Dynamická pevnost a životnost Přednášky...

77
DPŽ – Hrubý 1 Dynamická pevnost a životnost Přednášky - základy Milan Růžička, Josef Jurenka, Zbyněk Hrubý mechanika.fs.cvut.cz [email protected]

Transcript of Dynamická pevnost a životnost Přednášky...

Page 1: Dynamická pevnost a životnost Přednášky základymechanika.fs.cvut.cz/content/files/DPZ/DPZ_2015_Hru01.pdfStřídavý krut: τ c = 0,25 Rm DPŽ – 31Hrubý Odhad meze únavy Meze

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

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

Page 2: Dynamická pevnost a životnost Přednášky základymechanika.fs.cvut.cz/content/files/DPZ/DPZ_2015_Hru01.pdfStřídavý krut: τ c = 0,25 Rm DPŽ – 31Hrubý Odhad meze únavy Meze

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

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

Page 3: Dynamická pevnost a životnost Přednášky základymechanika.fs.cvut.cz/content/files/DPZ/DPZ_2015_Hru01.pdfStřídavý krut: τ c = 0,25 Rm DPŽ – 31Hrubý Odhad meze únavy Meze

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

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

Page 4: Dynamická pevnost a životnost Přednášky základymechanika.fs.cvut.cz/content/files/DPZ/DPZ_2015_Hru01.pdfStřídavý krut: τ c = 0,25 Rm DPŽ – 31Hrubý Odhad meze únavy Meze

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

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

Page 5: Dynamická pevnost a životnost Přednášky základymechanika.fs.cvut.cz/content/files/DPZ/DPZ_2015_Hru01.pdfStřídavý krut: τ c = 0,25 Rm DPŽ – 31Hrubý Odhad meze únavy Meze

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

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

Page 6: Dynamická pevnost a životnost Přednášky základymechanika.fs.cvut.cz/content/files/DPZ/DPZ_2015_Hru01.pdfStřídavý krut: τ c = 0,25 Rm DPŽ – 31Hrubý Odhad meze únavy Meze

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

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

Page 7: Dynamická pevnost a životnost Přednášky základymechanika.fs.cvut.cz/content/files/DPZ/DPZ_2015_Hru01.pdfStřídavý krut: τ c = 0,25 Rm DPŽ – 31Hrubý Odhad meze únavy Meze

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

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

Page 8: Dynamická pevnost a životnost Přednášky základymechanika.fs.cvut.cz/content/files/DPZ/DPZ_2015_Hru01.pdfStřídavý krut: τ c = 0,25 Rm DPŽ – 31Hrubý Odhad meze únavy Meze

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

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

Page 9: Dynamická pevnost a životnost Přednášky základymechanika.fs.cvut.cz/content/files/DPZ/DPZ_2015_Hru01.pdfStřídavý krut: τ c = 0,25 Rm DPŽ – 31Hrubý Odhad meze únavy Meze

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

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

Page 10: Dynamická pevnost a životnost Přednášky základymechanika.fs.cvut.cz/content/files/DPZ/DPZ_2015_Hru01.pdfStřídavý krut: τ c = 0,25 Rm DPŽ – 31Hrubý Odhad meze únavy Meze

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

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

Page 11: Dynamická pevnost a životnost Přednášky základymechanika.fs.cvut.cz/content/files/DPZ/DPZ_2015_Hru01.pdfStřídavý krut: τ c = 0,25 Rm DPŽ – 31Hrubý Odhad meze únavy Meze

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

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

Page 12: Dynamická pevnost a životnost Přednášky základymechanika.fs.cvut.cz/content/files/DPZ/DPZ_2015_Hru01.pdfStřídavý krut: τ c = 0,25 Rm DPŽ – 31Hrubý Odhad meze únavy Meze

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

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

Page 13: Dynamická pevnost a životnost Přednášky základymechanika.fs.cvut.cz/content/files/DPZ/DPZ_2015_Hru01.pdfStřídavý krut: τ c = 0,25 Rm DPŽ – 31Hrubý Odhad meze únavy Meze

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

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

Page 14: Dynamická pevnost a životnost Přednášky základymechanika.fs.cvut.cz/content/files/DPZ/DPZ_2015_Hru01.pdfStřídavý krut: τ c = 0,25 Rm DPŽ – 31Hrubý Odhad meze únavy Meze

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

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

Page 15: Dynamická pevnost a životnost Přednášky základymechanika.fs.cvut.cz/content/files/DPZ/DPZ_2015_Hru01.pdfStřídavý krut: τ c = 0,25 Rm DPŽ – 31Hrubý Odhad meze únavy Meze

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

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

Page 16: Dynamická pevnost a životnost Přednášky základymechanika.fs.cvut.cz/content/files/DPZ/DPZ_2015_Hru01.pdfStřídavý krut: τ c = 0,25 Rm DPŽ – 31Hrubý Odhad meze únavy Meze

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

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

Page 17: Dynamická pevnost a životnost Přednášky základymechanika.fs.cvut.cz/content/files/DPZ/DPZ_2015_Hru01.pdfStřídavý krut: τ c = 0,25 Rm DPŽ – 31Hrubý Odhad meze únavy Meze

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

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

Page 18: Dynamická pevnost a životnost Přednášky základymechanika.fs.cvut.cz/content/files/DPZ/DPZ_2015_Hru01.pdfStřídavý krut: τ c = 0,25 Rm DPŽ – 31Hrubý Odhad meze únavy Meze

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

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

Page 19: Dynamická pevnost a životnost Přednášky základymechanika.fs.cvut.cz/content/files/DPZ/DPZ_2015_Hru01.pdfStřídavý krut: τ c = 0,25 Rm DPŽ – 31Hrubý Odhad meze únavy Meze

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

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

Page 20: Dynamická pevnost a životnost Přednášky základymechanika.fs.cvut.cz/content/files/DPZ/DPZ_2015_Hru01.pdfStřídavý krut: τ c = 0,25 Rm DPŽ – 31Hrubý Odhad meze únavy Meze

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

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

Page 21: Dynamická pevnost a životnost Přednášky základymechanika.fs.cvut.cz/content/files/DPZ/DPZ_2015_Hru01.pdfStřídavý krut: τ c = 0,25 Rm DPŽ – 31Hrubý Odhad meze únavy Meze

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

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

Page 22: Dynamická pevnost a životnost Přednášky základymechanika.fs.cvut.cz/content/files/DPZ/DPZ_2015_Hru01.pdfStřídavý krut: τ c = 0,25 Rm DPŽ – 31Hrubý Odhad meze únavy Meze

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

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

Page 23: Dynamická pevnost a životnost Přednášky základymechanika.fs.cvut.cz/content/files/DPZ/DPZ_2015_Hru01.pdfStřídavý krut: τ c = 0,25 Rm DPŽ – 31Hrubý Odhad meze únavy Meze

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

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

Page 24: Dynamická pevnost a životnost Přednášky základymechanika.fs.cvut.cz/content/files/DPZ/DPZ_2015_Hru01.pdfStřídavý krut: τ c = 0,25 Rm DPŽ – 31Hrubý Odhad meze únavy Meze

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

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

Page 25: Dynamická pevnost a životnost Přednášky základymechanika.fs.cvut.cz/content/files/DPZ/DPZ_2015_Hru01.pdfStřídavý krut: τ c = 0,25 Rm DPŽ – 31Hrubý Odhad meze únavy Meze

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

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

Page 26: Dynamická pevnost a životnost Přednášky základymechanika.fs.cvut.cz/content/files/DPZ/DPZ_2015_Hru01.pdfStřídavý krut: τ c = 0,25 Rm DPŽ – 31Hrubý Odhad meze únavy Meze

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

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

Page 27: Dynamická pevnost a životnost Přednášky základymechanika.fs.cvut.cz/content/files/DPZ/DPZ_2015_Hru01.pdfStřídavý krut: τ c = 0,25 Rm DPŽ – 31Hrubý Odhad meze únavy Meze

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

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

Page 28: Dynamická pevnost a životnost Přednášky základymechanika.fs.cvut.cz/content/files/DPZ/DPZ_2015_Hru01.pdfStřídavý krut: τ c = 0,25 Rm DPŽ – 31Hrubý Odhad meze únavy Meze

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

Page 29: Dynamická pevnost a životnost Přednášky základymechanika.fs.cvut.cz/content/files/DPZ/DPZ_2015_Hru01.pdfStřídavý krut: τ c = 0,25 Rm DPŽ – 31Hrubý Odhad meze únavy Meze

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

Page 30: Dynamická pevnost a životnost Přednášky základymechanika.fs.cvut.cz/content/files/DPZ/DPZ_2015_Hru01.pdfStřídavý krut: τ c = 0,25 Rm DPŽ – 31Hrubý Odhad meze únavy Meze

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

Page 31: Dynamická pevnost a životnost Přednášky základymechanika.fs.cvut.cz/content/files/DPZ/DPZ_2015_Hru01.pdfStřídavý krut: τ c = 0,25 Rm DPŽ – 31Hrubý Odhad meze únavy Meze

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

Page 32: Dynamická pevnost a životnost Přednášky základymechanika.fs.cvut.cz/content/files/DPZ/DPZ_2015_Hru01.pdfStřídavý krut: τ c = 0,25 Rm DPŽ – 31Hrubý Odhad meze únavy Meze

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

Page 33: Dynamická pevnost a životnost Přednášky základymechanika.fs.cvut.cz/content/files/DPZ/DPZ_2015_Hru01.pdfStřídavý krut: τ c = 0,25 Rm DPŽ – 31Hrubý Odhad meze únavy Meze

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

Page 34: Dynamická pevnost a životnost Přednášky základymechanika.fs.cvut.cz/content/files/DPZ/DPZ_2015_Hru01.pdfStřídavý krut: τ c = 0,25 Rm DPŽ – 31Hrubý Odhad meze únavy Meze

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

Page 35: Dynamická pevnost a životnost Přednášky základymechanika.fs.cvut.cz/content/files/DPZ/DPZ_2015_Hru01.pdfStřídavý krut: τ c = 0,25 Rm DPŽ – 31Hrubý Odhad meze únavy Meze

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

Page 36: Dynamická pevnost a životnost Přednášky základymechanika.fs.cvut.cz/content/files/DPZ/DPZ_2015_Hru01.pdfStřídavý krut: τ c = 0,25 Rm DPŽ – 31Hrubý Odhad meze únavy Meze

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

Page 37: Dynamická pevnost a životnost Přednášky základymechanika.fs.cvut.cz/content/files/DPZ/DPZ_2015_Hru01.pdfStřídavý krut: τ c = 0,25 Rm DPŽ – 31Hrubý Odhad meze únavy Meze

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

Page 38: Dynamická pevnost a životnost Přednášky základymechanika.fs.cvut.cz/content/files/DPZ/DPZ_2015_Hru01.pdfStřídavý krut: τ c = 0,25 Rm DPŽ – 31Hrubý Odhad meze únavy Meze

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

Page 39: Dynamická pevnost a životnost Přednášky základymechanika.fs.cvut.cz/content/files/DPZ/DPZ_2015_Hru01.pdfStřídavý krut: τ c = 0,25 Rm DPŽ – 31Hrubý Odhad meze únavy Meze

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

Page 40: Dynamická pevnost a životnost Přednášky základymechanika.fs.cvut.cz/content/files/DPZ/DPZ_2015_Hru01.pdfStřídavý krut: τ c = 0,25 Rm DPŽ – 31Hrubý Odhad meze únavy Meze

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

Page 41: Dynamická pevnost a životnost Přednášky základymechanika.fs.cvut.cz/content/files/DPZ/DPZ_2015_Hru01.pdfStřídavý krut: τ c = 0,25 Rm DPŽ – 31Hrubý Odhad meze únavy Meze

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

Page 42: Dynamická pevnost a životnost Přednášky základymechanika.fs.cvut.cz/content/files/DPZ/DPZ_2015_Hru01.pdfStřídavý krut: τ c = 0,25 Rm DPŽ – 31Hrubý Odhad meze únavy Meze

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

Page 43: Dynamická pevnost a životnost Přednášky základymechanika.fs.cvut.cz/content/files/DPZ/DPZ_2015_Hru01.pdfStřídavý krut: τ c = 0,25 Rm DPŽ – 31Hrubý Odhad meze únavy Meze

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

Page 44: Dynamická pevnost a životnost Přednášky základymechanika.fs.cvut.cz/content/files/DPZ/DPZ_2015_Hru01.pdfStřídavý krut: τ c = 0,25 Rm DPŽ – 31Hrubý Odhad meze únavy Meze

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

Page 45: Dynamická pevnost a životnost Přednášky základymechanika.fs.cvut.cz/content/files/DPZ/DPZ_2015_Hru01.pdfStřídavý krut: τ c = 0,25 Rm DPŽ – 31Hrubý Odhad meze únavy Meze

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

Page 46: Dynamická pevnost a životnost Přednášky základymechanika.fs.cvut.cz/content/files/DPZ/DPZ_2015_Hru01.pdfStřídavý krut: τ c = 0,25 Rm DPŽ – 31Hrubý Odhad meze únavy Meze

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

Page 47: Dynamická pevnost a životnost Přednášky základymechanika.fs.cvut.cz/content/files/DPZ/DPZ_2015_Hru01.pdfStřídavý krut: τ c = 0,25 Rm DPŽ – 31Hrubý Odhad meze únavy Meze

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

Page 48: Dynamická pevnost a životnost Přednášky základymechanika.fs.cvut.cz/content/files/DPZ/DPZ_2015_Hru01.pdfStřídavý krut: τ c = 0,25 Rm DPŽ – 31Hrubý Odhad meze únavy Meze

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

Page 49: Dynamická pevnost a životnost Přednášky základymechanika.fs.cvut.cz/content/files/DPZ/DPZ_2015_Hru01.pdfStřídavý krut: τ c = 0,25 Rm DPŽ – 31Hrubý Odhad meze únavy Meze

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

Page 50: Dynamická pevnost a životnost Přednášky základymechanika.fs.cvut.cz/content/files/DPZ/DPZ_2015_Hru01.pdfStřídavý krut: τ c = 0,25 Rm DPŽ – 31Hrubý Odhad meze únavy Meze

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

Page 51: Dynamická pevnost a životnost Přednášky základymechanika.fs.cvut.cz/content/files/DPZ/DPZ_2015_Hru01.pdfStřídavý krut: τ c = 0,25 Rm DPŽ – 31Hrubý Odhad meze únavy Meze

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

Page 52: Dynamická pevnost a životnost Přednášky základymechanika.fs.cvut.cz/content/files/DPZ/DPZ_2015_Hru01.pdfStřídavý krut: τ c = 0,25 Rm DPŽ – 31Hrubý Odhad meze únavy Meze

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

Page 53: Dynamická pevnost a životnost Přednášky základymechanika.fs.cvut.cz/content/files/DPZ/DPZ_2015_Hru01.pdfStřídavý krut: τ c = 0,25 Rm DPŽ – 31Hrubý Odhad meze únavy Meze

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

Page 54: Dynamická pevnost a životnost Přednášky základymechanika.fs.cvut.cz/content/files/DPZ/DPZ_2015_Hru01.pdfStřídavý krut: τ c = 0,25 Rm DPŽ – 31Hrubý Odhad meze únavy Meze

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

Page 55: Dynamická pevnost a životnost Přednášky základymechanika.fs.cvut.cz/content/files/DPZ/DPZ_2015_Hru01.pdfStřídavý krut: τ c = 0,25 Rm DPŽ – 31Hrubý Odhad meze únavy Meze

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

Page 56: Dynamická pevnost a životnost Přednášky základymechanika.fs.cvut.cz/content/files/DPZ/DPZ_2015_Hru01.pdfStřídavý krut: τ c = 0,25 Rm DPŽ – 31Hrubý Odhad meze únavy Meze

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

Page 57: Dynamická pevnost a životnost Přednášky základymechanika.fs.cvut.cz/content/files/DPZ/DPZ_2015_Hru01.pdfStřídavý krut: τ c = 0,25 Rm DPŽ – 31Hrubý Odhad meze únavy Meze

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

Page 58: Dynamická pevnost a životnost Přednášky základymechanika.fs.cvut.cz/content/files/DPZ/DPZ_2015_Hru01.pdfStřídavý krut: τ c = 0,25 Rm DPŽ – 31Hrubý Odhad meze únavy Meze

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

Page 59: Dynamická pevnost a životnost Přednášky základymechanika.fs.cvut.cz/content/files/DPZ/DPZ_2015_Hru01.pdfStřídavý krut: τ c = 0,25 Rm DPŽ – 31Hrubý Odhad meze únavy Meze

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

Page 60: Dynamická pevnost a životnost Přednášky základymechanika.fs.cvut.cz/content/files/DPZ/DPZ_2015_Hru01.pdfStřídavý krut: τ c = 0,25 Rm DPŽ – 31Hrubý Odhad meze únavy Meze

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

Page 61: Dynamická pevnost a životnost Přednášky základymechanika.fs.cvut.cz/content/files/DPZ/DPZ_2015_Hru01.pdfStřídavý krut: τ c = 0,25 Rm DPŽ – 31Hrubý Odhad meze únavy Meze

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

Page 62: Dynamická pevnost a životnost Přednášky základymechanika.fs.cvut.cz/content/files/DPZ/DPZ_2015_Hru01.pdfStřídavý krut: τ c = 0,25 Rm DPŽ – 31Hrubý Odhad meze únavy Meze

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

Page 63: Dynamická pevnost a životnost Přednášky základymechanika.fs.cvut.cz/content/files/DPZ/DPZ_2015_Hru01.pdfStřídavý krut: τ c = 0,25 Rm DPŽ – 31Hrubý Odhad meze únavy Meze

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

Page 64: Dynamická pevnost a životnost Přednášky základymechanika.fs.cvut.cz/content/files/DPZ/DPZ_2015_Hru01.pdfStřídavý krut: τ c = 0,25 Rm DPŽ – 31Hrubý Odhad meze únavy Meze

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

Page 65: Dynamická pevnost a životnost Přednášky základymechanika.fs.cvut.cz/content/files/DPZ/DPZ_2015_Hru01.pdfStřídavý krut: τ c = 0,25 Rm DPŽ – 31Hrubý Odhad meze únavy Meze

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

Page 66: Dynamická pevnost a životnost Přednášky základymechanika.fs.cvut.cz/content/files/DPZ/DPZ_2015_Hru01.pdfStřídavý krut: τ c = 0,25 Rm DPŽ – 31Hrubý Odhad meze únavy Meze

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

Page 67: Dynamická pevnost a životnost Přednášky základymechanika.fs.cvut.cz/content/files/DPZ/DPZ_2015_Hru01.pdfStřídavý krut: τ c = 0,25 Rm DPŽ – 31Hrubý Odhad meze únavy Meze

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

Page 68: Dynamická pevnost a životnost Přednášky základymechanika.fs.cvut.cz/content/files/DPZ/DPZ_2015_Hru01.pdfStřídavý krut: τ c = 0,25 Rm DPŽ – 31Hrubý Odhad meze únavy Meze

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

Page 69: Dynamická pevnost a životnost Přednášky základymechanika.fs.cvut.cz/content/files/DPZ/DPZ_2015_Hru01.pdfStřídavý krut: τ c = 0,25 Rm DPŽ – 31Hrubý Odhad meze únavy Meze

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

Page 70: Dynamická pevnost a životnost Přednášky základymechanika.fs.cvut.cz/content/files/DPZ/DPZ_2015_Hru01.pdfStřídavý krut: τ c = 0,25 Rm DPŽ – 31Hrubý Odhad meze únavy Meze

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

Page 71: Dynamická pevnost a životnost Přednášky základymechanika.fs.cvut.cz/content/files/DPZ/DPZ_2015_Hru01.pdfStřídavý krut: τ c = 0,25 Rm DPŽ – 31Hrubý Odhad meze únavy Meze

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

Page 72: Dynamická pevnost a životnost Přednášky základymechanika.fs.cvut.cz/content/files/DPZ/DPZ_2015_Hru01.pdfStřídavý krut: τ c = 0,25 Rm DPŽ – 31Hrubý Odhad meze únavy Meze

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

Page 73: Dynamická pevnost a životnost Přednášky základymechanika.fs.cvut.cz/content/files/DPZ/DPZ_2015_Hru01.pdfStřídavý krut: τ c = 0,25 Rm DPŽ – 31Hrubý Odhad meze únavy Meze

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

Page 74: Dynamická pevnost a životnost Přednášky základymechanika.fs.cvut.cz/content/files/DPZ/DPZ_2015_Hru01.pdfStřídavý krut: τ c = 0,25 Rm DPŽ – 31Hrubý Odhad meze únavy Meze

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

Page 75: Dynamická pevnost a životnost Přednášky základymechanika.fs.cvut.cz/content/files/DPZ/DPZ_2015_Hru01.pdfStřídavý krut: τ c = 0,25 Rm DPŽ – 31Hrubý Odhad meze únavy Meze

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

Page 76: Dynamická pevnost a životnost Přednášky základymechanika.fs.cvut.cz/content/files/DPZ/DPZ_2015_Hru01.pdfStřídavý krut: τ c = 0,25 Rm DPŽ – 31Hrubý Odhad meze únavy Meze

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

Page 77: Dynamická pevnost a životnost Přednášky základymechanika.fs.cvut.cz/content/files/DPZ/DPZ_2015_Hru01.pdfStřídavý krut: τ c = 0,25 Rm DPŽ – 31Hrubý Odhad meze únavy Meze

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