a
19901
5 1164100720020
times aa
1
naa
aKE
DPŽ ndash Hrubyacute 69
Př koncentrace napětiacute vs deformace 13
Vzorek z oceli 11 5231 je vystaven měkkeacutemu zatěžovaacuteniacute v podeacutelneacutem směru o amplitudě
napětiacute 200 MPa Určit elastickou a plastickou složku poměrneacute deformace
662
MPa10072 5timesE MPa1164K 1990n
zadaacuteno vůči neoslabeneacutemu nominaacutelniacutemu napětiacute
mimo vrub pro danou hladinu zatiacuteženiacute
200
Oslash10
20
5
DPŽ ndash Hrubyacute 70
MPa3533200662 times avruba
319901
1
1014301164
200
times
na
aplK
019801164
3533
19901
1
nvrubavrub
aplK
3
5109660
10072
200 timestimes
E
aael
0026010072
35335
times
E
vrubavrub
ael
333 101091109660101430 timestimestimes aplaela
1720101091
022403
times
a
vruba
Př koncentrace napětiacute vs deformace 23
022400198000260 vrubapl
vrubael
vruba
DPŽ ndash Hrubyacute 71
Př koncentrace napětiacute vs deformace 33
MKP elastickeacute řešeniacute
MKP elastoplastickeacute řešeniacute
324200
863max a
a
1720
662
DPŽ ndash Hrubyacute 72
Př Vetknutyacute sloupek 12
-16 K10511 times
50 100
Ocelovyacute sloupek = lopatka dmychadla je vloženyacute mezi dva tuheacute členy = disky
oběžneacuteho kola a je namaacutehaacuten cyklicky proměnnou teplotou
Uacutekol Posoudit zda hroziacute porušeniacute při 10 000 teplotniacutech cyklech
Daacuteno rozsah pracovniacutech teplot T1 = 22 degC T2 = 370 degC
modul pružnosti v tahu E = 205 GPa
uacutenavovaacute křivka poměrneacute deformace vztaženaacute
k provozniacute teplotě s parametry
160b
580c
MPa1140 f
10 f
teplotniacute roztažnost
DPŽ ndash Hrubyacute 73
C3482237012 TTT
336 1000122
10002434810511 times
timestimestimes
teplotaaT
3580160
5104601000201000020
10052
1140
22
times
times
c
fbf
a NNE
hroziacute poruchateplota
aa Ł
Př Vetknutyacute sloupek 22
DPŽ ndash Hrubyacute 74
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 14
22SeeS
nomnomficfic Se 22
2
1
2
1
2
1
2
1
Neuber
1
2222
2222
1 nfic
vKEEE
SSeU
mmelfic E 1
c
bnK
nf
f
b
c
f
fE
do Ramberga-Osgooda
naaa
KE
1
DPŽ ndash Hrubyacute 75
mmelfic E 1
m
bc
f
f
m
ficEE
E
1
m
bc
f
fmm
ficE
E
1
1
0
f
1
fic
m
bc
f
fm E
i
iii
f
f1
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 24
DPŽ ndash Hrubyacute 76
11
1
1
1
1
1
bc
f
i
f
f
m
bc
f
i
fimi
m
bc
f
i
fimi
fic
m
bc
f
i
fimi
ii
b
cEEmEm
E
1
npl
K
E
el
1
n
KE
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 34
DPŽ ndash Hrubyacute 77
K [MPa] n [-] c [-] εrsquof [-] b [-] σrsquof [MPa] E [MPa]
1020 014066 -06586 0921985 -0092718 1009234 21105
MPa700fic 50m
Iterace
Napětiacute ve vrubu
[MPa]
0 700
1 55953
2 48112
3 45414
4 45114
5 45111
6 45111 0005175
00030270002148
plel
00030271020
11451
1406601
1
npl
K
00021481012
114515
times
E
el
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 44
DPŽ ndash Hrubyacute 43
Saturovanaacute hysterezniacute smyčka
naapla
elaa
KE
1
Krsquo - modul cyklickeacuteho zpevněniacute
nrsquo - exponent cyklickeacuteho zpevněniacute
E - modul pružnosti v tahu
nplaa K
DPŽ ndash Hrubyacute 44
Masingova aproximace hysterezniacutech
smyček a CDK
Saturovaneacute hysterezniacute smyčky uměle
posunuty spodniacutem rohem do počaacutetku
souřadneacuteho systeacutemu [εpl σ] majiacute
shodnou horniacute větev Většina kovů se
však podle Masingova pravidla nechovaacute
Data převzata z Radim Halama Experimentaacutelniacute poznatky a fenomenologickeacute modelovaacuteniacute cyklickeacute plasticity kovů [Habilitačniacute praacutece VŠB-TU Ostrava] 2009
εpl
σ CDK prochaacuteziacute středy posunutyacutech
hyster smyček
Nevykazuje chovaacuteniacute podle
Masingova pravidla
DPŽ ndash Hrubyacute 45
Odhady uacutenavovyacutech parametrů
Parametr Nelegovaneacute a niacutezkolegovaneacute oceli Hliniacutekoveacute a titanoveacute slitiny
f mRtimes51 mRtimes671
b -0087 -0095
f times590 350
c -058 -069
C mRtimes450 mRtimes420
C timestimestimes 410951450
E
Rm E
Rmtimes420
CN 5105 times 6101times
K mRtimes651 mRtimes611
n 015 011
kde
01 pro 3103 timesŁE
Rm
timesE
Rm01253751 pro 3103 timesE
Rm
0
DPŽ ndash Hrubyacute 46
Koncentrace napětiacute
DPŽ ndash Hrubyacute 47
Koncentrace napětiacute
Součinitel tvaru
(součinitel koncentrace
elastickyacutech napětiacute)
0max
1
x
y
x
nom
maxt
SK
0
1
x
y
x
Poměrnyacute gradient
(gradient normovanyacute maximaacutelniacutem
elastickyacutem napětiacutem)
httpwwwameswebinfoStressConcentrationFactor
StressConcentrationFactorsaspx
DPŽ ndash Hrubyacute 48
Součinitel vrubu β vrubovaacute citlivost q
0
100
200
300
400
500
600
1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07 1E+08
Number of cycles [1]
Str
es
s a
mp
litu
de
[M
Pa
]
smooth
notched
FL
FLN
xc
cfK
q11 Thum
Poloměr vrubu
Vliv vrubu bez
vlivu velikosti
a povrchu
DPŽ ndash Hrubyacute 49
Vliv velikosti a jakosti povrchu
DPŽ ndash Hrubyacute 50
Vliv velikosti součaacutesti - kS
m
d
D
dc
Dc
SV
Vk
exp
exp
10
y
x
S
02
03
04
05
06
07
08
09
1
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
průměr hřiacutedele D [mm]
so
učin
itel veliko
sti
[
1]
Rm=400 až 580Rm=700 až 710litaacute ocelRm=820 až 860Rm=850 až 910Rm=890 až 1000Rm=890 až 1000 aproximacem=-003m=-004m=-005m=-006m=-0068
oceli
DPŽ ndash Hrubyacute 51
Vliv jakosti obrobeniacute povrchu - kSF
kSF
Jakost povrchu
Pevnost v tahu
etalonc
realc
SFk
DPŽ ndash Hrubyacute 52
Vliv technologie uacuteprav povrchu - kT
etalonc
technolc
Tk
DPŽ ndash Hrubyacute 53
Mez uacutenavy reaacutelneacuteho diacutelu ndash dimenzovaacuteniacute
na teoreticky nekonečnou životnost
(trvalou pevnost)
f
TSFScvc
xc
K
kkk
vpcvc
xc
DPŽ ndash Hrubyacute 54
Vliv středniacuteho napětiacute
DPŽ ndash Hrubyacute 55
Vliv středniacuteho napětiacute
DPŽ ndash Hrubyacute 56
Smithův diagram
FL
DPŽ ndash Hrubyacute 57
Haighův (Goodmanův) diagram
0Re Re Rm
Re
-m +m
a
aekv
k
F
mCA
1
F
mCA
1
a
m
F Re
C
k = 2
CC
F tg
k = 1
odhad fiktivniacuteho napětiacute
tah
ohyb
krut
Rm
Rm
Rm
F
F
F
8070
7151
t
Hodnoty součinitele citlivosti k asymetrii cyklu ψ
(bdquosbiacutehavostldquo)
Goodmanova čaacutera
DPŽ ndash Hrubyacute 58
Vyacutepočet bezpečnosti
pt
mx
c
a
k
1
1
kt
m
kt
a
k
1
2
21min kkk
1pt
M
x
c
A
1
kt
M
kt
A
aA k mM k
DPŽ ndash Hrubyacute 59
Př Prutovaacute soustava ndash SU
bull absolutně tuhyacute traacutem
bull h = 1 000 mm
bull a = 500 mm
bull mez pevnosti materiaacutelu prutů 600 MPa
bull hladkeacute pruty kruhovyacute průřez 100 mm2
bull povrch prutů leštěn ndash souč jak povrchu 095
bull součinitele velikosti všech prutů 098
bull Fh = + 10 000 N
bull Fd = - 10 000 N
bull určit bezpečnost pro teoreticky
nekonečnou životnost
h
2a
F
a2
DPŽ ndash Hrubyacute 60
Př Prutovaacute soustava ndash SN
bull absolutně tuhyacute traacutem
bull h = 1 000 mm
bull a = 500 mm
bull mez pevnosti materiaacutelu prutů 600 MPa
bull hladkeacute pruty kruhovyacute průřez 100 mm2
bull povrch prutů leštěn ndash souč jak povrchu 095
bull součinitele velikosti všech prutů 098
bull Fh = + 20 000 N
bull Fd = - 20 000 N
bull určit bezpečnost pro teoreticky
nekonečnou životnost
h
a a
F
a2
DPŽ ndash Hrubyacute 61
Př Prutovaacute soustava ndash SU ndash 2 parametry
bull určit maximaacutelniacute rozmeziacute symetricky
střiacutedavyacutech sil (působiacuteciacutech ve faacutezi) pro
teoreticky nekonečnou životnost v
zaacutevislosti na uacutehlu alfa
bull l = 1 000 mm
bull mez pevnosti materiaacutelu prutů 600
MPa
bull hladkeacute pruty kruhovyacute průřez 100
mm2
bull povrch prutů leštěn ndash souč jak
povrchu 095
bull součinitele velikosti všech prutů 098
V
H
l l
1 2
V
H
N1 N2
DPŽ ndash Hrubyacute 62
zakresleniacute diagramu pro mezniacute stav
A
Vxc
A
Hxc
cos2
cos2
cotg
cos2
cotg
cos2
bezpečnost gt 1 jeden prut na mezi
uacutenavy součaacutesti tj v
jednom prutu
bezpečnost rovna
jedneacute
Př Prutovaacute soustava ndash SU ndash 2 parametry
DPŽ ndash Hrubyacute 63
Reaacutelneacute napěťodeformačniacute stavy ve
vrubech
DPŽ ndash Hrubyacute 64
Součinitel tvaru (s koncentrace
elastickyacutech napětiacute)
Součinitel koncentrace napětiacute
Součinitel koncentrace deformace
Reaacutelnaacute napětiacute a deformace ve vrubech
0
0
0
0
e
B
S
C
eSK ficfic
t
0
0
S
C
SK
0
0
e
B
eK
e
(nom)
B 0 fic
S (nom)
Brsquo
A
Arsquo
fic=S
=timesS
=times
Crsquo
C
DPŽ ndash Hrubyacute 65
Skutečnaacute napětiacute a deformace ve vrubech
22SeeS
12
0
2
12d
2
nplnpl
vKnE
KE
U
pl
Neuber Glinka
1
22
1 n
vKE
U
vfic UU
nomnomficficfic SeU 22
2
1
2
1
2
1
z rovnosti
ploch
DPŽ ndash Hrubyacute 66
0
fic
m=1
m=066
m=05m=01
m=0
Zobecněneacute Neuberovo pravidlo
5050 el
fic E
elfic EE
2
m=0 platiacute pro tvrdeacute zatěžovaacuteniacute tj
napětiacute deformačniacuteho původu
rovnoměrně rozděleneacute po
průřezu
m=1 platiacute pro měkkeacute zatěžovaacuteniacute tj
napětiacute siloveacuteho původu
rovnoměrně rozděleneacute po
průřezu
m=01 pro napětiacute deformačniacuteho
původu mimo vruby (např
teplotniacute pnutiacute)
m=05 pro vruby zatiacuteženeacute silově i
deformačně (Neuberovo
pravidlo)
m=06 pro napětiacute siloveacuteho původu
nerovnoměrně rozloženaacute po
průřezu (např při ohybu) mmel
fic E 1
DPŽ ndash Hrubyacute 67
Př Ramberg-Osgood 12
Vzorek bez vrubu z oceli 11 5231 je vystaven tvrdeacutemu zatěžovaacuteniacute o amplitudě celkoveacute
deformace 102 3timesa Určit amplitudu napětiacute Je zadaacuteno
MPa10072 5timesE
MPa1164K
1990n
0
100
200
300
400
500
600
700
0000 0005 0010 0015 0020 0025 0030
am
plitu
da n
ap
ětiacute
[M
Pa]
amplituda poměrneacute plastikeacute deformace [-]
CDK
n
apla K
DPŽ ndash Hrubyacute 68
-300 -200 -100 0 100 200 300260
280
300
320
340
360
380
ai
ai+
1
Př Ramberg-Osgood 22
MATLAB
sig=50
krok=0
for i=110000
krok=krok+1
Sig=1164(2e-3 - sig207e5)^0199
if abs(Sig-sig)lt00001
break
end
sig=Sig
end Pro libovolnyacute odhad je řešeniacute MPa273a
1990
5
1
1007200201164
times
iai
a
19901
5 1164100720020
times aa
1
naa
aKE
DPŽ ndash Hrubyacute 69
Př koncentrace napětiacute vs deformace 13
Vzorek z oceli 11 5231 je vystaven měkkeacutemu zatěžovaacuteniacute v podeacutelneacutem směru o amplitudě
napětiacute 200 MPa Určit elastickou a plastickou složku poměrneacute deformace
662
MPa10072 5timesE MPa1164K 1990n
zadaacuteno vůči neoslabeneacutemu nominaacutelniacutemu napětiacute
mimo vrub pro danou hladinu zatiacuteženiacute
200
Oslash10
20
5
DPŽ ndash Hrubyacute 70
MPa3533200662 times avruba
319901
1
1014301164
200
times
na
aplK
019801164
3533
19901
1
nvrubavrub
aplK
3
5109660
10072
200 timestimes
E
aael
0026010072
35335
times
E
vrubavrub
ael
333 101091109660101430 timestimestimes aplaela
1720101091
022403
times
a
vruba
Př koncentrace napětiacute vs deformace 23
022400198000260 vrubapl
vrubael
vruba
DPŽ ndash Hrubyacute 71
Př koncentrace napětiacute vs deformace 33
MKP elastickeacute řešeniacute
MKP elastoplastickeacute řešeniacute
324200
863max a
a
1720
662
DPŽ ndash Hrubyacute 72
Př Vetknutyacute sloupek 12
-16 K10511 times
50 100
Ocelovyacute sloupek = lopatka dmychadla je vloženyacute mezi dva tuheacute členy = disky
oběžneacuteho kola a je namaacutehaacuten cyklicky proměnnou teplotou
Uacutekol Posoudit zda hroziacute porušeniacute při 10 000 teplotniacutech cyklech
Daacuteno rozsah pracovniacutech teplot T1 = 22 degC T2 = 370 degC
modul pružnosti v tahu E = 205 GPa
uacutenavovaacute křivka poměrneacute deformace vztaženaacute
k provozniacute teplotě s parametry
160b
580c
MPa1140 f
10 f
teplotniacute roztažnost
DPŽ ndash Hrubyacute 73
C3482237012 TTT
336 1000122
10002434810511 times
timestimestimes
teplotaaT
3580160
5104601000201000020
10052
1140
22
times
times
c
fbf
a NNE
hroziacute poruchateplota
aa Ł
Př Vetknutyacute sloupek 22
DPŽ ndash Hrubyacute 74
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 14
22SeeS
nomnomficfic Se 22
2
1
2
1
2
1
2
1
Neuber
1
2222
2222
1 nfic
vKEEE
SSeU
mmelfic E 1
c
bnK
nf
f
b
c
f
fE
do Ramberga-Osgooda
naaa
KE
1
DPŽ ndash Hrubyacute 75
mmelfic E 1
m
bc
f
f
m
ficEE
E
1
m
bc
f
fmm
ficE
E
1
1
0
f
1
fic
m
bc
f
fm E
i
iii
f
f1
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 24
DPŽ ndash Hrubyacute 76
11
1
1
1
1
1
bc
f
i
f
f
m
bc
f
i
fimi
m
bc
f
i
fimi
fic
m
bc
f
i
fimi
ii
b
cEEmEm
E
1
npl
K
E
el
1
n
KE
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 34
DPŽ ndash Hrubyacute 77
K [MPa] n [-] c [-] εrsquof [-] b [-] σrsquof [MPa] E [MPa]
1020 014066 -06586 0921985 -0092718 1009234 21105
MPa700fic 50m
Iterace
Napětiacute ve vrubu
[MPa]
0 700
1 55953
2 48112
3 45414
4 45114
5 45111
6 45111 0005175
00030270002148
plel
00030271020
11451
1406601
1
npl
K
00021481012
114515
times
E
el
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 44
DPŽ ndash Hrubyacute 44
Masingova aproximace hysterezniacutech
smyček a CDK
Saturovaneacute hysterezniacute smyčky uměle
posunuty spodniacutem rohem do počaacutetku
souřadneacuteho systeacutemu [εpl σ] majiacute
shodnou horniacute větev Většina kovů se
však podle Masingova pravidla nechovaacute
Data převzata z Radim Halama Experimentaacutelniacute poznatky a fenomenologickeacute modelovaacuteniacute cyklickeacute plasticity kovů [Habilitačniacute praacutece VŠB-TU Ostrava] 2009
εpl
σ CDK prochaacuteziacute středy posunutyacutech
hyster smyček
Nevykazuje chovaacuteniacute podle
Masingova pravidla
DPŽ ndash Hrubyacute 45
Odhady uacutenavovyacutech parametrů
Parametr Nelegovaneacute a niacutezkolegovaneacute oceli Hliniacutekoveacute a titanoveacute slitiny
f mRtimes51 mRtimes671
b -0087 -0095
f times590 350
c -058 -069
C mRtimes450 mRtimes420
C timestimestimes 410951450
E
Rm E
Rmtimes420
CN 5105 times 6101times
K mRtimes651 mRtimes611
n 015 011
kde
01 pro 3103 timesŁE
Rm
timesE
Rm01253751 pro 3103 timesE
Rm
0
DPŽ ndash Hrubyacute 46
Koncentrace napětiacute
DPŽ ndash Hrubyacute 47
Koncentrace napětiacute
Součinitel tvaru
(součinitel koncentrace
elastickyacutech napětiacute)
0max
1
x
y
x
nom
maxt
SK
0
1
x
y
x
Poměrnyacute gradient
(gradient normovanyacute maximaacutelniacutem
elastickyacutem napětiacutem)
httpwwwameswebinfoStressConcentrationFactor
StressConcentrationFactorsaspx
DPŽ ndash Hrubyacute 48
Součinitel vrubu β vrubovaacute citlivost q
0
100
200
300
400
500
600
1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07 1E+08
Number of cycles [1]
Str
es
s a
mp
litu
de
[M
Pa
]
smooth
notched
FL
FLN
xc
cfK
q11 Thum
Poloměr vrubu
Vliv vrubu bez
vlivu velikosti
a povrchu
DPŽ ndash Hrubyacute 49
Vliv velikosti a jakosti povrchu
DPŽ ndash Hrubyacute 50
Vliv velikosti součaacutesti - kS
m
d
D
dc
Dc
SV
Vk
exp
exp
10
y
x
S
02
03
04
05
06
07
08
09
1
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
průměr hřiacutedele D [mm]
so
učin
itel veliko
sti
[
1]
Rm=400 až 580Rm=700 až 710litaacute ocelRm=820 až 860Rm=850 až 910Rm=890 až 1000Rm=890 až 1000 aproximacem=-003m=-004m=-005m=-006m=-0068
oceli
DPŽ ndash Hrubyacute 51
Vliv jakosti obrobeniacute povrchu - kSF
kSF
Jakost povrchu
Pevnost v tahu
etalonc
realc
SFk
DPŽ ndash Hrubyacute 52
Vliv technologie uacuteprav povrchu - kT
etalonc
technolc
Tk
DPŽ ndash Hrubyacute 53
Mez uacutenavy reaacutelneacuteho diacutelu ndash dimenzovaacuteniacute
na teoreticky nekonečnou životnost
(trvalou pevnost)
f
TSFScvc
xc
K
kkk
vpcvc
xc
DPŽ ndash Hrubyacute 54
Vliv středniacuteho napětiacute
DPŽ ndash Hrubyacute 55
Vliv středniacuteho napětiacute
DPŽ ndash Hrubyacute 56
Smithův diagram
FL
DPŽ ndash Hrubyacute 57
Haighův (Goodmanův) diagram
0Re Re Rm
Re
-m +m
a
aekv
k
F
mCA
1
F
mCA
1
a
m
F Re
C
k = 2
CC
F tg
k = 1
odhad fiktivniacuteho napětiacute
tah
ohyb
krut
Rm
Rm
Rm
F
F
F
8070
7151
t
Hodnoty součinitele citlivosti k asymetrii cyklu ψ
(bdquosbiacutehavostldquo)
Goodmanova čaacutera
DPŽ ndash Hrubyacute 58
Vyacutepočet bezpečnosti
pt
mx
c
a
k
1
1
kt
m
kt
a
k
1
2
21min kkk
1pt
M
x
c
A
1
kt
M
kt
A
aA k mM k
DPŽ ndash Hrubyacute 59
Př Prutovaacute soustava ndash SU
bull absolutně tuhyacute traacutem
bull h = 1 000 mm
bull a = 500 mm
bull mez pevnosti materiaacutelu prutů 600 MPa
bull hladkeacute pruty kruhovyacute průřez 100 mm2
bull povrch prutů leštěn ndash souč jak povrchu 095
bull součinitele velikosti všech prutů 098
bull Fh = + 10 000 N
bull Fd = - 10 000 N
bull určit bezpečnost pro teoreticky
nekonečnou životnost
h
2a
F
a2
DPŽ ndash Hrubyacute 60
Př Prutovaacute soustava ndash SN
bull absolutně tuhyacute traacutem
bull h = 1 000 mm
bull a = 500 mm
bull mez pevnosti materiaacutelu prutů 600 MPa
bull hladkeacute pruty kruhovyacute průřez 100 mm2
bull povrch prutů leštěn ndash souč jak povrchu 095
bull součinitele velikosti všech prutů 098
bull Fh = + 20 000 N
bull Fd = - 20 000 N
bull určit bezpečnost pro teoreticky
nekonečnou životnost
h
a a
F
a2
DPŽ ndash Hrubyacute 61
Př Prutovaacute soustava ndash SU ndash 2 parametry
bull určit maximaacutelniacute rozmeziacute symetricky
střiacutedavyacutech sil (působiacuteciacutech ve faacutezi) pro
teoreticky nekonečnou životnost v
zaacutevislosti na uacutehlu alfa
bull l = 1 000 mm
bull mez pevnosti materiaacutelu prutů 600
MPa
bull hladkeacute pruty kruhovyacute průřez 100
mm2
bull povrch prutů leštěn ndash souč jak
povrchu 095
bull součinitele velikosti všech prutů 098
V
H
l l
1 2
V
H
N1 N2
DPŽ ndash Hrubyacute 62
zakresleniacute diagramu pro mezniacute stav
A
Vxc
A
Hxc
cos2
cos2
cotg
cos2
cotg
cos2
bezpečnost gt 1 jeden prut na mezi
uacutenavy součaacutesti tj v
jednom prutu
bezpečnost rovna
jedneacute
Př Prutovaacute soustava ndash SU ndash 2 parametry
DPŽ ndash Hrubyacute 63
Reaacutelneacute napěťodeformačniacute stavy ve
vrubech
DPŽ ndash Hrubyacute 64
Součinitel tvaru (s koncentrace
elastickyacutech napětiacute)
Součinitel koncentrace napětiacute
Součinitel koncentrace deformace
Reaacutelnaacute napětiacute a deformace ve vrubech
0
0
0
0
e
B
S
C
eSK ficfic
t
0
0
S
C
SK
0
0
e
B
eK
e
(nom)
B 0 fic
S (nom)
Brsquo
A
Arsquo
fic=S
=timesS
=times
Crsquo
C
DPŽ ndash Hrubyacute 65
Skutečnaacute napětiacute a deformace ve vrubech
22SeeS
12
0
2
12d
2
nplnpl
vKnE
KE
U
pl
Neuber Glinka
1
22
1 n
vKE
U
vfic UU
nomnomficficfic SeU 22
2
1
2
1
2
1
z rovnosti
ploch
DPŽ ndash Hrubyacute 66
0
fic
m=1
m=066
m=05m=01
m=0
Zobecněneacute Neuberovo pravidlo
5050 el
fic E
elfic EE
2
m=0 platiacute pro tvrdeacute zatěžovaacuteniacute tj
napětiacute deformačniacuteho původu
rovnoměrně rozděleneacute po
průřezu
m=1 platiacute pro měkkeacute zatěžovaacuteniacute tj
napětiacute siloveacuteho původu
rovnoměrně rozděleneacute po
průřezu
m=01 pro napětiacute deformačniacuteho
původu mimo vruby (např
teplotniacute pnutiacute)
m=05 pro vruby zatiacuteženeacute silově i
deformačně (Neuberovo
pravidlo)
m=06 pro napětiacute siloveacuteho původu
nerovnoměrně rozloženaacute po
průřezu (např při ohybu) mmel
fic E 1
DPŽ ndash Hrubyacute 67
Př Ramberg-Osgood 12
Vzorek bez vrubu z oceli 11 5231 je vystaven tvrdeacutemu zatěžovaacuteniacute o amplitudě celkoveacute
deformace 102 3timesa Určit amplitudu napětiacute Je zadaacuteno
MPa10072 5timesE
MPa1164K
1990n
0
100
200
300
400
500
600
700
0000 0005 0010 0015 0020 0025 0030
am
plitu
da n
ap
ětiacute
[M
Pa]
amplituda poměrneacute plastikeacute deformace [-]
CDK
n
apla K
DPŽ ndash Hrubyacute 68
-300 -200 -100 0 100 200 300260
280
300
320
340
360
380
ai
ai+
1
Př Ramberg-Osgood 22
MATLAB
sig=50
krok=0
for i=110000
krok=krok+1
Sig=1164(2e-3 - sig207e5)^0199
if abs(Sig-sig)lt00001
break
end
sig=Sig
end Pro libovolnyacute odhad je řešeniacute MPa273a
1990
5
1
1007200201164
times
iai
a
19901
5 1164100720020
times aa
1
naa
aKE
DPŽ ndash Hrubyacute 69
Př koncentrace napětiacute vs deformace 13
Vzorek z oceli 11 5231 je vystaven měkkeacutemu zatěžovaacuteniacute v podeacutelneacutem směru o amplitudě
napětiacute 200 MPa Určit elastickou a plastickou složku poměrneacute deformace
662
MPa10072 5timesE MPa1164K 1990n
zadaacuteno vůči neoslabeneacutemu nominaacutelniacutemu napětiacute
mimo vrub pro danou hladinu zatiacuteženiacute
200
Oslash10
20
5
DPŽ ndash Hrubyacute 70
MPa3533200662 times avruba
319901
1
1014301164
200
times
na
aplK
019801164
3533
19901
1
nvrubavrub
aplK
3
5109660
10072
200 timestimes
E
aael
0026010072
35335
times
E
vrubavrub
ael
333 101091109660101430 timestimestimes aplaela
1720101091
022403
times
a
vruba
Př koncentrace napětiacute vs deformace 23
022400198000260 vrubapl
vrubael
vruba
DPŽ ndash Hrubyacute 71
Př koncentrace napětiacute vs deformace 33
MKP elastickeacute řešeniacute
MKP elastoplastickeacute řešeniacute
324200
863max a
a
1720
662
DPŽ ndash Hrubyacute 72
Př Vetknutyacute sloupek 12
-16 K10511 times
50 100
Ocelovyacute sloupek = lopatka dmychadla je vloženyacute mezi dva tuheacute členy = disky
oběžneacuteho kola a je namaacutehaacuten cyklicky proměnnou teplotou
Uacutekol Posoudit zda hroziacute porušeniacute při 10 000 teplotniacutech cyklech
Daacuteno rozsah pracovniacutech teplot T1 = 22 degC T2 = 370 degC
modul pružnosti v tahu E = 205 GPa
uacutenavovaacute křivka poměrneacute deformace vztaženaacute
k provozniacute teplotě s parametry
160b
580c
MPa1140 f
10 f
teplotniacute roztažnost
DPŽ ndash Hrubyacute 73
C3482237012 TTT
336 1000122
10002434810511 times
timestimestimes
teplotaaT
3580160
5104601000201000020
10052
1140
22
times
times
c
fbf
a NNE
hroziacute poruchateplota
aa Ł
Př Vetknutyacute sloupek 22
DPŽ ndash Hrubyacute 74
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 14
22SeeS
nomnomficfic Se 22
2
1
2
1
2
1
2
1
Neuber
1
2222
2222
1 nfic
vKEEE
SSeU
mmelfic E 1
c
bnK
nf
f
b
c
f
fE
do Ramberga-Osgooda
naaa
KE
1
DPŽ ndash Hrubyacute 75
mmelfic E 1
m
bc
f
f
m
ficEE
E
1
m
bc
f
fmm
ficE
E
1
1
0
f
1
fic
m
bc
f
fm E
i
iii
f
f1
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 24
DPŽ ndash Hrubyacute 76
11
1
1
1
1
1
bc
f
i
f
f
m
bc
f
i
fimi
m
bc
f
i
fimi
fic
m
bc
f
i
fimi
ii
b
cEEmEm
E
1
npl
K
E
el
1
n
KE
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 34
DPŽ ndash Hrubyacute 77
K [MPa] n [-] c [-] εrsquof [-] b [-] σrsquof [MPa] E [MPa]
1020 014066 -06586 0921985 -0092718 1009234 21105
MPa700fic 50m
Iterace
Napětiacute ve vrubu
[MPa]
0 700
1 55953
2 48112
3 45414
4 45114
5 45111
6 45111 0005175
00030270002148
plel
00030271020
11451
1406601
1
npl
K
00021481012
114515
times
E
el
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 44
DPŽ ndash Hrubyacute 45
Odhady uacutenavovyacutech parametrů
Parametr Nelegovaneacute a niacutezkolegovaneacute oceli Hliniacutekoveacute a titanoveacute slitiny
f mRtimes51 mRtimes671
b -0087 -0095
f times590 350
c -058 -069
C mRtimes450 mRtimes420
C timestimestimes 410951450
E
Rm E
Rmtimes420
CN 5105 times 6101times
K mRtimes651 mRtimes611
n 015 011
kde
01 pro 3103 timesŁE
Rm
timesE
Rm01253751 pro 3103 timesE
Rm
0
DPŽ ndash Hrubyacute 46
Koncentrace napětiacute
DPŽ ndash Hrubyacute 47
Koncentrace napětiacute
Součinitel tvaru
(součinitel koncentrace
elastickyacutech napětiacute)
0max
1
x
y
x
nom
maxt
SK
0
1
x
y
x
Poměrnyacute gradient
(gradient normovanyacute maximaacutelniacutem
elastickyacutem napětiacutem)
httpwwwameswebinfoStressConcentrationFactor
StressConcentrationFactorsaspx
DPŽ ndash Hrubyacute 48
Součinitel vrubu β vrubovaacute citlivost q
0
100
200
300
400
500
600
1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07 1E+08
Number of cycles [1]
Str
es
s a
mp
litu
de
[M
Pa
]
smooth
notched
FL
FLN
xc
cfK
q11 Thum
Poloměr vrubu
Vliv vrubu bez
vlivu velikosti
a povrchu
DPŽ ndash Hrubyacute 49
Vliv velikosti a jakosti povrchu
DPŽ ndash Hrubyacute 50
Vliv velikosti součaacutesti - kS
m
d
D
dc
Dc
SV
Vk
exp
exp
10
y
x
S
02
03
04
05
06
07
08
09
1
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
průměr hřiacutedele D [mm]
so
učin
itel veliko
sti
[
1]
Rm=400 až 580Rm=700 až 710litaacute ocelRm=820 až 860Rm=850 až 910Rm=890 až 1000Rm=890 až 1000 aproximacem=-003m=-004m=-005m=-006m=-0068
oceli
DPŽ ndash Hrubyacute 51
Vliv jakosti obrobeniacute povrchu - kSF
kSF
Jakost povrchu
Pevnost v tahu
etalonc
realc
SFk
DPŽ ndash Hrubyacute 52
Vliv technologie uacuteprav povrchu - kT
etalonc
technolc
Tk
DPŽ ndash Hrubyacute 53
Mez uacutenavy reaacutelneacuteho diacutelu ndash dimenzovaacuteniacute
na teoreticky nekonečnou životnost
(trvalou pevnost)
f
TSFScvc
xc
K
kkk
vpcvc
xc
DPŽ ndash Hrubyacute 54
Vliv středniacuteho napětiacute
DPŽ ndash Hrubyacute 55
Vliv středniacuteho napětiacute
DPŽ ndash Hrubyacute 56
Smithův diagram
FL
DPŽ ndash Hrubyacute 57
Haighův (Goodmanův) diagram
0Re Re Rm
Re
-m +m
a
aekv
k
F
mCA
1
F
mCA
1
a
m
F Re
C
k = 2
CC
F tg
k = 1
odhad fiktivniacuteho napětiacute
tah
ohyb
krut
Rm
Rm
Rm
F
F
F
8070
7151
t
Hodnoty součinitele citlivosti k asymetrii cyklu ψ
(bdquosbiacutehavostldquo)
Goodmanova čaacutera
DPŽ ndash Hrubyacute 58
Vyacutepočet bezpečnosti
pt
mx
c
a
k
1
1
kt
m
kt
a
k
1
2
21min kkk
1pt
M
x
c
A
1
kt
M
kt
A
aA k mM k
DPŽ ndash Hrubyacute 59
Př Prutovaacute soustava ndash SU
bull absolutně tuhyacute traacutem
bull h = 1 000 mm
bull a = 500 mm
bull mez pevnosti materiaacutelu prutů 600 MPa
bull hladkeacute pruty kruhovyacute průřez 100 mm2
bull povrch prutů leštěn ndash souč jak povrchu 095
bull součinitele velikosti všech prutů 098
bull Fh = + 10 000 N
bull Fd = - 10 000 N
bull určit bezpečnost pro teoreticky
nekonečnou životnost
h
2a
F
a2
DPŽ ndash Hrubyacute 60
Př Prutovaacute soustava ndash SN
bull absolutně tuhyacute traacutem
bull h = 1 000 mm
bull a = 500 mm
bull mez pevnosti materiaacutelu prutů 600 MPa
bull hladkeacute pruty kruhovyacute průřez 100 mm2
bull povrch prutů leštěn ndash souč jak povrchu 095
bull součinitele velikosti všech prutů 098
bull Fh = + 20 000 N
bull Fd = - 20 000 N
bull určit bezpečnost pro teoreticky
nekonečnou životnost
h
a a
F
a2
DPŽ ndash Hrubyacute 61
Př Prutovaacute soustava ndash SU ndash 2 parametry
bull určit maximaacutelniacute rozmeziacute symetricky
střiacutedavyacutech sil (působiacuteciacutech ve faacutezi) pro
teoreticky nekonečnou životnost v
zaacutevislosti na uacutehlu alfa
bull l = 1 000 mm
bull mez pevnosti materiaacutelu prutů 600
MPa
bull hladkeacute pruty kruhovyacute průřez 100
mm2
bull povrch prutů leštěn ndash souč jak
povrchu 095
bull součinitele velikosti všech prutů 098
V
H
l l
1 2
V
H
N1 N2
DPŽ ndash Hrubyacute 62
zakresleniacute diagramu pro mezniacute stav
A
Vxc
A
Hxc
cos2
cos2
cotg
cos2
cotg
cos2
bezpečnost gt 1 jeden prut na mezi
uacutenavy součaacutesti tj v
jednom prutu
bezpečnost rovna
jedneacute
Př Prutovaacute soustava ndash SU ndash 2 parametry
DPŽ ndash Hrubyacute 63
Reaacutelneacute napěťodeformačniacute stavy ve
vrubech
DPŽ ndash Hrubyacute 64
Součinitel tvaru (s koncentrace
elastickyacutech napětiacute)
Součinitel koncentrace napětiacute
Součinitel koncentrace deformace
Reaacutelnaacute napětiacute a deformace ve vrubech
0
0
0
0
e
B
S
C
eSK ficfic
t
0
0
S
C
SK
0
0
e
B
eK
e
(nom)
B 0 fic
S (nom)
Brsquo
A
Arsquo
fic=S
=timesS
=times
Crsquo
C
DPŽ ndash Hrubyacute 65
Skutečnaacute napětiacute a deformace ve vrubech
22SeeS
12
0
2
12d
2
nplnpl
vKnE
KE
U
pl
Neuber Glinka
1
22
1 n
vKE
U
vfic UU
nomnomficficfic SeU 22
2
1
2
1
2
1
z rovnosti
ploch
DPŽ ndash Hrubyacute 66
0
fic
m=1
m=066
m=05m=01
m=0
Zobecněneacute Neuberovo pravidlo
5050 el
fic E
elfic EE
2
m=0 platiacute pro tvrdeacute zatěžovaacuteniacute tj
napětiacute deformačniacuteho původu
rovnoměrně rozděleneacute po
průřezu
m=1 platiacute pro měkkeacute zatěžovaacuteniacute tj
napětiacute siloveacuteho původu
rovnoměrně rozděleneacute po
průřezu
m=01 pro napětiacute deformačniacuteho
původu mimo vruby (např
teplotniacute pnutiacute)
m=05 pro vruby zatiacuteženeacute silově i
deformačně (Neuberovo
pravidlo)
m=06 pro napětiacute siloveacuteho původu
nerovnoměrně rozloženaacute po
průřezu (např při ohybu) mmel
fic E 1
DPŽ ndash Hrubyacute 67
Př Ramberg-Osgood 12
Vzorek bez vrubu z oceli 11 5231 je vystaven tvrdeacutemu zatěžovaacuteniacute o amplitudě celkoveacute
deformace 102 3timesa Určit amplitudu napětiacute Je zadaacuteno
MPa10072 5timesE
MPa1164K
1990n
0
100
200
300
400
500
600
700
0000 0005 0010 0015 0020 0025 0030
am
plitu
da n
ap
ětiacute
[M
Pa]
amplituda poměrneacute plastikeacute deformace [-]
CDK
n
apla K
DPŽ ndash Hrubyacute 68
-300 -200 -100 0 100 200 300260
280
300
320
340
360
380
ai
ai+
1
Př Ramberg-Osgood 22
MATLAB
sig=50
krok=0
for i=110000
krok=krok+1
Sig=1164(2e-3 - sig207e5)^0199
if abs(Sig-sig)lt00001
break
end
sig=Sig
end Pro libovolnyacute odhad je řešeniacute MPa273a
1990
5
1
1007200201164
times
iai
a
19901
5 1164100720020
times aa
1
naa
aKE
DPŽ ndash Hrubyacute 69
Př koncentrace napětiacute vs deformace 13
Vzorek z oceli 11 5231 je vystaven měkkeacutemu zatěžovaacuteniacute v podeacutelneacutem směru o amplitudě
napětiacute 200 MPa Určit elastickou a plastickou složku poměrneacute deformace
662
MPa10072 5timesE MPa1164K 1990n
zadaacuteno vůči neoslabeneacutemu nominaacutelniacutemu napětiacute
mimo vrub pro danou hladinu zatiacuteženiacute
200
Oslash10
20
5
DPŽ ndash Hrubyacute 70
MPa3533200662 times avruba
319901
1
1014301164
200
times
na
aplK
019801164
3533
19901
1
nvrubavrub
aplK
3
5109660
10072
200 timestimes
E
aael
0026010072
35335
times
E
vrubavrub
ael
333 101091109660101430 timestimestimes aplaela
1720101091
022403
times
a
vruba
Př koncentrace napětiacute vs deformace 23
022400198000260 vrubapl
vrubael
vruba
DPŽ ndash Hrubyacute 71
Př koncentrace napětiacute vs deformace 33
MKP elastickeacute řešeniacute
MKP elastoplastickeacute řešeniacute
324200
863max a
a
1720
662
DPŽ ndash Hrubyacute 72
Př Vetknutyacute sloupek 12
-16 K10511 times
50 100
Ocelovyacute sloupek = lopatka dmychadla je vloženyacute mezi dva tuheacute členy = disky
oběžneacuteho kola a je namaacutehaacuten cyklicky proměnnou teplotou
Uacutekol Posoudit zda hroziacute porušeniacute při 10 000 teplotniacutech cyklech
Daacuteno rozsah pracovniacutech teplot T1 = 22 degC T2 = 370 degC
modul pružnosti v tahu E = 205 GPa
uacutenavovaacute křivka poměrneacute deformace vztaženaacute
k provozniacute teplotě s parametry
160b
580c
MPa1140 f
10 f
teplotniacute roztažnost
DPŽ ndash Hrubyacute 73
C3482237012 TTT
336 1000122
10002434810511 times
timestimestimes
teplotaaT
3580160
5104601000201000020
10052
1140
22
times
times
c
fbf
a NNE
hroziacute poruchateplota
aa Ł
Př Vetknutyacute sloupek 22
DPŽ ndash Hrubyacute 74
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 14
22SeeS
nomnomficfic Se 22
2
1
2
1
2
1
2
1
Neuber
1
2222
2222
1 nfic
vKEEE
SSeU
mmelfic E 1
c
bnK
nf
f
b
c
f
fE
do Ramberga-Osgooda
naaa
KE
1
DPŽ ndash Hrubyacute 75
mmelfic E 1
m
bc
f
f
m
ficEE
E
1
m
bc
f
fmm
ficE
E
1
1
0
f
1
fic
m
bc
f
fm E
i
iii
f
f1
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 24
DPŽ ndash Hrubyacute 76
11
1
1
1
1
1
bc
f
i
f
f
m
bc
f
i
fimi
m
bc
f
i
fimi
fic
m
bc
f
i
fimi
ii
b
cEEmEm
E
1
npl
K
E
el
1
n
KE
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 34
DPŽ ndash Hrubyacute 77
K [MPa] n [-] c [-] εrsquof [-] b [-] σrsquof [MPa] E [MPa]
1020 014066 -06586 0921985 -0092718 1009234 21105
MPa700fic 50m
Iterace
Napětiacute ve vrubu
[MPa]
0 700
1 55953
2 48112
3 45414
4 45114
5 45111
6 45111 0005175
00030270002148
plel
00030271020
11451
1406601
1
npl
K
00021481012
114515
times
E
el
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 44
DPŽ ndash Hrubyacute 46
Koncentrace napětiacute
DPŽ ndash Hrubyacute 47
Koncentrace napětiacute
Součinitel tvaru
(součinitel koncentrace
elastickyacutech napětiacute)
0max
1
x
y
x
nom
maxt
SK
0
1
x
y
x
Poměrnyacute gradient
(gradient normovanyacute maximaacutelniacutem
elastickyacutem napětiacutem)
httpwwwameswebinfoStressConcentrationFactor
StressConcentrationFactorsaspx
DPŽ ndash Hrubyacute 48
Součinitel vrubu β vrubovaacute citlivost q
0
100
200
300
400
500
600
1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07 1E+08
Number of cycles [1]
Str
es
s a
mp
litu
de
[M
Pa
]
smooth
notched
FL
FLN
xc
cfK
q11 Thum
Poloměr vrubu
Vliv vrubu bez
vlivu velikosti
a povrchu
DPŽ ndash Hrubyacute 49
Vliv velikosti a jakosti povrchu
DPŽ ndash Hrubyacute 50
Vliv velikosti součaacutesti - kS
m
d
D
dc
Dc
SV
Vk
exp
exp
10
y
x
S
02
03
04
05
06
07
08
09
1
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
průměr hřiacutedele D [mm]
so
učin
itel veliko
sti
[
1]
Rm=400 až 580Rm=700 až 710litaacute ocelRm=820 až 860Rm=850 až 910Rm=890 až 1000Rm=890 až 1000 aproximacem=-003m=-004m=-005m=-006m=-0068
oceli
DPŽ ndash Hrubyacute 51
Vliv jakosti obrobeniacute povrchu - kSF
kSF
Jakost povrchu
Pevnost v tahu
etalonc
realc
SFk
DPŽ ndash Hrubyacute 52
Vliv technologie uacuteprav povrchu - kT
etalonc
technolc
Tk
DPŽ ndash Hrubyacute 53
Mez uacutenavy reaacutelneacuteho diacutelu ndash dimenzovaacuteniacute
na teoreticky nekonečnou životnost
(trvalou pevnost)
f
TSFScvc
xc
K
kkk
vpcvc
xc
DPŽ ndash Hrubyacute 54
Vliv středniacuteho napětiacute
DPŽ ndash Hrubyacute 55
Vliv středniacuteho napětiacute
DPŽ ndash Hrubyacute 56
Smithův diagram
FL
DPŽ ndash Hrubyacute 57
Haighův (Goodmanův) diagram
0Re Re Rm
Re
-m +m
a
aekv
k
F
mCA
1
F
mCA
1
a
m
F Re
C
k = 2
CC
F tg
k = 1
odhad fiktivniacuteho napětiacute
tah
ohyb
krut
Rm
Rm
Rm
F
F
F
8070
7151
t
Hodnoty součinitele citlivosti k asymetrii cyklu ψ
(bdquosbiacutehavostldquo)
Goodmanova čaacutera
DPŽ ndash Hrubyacute 58
Vyacutepočet bezpečnosti
pt
mx
c
a
k
1
1
kt
m
kt
a
k
1
2
21min kkk
1pt
M
x
c
A
1
kt
M
kt
A
aA k mM k
DPŽ ndash Hrubyacute 59
Př Prutovaacute soustava ndash SU
bull absolutně tuhyacute traacutem
bull h = 1 000 mm
bull a = 500 mm
bull mez pevnosti materiaacutelu prutů 600 MPa
bull hladkeacute pruty kruhovyacute průřez 100 mm2
bull povrch prutů leštěn ndash souč jak povrchu 095
bull součinitele velikosti všech prutů 098
bull Fh = + 10 000 N
bull Fd = - 10 000 N
bull určit bezpečnost pro teoreticky
nekonečnou životnost
h
2a
F
a2
DPŽ ndash Hrubyacute 60
Př Prutovaacute soustava ndash SN
bull absolutně tuhyacute traacutem
bull h = 1 000 mm
bull a = 500 mm
bull mez pevnosti materiaacutelu prutů 600 MPa
bull hladkeacute pruty kruhovyacute průřez 100 mm2
bull povrch prutů leštěn ndash souč jak povrchu 095
bull součinitele velikosti všech prutů 098
bull Fh = + 20 000 N
bull Fd = - 20 000 N
bull určit bezpečnost pro teoreticky
nekonečnou životnost
h
a a
F
a2
DPŽ ndash Hrubyacute 61
Př Prutovaacute soustava ndash SU ndash 2 parametry
bull určit maximaacutelniacute rozmeziacute symetricky
střiacutedavyacutech sil (působiacuteciacutech ve faacutezi) pro
teoreticky nekonečnou životnost v
zaacutevislosti na uacutehlu alfa
bull l = 1 000 mm
bull mez pevnosti materiaacutelu prutů 600
MPa
bull hladkeacute pruty kruhovyacute průřez 100
mm2
bull povrch prutů leštěn ndash souč jak
povrchu 095
bull součinitele velikosti všech prutů 098
V
H
l l
1 2
V
H
N1 N2
DPŽ ndash Hrubyacute 62
zakresleniacute diagramu pro mezniacute stav
A
Vxc
A
Hxc
cos2
cos2
cotg
cos2
cotg
cos2
bezpečnost gt 1 jeden prut na mezi
uacutenavy součaacutesti tj v
jednom prutu
bezpečnost rovna
jedneacute
Př Prutovaacute soustava ndash SU ndash 2 parametry
DPŽ ndash Hrubyacute 63
Reaacutelneacute napěťodeformačniacute stavy ve
vrubech
DPŽ ndash Hrubyacute 64
Součinitel tvaru (s koncentrace
elastickyacutech napětiacute)
Součinitel koncentrace napětiacute
Součinitel koncentrace deformace
Reaacutelnaacute napětiacute a deformace ve vrubech
0
0
0
0
e
B
S
C
eSK ficfic
t
0
0
S
C
SK
0
0
e
B
eK
e
(nom)
B 0 fic
S (nom)
Brsquo
A
Arsquo
fic=S
=timesS
=times
Crsquo
C
DPŽ ndash Hrubyacute 65
Skutečnaacute napětiacute a deformace ve vrubech
22SeeS
12
0
2
12d
2
nplnpl
vKnE
KE
U
pl
Neuber Glinka
1
22
1 n
vKE
U
vfic UU
nomnomficficfic SeU 22
2
1
2
1
2
1
z rovnosti
ploch
DPŽ ndash Hrubyacute 66
0
fic
m=1
m=066
m=05m=01
m=0
Zobecněneacute Neuberovo pravidlo
5050 el
fic E
elfic EE
2
m=0 platiacute pro tvrdeacute zatěžovaacuteniacute tj
napětiacute deformačniacuteho původu
rovnoměrně rozděleneacute po
průřezu
m=1 platiacute pro měkkeacute zatěžovaacuteniacute tj
napětiacute siloveacuteho původu
rovnoměrně rozděleneacute po
průřezu
m=01 pro napětiacute deformačniacuteho
původu mimo vruby (např
teplotniacute pnutiacute)
m=05 pro vruby zatiacuteženeacute silově i
deformačně (Neuberovo
pravidlo)
m=06 pro napětiacute siloveacuteho původu
nerovnoměrně rozloženaacute po
průřezu (např při ohybu) mmel
fic E 1
DPŽ ndash Hrubyacute 67
Př Ramberg-Osgood 12
Vzorek bez vrubu z oceli 11 5231 je vystaven tvrdeacutemu zatěžovaacuteniacute o amplitudě celkoveacute
deformace 102 3timesa Určit amplitudu napětiacute Je zadaacuteno
MPa10072 5timesE
MPa1164K
1990n
0
100
200
300
400
500
600
700
0000 0005 0010 0015 0020 0025 0030
am
plitu
da n
ap
ětiacute
[M
Pa]
amplituda poměrneacute plastikeacute deformace [-]
CDK
n
apla K
DPŽ ndash Hrubyacute 68
-300 -200 -100 0 100 200 300260
280
300
320
340
360
380
ai
ai+
1
Př Ramberg-Osgood 22
MATLAB
sig=50
krok=0
for i=110000
krok=krok+1
Sig=1164(2e-3 - sig207e5)^0199
if abs(Sig-sig)lt00001
break
end
sig=Sig
end Pro libovolnyacute odhad je řešeniacute MPa273a
1990
5
1
1007200201164
times
iai
a
19901
5 1164100720020
times aa
1
naa
aKE
DPŽ ndash Hrubyacute 69
Př koncentrace napětiacute vs deformace 13
Vzorek z oceli 11 5231 je vystaven měkkeacutemu zatěžovaacuteniacute v podeacutelneacutem směru o amplitudě
napětiacute 200 MPa Určit elastickou a plastickou složku poměrneacute deformace
662
MPa10072 5timesE MPa1164K 1990n
zadaacuteno vůči neoslabeneacutemu nominaacutelniacutemu napětiacute
mimo vrub pro danou hladinu zatiacuteženiacute
200
Oslash10
20
5
DPŽ ndash Hrubyacute 70
MPa3533200662 times avruba
319901
1
1014301164
200
times
na
aplK
019801164
3533
19901
1
nvrubavrub
aplK
3
5109660
10072
200 timestimes
E
aael
0026010072
35335
times
E
vrubavrub
ael
333 101091109660101430 timestimestimes aplaela
1720101091
022403
times
a
vruba
Př koncentrace napětiacute vs deformace 23
022400198000260 vrubapl
vrubael
vruba
DPŽ ndash Hrubyacute 71
Př koncentrace napětiacute vs deformace 33
MKP elastickeacute řešeniacute
MKP elastoplastickeacute řešeniacute
324200
863max a
a
1720
662
DPŽ ndash Hrubyacute 72
Př Vetknutyacute sloupek 12
-16 K10511 times
50 100
Ocelovyacute sloupek = lopatka dmychadla je vloženyacute mezi dva tuheacute členy = disky
oběžneacuteho kola a je namaacutehaacuten cyklicky proměnnou teplotou
Uacutekol Posoudit zda hroziacute porušeniacute při 10 000 teplotniacutech cyklech
Daacuteno rozsah pracovniacutech teplot T1 = 22 degC T2 = 370 degC
modul pružnosti v tahu E = 205 GPa
uacutenavovaacute křivka poměrneacute deformace vztaženaacute
k provozniacute teplotě s parametry
160b
580c
MPa1140 f
10 f
teplotniacute roztažnost
DPŽ ndash Hrubyacute 73
C3482237012 TTT
336 1000122
10002434810511 times
timestimestimes
teplotaaT
3580160
5104601000201000020
10052
1140
22
times
times
c
fbf
a NNE
hroziacute poruchateplota
aa Ł
Př Vetknutyacute sloupek 22
DPŽ ndash Hrubyacute 74
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 14
22SeeS
nomnomficfic Se 22
2
1
2
1
2
1
2
1
Neuber
1
2222
2222
1 nfic
vKEEE
SSeU
mmelfic E 1
c
bnK
nf
f
b
c
f
fE
do Ramberga-Osgooda
naaa
KE
1
DPŽ ndash Hrubyacute 75
mmelfic E 1
m
bc
f
f
m
ficEE
E
1
m
bc
f
fmm
ficE
E
1
1
0
f
1
fic
m
bc
f
fm E
i
iii
f
f1
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 24
DPŽ ndash Hrubyacute 76
11
1
1
1
1
1
bc
f
i
f
f
m
bc
f
i
fimi
m
bc
f
i
fimi
fic
m
bc
f
i
fimi
ii
b
cEEmEm
E
1
npl
K
E
el
1
n
KE
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 34
DPŽ ndash Hrubyacute 77
K [MPa] n [-] c [-] εrsquof [-] b [-] σrsquof [MPa] E [MPa]
1020 014066 -06586 0921985 -0092718 1009234 21105
MPa700fic 50m
Iterace
Napětiacute ve vrubu
[MPa]
0 700
1 55953
2 48112
3 45414
4 45114
5 45111
6 45111 0005175
00030270002148
plel
00030271020
11451
1406601
1
npl
K
00021481012
114515
times
E
el
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 44
DPŽ ndash Hrubyacute 47
Koncentrace napětiacute
Součinitel tvaru
(součinitel koncentrace
elastickyacutech napětiacute)
0max
1
x
y
x
nom
maxt
SK
0
1
x
y
x
Poměrnyacute gradient
(gradient normovanyacute maximaacutelniacutem
elastickyacutem napětiacutem)
httpwwwameswebinfoStressConcentrationFactor
StressConcentrationFactorsaspx
DPŽ ndash Hrubyacute 48
Součinitel vrubu β vrubovaacute citlivost q
0
100
200
300
400
500
600
1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07 1E+08
Number of cycles [1]
Str
es
s a
mp
litu
de
[M
Pa
]
smooth
notched
FL
FLN
xc
cfK
q11 Thum
Poloměr vrubu
Vliv vrubu bez
vlivu velikosti
a povrchu
DPŽ ndash Hrubyacute 49
Vliv velikosti a jakosti povrchu
DPŽ ndash Hrubyacute 50
Vliv velikosti součaacutesti - kS
m
d
D
dc
Dc
SV
Vk
exp
exp
10
y
x
S
02
03
04
05
06
07
08
09
1
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
průměr hřiacutedele D [mm]
so
učin
itel veliko
sti
[
1]
Rm=400 až 580Rm=700 až 710litaacute ocelRm=820 až 860Rm=850 až 910Rm=890 až 1000Rm=890 až 1000 aproximacem=-003m=-004m=-005m=-006m=-0068
oceli
DPŽ ndash Hrubyacute 51
Vliv jakosti obrobeniacute povrchu - kSF
kSF
Jakost povrchu
Pevnost v tahu
etalonc
realc
SFk
DPŽ ndash Hrubyacute 52
Vliv technologie uacuteprav povrchu - kT
etalonc
technolc
Tk
DPŽ ndash Hrubyacute 53
Mez uacutenavy reaacutelneacuteho diacutelu ndash dimenzovaacuteniacute
na teoreticky nekonečnou životnost
(trvalou pevnost)
f
TSFScvc
xc
K
kkk
vpcvc
xc
DPŽ ndash Hrubyacute 54
Vliv středniacuteho napětiacute
DPŽ ndash Hrubyacute 55
Vliv středniacuteho napětiacute
DPŽ ndash Hrubyacute 56
Smithův diagram
FL
DPŽ ndash Hrubyacute 57
Haighův (Goodmanův) diagram
0Re Re Rm
Re
-m +m
a
aekv
k
F
mCA
1
F
mCA
1
a
m
F Re
C
k = 2
CC
F tg
k = 1
odhad fiktivniacuteho napětiacute
tah
ohyb
krut
Rm
Rm
Rm
F
F
F
8070
7151
t
Hodnoty součinitele citlivosti k asymetrii cyklu ψ
(bdquosbiacutehavostldquo)
Goodmanova čaacutera
DPŽ ndash Hrubyacute 58
Vyacutepočet bezpečnosti
pt
mx
c
a
k
1
1
kt
m
kt
a
k
1
2
21min kkk
1pt
M
x
c
A
1
kt
M
kt
A
aA k mM k
DPŽ ndash Hrubyacute 59
Př Prutovaacute soustava ndash SU
bull absolutně tuhyacute traacutem
bull h = 1 000 mm
bull a = 500 mm
bull mez pevnosti materiaacutelu prutů 600 MPa
bull hladkeacute pruty kruhovyacute průřez 100 mm2
bull povrch prutů leštěn ndash souč jak povrchu 095
bull součinitele velikosti všech prutů 098
bull Fh = + 10 000 N
bull Fd = - 10 000 N
bull určit bezpečnost pro teoreticky
nekonečnou životnost
h
2a
F
a2
DPŽ ndash Hrubyacute 60
Př Prutovaacute soustava ndash SN
bull absolutně tuhyacute traacutem
bull h = 1 000 mm
bull a = 500 mm
bull mez pevnosti materiaacutelu prutů 600 MPa
bull hladkeacute pruty kruhovyacute průřez 100 mm2
bull povrch prutů leštěn ndash souč jak povrchu 095
bull součinitele velikosti všech prutů 098
bull Fh = + 20 000 N
bull Fd = - 20 000 N
bull určit bezpečnost pro teoreticky
nekonečnou životnost
h
a a
F
a2
DPŽ ndash Hrubyacute 61
Př Prutovaacute soustava ndash SU ndash 2 parametry
bull určit maximaacutelniacute rozmeziacute symetricky
střiacutedavyacutech sil (působiacuteciacutech ve faacutezi) pro
teoreticky nekonečnou životnost v
zaacutevislosti na uacutehlu alfa
bull l = 1 000 mm
bull mez pevnosti materiaacutelu prutů 600
MPa
bull hladkeacute pruty kruhovyacute průřez 100
mm2
bull povrch prutů leštěn ndash souč jak
povrchu 095
bull součinitele velikosti všech prutů 098
V
H
l l
1 2
V
H
N1 N2
DPŽ ndash Hrubyacute 62
zakresleniacute diagramu pro mezniacute stav
A
Vxc
A
Hxc
cos2
cos2
cotg
cos2
cotg
cos2
bezpečnost gt 1 jeden prut na mezi
uacutenavy součaacutesti tj v
jednom prutu
bezpečnost rovna
jedneacute
Př Prutovaacute soustava ndash SU ndash 2 parametry
DPŽ ndash Hrubyacute 63
Reaacutelneacute napěťodeformačniacute stavy ve
vrubech
DPŽ ndash Hrubyacute 64
Součinitel tvaru (s koncentrace
elastickyacutech napětiacute)
Součinitel koncentrace napětiacute
Součinitel koncentrace deformace
Reaacutelnaacute napětiacute a deformace ve vrubech
0
0
0
0
e
B
S
C
eSK ficfic
t
0
0
S
C
SK
0
0
e
B
eK
e
(nom)
B 0 fic
S (nom)
Brsquo
A
Arsquo
fic=S
=timesS
=times
Crsquo
C
DPŽ ndash Hrubyacute 65
Skutečnaacute napětiacute a deformace ve vrubech
22SeeS
12
0
2
12d
2
nplnpl
vKnE
KE
U
pl
Neuber Glinka
1
22
1 n
vKE
U
vfic UU
nomnomficficfic SeU 22
2
1
2
1
2
1
z rovnosti
ploch
DPŽ ndash Hrubyacute 66
0
fic
m=1
m=066
m=05m=01
m=0
Zobecněneacute Neuberovo pravidlo
5050 el
fic E
elfic EE
2
m=0 platiacute pro tvrdeacute zatěžovaacuteniacute tj
napětiacute deformačniacuteho původu
rovnoměrně rozděleneacute po
průřezu
m=1 platiacute pro měkkeacute zatěžovaacuteniacute tj
napětiacute siloveacuteho původu
rovnoměrně rozděleneacute po
průřezu
m=01 pro napětiacute deformačniacuteho
původu mimo vruby (např
teplotniacute pnutiacute)
m=05 pro vruby zatiacuteženeacute silově i
deformačně (Neuberovo
pravidlo)
m=06 pro napětiacute siloveacuteho původu
nerovnoměrně rozloženaacute po
průřezu (např při ohybu) mmel
fic E 1
DPŽ ndash Hrubyacute 67
Př Ramberg-Osgood 12
Vzorek bez vrubu z oceli 11 5231 je vystaven tvrdeacutemu zatěžovaacuteniacute o amplitudě celkoveacute
deformace 102 3timesa Určit amplitudu napětiacute Je zadaacuteno
MPa10072 5timesE
MPa1164K
1990n
0
100
200
300
400
500
600
700
0000 0005 0010 0015 0020 0025 0030
am
plitu
da n
ap
ětiacute
[M
Pa]
amplituda poměrneacute plastikeacute deformace [-]
CDK
n
apla K
DPŽ ndash Hrubyacute 68
-300 -200 -100 0 100 200 300260
280
300
320
340
360
380
ai
ai+
1
Př Ramberg-Osgood 22
MATLAB
sig=50
krok=0
for i=110000
krok=krok+1
Sig=1164(2e-3 - sig207e5)^0199
if abs(Sig-sig)lt00001
break
end
sig=Sig
end Pro libovolnyacute odhad je řešeniacute MPa273a
1990
5
1
1007200201164
times
iai
a
19901
5 1164100720020
times aa
1
naa
aKE
DPŽ ndash Hrubyacute 69
Př koncentrace napětiacute vs deformace 13
Vzorek z oceli 11 5231 je vystaven měkkeacutemu zatěžovaacuteniacute v podeacutelneacutem směru o amplitudě
napětiacute 200 MPa Určit elastickou a plastickou složku poměrneacute deformace
662
MPa10072 5timesE MPa1164K 1990n
zadaacuteno vůči neoslabeneacutemu nominaacutelniacutemu napětiacute
mimo vrub pro danou hladinu zatiacuteženiacute
200
Oslash10
20
5
DPŽ ndash Hrubyacute 70
MPa3533200662 times avruba
319901
1
1014301164
200
times
na
aplK
019801164
3533
19901
1
nvrubavrub
aplK
3
5109660
10072
200 timestimes
E
aael
0026010072
35335
times
E
vrubavrub
ael
333 101091109660101430 timestimestimes aplaela
1720101091
022403
times
a
vruba
Př koncentrace napětiacute vs deformace 23
022400198000260 vrubapl
vrubael
vruba
DPŽ ndash Hrubyacute 71
Př koncentrace napětiacute vs deformace 33
MKP elastickeacute řešeniacute
MKP elastoplastickeacute řešeniacute
324200
863max a
a
1720
662
DPŽ ndash Hrubyacute 72
Př Vetknutyacute sloupek 12
-16 K10511 times
50 100
Ocelovyacute sloupek = lopatka dmychadla je vloženyacute mezi dva tuheacute členy = disky
oběžneacuteho kola a je namaacutehaacuten cyklicky proměnnou teplotou
Uacutekol Posoudit zda hroziacute porušeniacute při 10 000 teplotniacutech cyklech
Daacuteno rozsah pracovniacutech teplot T1 = 22 degC T2 = 370 degC
modul pružnosti v tahu E = 205 GPa
uacutenavovaacute křivka poměrneacute deformace vztaženaacute
k provozniacute teplotě s parametry
160b
580c
MPa1140 f
10 f
teplotniacute roztažnost
DPŽ ndash Hrubyacute 73
C3482237012 TTT
336 1000122
10002434810511 times
timestimestimes
teplotaaT
3580160
5104601000201000020
10052
1140
22
times
times
c
fbf
a NNE
hroziacute poruchateplota
aa Ł
Př Vetknutyacute sloupek 22
DPŽ ndash Hrubyacute 74
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 14
22SeeS
nomnomficfic Se 22
2
1
2
1
2
1
2
1
Neuber
1
2222
2222
1 nfic
vKEEE
SSeU
mmelfic E 1
c
bnK
nf
f
b
c
f
fE
do Ramberga-Osgooda
naaa
KE
1
DPŽ ndash Hrubyacute 75
mmelfic E 1
m
bc
f
f
m
ficEE
E
1
m
bc
f
fmm
ficE
E
1
1
0
f
1
fic
m
bc
f
fm E
i
iii
f
f1
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 24
DPŽ ndash Hrubyacute 76
11
1
1
1
1
1
bc
f
i
f
f
m
bc
f
i
fimi
m
bc
f
i
fimi
fic
m
bc
f
i
fimi
ii
b
cEEmEm
E
1
npl
K
E
el
1
n
KE
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 34
DPŽ ndash Hrubyacute 77
K [MPa] n [-] c [-] εrsquof [-] b [-] σrsquof [MPa] E [MPa]
1020 014066 -06586 0921985 -0092718 1009234 21105
MPa700fic 50m
Iterace
Napětiacute ve vrubu
[MPa]
0 700
1 55953
2 48112
3 45414
4 45114
5 45111
6 45111 0005175
00030270002148
plel
00030271020
11451
1406601
1
npl
K
00021481012
114515
times
E
el
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 44
DPŽ ndash Hrubyacute 48
Součinitel vrubu β vrubovaacute citlivost q
0
100
200
300
400
500
600
1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07 1E+08
Number of cycles [1]
Str
es
s a
mp
litu
de
[M
Pa
]
smooth
notched
FL
FLN
xc
cfK
q11 Thum
Poloměr vrubu
Vliv vrubu bez
vlivu velikosti
a povrchu
DPŽ ndash Hrubyacute 49
Vliv velikosti a jakosti povrchu
DPŽ ndash Hrubyacute 50
Vliv velikosti součaacutesti - kS
m
d
D
dc
Dc
SV
Vk
exp
exp
10
y
x
S
02
03
04
05
06
07
08
09
1
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
průměr hřiacutedele D [mm]
so
učin
itel veliko
sti
[
1]
Rm=400 až 580Rm=700 až 710litaacute ocelRm=820 až 860Rm=850 až 910Rm=890 až 1000Rm=890 až 1000 aproximacem=-003m=-004m=-005m=-006m=-0068
oceli
DPŽ ndash Hrubyacute 51
Vliv jakosti obrobeniacute povrchu - kSF
kSF
Jakost povrchu
Pevnost v tahu
etalonc
realc
SFk
DPŽ ndash Hrubyacute 52
Vliv technologie uacuteprav povrchu - kT
etalonc
technolc
Tk
DPŽ ndash Hrubyacute 53
Mez uacutenavy reaacutelneacuteho diacutelu ndash dimenzovaacuteniacute
na teoreticky nekonečnou životnost
(trvalou pevnost)
f
TSFScvc
xc
K
kkk
vpcvc
xc
DPŽ ndash Hrubyacute 54
Vliv středniacuteho napětiacute
DPŽ ndash Hrubyacute 55
Vliv středniacuteho napětiacute
DPŽ ndash Hrubyacute 56
Smithův diagram
FL
DPŽ ndash Hrubyacute 57
Haighův (Goodmanův) diagram
0Re Re Rm
Re
-m +m
a
aekv
k
F
mCA
1
F
mCA
1
a
m
F Re
C
k = 2
CC
F tg
k = 1
odhad fiktivniacuteho napětiacute
tah
ohyb
krut
Rm
Rm
Rm
F
F
F
8070
7151
t
Hodnoty součinitele citlivosti k asymetrii cyklu ψ
(bdquosbiacutehavostldquo)
Goodmanova čaacutera
DPŽ ndash Hrubyacute 58
Vyacutepočet bezpečnosti
pt
mx
c
a
k
1
1
kt
m
kt
a
k
1
2
21min kkk
1pt
M
x
c
A
1
kt
M
kt
A
aA k mM k
DPŽ ndash Hrubyacute 59
Př Prutovaacute soustava ndash SU
bull absolutně tuhyacute traacutem
bull h = 1 000 mm
bull a = 500 mm
bull mez pevnosti materiaacutelu prutů 600 MPa
bull hladkeacute pruty kruhovyacute průřez 100 mm2
bull povrch prutů leštěn ndash souč jak povrchu 095
bull součinitele velikosti všech prutů 098
bull Fh = + 10 000 N
bull Fd = - 10 000 N
bull určit bezpečnost pro teoreticky
nekonečnou životnost
h
2a
F
a2
DPŽ ndash Hrubyacute 60
Př Prutovaacute soustava ndash SN
bull absolutně tuhyacute traacutem
bull h = 1 000 mm
bull a = 500 mm
bull mez pevnosti materiaacutelu prutů 600 MPa
bull hladkeacute pruty kruhovyacute průřez 100 mm2
bull povrch prutů leštěn ndash souč jak povrchu 095
bull součinitele velikosti všech prutů 098
bull Fh = + 20 000 N
bull Fd = - 20 000 N
bull určit bezpečnost pro teoreticky
nekonečnou životnost
h
a a
F
a2
DPŽ ndash Hrubyacute 61
Př Prutovaacute soustava ndash SU ndash 2 parametry
bull určit maximaacutelniacute rozmeziacute symetricky
střiacutedavyacutech sil (působiacuteciacutech ve faacutezi) pro
teoreticky nekonečnou životnost v
zaacutevislosti na uacutehlu alfa
bull l = 1 000 mm
bull mez pevnosti materiaacutelu prutů 600
MPa
bull hladkeacute pruty kruhovyacute průřez 100
mm2
bull povrch prutů leštěn ndash souč jak
povrchu 095
bull součinitele velikosti všech prutů 098
V
H
l l
1 2
V
H
N1 N2
DPŽ ndash Hrubyacute 62
zakresleniacute diagramu pro mezniacute stav
A
Vxc
A
Hxc
cos2
cos2
cotg
cos2
cotg
cos2
bezpečnost gt 1 jeden prut na mezi
uacutenavy součaacutesti tj v
jednom prutu
bezpečnost rovna
jedneacute
Př Prutovaacute soustava ndash SU ndash 2 parametry
DPŽ ndash Hrubyacute 63
Reaacutelneacute napěťodeformačniacute stavy ve
vrubech
DPŽ ndash Hrubyacute 64
Součinitel tvaru (s koncentrace
elastickyacutech napětiacute)
Součinitel koncentrace napětiacute
Součinitel koncentrace deformace
Reaacutelnaacute napětiacute a deformace ve vrubech
0
0
0
0
e
B
S
C
eSK ficfic
t
0
0
S
C
SK
0
0
e
B
eK
e
(nom)
B 0 fic
S (nom)
Brsquo
A
Arsquo
fic=S
=timesS
=times
Crsquo
C
DPŽ ndash Hrubyacute 65
Skutečnaacute napětiacute a deformace ve vrubech
22SeeS
12
0
2
12d
2
nplnpl
vKnE
KE
U
pl
Neuber Glinka
1
22
1 n
vKE
U
vfic UU
nomnomficficfic SeU 22
2
1
2
1
2
1
z rovnosti
ploch
DPŽ ndash Hrubyacute 66
0
fic
m=1
m=066
m=05m=01
m=0
Zobecněneacute Neuberovo pravidlo
5050 el
fic E
elfic EE
2
m=0 platiacute pro tvrdeacute zatěžovaacuteniacute tj
napětiacute deformačniacuteho původu
rovnoměrně rozděleneacute po
průřezu
m=1 platiacute pro měkkeacute zatěžovaacuteniacute tj
napětiacute siloveacuteho původu
rovnoměrně rozděleneacute po
průřezu
m=01 pro napětiacute deformačniacuteho
původu mimo vruby (např
teplotniacute pnutiacute)
m=05 pro vruby zatiacuteženeacute silově i
deformačně (Neuberovo
pravidlo)
m=06 pro napětiacute siloveacuteho původu
nerovnoměrně rozloženaacute po
průřezu (např při ohybu) mmel
fic E 1
DPŽ ndash Hrubyacute 67
Př Ramberg-Osgood 12
Vzorek bez vrubu z oceli 11 5231 je vystaven tvrdeacutemu zatěžovaacuteniacute o amplitudě celkoveacute
deformace 102 3timesa Určit amplitudu napětiacute Je zadaacuteno
MPa10072 5timesE
MPa1164K
1990n
0
100
200
300
400
500
600
700
0000 0005 0010 0015 0020 0025 0030
am
plitu
da n
ap
ětiacute
[M
Pa]
amplituda poměrneacute plastikeacute deformace [-]
CDK
n
apla K
DPŽ ndash Hrubyacute 68
-300 -200 -100 0 100 200 300260
280
300
320
340
360
380
ai
ai+
1
Př Ramberg-Osgood 22
MATLAB
sig=50
krok=0
for i=110000
krok=krok+1
Sig=1164(2e-3 - sig207e5)^0199
if abs(Sig-sig)lt00001
break
end
sig=Sig
end Pro libovolnyacute odhad je řešeniacute MPa273a
1990
5
1
1007200201164
times
iai
a
19901
5 1164100720020
times aa
1
naa
aKE
DPŽ ndash Hrubyacute 69
Př koncentrace napětiacute vs deformace 13
Vzorek z oceli 11 5231 je vystaven měkkeacutemu zatěžovaacuteniacute v podeacutelneacutem směru o amplitudě
napětiacute 200 MPa Určit elastickou a plastickou složku poměrneacute deformace
662
MPa10072 5timesE MPa1164K 1990n
zadaacuteno vůči neoslabeneacutemu nominaacutelniacutemu napětiacute
mimo vrub pro danou hladinu zatiacuteženiacute
200
Oslash10
20
5
DPŽ ndash Hrubyacute 70
MPa3533200662 times avruba
319901
1
1014301164
200
times
na
aplK
019801164
3533
19901
1
nvrubavrub
aplK
3
5109660
10072
200 timestimes
E
aael
0026010072
35335
times
E
vrubavrub
ael
333 101091109660101430 timestimestimes aplaela
1720101091
022403
times
a
vruba
Př koncentrace napětiacute vs deformace 23
022400198000260 vrubapl
vrubael
vruba
DPŽ ndash Hrubyacute 71
Př koncentrace napětiacute vs deformace 33
MKP elastickeacute řešeniacute
MKP elastoplastickeacute řešeniacute
324200
863max a
a
1720
662
DPŽ ndash Hrubyacute 72
Př Vetknutyacute sloupek 12
-16 K10511 times
50 100
Ocelovyacute sloupek = lopatka dmychadla je vloženyacute mezi dva tuheacute členy = disky
oběžneacuteho kola a je namaacutehaacuten cyklicky proměnnou teplotou
Uacutekol Posoudit zda hroziacute porušeniacute při 10 000 teplotniacutech cyklech
Daacuteno rozsah pracovniacutech teplot T1 = 22 degC T2 = 370 degC
modul pružnosti v tahu E = 205 GPa
uacutenavovaacute křivka poměrneacute deformace vztaženaacute
k provozniacute teplotě s parametry
160b
580c
MPa1140 f
10 f
teplotniacute roztažnost
DPŽ ndash Hrubyacute 73
C3482237012 TTT
336 1000122
10002434810511 times
timestimestimes
teplotaaT
3580160
5104601000201000020
10052
1140
22
times
times
c
fbf
a NNE
hroziacute poruchateplota
aa Ł
Př Vetknutyacute sloupek 22
DPŽ ndash Hrubyacute 74
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 14
22SeeS
nomnomficfic Se 22
2
1
2
1
2
1
2
1
Neuber
1
2222
2222
1 nfic
vKEEE
SSeU
mmelfic E 1
c
bnK
nf
f
b
c
f
fE
do Ramberga-Osgooda
naaa
KE
1
DPŽ ndash Hrubyacute 75
mmelfic E 1
m
bc
f
f
m
ficEE
E
1
m
bc
f
fmm
ficE
E
1
1
0
f
1
fic
m
bc
f
fm E
i
iii
f
f1
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 24
DPŽ ndash Hrubyacute 76
11
1
1
1
1
1
bc
f
i
f
f
m
bc
f
i
fimi
m
bc
f
i
fimi
fic
m
bc
f
i
fimi
ii
b
cEEmEm
E
1
npl
K
E
el
1
n
KE
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 34
DPŽ ndash Hrubyacute 77
K [MPa] n [-] c [-] εrsquof [-] b [-] σrsquof [MPa] E [MPa]
1020 014066 -06586 0921985 -0092718 1009234 21105
MPa700fic 50m
Iterace
Napětiacute ve vrubu
[MPa]
0 700
1 55953
2 48112
3 45414
4 45114
5 45111
6 45111 0005175
00030270002148
plel
00030271020
11451
1406601
1
npl
K
00021481012
114515
times
E
el
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 44
DPŽ ndash Hrubyacute 49
Vliv velikosti a jakosti povrchu
DPŽ ndash Hrubyacute 50
Vliv velikosti součaacutesti - kS
m
d
D
dc
Dc
SV
Vk
exp
exp
10
y
x
S
02
03
04
05
06
07
08
09
1
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
průměr hřiacutedele D [mm]
so
učin
itel veliko
sti
[
1]
Rm=400 až 580Rm=700 až 710litaacute ocelRm=820 až 860Rm=850 až 910Rm=890 až 1000Rm=890 až 1000 aproximacem=-003m=-004m=-005m=-006m=-0068
oceli
DPŽ ndash Hrubyacute 51
Vliv jakosti obrobeniacute povrchu - kSF
kSF
Jakost povrchu
Pevnost v tahu
etalonc
realc
SFk
DPŽ ndash Hrubyacute 52
Vliv technologie uacuteprav povrchu - kT
etalonc
technolc
Tk
DPŽ ndash Hrubyacute 53
Mez uacutenavy reaacutelneacuteho diacutelu ndash dimenzovaacuteniacute
na teoreticky nekonečnou životnost
(trvalou pevnost)
f
TSFScvc
xc
K
kkk
vpcvc
xc
DPŽ ndash Hrubyacute 54
Vliv středniacuteho napětiacute
DPŽ ndash Hrubyacute 55
Vliv středniacuteho napětiacute
DPŽ ndash Hrubyacute 56
Smithův diagram
FL
DPŽ ndash Hrubyacute 57
Haighův (Goodmanův) diagram
0Re Re Rm
Re
-m +m
a
aekv
k
F
mCA
1
F
mCA
1
a
m
F Re
C
k = 2
CC
F tg
k = 1
odhad fiktivniacuteho napětiacute
tah
ohyb
krut
Rm
Rm
Rm
F
F
F
8070
7151
t
Hodnoty součinitele citlivosti k asymetrii cyklu ψ
(bdquosbiacutehavostldquo)
Goodmanova čaacutera
DPŽ ndash Hrubyacute 58
Vyacutepočet bezpečnosti
pt
mx
c
a
k
1
1
kt
m
kt
a
k
1
2
21min kkk
1pt
M
x
c
A
1
kt
M
kt
A
aA k mM k
DPŽ ndash Hrubyacute 59
Př Prutovaacute soustava ndash SU
bull absolutně tuhyacute traacutem
bull h = 1 000 mm
bull a = 500 mm
bull mez pevnosti materiaacutelu prutů 600 MPa
bull hladkeacute pruty kruhovyacute průřez 100 mm2
bull povrch prutů leštěn ndash souč jak povrchu 095
bull součinitele velikosti všech prutů 098
bull Fh = + 10 000 N
bull Fd = - 10 000 N
bull určit bezpečnost pro teoreticky
nekonečnou životnost
h
2a
F
a2
DPŽ ndash Hrubyacute 60
Př Prutovaacute soustava ndash SN
bull absolutně tuhyacute traacutem
bull h = 1 000 mm
bull a = 500 mm
bull mez pevnosti materiaacutelu prutů 600 MPa
bull hladkeacute pruty kruhovyacute průřez 100 mm2
bull povrch prutů leštěn ndash souč jak povrchu 095
bull součinitele velikosti všech prutů 098
bull Fh = + 20 000 N
bull Fd = - 20 000 N
bull určit bezpečnost pro teoreticky
nekonečnou životnost
h
a a
F
a2
DPŽ ndash Hrubyacute 61
Př Prutovaacute soustava ndash SU ndash 2 parametry
bull určit maximaacutelniacute rozmeziacute symetricky
střiacutedavyacutech sil (působiacuteciacutech ve faacutezi) pro
teoreticky nekonečnou životnost v
zaacutevislosti na uacutehlu alfa
bull l = 1 000 mm
bull mez pevnosti materiaacutelu prutů 600
MPa
bull hladkeacute pruty kruhovyacute průřez 100
mm2
bull povrch prutů leštěn ndash souč jak
povrchu 095
bull součinitele velikosti všech prutů 098
V
H
l l
1 2
V
H
N1 N2
DPŽ ndash Hrubyacute 62
zakresleniacute diagramu pro mezniacute stav
A
Vxc
A
Hxc
cos2
cos2
cotg
cos2
cotg
cos2
bezpečnost gt 1 jeden prut na mezi
uacutenavy součaacutesti tj v
jednom prutu
bezpečnost rovna
jedneacute
Př Prutovaacute soustava ndash SU ndash 2 parametry
DPŽ ndash Hrubyacute 63
Reaacutelneacute napěťodeformačniacute stavy ve
vrubech
DPŽ ndash Hrubyacute 64
Součinitel tvaru (s koncentrace
elastickyacutech napětiacute)
Součinitel koncentrace napětiacute
Součinitel koncentrace deformace
Reaacutelnaacute napětiacute a deformace ve vrubech
0
0
0
0
e
B
S
C
eSK ficfic
t
0
0
S
C
SK
0
0
e
B
eK
e
(nom)
B 0 fic
S (nom)
Brsquo
A
Arsquo
fic=S
=timesS
=times
Crsquo
C
DPŽ ndash Hrubyacute 65
Skutečnaacute napětiacute a deformace ve vrubech
22SeeS
12
0
2
12d
2
nplnpl
vKnE
KE
U
pl
Neuber Glinka
1
22
1 n
vKE
U
vfic UU
nomnomficficfic SeU 22
2
1
2
1
2
1
z rovnosti
ploch
DPŽ ndash Hrubyacute 66
0
fic
m=1
m=066
m=05m=01
m=0
Zobecněneacute Neuberovo pravidlo
5050 el
fic E
elfic EE
2
m=0 platiacute pro tvrdeacute zatěžovaacuteniacute tj
napětiacute deformačniacuteho původu
rovnoměrně rozděleneacute po
průřezu
m=1 platiacute pro měkkeacute zatěžovaacuteniacute tj
napětiacute siloveacuteho původu
rovnoměrně rozděleneacute po
průřezu
m=01 pro napětiacute deformačniacuteho
původu mimo vruby (např
teplotniacute pnutiacute)
m=05 pro vruby zatiacuteženeacute silově i
deformačně (Neuberovo
pravidlo)
m=06 pro napětiacute siloveacuteho původu
nerovnoměrně rozloženaacute po
průřezu (např při ohybu) mmel
fic E 1
DPŽ ndash Hrubyacute 67
Př Ramberg-Osgood 12
Vzorek bez vrubu z oceli 11 5231 je vystaven tvrdeacutemu zatěžovaacuteniacute o amplitudě celkoveacute
deformace 102 3timesa Určit amplitudu napětiacute Je zadaacuteno
MPa10072 5timesE
MPa1164K
1990n
0
100
200
300
400
500
600
700
0000 0005 0010 0015 0020 0025 0030
am
plitu
da n
ap
ětiacute
[M
Pa]
amplituda poměrneacute plastikeacute deformace [-]
CDK
n
apla K
DPŽ ndash Hrubyacute 68
-300 -200 -100 0 100 200 300260
280
300
320
340
360
380
ai
ai+
1
Př Ramberg-Osgood 22
MATLAB
sig=50
krok=0
for i=110000
krok=krok+1
Sig=1164(2e-3 - sig207e5)^0199
if abs(Sig-sig)lt00001
break
end
sig=Sig
end Pro libovolnyacute odhad je řešeniacute MPa273a
1990
5
1
1007200201164
times
iai
a
19901
5 1164100720020
times aa
1
naa
aKE
DPŽ ndash Hrubyacute 69
Př koncentrace napětiacute vs deformace 13
Vzorek z oceli 11 5231 je vystaven měkkeacutemu zatěžovaacuteniacute v podeacutelneacutem směru o amplitudě
napětiacute 200 MPa Určit elastickou a plastickou složku poměrneacute deformace
662
MPa10072 5timesE MPa1164K 1990n
zadaacuteno vůči neoslabeneacutemu nominaacutelniacutemu napětiacute
mimo vrub pro danou hladinu zatiacuteženiacute
200
Oslash10
20
5
DPŽ ndash Hrubyacute 70
MPa3533200662 times avruba
319901
1
1014301164
200
times
na
aplK
019801164
3533
19901
1
nvrubavrub
aplK
3
5109660
10072
200 timestimes
E
aael
0026010072
35335
times
E
vrubavrub
ael
333 101091109660101430 timestimestimes aplaela
1720101091
022403
times
a
vruba
Př koncentrace napětiacute vs deformace 23
022400198000260 vrubapl
vrubael
vruba
DPŽ ndash Hrubyacute 71
Př koncentrace napětiacute vs deformace 33
MKP elastickeacute řešeniacute
MKP elastoplastickeacute řešeniacute
324200
863max a
a
1720
662
DPŽ ndash Hrubyacute 72
Př Vetknutyacute sloupek 12
-16 K10511 times
50 100
Ocelovyacute sloupek = lopatka dmychadla je vloženyacute mezi dva tuheacute členy = disky
oběžneacuteho kola a je namaacutehaacuten cyklicky proměnnou teplotou
Uacutekol Posoudit zda hroziacute porušeniacute při 10 000 teplotniacutech cyklech
Daacuteno rozsah pracovniacutech teplot T1 = 22 degC T2 = 370 degC
modul pružnosti v tahu E = 205 GPa
uacutenavovaacute křivka poměrneacute deformace vztaženaacute
k provozniacute teplotě s parametry
160b
580c
MPa1140 f
10 f
teplotniacute roztažnost
DPŽ ndash Hrubyacute 73
C3482237012 TTT
336 1000122
10002434810511 times
timestimestimes
teplotaaT
3580160
5104601000201000020
10052
1140
22
times
times
c
fbf
a NNE
hroziacute poruchateplota
aa Ł
Př Vetknutyacute sloupek 22
DPŽ ndash Hrubyacute 74
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 14
22SeeS
nomnomficfic Se 22
2
1
2
1
2
1
2
1
Neuber
1
2222
2222
1 nfic
vKEEE
SSeU
mmelfic E 1
c
bnK
nf
f
b
c
f
fE
do Ramberga-Osgooda
naaa
KE
1
DPŽ ndash Hrubyacute 75
mmelfic E 1
m
bc
f
f
m
ficEE
E
1
m
bc
f
fmm
ficE
E
1
1
0
f
1
fic
m
bc
f
fm E
i
iii
f
f1
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 24
DPŽ ndash Hrubyacute 76
11
1
1
1
1
1
bc
f
i
f
f
m
bc
f
i
fimi
m
bc
f
i
fimi
fic
m
bc
f
i
fimi
ii
b
cEEmEm
E
1
npl
K
E
el
1
n
KE
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 34
DPŽ ndash Hrubyacute 77
K [MPa] n [-] c [-] εrsquof [-] b [-] σrsquof [MPa] E [MPa]
1020 014066 -06586 0921985 -0092718 1009234 21105
MPa700fic 50m
Iterace
Napětiacute ve vrubu
[MPa]
0 700
1 55953
2 48112
3 45414
4 45114
5 45111
6 45111 0005175
00030270002148
plel
00030271020
11451
1406601
1
npl
K
00021481012
114515
times
E
el
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 44
DPŽ ndash Hrubyacute 50
Vliv velikosti součaacutesti - kS
m
d
D
dc
Dc
SV
Vk
exp
exp
10
y
x
S
02
03
04
05
06
07
08
09
1
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
průměr hřiacutedele D [mm]
so
učin
itel veliko
sti
[
1]
Rm=400 až 580Rm=700 až 710litaacute ocelRm=820 až 860Rm=850 až 910Rm=890 až 1000Rm=890 až 1000 aproximacem=-003m=-004m=-005m=-006m=-0068
oceli
DPŽ ndash Hrubyacute 51
Vliv jakosti obrobeniacute povrchu - kSF
kSF
Jakost povrchu
Pevnost v tahu
etalonc
realc
SFk
DPŽ ndash Hrubyacute 52
Vliv technologie uacuteprav povrchu - kT
etalonc
technolc
Tk
DPŽ ndash Hrubyacute 53
Mez uacutenavy reaacutelneacuteho diacutelu ndash dimenzovaacuteniacute
na teoreticky nekonečnou životnost
(trvalou pevnost)
f
TSFScvc
xc
K
kkk
vpcvc
xc
DPŽ ndash Hrubyacute 54
Vliv středniacuteho napětiacute
DPŽ ndash Hrubyacute 55
Vliv středniacuteho napětiacute
DPŽ ndash Hrubyacute 56
Smithův diagram
FL
DPŽ ndash Hrubyacute 57
Haighův (Goodmanův) diagram
0Re Re Rm
Re
-m +m
a
aekv
k
F
mCA
1
F
mCA
1
a
m
F Re
C
k = 2
CC
F tg
k = 1
odhad fiktivniacuteho napětiacute
tah
ohyb
krut
Rm
Rm
Rm
F
F
F
8070
7151
t
Hodnoty součinitele citlivosti k asymetrii cyklu ψ
(bdquosbiacutehavostldquo)
Goodmanova čaacutera
DPŽ ndash Hrubyacute 58
Vyacutepočet bezpečnosti
pt
mx
c
a
k
1
1
kt
m
kt
a
k
1
2
21min kkk
1pt
M
x
c
A
1
kt
M
kt
A
aA k mM k
DPŽ ndash Hrubyacute 59
Př Prutovaacute soustava ndash SU
bull absolutně tuhyacute traacutem
bull h = 1 000 mm
bull a = 500 mm
bull mez pevnosti materiaacutelu prutů 600 MPa
bull hladkeacute pruty kruhovyacute průřez 100 mm2
bull povrch prutů leštěn ndash souč jak povrchu 095
bull součinitele velikosti všech prutů 098
bull Fh = + 10 000 N
bull Fd = - 10 000 N
bull určit bezpečnost pro teoreticky
nekonečnou životnost
h
2a
F
a2
DPŽ ndash Hrubyacute 60
Př Prutovaacute soustava ndash SN
bull absolutně tuhyacute traacutem
bull h = 1 000 mm
bull a = 500 mm
bull mez pevnosti materiaacutelu prutů 600 MPa
bull hladkeacute pruty kruhovyacute průřez 100 mm2
bull povrch prutů leštěn ndash souč jak povrchu 095
bull součinitele velikosti všech prutů 098
bull Fh = + 20 000 N
bull Fd = - 20 000 N
bull určit bezpečnost pro teoreticky
nekonečnou životnost
h
a a
F
a2
DPŽ ndash Hrubyacute 61
Př Prutovaacute soustava ndash SU ndash 2 parametry
bull určit maximaacutelniacute rozmeziacute symetricky
střiacutedavyacutech sil (působiacuteciacutech ve faacutezi) pro
teoreticky nekonečnou životnost v
zaacutevislosti na uacutehlu alfa
bull l = 1 000 mm
bull mez pevnosti materiaacutelu prutů 600
MPa
bull hladkeacute pruty kruhovyacute průřez 100
mm2
bull povrch prutů leštěn ndash souč jak
povrchu 095
bull součinitele velikosti všech prutů 098
V
H
l l
1 2
V
H
N1 N2
DPŽ ndash Hrubyacute 62
zakresleniacute diagramu pro mezniacute stav
A
Vxc
A
Hxc
cos2
cos2
cotg
cos2
cotg
cos2
bezpečnost gt 1 jeden prut na mezi
uacutenavy součaacutesti tj v
jednom prutu
bezpečnost rovna
jedneacute
Př Prutovaacute soustava ndash SU ndash 2 parametry
DPŽ ndash Hrubyacute 63
Reaacutelneacute napěťodeformačniacute stavy ve
vrubech
DPŽ ndash Hrubyacute 64
Součinitel tvaru (s koncentrace
elastickyacutech napětiacute)
Součinitel koncentrace napětiacute
Součinitel koncentrace deformace
Reaacutelnaacute napětiacute a deformace ve vrubech
0
0
0
0
e
B
S
C
eSK ficfic
t
0
0
S
C
SK
0
0
e
B
eK
e
(nom)
B 0 fic
S (nom)
Brsquo
A
Arsquo
fic=S
=timesS
=times
Crsquo
C
DPŽ ndash Hrubyacute 65
Skutečnaacute napětiacute a deformace ve vrubech
22SeeS
12
0
2
12d
2
nplnpl
vKnE
KE
U
pl
Neuber Glinka
1
22
1 n
vKE
U
vfic UU
nomnomficficfic SeU 22
2
1
2
1
2
1
z rovnosti
ploch
DPŽ ndash Hrubyacute 66
0
fic
m=1
m=066
m=05m=01
m=0
Zobecněneacute Neuberovo pravidlo
5050 el
fic E
elfic EE
2
m=0 platiacute pro tvrdeacute zatěžovaacuteniacute tj
napětiacute deformačniacuteho původu
rovnoměrně rozděleneacute po
průřezu
m=1 platiacute pro měkkeacute zatěžovaacuteniacute tj
napětiacute siloveacuteho původu
rovnoměrně rozděleneacute po
průřezu
m=01 pro napětiacute deformačniacuteho
původu mimo vruby (např
teplotniacute pnutiacute)
m=05 pro vruby zatiacuteženeacute silově i
deformačně (Neuberovo
pravidlo)
m=06 pro napětiacute siloveacuteho původu
nerovnoměrně rozloženaacute po
průřezu (např při ohybu) mmel
fic E 1
DPŽ ndash Hrubyacute 67
Př Ramberg-Osgood 12
Vzorek bez vrubu z oceli 11 5231 je vystaven tvrdeacutemu zatěžovaacuteniacute o amplitudě celkoveacute
deformace 102 3timesa Určit amplitudu napětiacute Je zadaacuteno
MPa10072 5timesE
MPa1164K
1990n
0
100
200
300
400
500
600
700
0000 0005 0010 0015 0020 0025 0030
am
plitu
da n
ap
ětiacute
[M
Pa]
amplituda poměrneacute plastikeacute deformace [-]
CDK
n
apla K
DPŽ ndash Hrubyacute 68
-300 -200 -100 0 100 200 300260
280
300
320
340
360
380
ai
ai+
1
Př Ramberg-Osgood 22
MATLAB
sig=50
krok=0
for i=110000
krok=krok+1
Sig=1164(2e-3 - sig207e5)^0199
if abs(Sig-sig)lt00001
break
end
sig=Sig
end Pro libovolnyacute odhad je řešeniacute MPa273a
1990
5
1
1007200201164
times
iai
a
19901
5 1164100720020
times aa
1
naa
aKE
DPŽ ndash Hrubyacute 69
Př koncentrace napětiacute vs deformace 13
Vzorek z oceli 11 5231 je vystaven měkkeacutemu zatěžovaacuteniacute v podeacutelneacutem směru o amplitudě
napětiacute 200 MPa Určit elastickou a plastickou složku poměrneacute deformace
662
MPa10072 5timesE MPa1164K 1990n
zadaacuteno vůči neoslabeneacutemu nominaacutelniacutemu napětiacute
mimo vrub pro danou hladinu zatiacuteženiacute
200
Oslash10
20
5
DPŽ ndash Hrubyacute 70
MPa3533200662 times avruba
319901
1
1014301164
200
times
na
aplK
019801164
3533
19901
1
nvrubavrub
aplK
3
5109660
10072
200 timestimes
E
aael
0026010072
35335
times
E
vrubavrub
ael
333 101091109660101430 timestimestimes aplaela
1720101091
022403
times
a
vruba
Př koncentrace napětiacute vs deformace 23
022400198000260 vrubapl
vrubael
vruba
DPŽ ndash Hrubyacute 71
Př koncentrace napětiacute vs deformace 33
MKP elastickeacute řešeniacute
MKP elastoplastickeacute řešeniacute
324200
863max a
a
1720
662
DPŽ ndash Hrubyacute 72
Př Vetknutyacute sloupek 12
-16 K10511 times
50 100
Ocelovyacute sloupek = lopatka dmychadla je vloženyacute mezi dva tuheacute členy = disky
oběžneacuteho kola a je namaacutehaacuten cyklicky proměnnou teplotou
Uacutekol Posoudit zda hroziacute porušeniacute při 10 000 teplotniacutech cyklech
Daacuteno rozsah pracovniacutech teplot T1 = 22 degC T2 = 370 degC
modul pružnosti v tahu E = 205 GPa
uacutenavovaacute křivka poměrneacute deformace vztaženaacute
k provozniacute teplotě s parametry
160b
580c
MPa1140 f
10 f
teplotniacute roztažnost
DPŽ ndash Hrubyacute 73
C3482237012 TTT
336 1000122
10002434810511 times
timestimestimes
teplotaaT
3580160
5104601000201000020
10052
1140
22
times
times
c
fbf
a NNE
hroziacute poruchateplota
aa Ł
Př Vetknutyacute sloupek 22
DPŽ ndash Hrubyacute 74
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 14
22SeeS
nomnomficfic Se 22
2
1
2
1
2
1
2
1
Neuber
1
2222
2222
1 nfic
vKEEE
SSeU
mmelfic E 1
c
bnK
nf
f
b
c
f
fE
do Ramberga-Osgooda
naaa
KE
1
DPŽ ndash Hrubyacute 75
mmelfic E 1
m
bc
f
f
m
ficEE
E
1
m
bc
f
fmm
ficE
E
1
1
0
f
1
fic
m
bc
f
fm E
i
iii
f
f1
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 24
DPŽ ndash Hrubyacute 76
11
1
1
1
1
1
bc
f
i
f
f
m
bc
f
i
fimi
m
bc
f
i
fimi
fic
m
bc
f
i
fimi
ii
b
cEEmEm
E
1
npl
K
E
el
1
n
KE
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 34
DPŽ ndash Hrubyacute 77
K [MPa] n [-] c [-] εrsquof [-] b [-] σrsquof [MPa] E [MPa]
1020 014066 -06586 0921985 -0092718 1009234 21105
MPa700fic 50m
Iterace
Napětiacute ve vrubu
[MPa]
0 700
1 55953
2 48112
3 45414
4 45114
5 45111
6 45111 0005175
00030270002148
plel
00030271020
11451
1406601
1
npl
K
00021481012
114515
times
E
el
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 44
DPŽ ndash Hrubyacute 51
Vliv jakosti obrobeniacute povrchu - kSF
kSF
Jakost povrchu
Pevnost v tahu
etalonc
realc
SFk
DPŽ ndash Hrubyacute 52
Vliv technologie uacuteprav povrchu - kT
etalonc
technolc
Tk
DPŽ ndash Hrubyacute 53
Mez uacutenavy reaacutelneacuteho diacutelu ndash dimenzovaacuteniacute
na teoreticky nekonečnou životnost
(trvalou pevnost)
f
TSFScvc
xc
K
kkk
vpcvc
xc
DPŽ ndash Hrubyacute 54
Vliv středniacuteho napětiacute
DPŽ ndash Hrubyacute 55
Vliv středniacuteho napětiacute
DPŽ ndash Hrubyacute 56
Smithův diagram
FL
DPŽ ndash Hrubyacute 57
Haighův (Goodmanův) diagram
0Re Re Rm
Re
-m +m
a
aekv
k
F
mCA
1
F
mCA
1
a
m
F Re
C
k = 2
CC
F tg
k = 1
odhad fiktivniacuteho napětiacute
tah
ohyb
krut
Rm
Rm
Rm
F
F
F
8070
7151
t
Hodnoty součinitele citlivosti k asymetrii cyklu ψ
(bdquosbiacutehavostldquo)
Goodmanova čaacutera
DPŽ ndash Hrubyacute 58
Vyacutepočet bezpečnosti
pt
mx
c
a
k
1
1
kt
m
kt
a
k
1
2
21min kkk
1pt
M
x
c
A
1
kt
M
kt
A
aA k mM k
DPŽ ndash Hrubyacute 59
Př Prutovaacute soustava ndash SU
bull absolutně tuhyacute traacutem
bull h = 1 000 mm
bull a = 500 mm
bull mez pevnosti materiaacutelu prutů 600 MPa
bull hladkeacute pruty kruhovyacute průřez 100 mm2
bull povrch prutů leštěn ndash souč jak povrchu 095
bull součinitele velikosti všech prutů 098
bull Fh = + 10 000 N
bull Fd = - 10 000 N
bull určit bezpečnost pro teoreticky
nekonečnou životnost
h
2a
F
a2
DPŽ ndash Hrubyacute 60
Př Prutovaacute soustava ndash SN
bull absolutně tuhyacute traacutem
bull h = 1 000 mm
bull a = 500 mm
bull mez pevnosti materiaacutelu prutů 600 MPa
bull hladkeacute pruty kruhovyacute průřez 100 mm2
bull povrch prutů leštěn ndash souč jak povrchu 095
bull součinitele velikosti všech prutů 098
bull Fh = + 20 000 N
bull Fd = - 20 000 N
bull určit bezpečnost pro teoreticky
nekonečnou životnost
h
a a
F
a2
DPŽ ndash Hrubyacute 61
Př Prutovaacute soustava ndash SU ndash 2 parametry
bull určit maximaacutelniacute rozmeziacute symetricky
střiacutedavyacutech sil (působiacuteciacutech ve faacutezi) pro
teoreticky nekonečnou životnost v
zaacutevislosti na uacutehlu alfa
bull l = 1 000 mm
bull mez pevnosti materiaacutelu prutů 600
MPa
bull hladkeacute pruty kruhovyacute průřez 100
mm2
bull povrch prutů leštěn ndash souč jak
povrchu 095
bull součinitele velikosti všech prutů 098
V
H
l l
1 2
V
H
N1 N2
DPŽ ndash Hrubyacute 62
zakresleniacute diagramu pro mezniacute stav
A
Vxc
A
Hxc
cos2
cos2
cotg
cos2
cotg
cos2
bezpečnost gt 1 jeden prut na mezi
uacutenavy součaacutesti tj v
jednom prutu
bezpečnost rovna
jedneacute
Př Prutovaacute soustava ndash SU ndash 2 parametry
DPŽ ndash Hrubyacute 63
Reaacutelneacute napěťodeformačniacute stavy ve
vrubech
DPŽ ndash Hrubyacute 64
Součinitel tvaru (s koncentrace
elastickyacutech napětiacute)
Součinitel koncentrace napětiacute
Součinitel koncentrace deformace
Reaacutelnaacute napětiacute a deformace ve vrubech
0
0
0
0
e
B
S
C
eSK ficfic
t
0
0
S
C
SK
0
0
e
B
eK
e
(nom)
B 0 fic
S (nom)
Brsquo
A
Arsquo
fic=S
=timesS
=times
Crsquo
C
DPŽ ndash Hrubyacute 65
Skutečnaacute napětiacute a deformace ve vrubech
22SeeS
12
0
2
12d
2
nplnpl
vKnE
KE
U
pl
Neuber Glinka
1
22
1 n
vKE
U
vfic UU
nomnomficficfic SeU 22
2
1
2
1
2
1
z rovnosti
ploch
DPŽ ndash Hrubyacute 66
0
fic
m=1
m=066
m=05m=01
m=0
Zobecněneacute Neuberovo pravidlo
5050 el
fic E
elfic EE
2
m=0 platiacute pro tvrdeacute zatěžovaacuteniacute tj
napětiacute deformačniacuteho původu
rovnoměrně rozděleneacute po
průřezu
m=1 platiacute pro měkkeacute zatěžovaacuteniacute tj
napětiacute siloveacuteho původu
rovnoměrně rozděleneacute po
průřezu
m=01 pro napětiacute deformačniacuteho
původu mimo vruby (např
teplotniacute pnutiacute)
m=05 pro vruby zatiacuteženeacute silově i
deformačně (Neuberovo
pravidlo)
m=06 pro napětiacute siloveacuteho původu
nerovnoměrně rozloženaacute po
průřezu (např při ohybu) mmel
fic E 1
DPŽ ndash Hrubyacute 67
Př Ramberg-Osgood 12
Vzorek bez vrubu z oceli 11 5231 je vystaven tvrdeacutemu zatěžovaacuteniacute o amplitudě celkoveacute
deformace 102 3timesa Určit amplitudu napětiacute Je zadaacuteno
MPa10072 5timesE
MPa1164K
1990n
0
100
200
300
400
500
600
700
0000 0005 0010 0015 0020 0025 0030
am
plitu
da n
ap
ětiacute
[M
Pa]
amplituda poměrneacute plastikeacute deformace [-]
CDK
n
apla K
DPŽ ndash Hrubyacute 68
-300 -200 -100 0 100 200 300260
280
300
320
340
360
380
ai
ai+
1
Př Ramberg-Osgood 22
MATLAB
sig=50
krok=0
for i=110000
krok=krok+1
Sig=1164(2e-3 - sig207e5)^0199
if abs(Sig-sig)lt00001
break
end
sig=Sig
end Pro libovolnyacute odhad je řešeniacute MPa273a
1990
5
1
1007200201164
times
iai
a
19901
5 1164100720020
times aa
1
naa
aKE
DPŽ ndash Hrubyacute 69
Př koncentrace napětiacute vs deformace 13
Vzorek z oceli 11 5231 je vystaven měkkeacutemu zatěžovaacuteniacute v podeacutelneacutem směru o amplitudě
napětiacute 200 MPa Určit elastickou a plastickou složku poměrneacute deformace
662
MPa10072 5timesE MPa1164K 1990n
zadaacuteno vůči neoslabeneacutemu nominaacutelniacutemu napětiacute
mimo vrub pro danou hladinu zatiacuteženiacute
200
Oslash10
20
5
DPŽ ndash Hrubyacute 70
MPa3533200662 times avruba
319901
1
1014301164
200
times
na
aplK
019801164
3533
19901
1
nvrubavrub
aplK
3
5109660
10072
200 timestimes
E
aael
0026010072
35335
times
E
vrubavrub
ael
333 101091109660101430 timestimestimes aplaela
1720101091
022403
times
a
vruba
Př koncentrace napětiacute vs deformace 23
022400198000260 vrubapl
vrubael
vruba
DPŽ ndash Hrubyacute 71
Př koncentrace napětiacute vs deformace 33
MKP elastickeacute řešeniacute
MKP elastoplastickeacute řešeniacute
324200
863max a
a
1720
662
DPŽ ndash Hrubyacute 72
Př Vetknutyacute sloupek 12
-16 K10511 times
50 100
Ocelovyacute sloupek = lopatka dmychadla je vloženyacute mezi dva tuheacute členy = disky
oběžneacuteho kola a je namaacutehaacuten cyklicky proměnnou teplotou
Uacutekol Posoudit zda hroziacute porušeniacute při 10 000 teplotniacutech cyklech
Daacuteno rozsah pracovniacutech teplot T1 = 22 degC T2 = 370 degC
modul pružnosti v tahu E = 205 GPa
uacutenavovaacute křivka poměrneacute deformace vztaženaacute
k provozniacute teplotě s parametry
160b
580c
MPa1140 f
10 f
teplotniacute roztažnost
DPŽ ndash Hrubyacute 73
C3482237012 TTT
336 1000122
10002434810511 times
timestimestimes
teplotaaT
3580160
5104601000201000020
10052
1140
22
times
times
c
fbf
a NNE
hroziacute poruchateplota
aa Ł
Př Vetknutyacute sloupek 22
DPŽ ndash Hrubyacute 74
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 14
22SeeS
nomnomficfic Se 22
2
1
2
1
2
1
2
1
Neuber
1
2222
2222
1 nfic
vKEEE
SSeU
mmelfic E 1
c
bnK
nf
f
b
c
f
fE
do Ramberga-Osgooda
naaa
KE
1
DPŽ ndash Hrubyacute 75
mmelfic E 1
m
bc
f
f
m
ficEE
E
1
m
bc
f
fmm
ficE
E
1
1
0
f
1
fic
m
bc
f
fm E
i
iii
f
f1
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 24
DPŽ ndash Hrubyacute 76
11
1
1
1
1
1
bc
f
i
f
f
m
bc
f
i
fimi
m
bc
f
i
fimi
fic
m
bc
f
i
fimi
ii
b
cEEmEm
E
1
npl
K
E
el
1
n
KE
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 34
DPŽ ndash Hrubyacute 77
K [MPa] n [-] c [-] εrsquof [-] b [-] σrsquof [MPa] E [MPa]
1020 014066 -06586 0921985 -0092718 1009234 21105
MPa700fic 50m
Iterace
Napětiacute ve vrubu
[MPa]
0 700
1 55953
2 48112
3 45414
4 45114
5 45111
6 45111 0005175
00030270002148
plel
00030271020
11451
1406601
1
npl
K
00021481012
114515
times
E
el
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 44
DPŽ ndash Hrubyacute 52
Vliv technologie uacuteprav povrchu - kT
etalonc
technolc
Tk
DPŽ ndash Hrubyacute 53
Mez uacutenavy reaacutelneacuteho diacutelu ndash dimenzovaacuteniacute
na teoreticky nekonečnou životnost
(trvalou pevnost)
f
TSFScvc
xc
K
kkk
vpcvc
xc
DPŽ ndash Hrubyacute 54
Vliv středniacuteho napětiacute
DPŽ ndash Hrubyacute 55
Vliv středniacuteho napětiacute
DPŽ ndash Hrubyacute 56
Smithův diagram
FL
DPŽ ndash Hrubyacute 57
Haighův (Goodmanův) diagram
0Re Re Rm
Re
-m +m
a
aekv
k
F
mCA
1
F
mCA
1
a
m
F Re
C
k = 2
CC
F tg
k = 1
odhad fiktivniacuteho napětiacute
tah
ohyb
krut
Rm
Rm
Rm
F
F
F
8070
7151
t
Hodnoty součinitele citlivosti k asymetrii cyklu ψ
(bdquosbiacutehavostldquo)
Goodmanova čaacutera
DPŽ ndash Hrubyacute 58
Vyacutepočet bezpečnosti
pt
mx
c
a
k
1
1
kt
m
kt
a
k
1
2
21min kkk
1pt
M
x
c
A
1
kt
M
kt
A
aA k mM k
DPŽ ndash Hrubyacute 59
Př Prutovaacute soustava ndash SU
bull absolutně tuhyacute traacutem
bull h = 1 000 mm
bull a = 500 mm
bull mez pevnosti materiaacutelu prutů 600 MPa
bull hladkeacute pruty kruhovyacute průřez 100 mm2
bull povrch prutů leštěn ndash souč jak povrchu 095
bull součinitele velikosti všech prutů 098
bull Fh = + 10 000 N
bull Fd = - 10 000 N
bull určit bezpečnost pro teoreticky
nekonečnou životnost
h
2a
F
a2
DPŽ ndash Hrubyacute 60
Př Prutovaacute soustava ndash SN
bull absolutně tuhyacute traacutem
bull h = 1 000 mm
bull a = 500 mm
bull mez pevnosti materiaacutelu prutů 600 MPa
bull hladkeacute pruty kruhovyacute průřez 100 mm2
bull povrch prutů leštěn ndash souč jak povrchu 095
bull součinitele velikosti všech prutů 098
bull Fh = + 20 000 N
bull Fd = - 20 000 N
bull určit bezpečnost pro teoreticky
nekonečnou životnost
h
a a
F
a2
DPŽ ndash Hrubyacute 61
Př Prutovaacute soustava ndash SU ndash 2 parametry
bull určit maximaacutelniacute rozmeziacute symetricky
střiacutedavyacutech sil (působiacuteciacutech ve faacutezi) pro
teoreticky nekonečnou životnost v
zaacutevislosti na uacutehlu alfa
bull l = 1 000 mm
bull mez pevnosti materiaacutelu prutů 600
MPa
bull hladkeacute pruty kruhovyacute průřez 100
mm2
bull povrch prutů leštěn ndash souč jak
povrchu 095
bull součinitele velikosti všech prutů 098
V
H
l l
1 2
V
H
N1 N2
DPŽ ndash Hrubyacute 62
zakresleniacute diagramu pro mezniacute stav
A
Vxc
A
Hxc
cos2
cos2
cotg
cos2
cotg
cos2
bezpečnost gt 1 jeden prut na mezi
uacutenavy součaacutesti tj v
jednom prutu
bezpečnost rovna
jedneacute
Př Prutovaacute soustava ndash SU ndash 2 parametry
DPŽ ndash Hrubyacute 63
Reaacutelneacute napěťodeformačniacute stavy ve
vrubech
DPŽ ndash Hrubyacute 64
Součinitel tvaru (s koncentrace
elastickyacutech napětiacute)
Součinitel koncentrace napětiacute
Součinitel koncentrace deformace
Reaacutelnaacute napětiacute a deformace ve vrubech
0
0
0
0
e
B
S
C
eSK ficfic
t
0
0
S
C
SK
0
0
e
B
eK
e
(nom)
B 0 fic
S (nom)
Brsquo
A
Arsquo
fic=S
=timesS
=times
Crsquo
C
DPŽ ndash Hrubyacute 65
Skutečnaacute napětiacute a deformace ve vrubech
22SeeS
12
0
2
12d
2
nplnpl
vKnE
KE
U
pl
Neuber Glinka
1
22
1 n
vKE
U
vfic UU
nomnomficficfic SeU 22
2
1
2
1
2
1
z rovnosti
ploch
DPŽ ndash Hrubyacute 66
0
fic
m=1
m=066
m=05m=01
m=0
Zobecněneacute Neuberovo pravidlo
5050 el
fic E
elfic EE
2
m=0 platiacute pro tvrdeacute zatěžovaacuteniacute tj
napětiacute deformačniacuteho původu
rovnoměrně rozděleneacute po
průřezu
m=1 platiacute pro měkkeacute zatěžovaacuteniacute tj
napětiacute siloveacuteho původu
rovnoměrně rozděleneacute po
průřezu
m=01 pro napětiacute deformačniacuteho
původu mimo vruby (např
teplotniacute pnutiacute)
m=05 pro vruby zatiacuteženeacute silově i
deformačně (Neuberovo
pravidlo)
m=06 pro napětiacute siloveacuteho původu
nerovnoměrně rozloženaacute po
průřezu (např při ohybu) mmel
fic E 1
DPŽ ndash Hrubyacute 67
Př Ramberg-Osgood 12
Vzorek bez vrubu z oceli 11 5231 je vystaven tvrdeacutemu zatěžovaacuteniacute o amplitudě celkoveacute
deformace 102 3timesa Určit amplitudu napětiacute Je zadaacuteno
MPa10072 5timesE
MPa1164K
1990n
0
100
200
300
400
500
600
700
0000 0005 0010 0015 0020 0025 0030
am
plitu
da n
ap
ětiacute
[M
Pa]
amplituda poměrneacute plastikeacute deformace [-]
CDK
n
apla K
DPŽ ndash Hrubyacute 68
-300 -200 -100 0 100 200 300260
280
300
320
340
360
380
ai
ai+
1
Př Ramberg-Osgood 22
MATLAB
sig=50
krok=0
for i=110000
krok=krok+1
Sig=1164(2e-3 - sig207e5)^0199
if abs(Sig-sig)lt00001
break
end
sig=Sig
end Pro libovolnyacute odhad je řešeniacute MPa273a
1990
5
1
1007200201164
times
iai
a
19901
5 1164100720020
times aa
1
naa
aKE
DPŽ ndash Hrubyacute 69
Př koncentrace napětiacute vs deformace 13
Vzorek z oceli 11 5231 je vystaven měkkeacutemu zatěžovaacuteniacute v podeacutelneacutem směru o amplitudě
napětiacute 200 MPa Určit elastickou a plastickou složku poměrneacute deformace
662
MPa10072 5timesE MPa1164K 1990n
zadaacuteno vůči neoslabeneacutemu nominaacutelniacutemu napětiacute
mimo vrub pro danou hladinu zatiacuteženiacute
200
Oslash10
20
5
DPŽ ndash Hrubyacute 70
MPa3533200662 times avruba
319901
1
1014301164
200
times
na
aplK
019801164
3533
19901
1
nvrubavrub
aplK
3
5109660
10072
200 timestimes
E
aael
0026010072
35335
times
E
vrubavrub
ael
333 101091109660101430 timestimestimes aplaela
1720101091
022403
times
a
vruba
Př koncentrace napětiacute vs deformace 23
022400198000260 vrubapl
vrubael
vruba
DPŽ ndash Hrubyacute 71
Př koncentrace napětiacute vs deformace 33
MKP elastickeacute řešeniacute
MKP elastoplastickeacute řešeniacute
324200
863max a
a
1720
662
DPŽ ndash Hrubyacute 72
Př Vetknutyacute sloupek 12
-16 K10511 times
50 100
Ocelovyacute sloupek = lopatka dmychadla je vloženyacute mezi dva tuheacute členy = disky
oběžneacuteho kola a je namaacutehaacuten cyklicky proměnnou teplotou
Uacutekol Posoudit zda hroziacute porušeniacute při 10 000 teplotniacutech cyklech
Daacuteno rozsah pracovniacutech teplot T1 = 22 degC T2 = 370 degC
modul pružnosti v tahu E = 205 GPa
uacutenavovaacute křivka poměrneacute deformace vztaženaacute
k provozniacute teplotě s parametry
160b
580c
MPa1140 f
10 f
teplotniacute roztažnost
DPŽ ndash Hrubyacute 73
C3482237012 TTT
336 1000122
10002434810511 times
timestimestimes
teplotaaT
3580160
5104601000201000020
10052
1140
22
times
times
c
fbf
a NNE
hroziacute poruchateplota
aa Ł
Př Vetknutyacute sloupek 22
DPŽ ndash Hrubyacute 74
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 14
22SeeS
nomnomficfic Se 22
2
1
2
1
2
1
2
1
Neuber
1
2222
2222
1 nfic
vKEEE
SSeU
mmelfic E 1
c
bnK
nf
f
b
c
f
fE
do Ramberga-Osgooda
naaa
KE
1
DPŽ ndash Hrubyacute 75
mmelfic E 1
m
bc
f
f
m
ficEE
E
1
m
bc
f
fmm
ficE
E
1
1
0
f
1
fic
m
bc
f
fm E
i
iii
f
f1
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 24
DPŽ ndash Hrubyacute 76
11
1
1
1
1
1
bc
f
i
f
f
m
bc
f
i
fimi
m
bc
f
i
fimi
fic
m
bc
f
i
fimi
ii
b
cEEmEm
E
1
npl
K
E
el
1
n
KE
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 34
DPŽ ndash Hrubyacute 77
K [MPa] n [-] c [-] εrsquof [-] b [-] σrsquof [MPa] E [MPa]
1020 014066 -06586 0921985 -0092718 1009234 21105
MPa700fic 50m
Iterace
Napětiacute ve vrubu
[MPa]
0 700
1 55953
2 48112
3 45414
4 45114
5 45111
6 45111 0005175
00030270002148
plel
00030271020
11451
1406601
1
npl
K
00021481012
114515
times
E
el
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 44
DPŽ ndash Hrubyacute 53
Mez uacutenavy reaacutelneacuteho diacutelu ndash dimenzovaacuteniacute
na teoreticky nekonečnou životnost
(trvalou pevnost)
f
TSFScvc
xc
K
kkk
vpcvc
xc
DPŽ ndash Hrubyacute 54
Vliv středniacuteho napětiacute
DPŽ ndash Hrubyacute 55
Vliv středniacuteho napětiacute
DPŽ ndash Hrubyacute 56
Smithův diagram
FL
DPŽ ndash Hrubyacute 57
Haighův (Goodmanův) diagram
0Re Re Rm
Re
-m +m
a
aekv
k
F
mCA
1
F
mCA
1
a
m
F Re
C
k = 2
CC
F tg
k = 1
odhad fiktivniacuteho napětiacute
tah
ohyb
krut
Rm
Rm
Rm
F
F
F
8070
7151
t
Hodnoty součinitele citlivosti k asymetrii cyklu ψ
(bdquosbiacutehavostldquo)
Goodmanova čaacutera
DPŽ ndash Hrubyacute 58
Vyacutepočet bezpečnosti
pt
mx
c
a
k
1
1
kt
m
kt
a
k
1
2
21min kkk
1pt
M
x
c
A
1
kt
M
kt
A
aA k mM k
DPŽ ndash Hrubyacute 59
Př Prutovaacute soustava ndash SU
bull absolutně tuhyacute traacutem
bull h = 1 000 mm
bull a = 500 mm
bull mez pevnosti materiaacutelu prutů 600 MPa
bull hladkeacute pruty kruhovyacute průřez 100 mm2
bull povrch prutů leštěn ndash souč jak povrchu 095
bull součinitele velikosti všech prutů 098
bull Fh = + 10 000 N
bull Fd = - 10 000 N
bull určit bezpečnost pro teoreticky
nekonečnou životnost
h
2a
F
a2
DPŽ ndash Hrubyacute 60
Př Prutovaacute soustava ndash SN
bull absolutně tuhyacute traacutem
bull h = 1 000 mm
bull a = 500 mm
bull mez pevnosti materiaacutelu prutů 600 MPa
bull hladkeacute pruty kruhovyacute průřez 100 mm2
bull povrch prutů leštěn ndash souč jak povrchu 095
bull součinitele velikosti všech prutů 098
bull Fh = + 20 000 N
bull Fd = - 20 000 N
bull určit bezpečnost pro teoreticky
nekonečnou životnost
h
a a
F
a2
DPŽ ndash Hrubyacute 61
Př Prutovaacute soustava ndash SU ndash 2 parametry
bull určit maximaacutelniacute rozmeziacute symetricky
střiacutedavyacutech sil (působiacuteciacutech ve faacutezi) pro
teoreticky nekonečnou životnost v
zaacutevislosti na uacutehlu alfa
bull l = 1 000 mm
bull mez pevnosti materiaacutelu prutů 600
MPa
bull hladkeacute pruty kruhovyacute průřez 100
mm2
bull povrch prutů leštěn ndash souč jak
povrchu 095
bull součinitele velikosti všech prutů 098
V
H
l l
1 2
V
H
N1 N2
DPŽ ndash Hrubyacute 62
zakresleniacute diagramu pro mezniacute stav
A
Vxc
A
Hxc
cos2
cos2
cotg
cos2
cotg
cos2
bezpečnost gt 1 jeden prut na mezi
uacutenavy součaacutesti tj v
jednom prutu
bezpečnost rovna
jedneacute
Př Prutovaacute soustava ndash SU ndash 2 parametry
DPŽ ndash Hrubyacute 63
Reaacutelneacute napěťodeformačniacute stavy ve
vrubech
DPŽ ndash Hrubyacute 64
Součinitel tvaru (s koncentrace
elastickyacutech napětiacute)
Součinitel koncentrace napětiacute
Součinitel koncentrace deformace
Reaacutelnaacute napětiacute a deformace ve vrubech
0
0
0
0
e
B
S
C
eSK ficfic
t
0
0
S
C
SK
0
0
e
B
eK
e
(nom)
B 0 fic
S (nom)
Brsquo
A
Arsquo
fic=S
=timesS
=times
Crsquo
C
DPŽ ndash Hrubyacute 65
Skutečnaacute napětiacute a deformace ve vrubech
22SeeS
12
0
2
12d
2
nplnpl
vKnE
KE
U
pl
Neuber Glinka
1
22
1 n
vKE
U
vfic UU
nomnomficficfic SeU 22
2
1
2
1
2
1
z rovnosti
ploch
DPŽ ndash Hrubyacute 66
0
fic
m=1
m=066
m=05m=01
m=0
Zobecněneacute Neuberovo pravidlo
5050 el
fic E
elfic EE
2
m=0 platiacute pro tvrdeacute zatěžovaacuteniacute tj
napětiacute deformačniacuteho původu
rovnoměrně rozděleneacute po
průřezu
m=1 platiacute pro měkkeacute zatěžovaacuteniacute tj
napětiacute siloveacuteho původu
rovnoměrně rozděleneacute po
průřezu
m=01 pro napětiacute deformačniacuteho
původu mimo vruby (např
teplotniacute pnutiacute)
m=05 pro vruby zatiacuteženeacute silově i
deformačně (Neuberovo
pravidlo)
m=06 pro napětiacute siloveacuteho původu
nerovnoměrně rozloženaacute po
průřezu (např při ohybu) mmel
fic E 1
DPŽ ndash Hrubyacute 67
Př Ramberg-Osgood 12
Vzorek bez vrubu z oceli 11 5231 je vystaven tvrdeacutemu zatěžovaacuteniacute o amplitudě celkoveacute
deformace 102 3timesa Určit amplitudu napětiacute Je zadaacuteno
MPa10072 5timesE
MPa1164K
1990n
0
100
200
300
400
500
600
700
0000 0005 0010 0015 0020 0025 0030
am
plitu
da n
ap
ětiacute
[M
Pa]
amplituda poměrneacute plastikeacute deformace [-]
CDK
n
apla K
DPŽ ndash Hrubyacute 68
-300 -200 -100 0 100 200 300260
280
300
320
340
360
380
ai
ai+
1
Př Ramberg-Osgood 22
MATLAB
sig=50
krok=0
for i=110000
krok=krok+1
Sig=1164(2e-3 - sig207e5)^0199
if abs(Sig-sig)lt00001
break
end
sig=Sig
end Pro libovolnyacute odhad je řešeniacute MPa273a
1990
5
1
1007200201164
times
iai
a
19901
5 1164100720020
times aa
1
naa
aKE
DPŽ ndash Hrubyacute 69
Př koncentrace napětiacute vs deformace 13
Vzorek z oceli 11 5231 je vystaven měkkeacutemu zatěžovaacuteniacute v podeacutelneacutem směru o amplitudě
napětiacute 200 MPa Určit elastickou a plastickou složku poměrneacute deformace
662
MPa10072 5timesE MPa1164K 1990n
zadaacuteno vůči neoslabeneacutemu nominaacutelniacutemu napětiacute
mimo vrub pro danou hladinu zatiacuteženiacute
200
Oslash10
20
5
DPŽ ndash Hrubyacute 70
MPa3533200662 times avruba
319901
1
1014301164
200
times
na
aplK
019801164
3533
19901
1
nvrubavrub
aplK
3
5109660
10072
200 timestimes
E
aael
0026010072
35335
times
E
vrubavrub
ael
333 101091109660101430 timestimestimes aplaela
1720101091
022403
times
a
vruba
Př koncentrace napětiacute vs deformace 23
022400198000260 vrubapl
vrubael
vruba
DPŽ ndash Hrubyacute 71
Př koncentrace napětiacute vs deformace 33
MKP elastickeacute řešeniacute
MKP elastoplastickeacute řešeniacute
324200
863max a
a
1720
662
DPŽ ndash Hrubyacute 72
Př Vetknutyacute sloupek 12
-16 K10511 times
50 100
Ocelovyacute sloupek = lopatka dmychadla je vloženyacute mezi dva tuheacute členy = disky
oběžneacuteho kola a je namaacutehaacuten cyklicky proměnnou teplotou
Uacutekol Posoudit zda hroziacute porušeniacute při 10 000 teplotniacutech cyklech
Daacuteno rozsah pracovniacutech teplot T1 = 22 degC T2 = 370 degC
modul pružnosti v tahu E = 205 GPa
uacutenavovaacute křivka poměrneacute deformace vztaženaacute
k provozniacute teplotě s parametry
160b
580c
MPa1140 f
10 f
teplotniacute roztažnost
DPŽ ndash Hrubyacute 73
C3482237012 TTT
336 1000122
10002434810511 times
timestimestimes
teplotaaT
3580160
5104601000201000020
10052
1140
22
times
times
c
fbf
a NNE
hroziacute poruchateplota
aa Ł
Př Vetknutyacute sloupek 22
DPŽ ndash Hrubyacute 74
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 14
22SeeS
nomnomficfic Se 22
2
1
2
1
2
1
2
1
Neuber
1
2222
2222
1 nfic
vKEEE
SSeU
mmelfic E 1
c
bnK
nf
f
b
c
f
fE
do Ramberga-Osgooda
naaa
KE
1
DPŽ ndash Hrubyacute 75
mmelfic E 1
m
bc
f
f
m
ficEE
E
1
m
bc
f
fmm
ficE
E
1
1
0
f
1
fic
m
bc
f
fm E
i
iii
f
f1
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 24
DPŽ ndash Hrubyacute 76
11
1
1
1
1
1
bc
f
i
f
f
m
bc
f
i
fimi
m
bc
f
i
fimi
fic
m
bc
f
i
fimi
ii
b
cEEmEm
E
1
npl
K
E
el
1
n
KE
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 34
DPŽ ndash Hrubyacute 77
K [MPa] n [-] c [-] εrsquof [-] b [-] σrsquof [MPa] E [MPa]
1020 014066 -06586 0921985 -0092718 1009234 21105
MPa700fic 50m
Iterace
Napětiacute ve vrubu
[MPa]
0 700
1 55953
2 48112
3 45414
4 45114
5 45111
6 45111 0005175
00030270002148
plel
00030271020
11451
1406601
1
npl
K
00021481012
114515
times
E
el
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 44
DPŽ ndash Hrubyacute 54
Vliv středniacuteho napětiacute
DPŽ ndash Hrubyacute 55
Vliv středniacuteho napětiacute
DPŽ ndash Hrubyacute 56
Smithův diagram
FL
DPŽ ndash Hrubyacute 57
Haighův (Goodmanův) diagram
0Re Re Rm
Re
-m +m
a
aekv
k
F
mCA
1
F
mCA
1
a
m
F Re
C
k = 2
CC
F tg
k = 1
odhad fiktivniacuteho napětiacute
tah
ohyb
krut
Rm
Rm
Rm
F
F
F
8070
7151
t
Hodnoty součinitele citlivosti k asymetrii cyklu ψ
(bdquosbiacutehavostldquo)
Goodmanova čaacutera
DPŽ ndash Hrubyacute 58
Vyacutepočet bezpečnosti
pt
mx
c
a
k
1
1
kt
m
kt
a
k
1
2
21min kkk
1pt
M
x
c
A
1
kt
M
kt
A
aA k mM k
DPŽ ndash Hrubyacute 59
Př Prutovaacute soustava ndash SU
bull absolutně tuhyacute traacutem
bull h = 1 000 mm
bull a = 500 mm
bull mez pevnosti materiaacutelu prutů 600 MPa
bull hladkeacute pruty kruhovyacute průřez 100 mm2
bull povrch prutů leštěn ndash souč jak povrchu 095
bull součinitele velikosti všech prutů 098
bull Fh = + 10 000 N
bull Fd = - 10 000 N
bull určit bezpečnost pro teoreticky
nekonečnou životnost
h
2a
F
a2
DPŽ ndash Hrubyacute 60
Př Prutovaacute soustava ndash SN
bull absolutně tuhyacute traacutem
bull h = 1 000 mm
bull a = 500 mm
bull mez pevnosti materiaacutelu prutů 600 MPa
bull hladkeacute pruty kruhovyacute průřez 100 mm2
bull povrch prutů leštěn ndash souč jak povrchu 095
bull součinitele velikosti všech prutů 098
bull Fh = + 20 000 N
bull Fd = - 20 000 N
bull určit bezpečnost pro teoreticky
nekonečnou životnost
h
a a
F
a2
DPŽ ndash Hrubyacute 61
Př Prutovaacute soustava ndash SU ndash 2 parametry
bull určit maximaacutelniacute rozmeziacute symetricky
střiacutedavyacutech sil (působiacuteciacutech ve faacutezi) pro
teoreticky nekonečnou životnost v
zaacutevislosti na uacutehlu alfa
bull l = 1 000 mm
bull mez pevnosti materiaacutelu prutů 600
MPa
bull hladkeacute pruty kruhovyacute průřez 100
mm2
bull povrch prutů leštěn ndash souč jak
povrchu 095
bull součinitele velikosti všech prutů 098
V
H
l l
1 2
V
H
N1 N2
DPŽ ndash Hrubyacute 62
zakresleniacute diagramu pro mezniacute stav
A
Vxc
A
Hxc
cos2
cos2
cotg
cos2
cotg
cos2
bezpečnost gt 1 jeden prut na mezi
uacutenavy součaacutesti tj v
jednom prutu
bezpečnost rovna
jedneacute
Př Prutovaacute soustava ndash SU ndash 2 parametry
DPŽ ndash Hrubyacute 63
Reaacutelneacute napěťodeformačniacute stavy ve
vrubech
DPŽ ndash Hrubyacute 64
Součinitel tvaru (s koncentrace
elastickyacutech napětiacute)
Součinitel koncentrace napětiacute
Součinitel koncentrace deformace
Reaacutelnaacute napětiacute a deformace ve vrubech
0
0
0
0
e
B
S
C
eSK ficfic
t
0
0
S
C
SK
0
0
e
B
eK
e
(nom)
B 0 fic
S (nom)
Brsquo
A
Arsquo
fic=S
=timesS
=times
Crsquo
C
DPŽ ndash Hrubyacute 65
Skutečnaacute napětiacute a deformace ve vrubech
22SeeS
12
0
2
12d
2
nplnpl
vKnE
KE
U
pl
Neuber Glinka
1
22
1 n
vKE
U
vfic UU
nomnomficficfic SeU 22
2
1
2
1
2
1
z rovnosti
ploch
DPŽ ndash Hrubyacute 66
0
fic
m=1
m=066
m=05m=01
m=0
Zobecněneacute Neuberovo pravidlo
5050 el
fic E
elfic EE
2
m=0 platiacute pro tvrdeacute zatěžovaacuteniacute tj
napětiacute deformačniacuteho původu
rovnoměrně rozděleneacute po
průřezu
m=1 platiacute pro měkkeacute zatěžovaacuteniacute tj
napětiacute siloveacuteho původu
rovnoměrně rozděleneacute po
průřezu
m=01 pro napětiacute deformačniacuteho
původu mimo vruby (např
teplotniacute pnutiacute)
m=05 pro vruby zatiacuteženeacute silově i
deformačně (Neuberovo
pravidlo)
m=06 pro napětiacute siloveacuteho původu
nerovnoměrně rozloženaacute po
průřezu (např při ohybu) mmel
fic E 1
DPŽ ndash Hrubyacute 67
Př Ramberg-Osgood 12
Vzorek bez vrubu z oceli 11 5231 je vystaven tvrdeacutemu zatěžovaacuteniacute o amplitudě celkoveacute
deformace 102 3timesa Určit amplitudu napětiacute Je zadaacuteno
MPa10072 5timesE
MPa1164K
1990n
0
100
200
300
400
500
600
700
0000 0005 0010 0015 0020 0025 0030
am
plitu
da n
ap
ětiacute
[M
Pa]
amplituda poměrneacute plastikeacute deformace [-]
CDK
n
apla K
DPŽ ndash Hrubyacute 68
-300 -200 -100 0 100 200 300260
280
300
320
340
360
380
ai
ai+
1
Př Ramberg-Osgood 22
MATLAB
sig=50
krok=0
for i=110000
krok=krok+1
Sig=1164(2e-3 - sig207e5)^0199
if abs(Sig-sig)lt00001
break
end
sig=Sig
end Pro libovolnyacute odhad je řešeniacute MPa273a
1990
5
1
1007200201164
times
iai
a
19901
5 1164100720020
times aa
1
naa
aKE
DPŽ ndash Hrubyacute 69
Př koncentrace napětiacute vs deformace 13
Vzorek z oceli 11 5231 je vystaven měkkeacutemu zatěžovaacuteniacute v podeacutelneacutem směru o amplitudě
napětiacute 200 MPa Určit elastickou a plastickou složku poměrneacute deformace
662
MPa10072 5timesE MPa1164K 1990n
zadaacuteno vůči neoslabeneacutemu nominaacutelniacutemu napětiacute
mimo vrub pro danou hladinu zatiacuteženiacute
200
Oslash10
20
5
DPŽ ndash Hrubyacute 70
MPa3533200662 times avruba
319901
1
1014301164
200
times
na
aplK
019801164
3533
19901
1
nvrubavrub
aplK
3
5109660
10072
200 timestimes
E
aael
0026010072
35335
times
E
vrubavrub
ael
333 101091109660101430 timestimestimes aplaela
1720101091
022403
times
a
vruba
Př koncentrace napětiacute vs deformace 23
022400198000260 vrubapl
vrubael
vruba
DPŽ ndash Hrubyacute 71
Př koncentrace napětiacute vs deformace 33
MKP elastickeacute řešeniacute
MKP elastoplastickeacute řešeniacute
324200
863max a
a
1720
662
DPŽ ndash Hrubyacute 72
Př Vetknutyacute sloupek 12
-16 K10511 times
50 100
Ocelovyacute sloupek = lopatka dmychadla je vloženyacute mezi dva tuheacute členy = disky
oběžneacuteho kola a je namaacutehaacuten cyklicky proměnnou teplotou
Uacutekol Posoudit zda hroziacute porušeniacute při 10 000 teplotniacutech cyklech
Daacuteno rozsah pracovniacutech teplot T1 = 22 degC T2 = 370 degC
modul pružnosti v tahu E = 205 GPa
uacutenavovaacute křivka poměrneacute deformace vztaženaacute
k provozniacute teplotě s parametry
160b
580c
MPa1140 f
10 f
teplotniacute roztažnost
DPŽ ndash Hrubyacute 73
C3482237012 TTT
336 1000122
10002434810511 times
timestimestimes
teplotaaT
3580160
5104601000201000020
10052
1140
22
times
times
c
fbf
a NNE
hroziacute poruchateplota
aa Ł
Př Vetknutyacute sloupek 22
DPŽ ndash Hrubyacute 74
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 14
22SeeS
nomnomficfic Se 22
2
1
2
1
2
1
2
1
Neuber
1
2222
2222
1 nfic
vKEEE
SSeU
mmelfic E 1
c
bnK
nf
f
b
c
f
fE
do Ramberga-Osgooda
naaa
KE
1
DPŽ ndash Hrubyacute 75
mmelfic E 1
m
bc
f
f
m
ficEE
E
1
m
bc
f
fmm
ficE
E
1
1
0
f
1
fic
m
bc
f
fm E
i
iii
f
f1
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 24
DPŽ ndash Hrubyacute 76
11
1
1
1
1
1
bc
f
i
f
f
m
bc
f
i
fimi
m
bc
f
i
fimi
fic
m
bc
f
i
fimi
ii
b
cEEmEm
E
1
npl
K
E
el
1
n
KE
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 34
DPŽ ndash Hrubyacute 77
K [MPa] n [-] c [-] εrsquof [-] b [-] σrsquof [MPa] E [MPa]
1020 014066 -06586 0921985 -0092718 1009234 21105
MPa700fic 50m
Iterace
Napětiacute ve vrubu
[MPa]
0 700
1 55953
2 48112
3 45414
4 45114
5 45111
6 45111 0005175
00030270002148
plel
00030271020
11451
1406601
1
npl
K
00021481012
114515
times
E
el
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 44
DPŽ ndash Hrubyacute 55
Vliv středniacuteho napětiacute
DPŽ ndash Hrubyacute 56
Smithův diagram
FL
DPŽ ndash Hrubyacute 57
Haighův (Goodmanův) diagram
0Re Re Rm
Re
-m +m
a
aekv
k
F
mCA
1
F
mCA
1
a
m
F Re
C
k = 2
CC
F tg
k = 1
odhad fiktivniacuteho napětiacute
tah
ohyb
krut
Rm
Rm
Rm
F
F
F
8070
7151
t
Hodnoty součinitele citlivosti k asymetrii cyklu ψ
(bdquosbiacutehavostldquo)
Goodmanova čaacutera
DPŽ ndash Hrubyacute 58
Vyacutepočet bezpečnosti
pt
mx
c
a
k
1
1
kt
m
kt
a
k
1
2
21min kkk
1pt
M
x
c
A
1
kt
M
kt
A
aA k mM k
DPŽ ndash Hrubyacute 59
Př Prutovaacute soustava ndash SU
bull absolutně tuhyacute traacutem
bull h = 1 000 mm
bull a = 500 mm
bull mez pevnosti materiaacutelu prutů 600 MPa
bull hladkeacute pruty kruhovyacute průřez 100 mm2
bull povrch prutů leštěn ndash souč jak povrchu 095
bull součinitele velikosti všech prutů 098
bull Fh = + 10 000 N
bull Fd = - 10 000 N
bull určit bezpečnost pro teoreticky
nekonečnou životnost
h
2a
F
a2
DPŽ ndash Hrubyacute 60
Př Prutovaacute soustava ndash SN
bull absolutně tuhyacute traacutem
bull h = 1 000 mm
bull a = 500 mm
bull mez pevnosti materiaacutelu prutů 600 MPa
bull hladkeacute pruty kruhovyacute průřez 100 mm2
bull povrch prutů leštěn ndash souč jak povrchu 095
bull součinitele velikosti všech prutů 098
bull Fh = + 20 000 N
bull Fd = - 20 000 N
bull určit bezpečnost pro teoreticky
nekonečnou životnost
h
a a
F
a2
DPŽ ndash Hrubyacute 61
Př Prutovaacute soustava ndash SU ndash 2 parametry
bull určit maximaacutelniacute rozmeziacute symetricky
střiacutedavyacutech sil (působiacuteciacutech ve faacutezi) pro
teoreticky nekonečnou životnost v
zaacutevislosti na uacutehlu alfa
bull l = 1 000 mm
bull mez pevnosti materiaacutelu prutů 600
MPa
bull hladkeacute pruty kruhovyacute průřez 100
mm2
bull povrch prutů leštěn ndash souč jak
povrchu 095
bull součinitele velikosti všech prutů 098
V
H
l l
1 2
V
H
N1 N2
DPŽ ndash Hrubyacute 62
zakresleniacute diagramu pro mezniacute stav
A
Vxc
A
Hxc
cos2
cos2
cotg
cos2
cotg
cos2
bezpečnost gt 1 jeden prut na mezi
uacutenavy součaacutesti tj v
jednom prutu
bezpečnost rovna
jedneacute
Př Prutovaacute soustava ndash SU ndash 2 parametry
DPŽ ndash Hrubyacute 63
Reaacutelneacute napěťodeformačniacute stavy ve
vrubech
DPŽ ndash Hrubyacute 64
Součinitel tvaru (s koncentrace
elastickyacutech napětiacute)
Součinitel koncentrace napětiacute
Součinitel koncentrace deformace
Reaacutelnaacute napětiacute a deformace ve vrubech
0
0
0
0
e
B
S
C
eSK ficfic
t
0
0
S
C
SK
0
0
e
B
eK
e
(nom)
B 0 fic
S (nom)
Brsquo
A
Arsquo
fic=S
=timesS
=times
Crsquo
C
DPŽ ndash Hrubyacute 65
Skutečnaacute napětiacute a deformace ve vrubech
22SeeS
12
0
2
12d
2
nplnpl
vKnE
KE
U
pl
Neuber Glinka
1
22
1 n
vKE
U
vfic UU
nomnomficficfic SeU 22
2
1
2
1
2
1
z rovnosti
ploch
DPŽ ndash Hrubyacute 66
0
fic
m=1
m=066
m=05m=01
m=0
Zobecněneacute Neuberovo pravidlo
5050 el
fic E
elfic EE
2
m=0 platiacute pro tvrdeacute zatěžovaacuteniacute tj
napětiacute deformačniacuteho původu
rovnoměrně rozděleneacute po
průřezu
m=1 platiacute pro měkkeacute zatěžovaacuteniacute tj
napětiacute siloveacuteho původu
rovnoměrně rozděleneacute po
průřezu
m=01 pro napětiacute deformačniacuteho
původu mimo vruby (např
teplotniacute pnutiacute)
m=05 pro vruby zatiacuteženeacute silově i
deformačně (Neuberovo
pravidlo)
m=06 pro napětiacute siloveacuteho původu
nerovnoměrně rozloženaacute po
průřezu (např při ohybu) mmel
fic E 1
DPŽ ndash Hrubyacute 67
Př Ramberg-Osgood 12
Vzorek bez vrubu z oceli 11 5231 je vystaven tvrdeacutemu zatěžovaacuteniacute o amplitudě celkoveacute
deformace 102 3timesa Určit amplitudu napětiacute Je zadaacuteno
MPa10072 5timesE
MPa1164K
1990n
0
100
200
300
400
500
600
700
0000 0005 0010 0015 0020 0025 0030
am
plitu
da n
ap
ětiacute
[M
Pa]
amplituda poměrneacute plastikeacute deformace [-]
CDK
n
apla K
DPŽ ndash Hrubyacute 68
-300 -200 -100 0 100 200 300260
280
300
320
340
360
380
ai
ai+
1
Př Ramberg-Osgood 22
MATLAB
sig=50
krok=0
for i=110000
krok=krok+1
Sig=1164(2e-3 - sig207e5)^0199
if abs(Sig-sig)lt00001
break
end
sig=Sig
end Pro libovolnyacute odhad je řešeniacute MPa273a
1990
5
1
1007200201164
times
iai
a
19901
5 1164100720020
times aa
1
naa
aKE
DPŽ ndash Hrubyacute 69
Př koncentrace napětiacute vs deformace 13
Vzorek z oceli 11 5231 je vystaven měkkeacutemu zatěžovaacuteniacute v podeacutelneacutem směru o amplitudě
napětiacute 200 MPa Určit elastickou a plastickou složku poměrneacute deformace
662
MPa10072 5timesE MPa1164K 1990n
zadaacuteno vůči neoslabeneacutemu nominaacutelniacutemu napětiacute
mimo vrub pro danou hladinu zatiacuteženiacute
200
Oslash10
20
5
DPŽ ndash Hrubyacute 70
MPa3533200662 times avruba
319901
1
1014301164
200
times
na
aplK
019801164
3533
19901
1
nvrubavrub
aplK
3
5109660
10072
200 timestimes
E
aael
0026010072
35335
times
E
vrubavrub
ael
333 101091109660101430 timestimestimes aplaela
1720101091
022403
times
a
vruba
Př koncentrace napětiacute vs deformace 23
022400198000260 vrubapl
vrubael
vruba
DPŽ ndash Hrubyacute 71
Př koncentrace napětiacute vs deformace 33
MKP elastickeacute řešeniacute
MKP elastoplastickeacute řešeniacute
324200
863max a
a
1720
662
DPŽ ndash Hrubyacute 72
Př Vetknutyacute sloupek 12
-16 K10511 times
50 100
Ocelovyacute sloupek = lopatka dmychadla je vloženyacute mezi dva tuheacute členy = disky
oběžneacuteho kola a je namaacutehaacuten cyklicky proměnnou teplotou
Uacutekol Posoudit zda hroziacute porušeniacute při 10 000 teplotniacutech cyklech
Daacuteno rozsah pracovniacutech teplot T1 = 22 degC T2 = 370 degC
modul pružnosti v tahu E = 205 GPa
uacutenavovaacute křivka poměrneacute deformace vztaženaacute
k provozniacute teplotě s parametry
160b
580c
MPa1140 f
10 f
teplotniacute roztažnost
DPŽ ndash Hrubyacute 73
C3482237012 TTT
336 1000122
10002434810511 times
timestimestimes
teplotaaT
3580160
5104601000201000020
10052
1140
22
times
times
c
fbf
a NNE
hroziacute poruchateplota
aa Ł
Př Vetknutyacute sloupek 22
DPŽ ndash Hrubyacute 74
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 14
22SeeS
nomnomficfic Se 22
2
1
2
1
2
1
2
1
Neuber
1
2222
2222
1 nfic
vKEEE
SSeU
mmelfic E 1
c
bnK
nf
f
b
c
f
fE
do Ramberga-Osgooda
naaa
KE
1
DPŽ ndash Hrubyacute 75
mmelfic E 1
m
bc
f
f
m
ficEE
E
1
m
bc
f
fmm
ficE
E
1
1
0
f
1
fic
m
bc
f
fm E
i
iii
f
f1
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 24
DPŽ ndash Hrubyacute 76
11
1
1
1
1
1
bc
f
i
f
f
m
bc
f
i
fimi
m
bc
f
i
fimi
fic
m
bc
f
i
fimi
ii
b
cEEmEm
E
1
npl
K
E
el
1
n
KE
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 34
DPŽ ndash Hrubyacute 77
K [MPa] n [-] c [-] εrsquof [-] b [-] σrsquof [MPa] E [MPa]
1020 014066 -06586 0921985 -0092718 1009234 21105
MPa700fic 50m
Iterace
Napětiacute ve vrubu
[MPa]
0 700
1 55953
2 48112
3 45414
4 45114
5 45111
6 45111 0005175
00030270002148
plel
00030271020
11451
1406601
1
npl
K
00021481012
114515
times
E
el
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 44
DPŽ ndash Hrubyacute 56
Smithův diagram
FL
DPŽ ndash Hrubyacute 57
Haighův (Goodmanův) diagram
0Re Re Rm
Re
-m +m
a
aekv
k
F
mCA
1
F
mCA
1
a
m
F Re
C
k = 2
CC
F tg
k = 1
odhad fiktivniacuteho napětiacute
tah
ohyb
krut
Rm
Rm
Rm
F
F
F
8070
7151
t
Hodnoty součinitele citlivosti k asymetrii cyklu ψ
(bdquosbiacutehavostldquo)
Goodmanova čaacutera
DPŽ ndash Hrubyacute 58
Vyacutepočet bezpečnosti
pt
mx
c
a
k
1
1
kt
m
kt
a
k
1
2
21min kkk
1pt
M
x
c
A
1
kt
M
kt
A
aA k mM k
DPŽ ndash Hrubyacute 59
Př Prutovaacute soustava ndash SU
bull absolutně tuhyacute traacutem
bull h = 1 000 mm
bull a = 500 mm
bull mez pevnosti materiaacutelu prutů 600 MPa
bull hladkeacute pruty kruhovyacute průřez 100 mm2
bull povrch prutů leštěn ndash souč jak povrchu 095
bull součinitele velikosti všech prutů 098
bull Fh = + 10 000 N
bull Fd = - 10 000 N
bull určit bezpečnost pro teoreticky
nekonečnou životnost
h
2a
F
a2
DPŽ ndash Hrubyacute 60
Př Prutovaacute soustava ndash SN
bull absolutně tuhyacute traacutem
bull h = 1 000 mm
bull a = 500 mm
bull mez pevnosti materiaacutelu prutů 600 MPa
bull hladkeacute pruty kruhovyacute průřez 100 mm2
bull povrch prutů leštěn ndash souč jak povrchu 095
bull součinitele velikosti všech prutů 098
bull Fh = + 20 000 N
bull Fd = - 20 000 N
bull určit bezpečnost pro teoreticky
nekonečnou životnost
h
a a
F
a2
DPŽ ndash Hrubyacute 61
Př Prutovaacute soustava ndash SU ndash 2 parametry
bull určit maximaacutelniacute rozmeziacute symetricky
střiacutedavyacutech sil (působiacuteciacutech ve faacutezi) pro
teoreticky nekonečnou životnost v
zaacutevislosti na uacutehlu alfa
bull l = 1 000 mm
bull mez pevnosti materiaacutelu prutů 600
MPa
bull hladkeacute pruty kruhovyacute průřez 100
mm2
bull povrch prutů leštěn ndash souč jak
povrchu 095
bull součinitele velikosti všech prutů 098
V
H
l l
1 2
V
H
N1 N2
DPŽ ndash Hrubyacute 62
zakresleniacute diagramu pro mezniacute stav
A
Vxc
A
Hxc
cos2
cos2
cotg
cos2
cotg
cos2
bezpečnost gt 1 jeden prut na mezi
uacutenavy součaacutesti tj v
jednom prutu
bezpečnost rovna
jedneacute
Př Prutovaacute soustava ndash SU ndash 2 parametry
DPŽ ndash Hrubyacute 63
Reaacutelneacute napěťodeformačniacute stavy ve
vrubech
DPŽ ndash Hrubyacute 64
Součinitel tvaru (s koncentrace
elastickyacutech napětiacute)
Součinitel koncentrace napětiacute
Součinitel koncentrace deformace
Reaacutelnaacute napětiacute a deformace ve vrubech
0
0
0
0
e
B
S
C
eSK ficfic
t
0
0
S
C
SK
0
0
e
B
eK
e
(nom)
B 0 fic
S (nom)
Brsquo
A
Arsquo
fic=S
=timesS
=times
Crsquo
C
DPŽ ndash Hrubyacute 65
Skutečnaacute napětiacute a deformace ve vrubech
22SeeS
12
0
2
12d
2
nplnpl
vKnE
KE
U
pl
Neuber Glinka
1
22
1 n
vKE
U
vfic UU
nomnomficficfic SeU 22
2
1
2
1
2
1
z rovnosti
ploch
DPŽ ndash Hrubyacute 66
0
fic
m=1
m=066
m=05m=01
m=0
Zobecněneacute Neuberovo pravidlo
5050 el
fic E
elfic EE
2
m=0 platiacute pro tvrdeacute zatěžovaacuteniacute tj
napětiacute deformačniacuteho původu
rovnoměrně rozděleneacute po
průřezu
m=1 platiacute pro měkkeacute zatěžovaacuteniacute tj
napětiacute siloveacuteho původu
rovnoměrně rozděleneacute po
průřezu
m=01 pro napětiacute deformačniacuteho
původu mimo vruby (např
teplotniacute pnutiacute)
m=05 pro vruby zatiacuteženeacute silově i
deformačně (Neuberovo
pravidlo)
m=06 pro napětiacute siloveacuteho původu
nerovnoměrně rozloženaacute po
průřezu (např při ohybu) mmel
fic E 1
DPŽ ndash Hrubyacute 67
Př Ramberg-Osgood 12
Vzorek bez vrubu z oceli 11 5231 je vystaven tvrdeacutemu zatěžovaacuteniacute o amplitudě celkoveacute
deformace 102 3timesa Určit amplitudu napětiacute Je zadaacuteno
MPa10072 5timesE
MPa1164K
1990n
0
100
200
300
400
500
600
700
0000 0005 0010 0015 0020 0025 0030
am
plitu
da n
ap
ětiacute
[M
Pa]
amplituda poměrneacute plastikeacute deformace [-]
CDK
n
apla K
DPŽ ndash Hrubyacute 68
-300 -200 -100 0 100 200 300260
280
300
320
340
360
380
ai
ai+
1
Př Ramberg-Osgood 22
MATLAB
sig=50
krok=0
for i=110000
krok=krok+1
Sig=1164(2e-3 - sig207e5)^0199
if abs(Sig-sig)lt00001
break
end
sig=Sig
end Pro libovolnyacute odhad je řešeniacute MPa273a
1990
5
1
1007200201164
times
iai
a
19901
5 1164100720020
times aa
1
naa
aKE
DPŽ ndash Hrubyacute 69
Př koncentrace napětiacute vs deformace 13
Vzorek z oceli 11 5231 je vystaven měkkeacutemu zatěžovaacuteniacute v podeacutelneacutem směru o amplitudě
napětiacute 200 MPa Určit elastickou a plastickou složku poměrneacute deformace
662
MPa10072 5timesE MPa1164K 1990n
zadaacuteno vůči neoslabeneacutemu nominaacutelniacutemu napětiacute
mimo vrub pro danou hladinu zatiacuteženiacute
200
Oslash10
20
5
DPŽ ndash Hrubyacute 70
MPa3533200662 times avruba
319901
1
1014301164
200
times
na
aplK
019801164
3533
19901
1
nvrubavrub
aplK
3
5109660
10072
200 timestimes
E
aael
0026010072
35335
times
E
vrubavrub
ael
333 101091109660101430 timestimestimes aplaela
1720101091
022403
times
a
vruba
Př koncentrace napětiacute vs deformace 23
022400198000260 vrubapl
vrubael
vruba
DPŽ ndash Hrubyacute 71
Př koncentrace napětiacute vs deformace 33
MKP elastickeacute řešeniacute
MKP elastoplastickeacute řešeniacute
324200
863max a
a
1720
662
DPŽ ndash Hrubyacute 72
Př Vetknutyacute sloupek 12
-16 K10511 times
50 100
Ocelovyacute sloupek = lopatka dmychadla je vloženyacute mezi dva tuheacute členy = disky
oběžneacuteho kola a je namaacutehaacuten cyklicky proměnnou teplotou
Uacutekol Posoudit zda hroziacute porušeniacute při 10 000 teplotniacutech cyklech
Daacuteno rozsah pracovniacutech teplot T1 = 22 degC T2 = 370 degC
modul pružnosti v tahu E = 205 GPa
uacutenavovaacute křivka poměrneacute deformace vztaženaacute
k provozniacute teplotě s parametry
160b
580c
MPa1140 f
10 f
teplotniacute roztažnost
DPŽ ndash Hrubyacute 73
C3482237012 TTT
336 1000122
10002434810511 times
timestimestimes
teplotaaT
3580160
5104601000201000020
10052
1140
22
times
times
c
fbf
a NNE
hroziacute poruchateplota
aa Ł
Př Vetknutyacute sloupek 22
DPŽ ndash Hrubyacute 74
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 14
22SeeS
nomnomficfic Se 22
2
1
2
1
2
1
2
1
Neuber
1
2222
2222
1 nfic
vKEEE
SSeU
mmelfic E 1
c
bnK
nf
f
b
c
f
fE
do Ramberga-Osgooda
naaa
KE
1
DPŽ ndash Hrubyacute 75
mmelfic E 1
m
bc
f
f
m
ficEE
E
1
m
bc
f
fmm
ficE
E
1
1
0
f
1
fic
m
bc
f
fm E
i
iii
f
f1
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 24
DPŽ ndash Hrubyacute 76
11
1
1
1
1
1
bc
f
i
f
f
m
bc
f
i
fimi
m
bc
f
i
fimi
fic
m
bc
f
i
fimi
ii
b
cEEmEm
E
1
npl
K
E
el
1
n
KE
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 34
DPŽ ndash Hrubyacute 77
K [MPa] n [-] c [-] εrsquof [-] b [-] σrsquof [MPa] E [MPa]
1020 014066 -06586 0921985 -0092718 1009234 21105
MPa700fic 50m
Iterace
Napětiacute ve vrubu
[MPa]
0 700
1 55953
2 48112
3 45414
4 45114
5 45111
6 45111 0005175
00030270002148
plel
00030271020
11451
1406601
1
npl
K
00021481012
114515
times
E
el
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 44
DPŽ ndash Hrubyacute 57
Haighův (Goodmanův) diagram
0Re Re Rm
Re
-m +m
a
aekv
k
F
mCA
1
F
mCA
1
a
m
F Re
C
k = 2
CC
F tg
k = 1
odhad fiktivniacuteho napětiacute
tah
ohyb
krut
Rm
Rm
Rm
F
F
F
8070
7151
t
Hodnoty součinitele citlivosti k asymetrii cyklu ψ
(bdquosbiacutehavostldquo)
Goodmanova čaacutera
DPŽ ndash Hrubyacute 58
Vyacutepočet bezpečnosti
pt
mx
c
a
k
1
1
kt
m
kt
a
k
1
2
21min kkk
1pt
M
x
c
A
1
kt
M
kt
A
aA k mM k
DPŽ ndash Hrubyacute 59
Př Prutovaacute soustava ndash SU
bull absolutně tuhyacute traacutem
bull h = 1 000 mm
bull a = 500 mm
bull mez pevnosti materiaacutelu prutů 600 MPa
bull hladkeacute pruty kruhovyacute průřez 100 mm2
bull povrch prutů leštěn ndash souč jak povrchu 095
bull součinitele velikosti všech prutů 098
bull Fh = + 10 000 N
bull Fd = - 10 000 N
bull určit bezpečnost pro teoreticky
nekonečnou životnost
h
2a
F
a2
DPŽ ndash Hrubyacute 60
Př Prutovaacute soustava ndash SN
bull absolutně tuhyacute traacutem
bull h = 1 000 mm
bull a = 500 mm
bull mez pevnosti materiaacutelu prutů 600 MPa
bull hladkeacute pruty kruhovyacute průřez 100 mm2
bull povrch prutů leštěn ndash souč jak povrchu 095
bull součinitele velikosti všech prutů 098
bull Fh = + 20 000 N
bull Fd = - 20 000 N
bull určit bezpečnost pro teoreticky
nekonečnou životnost
h
a a
F
a2
DPŽ ndash Hrubyacute 61
Př Prutovaacute soustava ndash SU ndash 2 parametry
bull určit maximaacutelniacute rozmeziacute symetricky
střiacutedavyacutech sil (působiacuteciacutech ve faacutezi) pro
teoreticky nekonečnou životnost v
zaacutevislosti na uacutehlu alfa
bull l = 1 000 mm
bull mez pevnosti materiaacutelu prutů 600
MPa
bull hladkeacute pruty kruhovyacute průřez 100
mm2
bull povrch prutů leštěn ndash souč jak
povrchu 095
bull součinitele velikosti všech prutů 098
V
H
l l
1 2
V
H
N1 N2
DPŽ ndash Hrubyacute 62
zakresleniacute diagramu pro mezniacute stav
A
Vxc
A
Hxc
cos2
cos2
cotg
cos2
cotg
cos2
bezpečnost gt 1 jeden prut na mezi
uacutenavy součaacutesti tj v
jednom prutu
bezpečnost rovna
jedneacute
Př Prutovaacute soustava ndash SU ndash 2 parametry
DPŽ ndash Hrubyacute 63
Reaacutelneacute napěťodeformačniacute stavy ve
vrubech
DPŽ ndash Hrubyacute 64
Součinitel tvaru (s koncentrace
elastickyacutech napětiacute)
Součinitel koncentrace napětiacute
Součinitel koncentrace deformace
Reaacutelnaacute napětiacute a deformace ve vrubech
0
0
0
0
e
B
S
C
eSK ficfic
t
0
0
S
C
SK
0
0
e
B
eK
e
(nom)
B 0 fic
S (nom)
Brsquo
A
Arsquo
fic=S
=timesS
=times
Crsquo
C
DPŽ ndash Hrubyacute 65
Skutečnaacute napětiacute a deformace ve vrubech
22SeeS
12
0
2
12d
2
nplnpl
vKnE
KE
U
pl
Neuber Glinka
1
22
1 n
vKE
U
vfic UU
nomnomficficfic SeU 22
2
1
2
1
2
1
z rovnosti
ploch
DPŽ ndash Hrubyacute 66
0
fic
m=1
m=066
m=05m=01
m=0
Zobecněneacute Neuberovo pravidlo
5050 el
fic E
elfic EE
2
m=0 platiacute pro tvrdeacute zatěžovaacuteniacute tj
napětiacute deformačniacuteho původu
rovnoměrně rozděleneacute po
průřezu
m=1 platiacute pro měkkeacute zatěžovaacuteniacute tj
napětiacute siloveacuteho původu
rovnoměrně rozděleneacute po
průřezu
m=01 pro napětiacute deformačniacuteho
původu mimo vruby (např
teplotniacute pnutiacute)
m=05 pro vruby zatiacuteženeacute silově i
deformačně (Neuberovo
pravidlo)
m=06 pro napětiacute siloveacuteho původu
nerovnoměrně rozloženaacute po
průřezu (např při ohybu) mmel
fic E 1
DPŽ ndash Hrubyacute 67
Př Ramberg-Osgood 12
Vzorek bez vrubu z oceli 11 5231 je vystaven tvrdeacutemu zatěžovaacuteniacute o amplitudě celkoveacute
deformace 102 3timesa Určit amplitudu napětiacute Je zadaacuteno
MPa10072 5timesE
MPa1164K
1990n
0
100
200
300
400
500
600
700
0000 0005 0010 0015 0020 0025 0030
am
plitu
da n
ap
ětiacute
[M
Pa]
amplituda poměrneacute plastikeacute deformace [-]
CDK
n
apla K
DPŽ ndash Hrubyacute 68
-300 -200 -100 0 100 200 300260
280
300
320
340
360
380
ai
ai+
1
Př Ramberg-Osgood 22
MATLAB
sig=50
krok=0
for i=110000
krok=krok+1
Sig=1164(2e-3 - sig207e5)^0199
if abs(Sig-sig)lt00001
break
end
sig=Sig
end Pro libovolnyacute odhad je řešeniacute MPa273a
1990
5
1
1007200201164
times
iai
a
19901
5 1164100720020
times aa
1
naa
aKE
DPŽ ndash Hrubyacute 69
Př koncentrace napětiacute vs deformace 13
Vzorek z oceli 11 5231 je vystaven měkkeacutemu zatěžovaacuteniacute v podeacutelneacutem směru o amplitudě
napětiacute 200 MPa Určit elastickou a plastickou složku poměrneacute deformace
662
MPa10072 5timesE MPa1164K 1990n
zadaacuteno vůči neoslabeneacutemu nominaacutelniacutemu napětiacute
mimo vrub pro danou hladinu zatiacuteženiacute
200
Oslash10
20
5
DPŽ ndash Hrubyacute 70
MPa3533200662 times avruba
319901
1
1014301164
200
times
na
aplK
019801164
3533
19901
1
nvrubavrub
aplK
3
5109660
10072
200 timestimes
E
aael
0026010072
35335
times
E
vrubavrub
ael
333 101091109660101430 timestimestimes aplaela
1720101091
022403
times
a
vruba
Př koncentrace napětiacute vs deformace 23
022400198000260 vrubapl
vrubael
vruba
DPŽ ndash Hrubyacute 71
Př koncentrace napětiacute vs deformace 33
MKP elastickeacute řešeniacute
MKP elastoplastickeacute řešeniacute
324200
863max a
a
1720
662
DPŽ ndash Hrubyacute 72
Př Vetknutyacute sloupek 12
-16 K10511 times
50 100
Ocelovyacute sloupek = lopatka dmychadla je vloženyacute mezi dva tuheacute členy = disky
oběžneacuteho kola a je namaacutehaacuten cyklicky proměnnou teplotou
Uacutekol Posoudit zda hroziacute porušeniacute při 10 000 teplotniacutech cyklech
Daacuteno rozsah pracovniacutech teplot T1 = 22 degC T2 = 370 degC
modul pružnosti v tahu E = 205 GPa
uacutenavovaacute křivka poměrneacute deformace vztaženaacute
k provozniacute teplotě s parametry
160b
580c
MPa1140 f
10 f
teplotniacute roztažnost
DPŽ ndash Hrubyacute 73
C3482237012 TTT
336 1000122
10002434810511 times
timestimestimes
teplotaaT
3580160
5104601000201000020
10052
1140
22
times
times
c
fbf
a NNE
hroziacute poruchateplota
aa Ł
Př Vetknutyacute sloupek 22
DPŽ ndash Hrubyacute 74
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 14
22SeeS
nomnomficfic Se 22
2
1
2
1
2
1
2
1
Neuber
1
2222
2222
1 nfic
vKEEE
SSeU
mmelfic E 1
c
bnK
nf
f
b
c
f
fE
do Ramberga-Osgooda
naaa
KE
1
DPŽ ndash Hrubyacute 75
mmelfic E 1
m
bc
f
f
m
ficEE
E
1
m
bc
f
fmm
ficE
E
1
1
0
f
1
fic
m
bc
f
fm E
i
iii
f
f1
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 24
DPŽ ndash Hrubyacute 76
11
1
1
1
1
1
bc
f
i
f
f
m
bc
f
i
fimi
m
bc
f
i
fimi
fic
m
bc
f
i
fimi
ii
b
cEEmEm
E
1
npl
K
E
el
1
n
KE
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 34
DPŽ ndash Hrubyacute 77
K [MPa] n [-] c [-] εrsquof [-] b [-] σrsquof [MPa] E [MPa]
1020 014066 -06586 0921985 -0092718 1009234 21105
MPa700fic 50m
Iterace
Napětiacute ve vrubu
[MPa]
0 700
1 55953
2 48112
3 45414
4 45114
5 45111
6 45111 0005175
00030270002148
plel
00030271020
11451
1406601
1
npl
K
00021481012
114515
times
E
el
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 44
DPŽ ndash Hrubyacute 58
Vyacutepočet bezpečnosti
pt
mx
c
a
k
1
1
kt
m
kt
a
k
1
2
21min kkk
1pt
M
x
c
A
1
kt
M
kt
A
aA k mM k
DPŽ ndash Hrubyacute 59
Př Prutovaacute soustava ndash SU
bull absolutně tuhyacute traacutem
bull h = 1 000 mm
bull a = 500 mm
bull mez pevnosti materiaacutelu prutů 600 MPa
bull hladkeacute pruty kruhovyacute průřez 100 mm2
bull povrch prutů leštěn ndash souč jak povrchu 095
bull součinitele velikosti všech prutů 098
bull Fh = + 10 000 N
bull Fd = - 10 000 N
bull určit bezpečnost pro teoreticky
nekonečnou životnost
h
2a
F
a2
DPŽ ndash Hrubyacute 60
Př Prutovaacute soustava ndash SN
bull absolutně tuhyacute traacutem
bull h = 1 000 mm
bull a = 500 mm
bull mez pevnosti materiaacutelu prutů 600 MPa
bull hladkeacute pruty kruhovyacute průřez 100 mm2
bull povrch prutů leštěn ndash souč jak povrchu 095
bull součinitele velikosti všech prutů 098
bull Fh = + 20 000 N
bull Fd = - 20 000 N
bull určit bezpečnost pro teoreticky
nekonečnou životnost
h
a a
F
a2
DPŽ ndash Hrubyacute 61
Př Prutovaacute soustava ndash SU ndash 2 parametry
bull určit maximaacutelniacute rozmeziacute symetricky
střiacutedavyacutech sil (působiacuteciacutech ve faacutezi) pro
teoreticky nekonečnou životnost v
zaacutevislosti na uacutehlu alfa
bull l = 1 000 mm
bull mez pevnosti materiaacutelu prutů 600
MPa
bull hladkeacute pruty kruhovyacute průřez 100
mm2
bull povrch prutů leštěn ndash souč jak
povrchu 095
bull součinitele velikosti všech prutů 098
V
H
l l
1 2
V
H
N1 N2
DPŽ ndash Hrubyacute 62
zakresleniacute diagramu pro mezniacute stav
A
Vxc
A
Hxc
cos2
cos2
cotg
cos2
cotg
cos2
bezpečnost gt 1 jeden prut na mezi
uacutenavy součaacutesti tj v
jednom prutu
bezpečnost rovna
jedneacute
Př Prutovaacute soustava ndash SU ndash 2 parametry
DPŽ ndash Hrubyacute 63
Reaacutelneacute napěťodeformačniacute stavy ve
vrubech
DPŽ ndash Hrubyacute 64
Součinitel tvaru (s koncentrace
elastickyacutech napětiacute)
Součinitel koncentrace napětiacute
Součinitel koncentrace deformace
Reaacutelnaacute napětiacute a deformace ve vrubech
0
0
0
0
e
B
S
C
eSK ficfic
t
0
0
S
C
SK
0
0
e
B
eK
e
(nom)
B 0 fic
S (nom)
Brsquo
A
Arsquo
fic=S
=timesS
=times
Crsquo
C
DPŽ ndash Hrubyacute 65
Skutečnaacute napětiacute a deformace ve vrubech
22SeeS
12
0
2
12d
2
nplnpl
vKnE
KE
U
pl
Neuber Glinka
1
22
1 n
vKE
U
vfic UU
nomnomficficfic SeU 22
2
1
2
1
2
1
z rovnosti
ploch
DPŽ ndash Hrubyacute 66
0
fic
m=1
m=066
m=05m=01
m=0
Zobecněneacute Neuberovo pravidlo
5050 el
fic E
elfic EE
2
m=0 platiacute pro tvrdeacute zatěžovaacuteniacute tj
napětiacute deformačniacuteho původu
rovnoměrně rozděleneacute po
průřezu
m=1 platiacute pro měkkeacute zatěžovaacuteniacute tj
napětiacute siloveacuteho původu
rovnoměrně rozděleneacute po
průřezu
m=01 pro napětiacute deformačniacuteho
původu mimo vruby (např
teplotniacute pnutiacute)
m=05 pro vruby zatiacuteženeacute silově i
deformačně (Neuberovo
pravidlo)
m=06 pro napětiacute siloveacuteho původu
nerovnoměrně rozloženaacute po
průřezu (např při ohybu) mmel
fic E 1
DPŽ ndash Hrubyacute 67
Př Ramberg-Osgood 12
Vzorek bez vrubu z oceli 11 5231 je vystaven tvrdeacutemu zatěžovaacuteniacute o amplitudě celkoveacute
deformace 102 3timesa Určit amplitudu napětiacute Je zadaacuteno
MPa10072 5timesE
MPa1164K
1990n
0
100
200
300
400
500
600
700
0000 0005 0010 0015 0020 0025 0030
am
plitu
da n
ap
ětiacute
[M
Pa]
amplituda poměrneacute plastikeacute deformace [-]
CDK
n
apla K
DPŽ ndash Hrubyacute 68
-300 -200 -100 0 100 200 300260
280
300
320
340
360
380
ai
ai+
1
Př Ramberg-Osgood 22
MATLAB
sig=50
krok=0
for i=110000
krok=krok+1
Sig=1164(2e-3 - sig207e5)^0199
if abs(Sig-sig)lt00001
break
end
sig=Sig
end Pro libovolnyacute odhad je řešeniacute MPa273a
1990
5
1
1007200201164
times
iai
a
19901
5 1164100720020
times aa
1
naa
aKE
DPŽ ndash Hrubyacute 69
Př koncentrace napětiacute vs deformace 13
Vzorek z oceli 11 5231 je vystaven měkkeacutemu zatěžovaacuteniacute v podeacutelneacutem směru o amplitudě
napětiacute 200 MPa Určit elastickou a plastickou složku poměrneacute deformace
662
MPa10072 5timesE MPa1164K 1990n
zadaacuteno vůči neoslabeneacutemu nominaacutelniacutemu napětiacute
mimo vrub pro danou hladinu zatiacuteženiacute
200
Oslash10
20
5
DPŽ ndash Hrubyacute 70
MPa3533200662 times avruba
319901
1
1014301164
200
times
na
aplK
019801164
3533
19901
1
nvrubavrub
aplK
3
5109660
10072
200 timestimes
E
aael
0026010072
35335
times
E
vrubavrub
ael
333 101091109660101430 timestimestimes aplaela
1720101091
022403
times
a
vruba
Př koncentrace napětiacute vs deformace 23
022400198000260 vrubapl
vrubael
vruba
DPŽ ndash Hrubyacute 71
Př koncentrace napětiacute vs deformace 33
MKP elastickeacute řešeniacute
MKP elastoplastickeacute řešeniacute
324200
863max a
a
1720
662
DPŽ ndash Hrubyacute 72
Př Vetknutyacute sloupek 12
-16 K10511 times
50 100
Ocelovyacute sloupek = lopatka dmychadla je vloženyacute mezi dva tuheacute členy = disky
oběžneacuteho kola a je namaacutehaacuten cyklicky proměnnou teplotou
Uacutekol Posoudit zda hroziacute porušeniacute při 10 000 teplotniacutech cyklech
Daacuteno rozsah pracovniacutech teplot T1 = 22 degC T2 = 370 degC
modul pružnosti v tahu E = 205 GPa
uacutenavovaacute křivka poměrneacute deformace vztaženaacute
k provozniacute teplotě s parametry
160b
580c
MPa1140 f
10 f
teplotniacute roztažnost
DPŽ ndash Hrubyacute 73
C3482237012 TTT
336 1000122
10002434810511 times
timestimestimes
teplotaaT
3580160
5104601000201000020
10052
1140
22
times
times
c
fbf
a NNE
hroziacute poruchateplota
aa Ł
Př Vetknutyacute sloupek 22
DPŽ ndash Hrubyacute 74
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 14
22SeeS
nomnomficfic Se 22
2
1
2
1
2
1
2
1
Neuber
1
2222
2222
1 nfic
vKEEE
SSeU
mmelfic E 1
c
bnK
nf
f
b
c
f
fE
do Ramberga-Osgooda
naaa
KE
1
DPŽ ndash Hrubyacute 75
mmelfic E 1
m
bc
f
f
m
ficEE
E
1
m
bc
f
fmm
ficE
E
1
1
0
f
1
fic
m
bc
f
fm E
i
iii
f
f1
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 24
DPŽ ndash Hrubyacute 76
11
1
1
1
1
1
bc
f
i
f
f
m
bc
f
i
fimi
m
bc
f
i
fimi
fic
m
bc
f
i
fimi
ii
b
cEEmEm
E
1
npl
K
E
el
1
n
KE
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 34
DPŽ ndash Hrubyacute 77
K [MPa] n [-] c [-] εrsquof [-] b [-] σrsquof [MPa] E [MPa]
1020 014066 -06586 0921985 -0092718 1009234 21105
MPa700fic 50m
Iterace
Napětiacute ve vrubu
[MPa]
0 700
1 55953
2 48112
3 45414
4 45114
5 45111
6 45111 0005175
00030270002148
plel
00030271020
11451
1406601
1
npl
K
00021481012
114515
times
E
el
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 44
DPŽ ndash Hrubyacute 59
Př Prutovaacute soustava ndash SU
bull absolutně tuhyacute traacutem
bull h = 1 000 mm
bull a = 500 mm
bull mez pevnosti materiaacutelu prutů 600 MPa
bull hladkeacute pruty kruhovyacute průřez 100 mm2
bull povrch prutů leštěn ndash souč jak povrchu 095
bull součinitele velikosti všech prutů 098
bull Fh = + 10 000 N
bull Fd = - 10 000 N
bull určit bezpečnost pro teoreticky
nekonečnou životnost
h
2a
F
a2
DPŽ ndash Hrubyacute 60
Př Prutovaacute soustava ndash SN
bull absolutně tuhyacute traacutem
bull h = 1 000 mm
bull a = 500 mm
bull mez pevnosti materiaacutelu prutů 600 MPa
bull hladkeacute pruty kruhovyacute průřez 100 mm2
bull povrch prutů leštěn ndash souč jak povrchu 095
bull součinitele velikosti všech prutů 098
bull Fh = + 20 000 N
bull Fd = - 20 000 N
bull určit bezpečnost pro teoreticky
nekonečnou životnost
h
a a
F
a2
DPŽ ndash Hrubyacute 61
Př Prutovaacute soustava ndash SU ndash 2 parametry
bull určit maximaacutelniacute rozmeziacute symetricky
střiacutedavyacutech sil (působiacuteciacutech ve faacutezi) pro
teoreticky nekonečnou životnost v
zaacutevislosti na uacutehlu alfa
bull l = 1 000 mm
bull mez pevnosti materiaacutelu prutů 600
MPa
bull hladkeacute pruty kruhovyacute průřez 100
mm2
bull povrch prutů leštěn ndash souč jak
povrchu 095
bull součinitele velikosti všech prutů 098
V
H
l l
1 2
V
H
N1 N2
DPŽ ndash Hrubyacute 62
zakresleniacute diagramu pro mezniacute stav
A
Vxc
A
Hxc
cos2
cos2
cotg
cos2
cotg
cos2
bezpečnost gt 1 jeden prut na mezi
uacutenavy součaacutesti tj v
jednom prutu
bezpečnost rovna
jedneacute
Př Prutovaacute soustava ndash SU ndash 2 parametry
DPŽ ndash Hrubyacute 63
Reaacutelneacute napěťodeformačniacute stavy ve
vrubech
DPŽ ndash Hrubyacute 64
Součinitel tvaru (s koncentrace
elastickyacutech napětiacute)
Součinitel koncentrace napětiacute
Součinitel koncentrace deformace
Reaacutelnaacute napětiacute a deformace ve vrubech
0
0
0
0
e
B
S
C
eSK ficfic
t
0
0
S
C
SK
0
0
e
B
eK
e
(nom)
B 0 fic
S (nom)
Brsquo
A
Arsquo
fic=S
=timesS
=times
Crsquo
C
DPŽ ndash Hrubyacute 65
Skutečnaacute napětiacute a deformace ve vrubech
22SeeS
12
0
2
12d
2
nplnpl
vKnE
KE
U
pl
Neuber Glinka
1
22
1 n
vKE
U
vfic UU
nomnomficficfic SeU 22
2
1
2
1
2
1
z rovnosti
ploch
DPŽ ndash Hrubyacute 66
0
fic
m=1
m=066
m=05m=01
m=0
Zobecněneacute Neuberovo pravidlo
5050 el
fic E
elfic EE
2
m=0 platiacute pro tvrdeacute zatěžovaacuteniacute tj
napětiacute deformačniacuteho původu
rovnoměrně rozděleneacute po
průřezu
m=1 platiacute pro měkkeacute zatěžovaacuteniacute tj
napětiacute siloveacuteho původu
rovnoměrně rozděleneacute po
průřezu
m=01 pro napětiacute deformačniacuteho
původu mimo vruby (např
teplotniacute pnutiacute)
m=05 pro vruby zatiacuteženeacute silově i
deformačně (Neuberovo
pravidlo)
m=06 pro napětiacute siloveacuteho původu
nerovnoměrně rozloženaacute po
průřezu (např při ohybu) mmel
fic E 1
DPŽ ndash Hrubyacute 67
Př Ramberg-Osgood 12
Vzorek bez vrubu z oceli 11 5231 je vystaven tvrdeacutemu zatěžovaacuteniacute o amplitudě celkoveacute
deformace 102 3timesa Určit amplitudu napětiacute Je zadaacuteno
MPa10072 5timesE
MPa1164K
1990n
0
100
200
300
400
500
600
700
0000 0005 0010 0015 0020 0025 0030
am
plitu
da n
ap
ětiacute
[M
Pa]
amplituda poměrneacute plastikeacute deformace [-]
CDK
n
apla K
DPŽ ndash Hrubyacute 68
-300 -200 -100 0 100 200 300260
280
300
320
340
360
380
ai
ai+
1
Př Ramberg-Osgood 22
MATLAB
sig=50
krok=0
for i=110000
krok=krok+1
Sig=1164(2e-3 - sig207e5)^0199
if abs(Sig-sig)lt00001
break
end
sig=Sig
end Pro libovolnyacute odhad je řešeniacute MPa273a
1990
5
1
1007200201164
times
iai
a
19901
5 1164100720020
times aa
1
naa
aKE
DPŽ ndash Hrubyacute 69
Př koncentrace napětiacute vs deformace 13
Vzorek z oceli 11 5231 je vystaven měkkeacutemu zatěžovaacuteniacute v podeacutelneacutem směru o amplitudě
napětiacute 200 MPa Určit elastickou a plastickou složku poměrneacute deformace
662
MPa10072 5timesE MPa1164K 1990n
zadaacuteno vůči neoslabeneacutemu nominaacutelniacutemu napětiacute
mimo vrub pro danou hladinu zatiacuteženiacute
200
Oslash10
20
5
DPŽ ndash Hrubyacute 70
MPa3533200662 times avruba
319901
1
1014301164
200
times
na
aplK
019801164
3533
19901
1
nvrubavrub
aplK
3
5109660
10072
200 timestimes
E
aael
0026010072
35335
times
E
vrubavrub
ael
333 101091109660101430 timestimestimes aplaela
1720101091
022403
times
a
vruba
Př koncentrace napětiacute vs deformace 23
022400198000260 vrubapl
vrubael
vruba
DPŽ ndash Hrubyacute 71
Př koncentrace napětiacute vs deformace 33
MKP elastickeacute řešeniacute
MKP elastoplastickeacute řešeniacute
324200
863max a
a
1720
662
DPŽ ndash Hrubyacute 72
Př Vetknutyacute sloupek 12
-16 K10511 times
50 100
Ocelovyacute sloupek = lopatka dmychadla je vloženyacute mezi dva tuheacute členy = disky
oběžneacuteho kola a je namaacutehaacuten cyklicky proměnnou teplotou
Uacutekol Posoudit zda hroziacute porušeniacute při 10 000 teplotniacutech cyklech
Daacuteno rozsah pracovniacutech teplot T1 = 22 degC T2 = 370 degC
modul pružnosti v tahu E = 205 GPa
uacutenavovaacute křivka poměrneacute deformace vztaženaacute
k provozniacute teplotě s parametry
160b
580c
MPa1140 f
10 f
teplotniacute roztažnost
DPŽ ndash Hrubyacute 73
C3482237012 TTT
336 1000122
10002434810511 times
timestimestimes
teplotaaT
3580160
5104601000201000020
10052
1140
22
times
times
c
fbf
a NNE
hroziacute poruchateplota
aa Ł
Př Vetknutyacute sloupek 22
DPŽ ndash Hrubyacute 74
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 14
22SeeS
nomnomficfic Se 22
2
1
2
1
2
1
2
1
Neuber
1
2222
2222
1 nfic
vKEEE
SSeU
mmelfic E 1
c
bnK
nf
f
b
c
f
fE
do Ramberga-Osgooda
naaa
KE
1
DPŽ ndash Hrubyacute 75
mmelfic E 1
m
bc
f
f
m
ficEE
E
1
m
bc
f
fmm
ficE
E
1
1
0
f
1
fic
m
bc
f
fm E
i
iii
f
f1
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 24
DPŽ ndash Hrubyacute 76
11
1
1
1
1
1
bc
f
i
f
f
m
bc
f
i
fimi
m
bc
f
i
fimi
fic
m
bc
f
i
fimi
ii
b
cEEmEm
E
1
npl
K
E
el
1
n
KE
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 34
DPŽ ndash Hrubyacute 77
K [MPa] n [-] c [-] εrsquof [-] b [-] σrsquof [MPa] E [MPa]
1020 014066 -06586 0921985 -0092718 1009234 21105
MPa700fic 50m
Iterace
Napětiacute ve vrubu
[MPa]
0 700
1 55953
2 48112
3 45414
4 45114
5 45111
6 45111 0005175
00030270002148
plel
00030271020
11451
1406601
1
npl
K
00021481012
114515
times
E
el
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 44
DPŽ ndash Hrubyacute 60
Př Prutovaacute soustava ndash SN
bull absolutně tuhyacute traacutem
bull h = 1 000 mm
bull a = 500 mm
bull mez pevnosti materiaacutelu prutů 600 MPa
bull hladkeacute pruty kruhovyacute průřez 100 mm2
bull povrch prutů leštěn ndash souč jak povrchu 095
bull součinitele velikosti všech prutů 098
bull Fh = + 20 000 N
bull Fd = - 20 000 N
bull určit bezpečnost pro teoreticky
nekonečnou životnost
h
a a
F
a2
DPŽ ndash Hrubyacute 61
Př Prutovaacute soustava ndash SU ndash 2 parametry
bull určit maximaacutelniacute rozmeziacute symetricky
střiacutedavyacutech sil (působiacuteciacutech ve faacutezi) pro
teoreticky nekonečnou životnost v
zaacutevislosti na uacutehlu alfa
bull l = 1 000 mm
bull mez pevnosti materiaacutelu prutů 600
MPa
bull hladkeacute pruty kruhovyacute průřez 100
mm2
bull povrch prutů leštěn ndash souč jak
povrchu 095
bull součinitele velikosti všech prutů 098
V
H
l l
1 2
V
H
N1 N2
DPŽ ndash Hrubyacute 62
zakresleniacute diagramu pro mezniacute stav
A
Vxc
A
Hxc
cos2
cos2
cotg
cos2
cotg
cos2
bezpečnost gt 1 jeden prut na mezi
uacutenavy součaacutesti tj v
jednom prutu
bezpečnost rovna
jedneacute
Př Prutovaacute soustava ndash SU ndash 2 parametry
DPŽ ndash Hrubyacute 63
Reaacutelneacute napěťodeformačniacute stavy ve
vrubech
DPŽ ndash Hrubyacute 64
Součinitel tvaru (s koncentrace
elastickyacutech napětiacute)
Součinitel koncentrace napětiacute
Součinitel koncentrace deformace
Reaacutelnaacute napětiacute a deformace ve vrubech
0
0
0
0
e
B
S
C
eSK ficfic
t
0
0
S
C
SK
0
0
e
B
eK
e
(nom)
B 0 fic
S (nom)
Brsquo
A
Arsquo
fic=S
=timesS
=times
Crsquo
C
DPŽ ndash Hrubyacute 65
Skutečnaacute napětiacute a deformace ve vrubech
22SeeS
12
0
2
12d
2
nplnpl
vKnE
KE
U
pl
Neuber Glinka
1
22
1 n
vKE
U
vfic UU
nomnomficficfic SeU 22
2
1
2
1
2
1
z rovnosti
ploch
DPŽ ndash Hrubyacute 66
0
fic
m=1
m=066
m=05m=01
m=0
Zobecněneacute Neuberovo pravidlo
5050 el
fic E
elfic EE
2
m=0 platiacute pro tvrdeacute zatěžovaacuteniacute tj
napětiacute deformačniacuteho původu
rovnoměrně rozděleneacute po
průřezu
m=1 platiacute pro měkkeacute zatěžovaacuteniacute tj
napětiacute siloveacuteho původu
rovnoměrně rozděleneacute po
průřezu
m=01 pro napětiacute deformačniacuteho
původu mimo vruby (např
teplotniacute pnutiacute)
m=05 pro vruby zatiacuteženeacute silově i
deformačně (Neuberovo
pravidlo)
m=06 pro napětiacute siloveacuteho původu
nerovnoměrně rozloženaacute po
průřezu (např při ohybu) mmel
fic E 1
DPŽ ndash Hrubyacute 67
Př Ramberg-Osgood 12
Vzorek bez vrubu z oceli 11 5231 je vystaven tvrdeacutemu zatěžovaacuteniacute o amplitudě celkoveacute
deformace 102 3timesa Určit amplitudu napětiacute Je zadaacuteno
MPa10072 5timesE
MPa1164K
1990n
0
100
200
300
400
500
600
700
0000 0005 0010 0015 0020 0025 0030
am
plitu
da n
ap
ětiacute
[M
Pa]
amplituda poměrneacute plastikeacute deformace [-]
CDK
n
apla K
DPŽ ndash Hrubyacute 68
-300 -200 -100 0 100 200 300260
280
300
320
340
360
380
ai
ai+
1
Př Ramberg-Osgood 22
MATLAB
sig=50
krok=0
for i=110000
krok=krok+1
Sig=1164(2e-3 - sig207e5)^0199
if abs(Sig-sig)lt00001
break
end
sig=Sig
end Pro libovolnyacute odhad je řešeniacute MPa273a
1990
5
1
1007200201164
times
iai
a
19901
5 1164100720020
times aa
1
naa
aKE
DPŽ ndash Hrubyacute 69
Př koncentrace napětiacute vs deformace 13
Vzorek z oceli 11 5231 je vystaven měkkeacutemu zatěžovaacuteniacute v podeacutelneacutem směru o amplitudě
napětiacute 200 MPa Určit elastickou a plastickou složku poměrneacute deformace
662
MPa10072 5timesE MPa1164K 1990n
zadaacuteno vůči neoslabeneacutemu nominaacutelniacutemu napětiacute
mimo vrub pro danou hladinu zatiacuteženiacute
200
Oslash10
20
5
DPŽ ndash Hrubyacute 70
MPa3533200662 times avruba
319901
1
1014301164
200
times
na
aplK
019801164
3533
19901
1
nvrubavrub
aplK
3
5109660
10072
200 timestimes
E
aael
0026010072
35335
times
E
vrubavrub
ael
333 101091109660101430 timestimestimes aplaela
1720101091
022403
times
a
vruba
Př koncentrace napětiacute vs deformace 23
022400198000260 vrubapl
vrubael
vruba
DPŽ ndash Hrubyacute 71
Př koncentrace napětiacute vs deformace 33
MKP elastickeacute řešeniacute
MKP elastoplastickeacute řešeniacute
324200
863max a
a
1720
662
DPŽ ndash Hrubyacute 72
Př Vetknutyacute sloupek 12
-16 K10511 times
50 100
Ocelovyacute sloupek = lopatka dmychadla je vloženyacute mezi dva tuheacute členy = disky
oběžneacuteho kola a je namaacutehaacuten cyklicky proměnnou teplotou
Uacutekol Posoudit zda hroziacute porušeniacute při 10 000 teplotniacutech cyklech
Daacuteno rozsah pracovniacutech teplot T1 = 22 degC T2 = 370 degC
modul pružnosti v tahu E = 205 GPa
uacutenavovaacute křivka poměrneacute deformace vztaženaacute
k provozniacute teplotě s parametry
160b
580c
MPa1140 f
10 f
teplotniacute roztažnost
DPŽ ndash Hrubyacute 73
C3482237012 TTT
336 1000122
10002434810511 times
timestimestimes
teplotaaT
3580160
5104601000201000020
10052
1140
22
times
times
c
fbf
a NNE
hroziacute poruchateplota
aa Ł
Př Vetknutyacute sloupek 22
DPŽ ndash Hrubyacute 74
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 14
22SeeS
nomnomficfic Se 22
2
1
2
1
2
1
2
1
Neuber
1
2222
2222
1 nfic
vKEEE
SSeU
mmelfic E 1
c
bnK
nf
f
b
c
f
fE
do Ramberga-Osgooda
naaa
KE
1
DPŽ ndash Hrubyacute 75
mmelfic E 1
m
bc
f
f
m
ficEE
E
1
m
bc
f
fmm
ficE
E
1
1
0
f
1
fic
m
bc
f
fm E
i
iii
f
f1
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 24
DPŽ ndash Hrubyacute 76
11
1
1
1
1
1
bc
f
i
f
f
m
bc
f
i
fimi
m
bc
f
i
fimi
fic
m
bc
f
i
fimi
ii
b
cEEmEm
E
1
npl
K
E
el
1
n
KE
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 34
DPŽ ndash Hrubyacute 77
K [MPa] n [-] c [-] εrsquof [-] b [-] σrsquof [MPa] E [MPa]
1020 014066 -06586 0921985 -0092718 1009234 21105
MPa700fic 50m
Iterace
Napětiacute ve vrubu
[MPa]
0 700
1 55953
2 48112
3 45414
4 45114
5 45111
6 45111 0005175
00030270002148
plel
00030271020
11451
1406601
1
npl
K
00021481012
114515
times
E
el
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 44
DPŽ ndash Hrubyacute 61
Př Prutovaacute soustava ndash SU ndash 2 parametry
bull určit maximaacutelniacute rozmeziacute symetricky
střiacutedavyacutech sil (působiacuteciacutech ve faacutezi) pro
teoreticky nekonečnou životnost v
zaacutevislosti na uacutehlu alfa
bull l = 1 000 mm
bull mez pevnosti materiaacutelu prutů 600
MPa
bull hladkeacute pruty kruhovyacute průřez 100
mm2
bull povrch prutů leštěn ndash souč jak
povrchu 095
bull součinitele velikosti všech prutů 098
V
H
l l
1 2
V
H
N1 N2
DPŽ ndash Hrubyacute 62
zakresleniacute diagramu pro mezniacute stav
A
Vxc
A
Hxc
cos2
cos2
cotg
cos2
cotg
cos2
bezpečnost gt 1 jeden prut na mezi
uacutenavy součaacutesti tj v
jednom prutu
bezpečnost rovna
jedneacute
Př Prutovaacute soustava ndash SU ndash 2 parametry
DPŽ ndash Hrubyacute 63
Reaacutelneacute napěťodeformačniacute stavy ve
vrubech
DPŽ ndash Hrubyacute 64
Součinitel tvaru (s koncentrace
elastickyacutech napětiacute)
Součinitel koncentrace napětiacute
Součinitel koncentrace deformace
Reaacutelnaacute napětiacute a deformace ve vrubech
0
0
0
0
e
B
S
C
eSK ficfic
t
0
0
S
C
SK
0
0
e
B
eK
e
(nom)
B 0 fic
S (nom)
Brsquo
A
Arsquo
fic=S
=timesS
=times
Crsquo
C
DPŽ ndash Hrubyacute 65
Skutečnaacute napětiacute a deformace ve vrubech
22SeeS
12
0
2
12d
2
nplnpl
vKnE
KE
U
pl
Neuber Glinka
1
22
1 n
vKE
U
vfic UU
nomnomficficfic SeU 22
2
1
2
1
2
1
z rovnosti
ploch
DPŽ ndash Hrubyacute 66
0
fic
m=1
m=066
m=05m=01
m=0
Zobecněneacute Neuberovo pravidlo
5050 el
fic E
elfic EE
2
m=0 platiacute pro tvrdeacute zatěžovaacuteniacute tj
napětiacute deformačniacuteho původu
rovnoměrně rozděleneacute po
průřezu
m=1 platiacute pro měkkeacute zatěžovaacuteniacute tj
napětiacute siloveacuteho původu
rovnoměrně rozděleneacute po
průřezu
m=01 pro napětiacute deformačniacuteho
původu mimo vruby (např
teplotniacute pnutiacute)
m=05 pro vruby zatiacuteženeacute silově i
deformačně (Neuberovo
pravidlo)
m=06 pro napětiacute siloveacuteho původu
nerovnoměrně rozloženaacute po
průřezu (např při ohybu) mmel
fic E 1
DPŽ ndash Hrubyacute 67
Př Ramberg-Osgood 12
Vzorek bez vrubu z oceli 11 5231 je vystaven tvrdeacutemu zatěžovaacuteniacute o amplitudě celkoveacute
deformace 102 3timesa Určit amplitudu napětiacute Je zadaacuteno
MPa10072 5timesE
MPa1164K
1990n
0
100
200
300
400
500
600
700
0000 0005 0010 0015 0020 0025 0030
am
plitu
da n
ap
ětiacute
[M
Pa]
amplituda poměrneacute plastikeacute deformace [-]
CDK
n
apla K
DPŽ ndash Hrubyacute 68
-300 -200 -100 0 100 200 300260
280
300
320
340
360
380
ai
ai+
1
Př Ramberg-Osgood 22
MATLAB
sig=50
krok=0
for i=110000
krok=krok+1
Sig=1164(2e-3 - sig207e5)^0199
if abs(Sig-sig)lt00001
break
end
sig=Sig
end Pro libovolnyacute odhad je řešeniacute MPa273a
1990
5
1
1007200201164
times
iai
a
19901
5 1164100720020
times aa
1
naa
aKE
DPŽ ndash Hrubyacute 69
Př koncentrace napětiacute vs deformace 13
Vzorek z oceli 11 5231 je vystaven měkkeacutemu zatěžovaacuteniacute v podeacutelneacutem směru o amplitudě
napětiacute 200 MPa Určit elastickou a plastickou složku poměrneacute deformace
662
MPa10072 5timesE MPa1164K 1990n
zadaacuteno vůči neoslabeneacutemu nominaacutelniacutemu napětiacute
mimo vrub pro danou hladinu zatiacuteženiacute
200
Oslash10
20
5
DPŽ ndash Hrubyacute 70
MPa3533200662 times avruba
319901
1
1014301164
200
times
na
aplK
019801164
3533
19901
1
nvrubavrub
aplK
3
5109660
10072
200 timestimes
E
aael
0026010072
35335
times
E
vrubavrub
ael
333 101091109660101430 timestimestimes aplaela
1720101091
022403
times
a
vruba
Př koncentrace napětiacute vs deformace 23
022400198000260 vrubapl
vrubael
vruba
DPŽ ndash Hrubyacute 71
Př koncentrace napětiacute vs deformace 33
MKP elastickeacute řešeniacute
MKP elastoplastickeacute řešeniacute
324200
863max a
a
1720
662
DPŽ ndash Hrubyacute 72
Př Vetknutyacute sloupek 12
-16 K10511 times
50 100
Ocelovyacute sloupek = lopatka dmychadla je vloženyacute mezi dva tuheacute členy = disky
oběžneacuteho kola a je namaacutehaacuten cyklicky proměnnou teplotou
Uacutekol Posoudit zda hroziacute porušeniacute při 10 000 teplotniacutech cyklech
Daacuteno rozsah pracovniacutech teplot T1 = 22 degC T2 = 370 degC
modul pružnosti v tahu E = 205 GPa
uacutenavovaacute křivka poměrneacute deformace vztaženaacute
k provozniacute teplotě s parametry
160b
580c
MPa1140 f
10 f
teplotniacute roztažnost
DPŽ ndash Hrubyacute 73
C3482237012 TTT
336 1000122
10002434810511 times
timestimestimes
teplotaaT
3580160
5104601000201000020
10052
1140
22
times
times
c
fbf
a NNE
hroziacute poruchateplota
aa Ł
Př Vetknutyacute sloupek 22
DPŽ ndash Hrubyacute 74
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 14
22SeeS
nomnomficfic Se 22
2
1
2
1
2
1
2
1
Neuber
1
2222
2222
1 nfic
vKEEE
SSeU
mmelfic E 1
c
bnK
nf
f
b
c
f
fE
do Ramberga-Osgooda
naaa
KE
1
DPŽ ndash Hrubyacute 75
mmelfic E 1
m
bc
f
f
m
ficEE
E
1
m
bc
f
fmm
ficE
E
1
1
0
f
1
fic
m
bc
f
fm E
i
iii
f
f1
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 24
DPŽ ndash Hrubyacute 76
11
1
1
1
1
1
bc
f
i
f
f
m
bc
f
i
fimi
m
bc
f
i
fimi
fic
m
bc
f
i
fimi
ii
b
cEEmEm
E
1
npl
K
E
el
1
n
KE
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 34
DPŽ ndash Hrubyacute 77
K [MPa] n [-] c [-] εrsquof [-] b [-] σrsquof [MPa] E [MPa]
1020 014066 -06586 0921985 -0092718 1009234 21105
MPa700fic 50m
Iterace
Napětiacute ve vrubu
[MPa]
0 700
1 55953
2 48112
3 45414
4 45114
5 45111
6 45111 0005175
00030270002148
plel
00030271020
11451
1406601
1
npl
K
00021481012
114515
times
E
el
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 44
DPŽ ndash Hrubyacute 62
zakresleniacute diagramu pro mezniacute stav
A
Vxc
A
Hxc
cos2
cos2
cotg
cos2
cotg
cos2
bezpečnost gt 1 jeden prut na mezi
uacutenavy součaacutesti tj v
jednom prutu
bezpečnost rovna
jedneacute
Př Prutovaacute soustava ndash SU ndash 2 parametry
DPŽ ndash Hrubyacute 63
Reaacutelneacute napěťodeformačniacute stavy ve
vrubech
DPŽ ndash Hrubyacute 64
Součinitel tvaru (s koncentrace
elastickyacutech napětiacute)
Součinitel koncentrace napětiacute
Součinitel koncentrace deformace
Reaacutelnaacute napětiacute a deformace ve vrubech
0
0
0
0
e
B
S
C
eSK ficfic
t
0
0
S
C
SK
0
0
e
B
eK
e
(nom)
B 0 fic
S (nom)
Brsquo
A
Arsquo
fic=S
=timesS
=times
Crsquo
C
DPŽ ndash Hrubyacute 65
Skutečnaacute napětiacute a deformace ve vrubech
22SeeS
12
0
2
12d
2
nplnpl
vKnE
KE
U
pl
Neuber Glinka
1
22
1 n
vKE
U
vfic UU
nomnomficficfic SeU 22
2
1
2
1
2
1
z rovnosti
ploch
DPŽ ndash Hrubyacute 66
0
fic
m=1
m=066
m=05m=01
m=0
Zobecněneacute Neuberovo pravidlo
5050 el
fic E
elfic EE
2
m=0 platiacute pro tvrdeacute zatěžovaacuteniacute tj
napětiacute deformačniacuteho původu
rovnoměrně rozděleneacute po
průřezu
m=1 platiacute pro měkkeacute zatěžovaacuteniacute tj
napětiacute siloveacuteho původu
rovnoměrně rozděleneacute po
průřezu
m=01 pro napětiacute deformačniacuteho
původu mimo vruby (např
teplotniacute pnutiacute)
m=05 pro vruby zatiacuteženeacute silově i
deformačně (Neuberovo
pravidlo)
m=06 pro napětiacute siloveacuteho původu
nerovnoměrně rozloženaacute po
průřezu (např při ohybu) mmel
fic E 1
DPŽ ndash Hrubyacute 67
Př Ramberg-Osgood 12
Vzorek bez vrubu z oceli 11 5231 je vystaven tvrdeacutemu zatěžovaacuteniacute o amplitudě celkoveacute
deformace 102 3timesa Určit amplitudu napětiacute Je zadaacuteno
MPa10072 5timesE
MPa1164K
1990n
0
100
200
300
400
500
600
700
0000 0005 0010 0015 0020 0025 0030
am
plitu
da n
ap
ětiacute
[M
Pa]
amplituda poměrneacute plastikeacute deformace [-]
CDK
n
apla K
DPŽ ndash Hrubyacute 68
-300 -200 -100 0 100 200 300260
280
300
320
340
360
380
ai
ai+
1
Př Ramberg-Osgood 22
MATLAB
sig=50
krok=0
for i=110000
krok=krok+1
Sig=1164(2e-3 - sig207e5)^0199
if abs(Sig-sig)lt00001
break
end
sig=Sig
end Pro libovolnyacute odhad je řešeniacute MPa273a
1990
5
1
1007200201164
times
iai
a
19901
5 1164100720020
times aa
1
naa
aKE
DPŽ ndash Hrubyacute 69
Př koncentrace napětiacute vs deformace 13
Vzorek z oceli 11 5231 je vystaven měkkeacutemu zatěžovaacuteniacute v podeacutelneacutem směru o amplitudě
napětiacute 200 MPa Určit elastickou a plastickou složku poměrneacute deformace
662
MPa10072 5timesE MPa1164K 1990n
zadaacuteno vůči neoslabeneacutemu nominaacutelniacutemu napětiacute
mimo vrub pro danou hladinu zatiacuteženiacute
200
Oslash10
20
5
DPŽ ndash Hrubyacute 70
MPa3533200662 times avruba
319901
1
1014301164
200
times
na
aplK
019801164
3533
19901
1
nvrubavrub
aplK
3
5109660
10072
200 timestimes
E
aael
0026010072
35335
times
E
vrubavrub
ael
333 101091109660101430 timestimestimes aplaela
1720101091
022403
times
a
vruba
Př koncentrace napětiacute vs deformace 23
022400198000260 vrubapl
vrubael
vruba
DPŽ ndash Hrubyacute 71
Př koncentrace napětiacute vs deformace 33
MKP elastickeacute řešeniacute
MKP elastoplastickeacute řešeniacute
324200
863max a
a
1720
662
DPŽ ndash Hrubyacute 72
Př Vetknutyacute sloupek 12
-16 K10511 times
50 100
Ocelovyacute sloupek = lopatka dmychadla je vloženyacute mezi dva tuheacute členy = disky
oběžneacuteho kola a je namaacutehaacuten cyklicky proměnnou teplotou
Uacutekol Posoudit zda hroziacute porušeniacute při 10 000 teplotniacutech cyklech
Daacuteno rozsah pracovniacutech teplot T1 = 22 degC T2 = 370 degC
modul pružnosti v tahu E = 205 GPa
uacutenavovaacute křivka poměrneacute deformace vztaženaacute
k provozniacute teplotě s parametry
160b
580c
MPa1140 f
10 f
teplotniacute roztažnost
DPŽ ndash Hrubyacute 73
C3482237012 TTT
336 1000122
10002434810511 times
timestimestimes
teplotaaT
3580160
5104601000201000020
10052
1140
22
times
times
c
fbf
a NNE
hroziacute poruchateplota
aa Ł
Př Vetknutyacute sloupek 22
DPŽ ndash Hrubyacute 74
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 14
22SeeS
nomnomficfic Se 22
2
1
2
1
2
1
2
1
Neuber
1
2222
2222
1 nfic
vKEEE
SSeU
mmelfic E 1
c
bnK
nf
f
b
c
f
fE
do Ramberga-Osgooda
naaa
KE
1
DPŽ ndash Hrubyacute 75
mmelfic E 1
m
bc
f
f
m
ficEE
E
1
m
bc
f
fmm
ficE
E
1
1
0
f
1
fic
m
bc
f
fm E
i
iii
f
f1
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 24
DPŽ ndash Hrubyacute 76
11
1
1
1
1
1
bc
f
i
f
f
m
bc
f
i
fimi
m
bc
f
i
fimi
fic
m
bc
f
i
fimi
ii
b
cEEmEm
E
1
npl
K
E
el
1
n
KE
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 34
DPŽ ndash Hrubyacute 77
K [MPa] n [-] c [-] εrsquof [-] b [-] σrsquof [MPa] E [MPa]
1020 014066 -06586 0921985 -0092718 1009234 21105
MPa700fic 50m
Iterace
Napětiacute ve vrubu
[MPa]
0 700
1 55953
2 48112
3 45414
4 45114
5 45111
6 45111 0005175
00030270002148
plel
00030271020
11451
1406601
1
npl
K
00021481012
114515
times
E
el
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 44
DPŽ ndash Hrubyacute 63
Reaacutelneacute napěťodeformačniacute stavy ve
vrubech
DPŽ ndash Hrubyacute 64
Součinitel tvaru (s koncentrace
elastickyacutech napětiacute)
Součinitel koncentrace napětiacute
Součinitel koncentrace deformace
Reaacutelnaacute napětiacute a deformace ve vrubech
0
0
0
0
e
B
S
C
eSK ficfic
t
0
0
S
C
SK
0
0
e
B
eK
e
(nom)
B 0 fic
S (nom)
Brsquo
A
Arsquo
fic=S
=timesS
=times
Crsquo
C
DPŽ ndash Hrubyacute 65
Skutečnaacute napětiacute a deformace ve vrubech
22SeeS
12
0
2
12d
2
nplnpl
vKnE
KE
U
pl
Neuber Glinka
1
22
1 n
vKE
U
vfic UU
nomnomficficfic SeU 22
2
1
2
1
2
1
z rovnosti
ploch
DPŽ ndash Hrubyacute 66
0
fic
m=1
m=066
m=05m=01
m=0
Zobecněneacute Neuberovo pravidlo
5050 el
fic E
elfic EE
2
m=0 platiacute pro tvrdeacute zatěžovaacuteniacute tj
napětiacute deformačniacuteho původu
rovnoměrně rozděleneacute po
průřezu
m=1 platiacute pro měkkeacute zatěžovaacuteniacute tj
napětiacute siloveacuteho původu
rovnoměrně rozděleneacute po
průřezu
m=01 pro napětiacute deformačniacuteho
původu mimo vruby (např
teplotniacute pnutiacute)
m=05 pro vruby zatiacuteženeacute silově i
deformačně (Neuberovo
pravidlo)
m=06 pro napětiacute siloveacuteho původu
nerovnoměrně rozloženaacute po
průřezu (např při ohybu) mmel
fic E 1
DPŽ ndash Hrubyacute 67
Př Ramberg-Osgood 12
Vzorek bez vrubu z oceli 11 5231 je vystaven tvrdeacutemu zatěžovaacuteniacute o amplitudě celkoveacute
deformace 102 3timesa Určit amplitudu napětiacute Je zadaacuteno
MPa10072 5timesE
MPa1164K
1990n
0
100
200
300
400
500
600
700
0000 0005 0010 0015 0020 0025 0030
am
plitu
da n
ap
ětiacute
[M
Pa]
amplituda poměrneacute plastikeacute deformace [-]
CDK
n
apla K
DPŽ ndash Hrubyacute 68
-300 -200 -100 0 100 200 300260
280
300
320
340
360
380
ai
ai+
1
Př Ramberg-Osgood 22
MATLAB
sig=50
krok=0
for i=110000
krok=krok+1
Sig=1164(2e-3 - sig207e5)^0199
if abs(Sig-sig)lt00001
break
end
sig=Sig
end Pro libovolnyacute odhad je řešeniacute MPa273a
1990
5
1
1007200201164
times
iai
a
19901
5 1164100720020
times aa
1
naa
aKE
DPŽ ndash Hrubyacute 69
Př koncentrace napětiacute vs deformace 13
Vzorek z oceli 11 5231 je vystaven měkkeacutemu zatěžovaacuteniacute v podeacutelneacutem směru o amplitudě
napětiacute 200 MPa Určit elastickou a plastickou složku poměrneacute deformace
662
MPa10072 5timesE MPa1164K 1990n
zadaacuteno vůči neoslabeneacutemu nominaacutelniacutemu napětiacute
mimo vrub pro danou hladinu zatiacuteženiacute
200
Oslash10
20
5
DPŽ ndash Hrubyacute 70
MPa3533200662 times avruba
319901
1
1014301164
200
times
na
aplK
019801164
3533
19901
1
nvrubavrub
aplK
3
5109660
10072
200 timestimes
E
aael
0026010072
35335
times
E
vrubavrub
ael
333 101091109660101430 timestimestimes aplaela
1720101091
022403
times
a
vruba
Př koncentrace napětiacute vs deformace 23
022400198000260 vrubapl
vrubael
vruba
DPŽ ndash Hrubyacute 71
Př koncentrace napětiacute vs deformace 33
MKP elastickeacute řešeniacute
MKP elastoplastickeacute řešeniacute
324200
863max a
a
1720
662
DPŽ ndash Hrubyacute 72
Př Vetknutyacute sloupek 12
-16 K10511 times
50 100
Ocelovyacute sloupek = lopatka dmychadla je vloženyacute mezi dva tuheacute členy = disky
oběžneacuteho kola a je namaacutehaacuten cyklicky proměnnou teplotou
Uacutekol Posoudit zda hroziacute porušeniacute při 10 000 teplotniacutech cyklech
Daacuteno rozsah pracovniacutech teplot T1 = 22 degC T2 = 370 degC
modul pružnosti v tahu E = 205 GPa
uacutenavovaacute křivka poměrneacute deformace vztaženaacute
k provozniacute teplotě s parametry
160b
580c
MPa1140 f
10 f
teplotniacute roztažnost
DPŽ ndash Hrubyacute 73
C3482237012 TTT
336 1000122
10002434810511 times
timestimestimes
teplotaaT
3580160
5104601000201000020
10052
1140
22
times
times
c
fbf
a NNE
hroziacute poruchateplota
aa Ł
Př Vetknutyacute sloupek 22
DPŽ ndash Hrubyacute 74
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 14
22SeeS
nomnomficfic Se 22
2
1
2
1
2
1
2
1
Neuber
1
2222
2222
1 nfic
vKEEE
SSeU
mmelfic E 1
c
bnK
nf
f
b
c
f
fE
do Ramberga-Osgooda
naaa
KE
1
DPŽ ndash Hrubyacute 75
mmelfic E 1
m
bc
f
f
m
ficEE
E
1
m
bc
f
fmm
ficE
E
1
1
0
f
1
fic
m
bc
f
fm E
i
iii
f
f1
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 24
DPŽ ndash Hrubyacute 76
11
1
1
1
1
1
bc
f
i
f
f
m
bc
f
i
fimi
m
bc
f
i
fimi
fic
m
bc
f
i
fimi
ii
b
cEEmEm
E
1
npl
K
E
el
1
n
KE
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 34
DPŽ ndash Hrubyacute 77
K [MPa] n [-] c [-] εrsquof [-] b [-] σrsquof [MPa] E [MPa]
1020 014066 -06586 0921985 -0092718 1009234 21105
MPa700fic 50m
Iterace
Napětiacute ve vrubu
[MPa]
0 700
1 55953
2 48112
3 45414
4 45114
5 45111
6 45111 0005175
00030270002148
plel
00030271020
11451
1406601
1
npl
K
00021481012
114515
times
E
el
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 44
DPŽ ndash Hrubyacute 64
Součinitel tvaru (s koncentrace
elastickyacutech napětiacute)
Součinitel koncentrace napětiacute
Součinitel koncentrace deformace
Reaacutelnaacute napětiacute a deformace ve vrubech
0
0
0
0
e
B
S
C
eSK ficfic
t
0
0
S
C
SK
0
0
e
B
eK
e
(nom)
B 0 fic
S (nom)
Brsquo
A
Arsquo
fic=S
=timesS
=times
Crsquo
C
DPŽ ndash Hrubyacute 65
Skutečnaacute napětiacute a deformace ve vrubech
22SeeS
12
0
2
12d
2
nplnpl
vKnE
KE
U
pl
Neuber Glinka
1
22
1 n
vKE
U
vfic UU
nomnomficficfic SeU 22
2
1
2
1
2
1
z rovnosti
ploch
DPŽ ndash Hrubyacute 66
0
fic
m=1
m=066
m=05m=01
m=0
Zobecněneacute Neuberovo pravidlo
5050 el
fic E
elfic EE
2
m=0 platiacute pro tvrdeacute zatěžovaacuteniacute tj
napětiacute deformačniacuteho původu
rovnoměrně rozděleneacute po
průřezu
m=1 platiacute pro měkkeacute zatěžovaacuteniacute tj
napětiacute siloveacuteho původu
rovnoměrně rozděleneacute po
průřezu
m=01 pro napětiacute deformačniacuteho
původu mimo vruby (např
teplotniacute pnutiacute)
m=05 pro vruby zatiacuteženeacute silově i
deformačně (Neuberovo
pravidlo)
m=06 pro napětiacute siloveacuteho původu
nerovnoměrně rozloženaacute po
průřezu (např při ohybu) mmel
fic E 1
DPŽ ndash Hrubyacute 67
Př Ramberg-Osgood 12
Vzorek bez vrubu z oceli 11 5231 je vystaven tvrdeacutemu zatěžovaacuteniacute o amplitudě celkoveacute
deformace 102 3timesa Určit amplitudu napětiacute Je zadaacuteno
MPa10072 5timesE
MPa1164K
1990n
0
100
200
300
400
500
600
700
0000 0005 0010 0015 0020 0025 0030
am
plitu
da n
ap
ětiacute
[M
Pa]
amplituda poměrneacute plastikeacute deformace [-]
CDK
n
apla K
DPŽ ndash Hrubyacute 68
-300 -200 -100 0 100 200 300260
280
300
320
340
360
380
ai
ai+
1
Př Ramberg-Osgood 22
MATLAB
sig=50
krok=0
for i=110000
krok=krok+1
Sig=1164(2e-3 - sig207e5)^0199
if abs(Sig-sig)lt00001
break
end
sig=Sig
end Pro libovolnyacute odhad je řešeniacute MPa273a
1990
5
1
1007200201164
times
iai
a
19901
5 1164100720020
times aa
1
naa
aKE
DPŽ ndash Hrubyacute 69
Př koncentrace napětiacute vs deformace 13
Vzorek z oceli 11 5231 je vystaven měkkeacutemu zatěžovaacuteniacute v podeacutelneacutem směru o amplitudě
napětiacute 200 MPa Určit elastickou a plastickou složku poměrneacute deformace
662
MPa10072 5timesE MPa1164K 1990n
zadaacuteno vůči neoslabeneacutemu nominaacutelniacutemu napětiacute
mimo vrub pro danou hladinu zatiacuteženiacute
200
Oslash10
20
5
DPŽ ndash Hrubyacute 70
MPa3533200662 times avruba
319901
1
1014301164
200
times
na
aplK
019801164
3533
19901
1
nvrubavrub
aplK
3
5109660
10072
200 timestimes
E
aael
0026010072
35335
times
E
vrubavrub
ael
333 101091109660101430 timestimestimes aplaela
1720101091
022403
times
a
vruba
Př koncentrace napětiacute vs deformace 23
022400198000260 vrubapl
vrubael
vruba
DPŽ ndash Hrubyacute 71
Př koncentrace napětiacute vs deformace 33
MKP elastickeacute řešeniacute
MKP elastoplastickeacute řešeniacute
324200
863max a
a
1720
662
DPŽ ndash Hrubyacute 72
Př Vetknutyacute sloupek 12
-16 K10511 times
50 100
Ocelovyacute sloupek = lopatka dmychadla je vloženyacute mezi dva tuheacute členy = disky
oběžneacuteho kola a je namaacutehaacuten cyklicky proměnnou teplotou
Uacutekol Posoudit zda hroziacute porušeniacute při 10 000 teplotniacutech cyklech
Daacuteno rozsah pracovniacutech teplot T1 = 22 degC T2 = 370 degC
modul pružnosti v tahu E = 205 GPa
uacutenavovaacute křivka poměrneacute deformace vztaženaacute
k provozniacute teplotě s parametry
160b
580c
MPa1140 f
10 f
teplotniacute roztažnost
DPŽ ndash Hrubyacute 73
C3482237012 TTT
336 1000122
10002434810511 times
timestimestimes
teplotaaT
3580160
5104601000201000020
10052
1140
22
times
times
c
fbf
a NNE
hroziacute poruchateplota
aa Ł
Př Vetknutyacute sloupek 22
DPŽ ndash Hrubyacute 74
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 14
22SeeS
nomnomficfic Se 22
2
1
2
1
2
1
2
1
Neuber
1
2222
2222
1 nfic
vKEEE
SSeU
mmelfic E 1
c
bnK
nf
f
b
c
f
fE
do Ramberga-Osgooda
naaa
KE
1
DPŽ ndash Hrubyacute 75
mmelfic E 1
m
bc
f
f
m
ficEE
E
1
m
bc
f
fmm
ficE
E
1
1
0
f
1
fic
m
bc
f
fm E
i
iii
f
f1
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 24
DPŽ ndash Hrubyacute 76
11
1
1
1
1
1
bc
f
i
f
f
m
bc
f
i
fimi
m
bc
f
i
fimi
fic
m
bc
f
i
fimi
ii
b
cEEmEm
E
1
npl
K
E
el
1
n
KE
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 34
DPŽ ndash Hrubyacute 77
K [MPa] n [-] c [-] εrsquof [-] b [-] σrsquof [MPa] E [MPa]
1020 014066 -06586 0921985 -0092718 1009234 21105
MPa700fic 50m
Iterace
Napětiacute ve vrubu
[MPa]
0 700
1 55953
2 48112
3 45414
4 45114
5 45111
6 45111 0005175
00030270002148
plel
00030271020
11451
1406601
1
npl
K
00021481012
114515
times
E
el
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 44
DPŽ ndash Hrubyacute 65
Skutečnaacute napětiacute a deformace ve vrubech
22SeeS
12
0
2
12d
2
nplnpl
vKnE
KE
U
pl
Neuber Glinka
1
22
1 n
vKE
U
vfic UU
nomnomficficfic SeU 22
2
1
2
1
2
1
z rovnosti
ploch
DPŽ ndash Hrubyacute 66
0
fic
m=1
m=066
m=05m=01
m=0
Zobecněneacute Neuberovo pravidlo
5050 el
fic E
elfic EE
2
m=0 platiacute pro tvrdeacute zatěžovaacuteniacute tj
napětiacute deformačniacuteho původu
rovnoměrně rozděleneacute po
průřezu
m=1 platiacute pro měkkeacute zatěžovaacuteniacute tj
napětiacute siloveacuteho původu
rovnoměrně rozděleneacute po
průřezu
m=01 pro napětiacute deformačniacuteho
původu mimo vruby (např
teplotniacute pnutiacute)
m=05 pro vruby zatiacuteženeacute silově i
deformačně (Neuberovo
pravidlo)
m=06 pro napětiacute siloveacuteho původu
nerovnoměrně rozloženaacute po
průřezu (např při ohybu) mmel
fic E 1
DPŽ ndash Hrubyacute 67
Př Ramberg-Osgood 12
Vzorek bez vrubu z oceli 11 5231 je vystaven tvrdeacutemu zatěžovaacuteniacute o amplitudě celkoveacute
deformace 102 3timesa Určit amplitudu napětiacute Je zadaacuteno
MPa10072 5timesE
MPa1164K
1990n
0
100
200
300
400
500
600
700
0000 0005 0010 0015 0020 0025 0030
am
plitu
da n
ap
ětiacute
[M
Pa]
amplituda poměrneacute plastikeacute deformace [-]
CDK
n
apla K
DPŽ ndash Hrubyacute 68
-300 -200 -100 0 100 200 300260
280
300
320
340
360
380
ai
ai+
1
Př Ramberg-Osgood 22
MATLAB
sig=50
krok=0
for i=110000
krok=krok+1
Sig=1164(2e-3 - sig207e5)^0199
if abs(Sig-sig)lt00001
break
end
sig=Sig
end Pro libovolnyacute odhad je řešeniacute MPa273a
1990
5
1
1007200201164
times
iai
a
19901
5 1164100720020
times aa
1
naa
aKE
DPŽ ndash Hrubyacute 69
Př koncentrace napětiacute vs deformace 13
Vzorek z oceli 11 5231 je vystaven měkkeacutemu zatěžovaacuteniacute v podeacutelneacutem směru o amplitudě
napětiacute 200 MPa Určit elastickou a plastickou složku poměrneacute deformace
662
MPa10072 5timesE MPa1164K 1990n
zadaacuteno vůči neoslabeneacutemu nominaacutelniacutemu napětiacute
mimo vrub pro danou hladinu zatiacuteženiacute
200
Oslash10
20
5
DPŽ ndash Hrubyacute 70
MPa3533200662 times avruba
319901
1
1014301164
200
times
na
aplK
019801164
3533
19901
1
nvrubavrub
aplK
3
5109660
10072
200 timestimes
E
aael
0026010072
35335
times
E
vrubavrub
ael
333 101091109660101430 timestimestimes aplaela
1720101091
022403
times
a
vruba
Př koncentrace napětiacute vs deformace 23
022400198000260 vrubapl
vrubael
vruba
DPŽ ndash Hrubyacute 71
Př koncentrace napětiacute vs deformace 33
MKP elastickeacute řešeniacute
MKP elastoplastickeacute řešeniacute
324200
863max a
a
1720
662
DPŽ ndash Hrubyacute 72
Př Vetknutyacute sloupek 12
-16 K10511 times
50 100
Ocelovyacute sloupek = lopatka dmychadla je vloženyacute mezi dva tuheacute členy = disky
oběžneacuteho kola a je namaacutehaacuten cyklicky proměnnou teplotou
Uacutekol Posoudit zda hroziacute porušeniacute při 10 000 teplotniacutech cyklech
Daacuteno rozsah pracovniacutech teplot T1 = 22 degC T2 = 370 degC
modul pružnosti v tahu E = 205 GPa
uacutenavovaacute křivka poměrneacute deformace vztaženaacute
k provozniacute teplotě s parametry
160b
580c
MPa1140 f
10 f
teplotniacute roztažnost
DPŽ ndash Hrubyacute 73
C3482237012 TTT
336 1000122
10002434810511 times
timestimestimes
teplotaaT
3580160
5104601000201000020
10052
1140
22
times
times
c
fbf
a NNE
hroziacute poruchateplota
aa Ł
Př Vetknutyacute sloupek 22
DPŽ ndash Hrubyacute 74
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 14
22SeeS
nomnomficfic Se 22
2
1
2
1
2
1
2
1
Neuber
1
2222
2222
1 nfic
vKEEE
SSeU
mmelfic E 1
c
bnK
nf
f
b
c
f
fE
do Ramberga-Osgooda
naaa
KE
1
DPŽ ndash Hrubyacute 75
mmelfic E 1
m
bc
f
f
m
ficEE
E
1
m
bc
f
fmm
ficE
E
1
1
0
f
1
fic
m
bc
f
fm E
i
iii
f
f1
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 24
DPŽ ndash Hrubyacute 76
11
1
1
1
1
1
bc
f
i
f
f
m
bc
f
i
fimi
m
bc
f
i
fimi
fic
m
bc
f
i
fimi
ii
b
cEEmEm
E
1
npl
K
E
el
1
n
KE
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 34
DPŽ ndash Hrubyacute 77
K [MPa] n [-] c [-] εrsquof [-] b [-] σrsquof [MPa] E [MPa]
1020 014066 -06586 0921985 -0092718 1009234 21105
MPa700fic 50m
Iterace
Napětiacute ve vrubu
[MPa]
0 700
1 55953
2 48112
3 45414
4 45114
5 45111
6 45111 0005175
00030270002148
plel
00030271020
11451
1406601
1
npl
K
00021481012
114515
times
E
el
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 44
DPŽ ndash Hrubyacute 66
0
fic
m=1
m=066
m=05m=01
m=0
Zobecněneacute Neuberovo pravidlo
5050 el
fic E
elfic EE
2
m=0 platiacute pro tvrdeacute zatěžovaacuteniacute tj
napětiacute deformačniacuteho původu
rovnoměrně rozděleneacute po
průřezu
m=1 platiacute pro měkkeacute zatěžovaacuteniacute tj
napětiacute siloveacuteho původu
rovnoměrně rozděleneacute po
průřezu
m=01 pro napětiacute deformačniacuteho
původu mimo vruby (např
teplotniacute pnutiacute)
m=05 pro vruby zatiacuteženeacute silově i
deformačně (Neuberovo
pravidlo)
m=06 pro napětiacute siloveacuteho původu
nerovnoměrně rozloženaacute po
průřezu (např při ohybu) mmel
fic E 1
DPŽ ndash Hrubyacute 67
Př Ramberg-Osgood 12
Vzorek bez vrubu z oceli 11 5231 je vystaven tvrdeacutemu zatěžovaacuteniacute o amplitudě celkoveacute
deformace 102 3timesa Určit amplitudu napětiacute Je zadaacuteno
MPa10072 5timesE
MPa1164K
1990n
0
100
200
300
400
500
600
700
0000 0005 0010 0015 0020 0025 0030
am
plitu
da n
ap
ětiacute
[M
Pa]
amplituda poměrneacute plastikeacute deformace [-]
CDK
n
apla K
DPŽ ndash Hrubyacute 68
-300 -200 -100 0 100 200 300260
280
300
320
340
360
380
ai
ai+
1
Př Ramberg-Osgood 22
MATLAB
sig=50
krok=0
for i=110000
krok=krok+1
Sig=1164(2e-3 - sig207e5)^0199
if abs(Sig-sig)lt00001
break
end
sig=Sig
end Pro libovolnyacute odhad je řešeniacute MPa273a
1990
5
1
1007200201164
times
iai
a
19901
5 1164100720020
times aa
1
naa
aKE
DPŽ ndash Hrubyacute 69
Př koncentrace napětiacute vs deformace 13
Vzorek z oceli 11 5231 je vystaven měkkeacutemu zatěžovaacuteniacute v podeacutelneacutem směru o amplitudě
napětiacute 200 MPa Určit elastickou a plastickou složku poměrneacute deformace
662
MPa10072 5timesE MPa1164K 1990n
zadaacuteno vůči neoslabeneacutemu nominaacutelniacutemu napětiacute
mimo vrub pro danou hladinu zatiacuteženiacute
200
Oslash10
20
5
DPŽ ndash Hrubyacute 70
MPa3533200662 times avruba
319901
1
1014301164
200
times
na
aplK
019801164
3533
19901
1
nvrubavrub
aplK
3
5109660
10072
200 timestimes
E
aael
0026010072
35335
times
E
vrubavrub
ael
333 101091109660101430 timestimestimes aplaela
1720101091
022403
times
a
vruba
Př koncentrace napětiacute vs deformace 23
022400198000260 vrubapl
vrubael
vruba
DPŽ ndash Hrubyacute 71
Př koncentrace napětiacute vs deformace 33
MKP elastickeacute řešeniacute
MKP elastoplastickeacute řešeniacute
324200
863max a
a
1720
662
DPŽ ndash Hrubyacute 72
Př Vetknutyacute sloupek 12
-16 K10511 times
50 100
Ocelovyacute sloupek = lopatka dmychadla je vloženyacute mezi dva tuheacute členy = disky
oběžneacuteho kola a je namaacutehaacuten cyklicky proměnnou teplotou
Uacutekol Posoudit zda hroziacute porušeniacute při 10 000 teplotniacutech cyklech
Daacuteno rozsah pracovniacutech teplot T1 = 22 degC T2 = 370 degC
modul pružnosti v tahu E = 205 GPa
uacutenavovaacute křivka poměrneacute deformace vztaženaacute
k provozniacute teplotě s parametry
160b
580c
MPa1140 f
10 f
teplotniacute roztažnost
DPŽ ndash Hrubyacute 73
C3482237012 TTT
336 1000122
10002434810511 times
timestimestimes
teplotaaT
3580160
5104601000201000020
10052
1140
22
times
times
c
fbf
a NNE
hroziacute poruchateplota
aa Ł
Př Vetknutyacute sloupek 22
DPŽ ndash Hrubyacute 74
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 14
22SeeS
nomnomficfic Se 22
2
1
2
1
2
1
2
1
Neuber
1
2222
2222
1 nfic
vKEEE
SSeU
mmelfic E 1
c
bnK
nf
f
b
c
f
fE
do Ramberga-Osgooda
naaa
KE
1
DPŽ ndash Hrubyacute 75
mmelfic E 1
m
bc
f
f
m
ficEE
E
1
m
bc
f
fmm
ficE
E
1
1
0
f
1
fic
m
bc
f
fm E
i
iii
f
f1
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 24
DPŽ ndash Hrubyacute 76
11
1
1
1
1
1
bc
f
i
f
f
m
bc
f
i
fimi
m
bc
f
i
fimi
fic
m
bc
f
i
fimi
ii
b
cEEmEm
E
1
npl
K
E
el
1
n
KE
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 34
DPŽ ndash Hrubyacute 77
K [MPa] n [-] c [-] εrsquof [-] b [-] σrsquof [MPa] E [MPa]
1020 014066 -06586 0921985 -0092718 1009234 21105
MPa700fic 50m
Iterace
Napětiacute ve vrubu
[MPa]
0 700
1 55953
2 48112
3 45414
4 45114
5 45111
6 45111 0005175
00030270002148
plel
00030271020
11451
1406601
1
npl
K
00021481012
114515
times
E
el
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 44
DPŽ ndash Hrubyacute 67
Př Ramberg-Osgood 12
Vzorek bez vrubu z oceli 11 5231 je vystaven tvrdeacutemu zatěžovaacuteniacute o amplitudě celkoveacute
deformace 102 3timesa Určit amplitudu napětiacute Je zadaacuteno
MPa10072 5timesE
MPa1164K
1990n
0
100
200
300
400
500
600
700
0000 0005 0010 0015 0020 0025 0030
am
plitu
da n
ap
ětiacute
[M
Pa]
amplituda poměrneacute plastikeacute deformace [-]
CDK
n
apla K
DPŽ ndash Hrubyacute 68
-300 -200 -100 0 100 200 300260
280
300
320
340
360
380
ai
ai+
1
Př Ramberg-Osgood 22
MATLAB
sig=50
krok=0
for i=110000
krok=krok+1
Sig=1164(2e-3 - sig207e5)^0199
if abs(Sig-sig)lt00001
break
end
sig=Sig
end Pro libovolnyacute odhad je řešeniacute MPa273a
1990
5
1
1007200201164
times
iai
a
19901
5 1164100720020
times aa
1
naa
aKE
DPŽ ndash Hrubyacute 69
Př koncentrace napětiacute vs deformace 13
Vzorek z oceli 11 5231 je vystaven měkkeacutemu zatěžovaacuteniacute v podeacutelneacutem směru o amplitudě
napětiacute 200 MPa Určit elastickou a plastickou složku poměrneacute deformace
662
MPa10072 5timesE MPa1164K 1990n
zadaacuteno vůči neoslabeneacutemu nominaacutelniacutemu napětiacute
mimo vrub pro danou hladinu zatiacuteženiacute
200
Oslash10
20
5
DPŽ ndash Hrubyacute 70
MPa3533200662 times avruba
319901
1
1014301164
200
times
na
aplK
019801164
3533
19901
1
nvrubavrub
aplK
3
5109660
10072
200 timestimes
E
aael
0026010072
35335
times
E
vrubavrub
ael
333 101091109660101430 timestimestimes aplaela
1720101091
022403
times
a
vruba
Př koncentrace napětiacute vs deformace 23
022400198000260 vrubapl
vrubael
vruba
DPŽ ndash Hrubyacute 71
Př koncentrace napětiacute vs deformace 33
MKP elastickeacute řešeniacute
MKP elastoplastickeacute řešeniacute
324200
863max a
a
1720
662
DPŽ ndash Hrubyacute 72
Př Vetknutyacute sloupek 12
-16 K10511 times
50 100
Ocelovyacute sloupek = lopatka dmychadla je vloženyacute mezi dva tuheacute členy = disky
oběžneacuteho kola a je namaacutehaacuten cyklicky proměnnou teplotou
Uacutekol Posoudit zda hroziacute porušeniacute při 10 000 teplotniacutech cyklech
Daacuteno rozsah pracovniacutech teplot T1 = 22 degC T2 = 370 degC
modul pružnosti v tahu E = 205 GPa
uacutenavovaacute křivka poměrneacute deformace vztaženaacute
k provozniacute teplotě s parametry
160b
580c
MPa1140 f
10 f
teplotniacute roztažnost
DPŽ ndash Hrubyacute 73
C3482237012 TTT
336 1000122
10002434810511 times
timestimestimes
teplotaaT
3580160
5104601000201000020
10052
1140
22
times
times
c
fbf
a NNE
hroziacute poruchateplota
aa Ł
Př Vetknutyacute sloupek 22
DPŽ ndash Hrubyacute 74
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 14
22SeeS
nomnomficfic Se 22
2
1
2
1
2
1
2
1
Neuber
1
2222
2222
1 nfic
vKEEE
SSeU
mmelfic E 1
c
bnK
nf
f
b
c
f
fE
do Ramberga-Osgooda
naaa
KE
1
DPŽ ndash Hrubyacute 75
mmelfic E 1
m
bc
f
f
m
ficEE
E
1
m
bc
f
fmm
ficE
E
1
1
0
f
1
fic
m
bc
f
fm E
i
iii
f
f1
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 24
DPŽ ndash Hrubyacute 76
11
1
1
1
1
1
bc
f
i
f
f
m
bc
f
i
fimi
m
bc
f
i
fimi
fic
m
bc
f
i
fimi
ii
b
cEEmEm
E
1
npl
K
E
el
1
n
KE
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 34
DPŽ ndash Hrubyacute 77
K [MPa] n [-] c [-] εrsquof [-] b [-] σrsquof [MPa] E [MPa]
1020 014066 -06586 0921985 -0092718 1009234 21105
MPa700fic 50m
Iterace
Napětiacute ve vrubu
[MPa]
0 700
1 55953
2 48112
3 45414
4 45114
5 45111
6 45111 0005175
00030270002148
plel
00030271020
11451
1406601
1
npl
K
00021481012
114515
times
E
el
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 44
DPŽ ndash Hrubyacute 68
-300 -200 -100 0 100 200 300260
280
300
320
340
360
380
ai
ai+
1
Př Ramberg-Osgood 22
MATLAB
sig=50
krok=0
for i=110000
krok=krok+1
Sig=1164(2e-3 - sig207e5)^0199
if abs(Sig-sig)lt00001
break
end
sig=Sig
end Pro libovolnyacute odhad je řešeniacute MPa273a
1990
5
1
1007200201164
times
iai
a
19901
5 1164100720020
times aa
1
naa
aKE
DPŽ ndash Hrubyacute 69
Př koncentrace napětiacute vs deformace 13
Vzorek z oceli 11 5231 je vystaven měkkeacutemu zatěžovaacuteniacute v podeacutelneacutem směru o amplitudě
napětiacute 200 MPa Určit elastickou a plastickou složku poměrneacute deformace
662
MPa10072 5timesE MPa1164K 1990n
zadaacuteno vůči neoslabeneacutemu nominaacutelniacutemu napětiacute
mimo vrub pro danou hladinu zatiacuteženiacute
200
Oslash10
20
5
DPŽ ndash Hrubyacute 70
MPa3533200662 times avruba
319901
1
1014301164
200
times
na
aplK
019801164
3533
19901
1
nvrubavrub
aplK
3
5109660
10072
200 timestimes
E
aael
0026010072
35335
times
E
vrubavrub
ael
333 101091109660101430 timestimestimes aplaela
1720101091
022403
times
a
vruba
Př koncentrace napětiacute vs deformace 23
022400198000260 vrubapl
vrubael
vruba
DPŽ ndash Hrubyacute 71
Př koncentrace napětiacute vs deformace 33
MKP elastickeacute řešeniacute
MKP elastoplastickeacute řešeniacute
324200
863max a
a
1720
662
DPŽ ndash Hrubyacute 72
Př Vetknutyacute sloupek 12
-16 K10511 times
50 100
Ocelovyacute sloupek = lopatka dmychadla je vloženyacute mezi dva tuheacute členy = disky
oběžneacuteho kola a je namaacutehaacuten cyklicky proměnnou teplotou
Uacutekol Posoudit zda hroziacute porušeniacute při 10 000 teplotniacutech cyklech
Daacuteno rozsah pracovniacutech teplot T1 = 22 degC T2 = 370 degC
modul pružnosti v tahu E = 205 GPa
uacutenavovaacute křivka poměrneacute deformace vztaženaacute
k provozniacute teplotě s parametry
160b
580c
MPa1140 f
10 f
teplotniacute roztažnost
DPŽ ndash Hrubyacute 73
C3482237012 TTT
336 1000122
10002434810511 times
timestimestimes
teplotaaT
3580160
5104601000201000020
10052
1140
22
times
times
c
fbf
a NNE
hroziacute poruchateplota
aa Ł
Př Vetknutyacute sloupek 22
DPŽ ndash Hrubyacute 74
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 14
22SeeS
nomnomficfic Se 22
2
1
2
1
2
1
2
1
Neuber
1
2222
2222
1 nfic
vKEEE
SSeU
mmelfic E 1
c
bnK
nf
f
b
c
f
fE
do Ramberga-Osgooda
naaa
KE
1
DPŽ ndash Hrubyacute 75
mmelfic E 1
m
bc
f
f
m
ficEE
E
1
m
bc
f
fmm
ficE
E
1
1
0
f
1
fic
m
bc
f
fm E
i
iii
f
f1
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 24
DPŽ ndash Hrubyacute 76
11
1
1
1
1
1
bc
f
i
f
f
m
bc
f
i
fimi
m
bc
f
i
fimi
fic
m
bc
f
i
fimi
ii
b
cEEmEm
E
1
npl
K
E
el
1
n
KE
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 34
DPŽ ndash Hrubyacute 77
K [MPa] n [-] c [-] εrsquof [-] b [-] σrsquof [MPa] E [MPa]
1020 014066 -06586 0921985 -0092718 1009234 21105
MPa700fic 50m
Iterace
Napětiacute ve vrubu
[MPa]
0 700
1 55953
2 48112
3 45414
4 45114
5 45111
6 45111 0005175
00030270002148
plel
00030271020
11451
1406601
1
npl
K
00021481012
114515
times
E
el
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 44
DPŽ ndash Hrubyacute 69
Př koncentrace napětiacute vs deformace 13
Vzorek z oceli 11 5231 je vystaven měkkeacutemu zatěžovaacuteniacute v podeacutelneacutem směru o amplitudě
napětiacute 200 MPa Určit elastickou a plastickou složku poměrneacute deformace
662
MPa10072 5timesE MPa1164K 1990n
zadaacuteno vůči neoslabeneacutemu nominaacutelniacutemu napětiacute
mimo vrub pro danou hladinu zatiacuteženiacute
200
Oslash10
20
5
DPŽ ndash Hrubyacute 70
MPa3533200662 times avruba
319901
1
1014301164
200
times
na
aplK
019801164
3533
19901
1
nvrubavrub
aplK
3
5109660
10072
200 timestimes
E
aael
0026010072
35335
times
E
vrubavrub
ael
333 101091109660101430 timestimestimes aplaela
1720101091
022403
times
a
vruba
Př koncentrace napětiacute vs deformace 23
022400198000260 vrubapl
vrubael
vruba
DPŽ ndash Hrubyacute 71
Př koncentrace napětiacute vs deformace 33
MKP elastickeacute řešeniacute
MKP elastoplastickeacute řešeniacute
324200
863max a
a
1720
662
DPŽ ndash Hrubyacute 72
Př Vetknutyacute sloupek 12
-16 K10511 times
50 100
Ocelovyacute sloupek = lopatka dmychadla je vloženyacute mezi dva tuheacute členy = disky
oběžneacuteho kola a je namaacutehaacuten cyklicky proměnnou teplotou
Uacutekol Posoudit zda hroziacute porušeniacute při 10 000 teplotniacutech cyklech
Daacuteno rozsah pracovniacutech teplot T1 = 22 degC T2 = 370 degC
modul pružnosti v tahu E = 205 GPa
uacutenavovaacute křivka poměrneacute deformace vztaženaacute
k provozniacute teplotě s parametry
160b
580c
MPa1140 f
10 f
teplotniacute roztažnost
DPŽ ndash Hrubyacute 73
C3482237012 TTT
336 1000122
10002434810511 times
timestimestimes
teplotaaT
3580160
5104601000201000020
10052
1140
22
times
times
c
fbf
a NNE
hroziacute poruchateplota
aa Ł
Př Vetknutyacute sloupek 22
DPŽ ndash Hrubyacute 74
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 14
22SeeS
nomnomficfic Se 22
2
1
2
1
2
1
2
1
Neuber
1
2222
2222
1 nfic
vKEEE
SSeU
mmelfic E 1
c
bnK
nf
f
b
c
f
fE
do Ramberga-Osgooda
naaa
KE
1
DPŽ ndash Hrubyacute 75
mmelfic E 1
m
bc
f
f
m
ficEE
E
1
m
bc
f
fmm
ficE
E
1
1
0
f
1
fic
m
bc
f
fm E
i
iii
f
f1
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 24
DPŽ ndash Hrubyacute 76
11
1
1
1
1
1
bc
f
i
f
f
m
bc
f
i
fimi
m
bc
f
i
fimi
fic
m
bc
f
i
fimi
ii
b
cEEmEm
E
1
npl
K
E
el
1
n
KE
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 34
DPŽ ndash Hrubyacute 77
K [MPa] n [-] c [-] εrsquof [-] b [-] σrsquof [MPa] E [MPa]
1020 014066 -06586 0921985 -0092718 1009234 21105
MPa700fic 50m
Iterace
Napětiacute ve vrubu
[MPa]
0 700
1 55953
2 48112
3 45414
4 45114
5 45111
6 45111 0005175
00030270002148
plel
00030271020
11451
1406601
1
npl
K
00021481012
114515
times
E
el
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 44
DPŽ ndash Hrubyacute 70
MPa3533200662 times avruba
319901
1
1014301164
200
times
na
aplK
019801164
3533
19901
1
nvrubavrub
aplK
3
5109660
10072
200 timestimes
E
aael
0026010072
35335
times
E
vrubavrub
ael
333 101091109660101430 timestimestimes aplaela
1720101091
022403
times
a
vruba
Př koncentrace napětiacute vs deformace 23
022400198000260 vrubapl
vrubael
vruba
DPŽ ndash Hrubyacute 71
Př koncentrace napětiacute vs deformace 33
MKP elastickeacute řešeniacute
MKP elastoplastickeacute řešeniacute
324200
863max a
a
1720
662
DPŽ ndash Hrubyacute 72
Př Vetknutyacute sloupek 12
-16 K10511 times
50 100
Ocelovyacute sloupek = lopatka dmychadla je vloženyacute mezi dva tuheacute členy = disky
oběžneacuteho kola a je namaacutehaacuten cyklicky proměnnou teplotou
Uacutekol Posoudit zda hroziacute porušeniacute při 10 000 teplotniacutech cyklech
Daacuteno rozsah pracovniacutech teplot T1 = 22 degC T2 = 370 degC
modul pružnosti v tahu E = 205 GPa
uacutenavovaacute křivka poměrneacute deformace vztaženaacute
k provozniacute teplotě s parametry
160b
580c
MPa1140 f
10 f
teplotniacute roztažnost
DPŽ ndash Hrubyacute 73
C3482237012 TTT
336 1000122
10002434810511 times
timestimestimes
teplotaaT
3580160
5104601000201000020
10052
1140
22
times
times
c
fbf
a NNE
hroziacute poruchateplota
aa Ł
Př Vetknutyacute sloupek 22
DPŽ ndash Hrubyacute 74
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 14
22SeeS
nomnomficfic Se 22
2
1
2
1
2
1
2
1
Neuber
1
2222
2222
1 nfic
vKEEE
SSeU
mmelfic E 1
c
bnK
nf
f
b
c
f
fE
do Ramberga-Osgooda
naaa
KE
1
DPŽ ndash Hrubyacute 75
mmelfic E 1
m
bc
f
f
m
ficEE
E
1
m
bc
f
fmm
ficE
E
1
1
0
f
1
fic
m
bc
f
fm E
i
iii
f
f1
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 24
DPŽ ndash Hrubyacute 76
11
1
1
1
1
1
bc
f
i
f
f
m
bc
f
i
fimi
m
bc
f
i
fimi
fic
m
bc
f
i
fimi
ii
b
cEEmEm
E
1
npl
K
E
el
1
n
KE
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 34
DPŽ ndash Hrubyacute 77
K [MPa] n [-] c [-] εrsquof [-] b [-] σrsquof [MPa] E [MPa]
1020 014066 -06586 0921985 -0092718 1009234 21105
MPa700fic 50m
Iterace
Napětiacute ve vrubu
[MPa]
0 700
1 55953
2 48112
3 45414
4 45114
5 45111
6 45111 0005175
00030270002148
plel
00030271020
11451
1406601
1
npl
K
00021481012
114515
times
E
el
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 44
DPŽ ndash Hrubyacute 71
Př koncentrace napětiacute vs deformace 33
MKP elastickeacute řešeniacute
MKP elastoplastickeacute řešeniacute
324200
863max a
a
1720
662
DPŽ ndash Hrubyacute 72
Př Vetknutyacute sloupek 12
-16 K10511 times
50 100
Ocelovyacute sloupek = lopatka dmychadla je vloženyacute mezi dva tuheacute členy = disky
oběžneacuteho kola a je namaacutehaacuten cyklicky proměnnou teplotou
Uacutekol Posoudit zda hroziacute porušeniacute při 10 000 teplotniacutech cyklech
Daacuteno rozsah pracovniacutech teplot T1 = 22 degC T2 = 370 degC
modul pružnosti v tahu E = 205 GPa
uacutenavovaacute křivka poměrneacute deformace vztaženaacute
k provozniacute teplotě s parametry
160b
580c
MPa1140 f
10 f
teplotniacute roztažnost
DPŽ ndash Hrubyacute 73
C3482237012 TTT
336 1000122
10002434810511 times
timestimestimes
teplotaaT
3580160
5104601000201000020
10052
1140
22
times
times
c
fbf
a NNE
hroziacute poruchateplota
aa Ł
Př Vetknutyacute sloupek 22
DPŽ ndash Hrubyacute 74
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 14
22SeeS
nomnomficfic Se 22
2
1
2
1
2
1
2
1
Neuber
1
2222
2222
1 nfic
vKEEE
SSeU
mmelfic E 1
c
bnK
nf
f
b
c
f
fE
do Ramberga-Osgooda
naaa
KE
1
DPŽ ndash Hrubyacute 75
mmelfic E 1
m
bc
f
f
m
ficEE
E
1
m
bc
f
fmm
ficE
E
1
1
0
f
1
fic
m
bc
f
fm E
i
iii
f
f1
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 24
DPŽ ndash Hrubyacute 76
11
1
1
1
1
1
bc
f
i
f
f
m
bc
f
i
fimi
m
bc
f
i
fimi
fic
m
bc
f
i
fimi
ii
b
cEEmEm
E
1
npl
K
E
el
1
n
KE
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 34
DPŽ ndash Hrubyacute 77
K [MPa] n [-] c [-] εrsquof [-] b [-] σrsquof [MPa] E [MPa]
1020 014066 -06586 0921985 -0092718 1009234 21105
MPa700fic 50m
Iterace
Napětiacute ve vrubu
[MPa]
0 700
1 55953
2 48112
3 45414
4 45114
5 45111
6 45111 0005175
00030270002148
plel
00030271020
11451
1406601
1
npl
K
00021481012
114515
times
E
el
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 44
DPŽ ndash Hrubyacute 72
Př Vetknutyacute sloupek 12
-16 K10511 times
50 100
Ocelovyacute sloupek = lopatka dmychadla je vloženyacute mezi dva tuheacute členy = disky
oběžneacuteho kola a je namaacutehaacuten cyklicky proměnnou teplotou
Uacutekol Posoudit zda hroziacute porušeniacute při 10 000 teplotniacutech cyklech
Daacuteno rozsah pracovniacutech teplot T1 = 22 degC T2 = 370 degC
modul pružnosti v tahu E = 205 GPa
uacutenavovaacute křivka poměrneacute deformace vztaženaacute
k provozniacute teplotě s parametry
160b
580c
MPa1140 f
10 f
teplotniacute roztažnost
DPŽ ndash Hrubyacute 73
C3482237012 TTT
336 1000122
10002434810511 times
timestimestimes
teplotaaT
3580160
5104601000201000020
10052
1140
22
times
times
c
fbf
a NNE
hroziacute poruchateplota
aa Ł
Př Vetknutyacute sloupek 22
DPŽ ndash Hrubyacute 74
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 14
22SeeS
nomnomficfic Se 22
2
1
2
1
2
1
2
1
Neuber
1
2222
2222
1 nfic
vKEEE
SSeU
mmelfic E 1
c
bnK
nf
f
b
c
f
fE
do Ramberga-Osgooda
naaa
KE
1
DPŽ ndash Hrubyacute 75
mmelfic E 1
m
bc
f
f
m
ficEE
E
1
m
bc
f
fmm
ficE
E
1
1
0
f
1
fic
m
bc
f
fm E
i
iii
f
f1
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 24
DPŽ ndash Hrubyacute 76
11
1
1
1
1
1
bc
f
i
f
f
m
bc
f
i
fimi
m
bc
f
i
fimi
fic
m
bc
f
i
fimi
ii
b
cEEmEm
E
1
npl
K
E
el
1
n
KE
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 34
DPŽ ndash Hrubyacute 77
K [MPa] n [-] c [-] εrsquof [-] b [-] σrsquof [MPa] E [MPa]
1020 014066 -06586 0921985 -0092718 1009234 21105
MPa700fic 50m
Iterace
Napětiacute ve vrubu
[MPa]
0 700
1 55953
2 48112
3 45414
4 45114
5 45111
6 45111 0005175
00030270002148
plel
00030271020
11451
1406601
1
npl
K
00021481012
114515
times
E
el
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 44
DPŽ ndash Hrubyacute 73
C3482237012 TTT
336 1000122
10002434810511 times
timestimestimes
teplotaaT
3580160
5104601000201000020
10052
1140
22
times
times
c
fbf
a NNE
hroziacute poruchateplota
aa Ł
Př Vetknutyacute sloupek 22
DPŽ ndash Hrubyacute 74
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 14
22SeeS
nomnomficfic Se 22
2
1
2
1
2
1
2
1
Neuber
1
2222
2222
1 nfic
vKEEE
SSeU
mmelfic E 1
c
bnK
nf
f
b
c
f
fE
do Ramberga-Osgooda
naaa
KE
1
DPŽ ndash Hrubyacute 75
mmelfic E 1
m
bc
f
f
m
ficEE
E
1
m
bc
f
fmm
ficE
E
1
1
0
f
1
fic
m
bc
f
fm E
i
iii
f
f1
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 24
DPŽ ndash Hrubyacute 76
11
1
1
1
1
1
bc
f
i
f
f
m
bc
f
i
fimi
m
bc
f
i
fimi
fic
m
bc
f
i
fimi
ii
b
cEEmEm
E
1
npl
K
E
el
1
n
KE
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 34
DPŽ ndash Hrubyacute 77
K [MPa] n [-] c [-] εrsquof [-] b [-] σrsquof [MPa] E [MPa]
1020 014066 -06586 0921985 -0092718 1009234 21105
MPa700fic 50m
Iterace
Napětiacute ve vrubu
[MPa]
0 700
1 55953
2 48112
3 45414
4 45114
5 45111
6 45111 0005175
00030270002148
plel
00030271020
11451
1406601
1
npl
K
00021481012
114515
times
E
el
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 44
DPŽ ndash Hrubyacute 74
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 14
22SeeS
nomnomficfic Se 22
2
1
2
1
2
1
2
1
Neuber
1
2222
2222
1 nfic
vKEEE
SSeU
mmelfic E 1
c
bnK
nf
f
b
c
f
fE
do Ramberga-Osgooda
naaa
KE
1
DPŽ ndash Hrubyacute 75
mmelfic E 1
m
bc
f
f
m
ficEE
E
1
m
bc
f
fmm
ficE
E
1
1
0
f
1
fic
m
bc
f
fm E
i
iii
f
f1
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 24
DPŽ ndash Hrubyacute 76
11
1
1
1
1
1
bc
f
i
f
f
m
bc
f
i
fimi
m
bc
f
i
fimi
fic
m
bc
f
i
fimi
ii
b
cEEmEm
E
1
npl
K
E
el
1
n
KE
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 34
DPŽ ndash Hrubyacute 77
K [MPa] n [-] c [-] εrsquof [-] b [-] σrsquof [MPa] E [MPa]
1020 014066 -06586 0921985 -0092718 1009234 21105
MPa700fic 50m
Iterace
Napětiacute ve vrubu
[MPa]
0 700
1 55953
2 48112
3 45414
4 45114
5 45111
6 45111 0005175
00030270002148
plel
00030271020
11451
1406601
1
npl
K
00021481012
114515
times
E
el
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 44
DPŽ ndash Hrubyacute 75
mmelfic E 1
m
bc
f
f
m
ficEE
E
1
m
bc
f
fmm
ficE
E
1
1
0
f
1
fic
m
bc
f
fm E
i
iii
f
f1
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 24
DPŽ ndash Hrubyacute 76
11
1
1
1
1
1
bc
f
i
f
f
m
bc
f
i
fimi
m
bc
f
i
fimi
fic
m
bc
f
i
fimi
ii
b
cEEmEm
E
1
npl
K
E
el
1
n
KE
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 34
DPŽ ndash Hrubyacute 77
K [MPa] n [-] c [-] εrsquof [-] b [-] σrsquof [MPa] E [MPa]
1020 014066 -06586 0921985 -0092718 1009234 21105
MPa700fic 50m
Iterace
Napětiacute ve vrubu
[MPa]
0 700
1 55953
2 48112
3 45414
4 45114
5 45111
6 45111 0005175
00030270002148
plel
00030271020
11451
1406601
1
npl
K
00021481012
114515
times
E
el
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 44
DPŽ ndash Hrubyacute 76
11
1
1
1
1
1
bc
f
i
f
f
m
bc
f
i
fimi
m
bc
f
i
fimi
fic
m
bc
f
i
fimi
ii
b
cEEmEm
E
1
npl
K
E
el
1
n
KE
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 34
DPŽ ndash Hrubyacute 77
K [MPa] n [-] c [-] εrsquof [-] b [-] σrsquof [MPa] E [MPa]
1020 014066 -06586 0921985 -0092718 1009234 21105
MPa700fic 50m
Iterace
Napětiacute ve vrubu
[MPa]
0 700
1 55953
2 48112
3 45414
4 45114
5 45111
6 45111 0005175
00030270002148
plel
00030271020
11451
1406601
1
npl
K
00021481012
114515
times
E
el
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 44
DPŽ ndash Hrubyacute 77
K [MPa] n [-] c [-] εrsquof [-] b [-] σrsquof [MPa] E [MPa]
1020 014066 -06586 0921985 -0092718 1009234 21105
MPa700fic 50m
Iterace
Napětiacute ve vrubu
[MPa]
0 700
1 55953
2 48112
3 45414
4 45114
5 45111
6 45111 0005175
00030270002148
plel
00030271020
11451
1406601
1
npl
K
00021481012
114515
times
E
el
Př vyacutepočet lokaacutelniacutech napětiacute a deformaciacute 44