MFZE, kancelarija 1111 MFZE, kancelarija 1214 tel: 449 129...
Transcript of MFZE, kancelarija 1111 MFZE, kancelarija 1214 tel: 449 129...
OSNOVE KONSTRUIRANJAKONSTRUIRANJA
Aleksandar Karač Fuad Hadžikadunić
MFZE, kancelarija 1111
tel: 449 129
MFZE, kancelarija 1214
tel: 449 120 lok 134tel: 449 [email protected]
tel: 449 120, lok. [email protected]
www.unze.ba/am/ok 2010/2011
O kursu Osnove konstruiranja .....
Izvođenje nastave
• predavanja: 2 časa sedmično
• vježbe: 2 časa sedmično Obaveze studenata
• redovno prisustvo na predavanjima i vježbama
Provjera znanja
• redovno prisustvo na predavanjima i vježbama
• urađeni i kolokvirani programi/zadaće (ukupno dva programa/zadaće)
j j• dva testa u toku semestra (teorija, kviz pitanja)
• pismeni ispit (zadaci)
Konačna ocjena
• prisustvo nastavi: 0 %
• programi: 30 %
• testovi: 20 %
i i i it 50 %Napomena:
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 2
• pismeni ispit: 50 % Svaka od stavki MORA biti ispunjena minimalno 50%!!!
O kursu Osnove konstruiranja .....
Osnovni pojmovi. Dizajn, inženjerski dizajn, dizajn mašina. Zadaci i aktivnosti u
Sadržaj kursa
1 sedmicadizajniranju. Kriteriji u dizajniranju. Faktori koji utječu na dizajn. Dizajnerski tipovi.
Proces dizajniranja. Općenito rješavanje problema. Tok rada u procesu dizajniranja. Formulacija problema i proračun. Inženjerski model. CAD i inženjerski dizajn.
1 sedmica
2 sedmiceInženjerski izvještaji. Faktori sigurnosti, standardi i regulative u dizajniranju.
Dizajniranje steznih spojeva. Uvod. O steznim spojevima. Proračun steznih spojeva u oblasti elastičnosti. Proračun steznih spojeva u oblasti plastičnosti. Stezni
2 sedmice
spojevi sa dvodjelnom i rasječenom glavčinom. Konusni stezni spojevi.
Koncentracija napona. Osnovni pojmovi. Oblici i koncentracija napona. Višestruka koncentracija napona. Metode za reduciranje koncentracije napona. 2 sedmicej p j j p
2 sedmiceHipoteze o razaranju materijala. Napon i naprezanje. Teorije o razaranju pri statičkim uslovima. Teorije o razaranju pri dinamičkim uslovima. Površinska oštećenja
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 3
O kursu Osnove konstruiranja .....
Dizajniranje zavarenih spojeva. Oblici i vrste zavarenih spojeva. Ukratko o
Sadržaj kursa - nastavak
2 sedmicej j p j p jstatičkoj i dinamičkoj izdržljivosti. Statički proračun zavarenih spojeva. Dinamički proračun zavarenih spojeva.
Racionalnost korištenja mase dijelova. Ekonomisanje materijalom. Nominalna
2 sedmice
Racionalnost korištenja mase dijelova. Ekonomisanje materijalom. Nominalnatežina elemenata. Utjecaji pojedinih faktora na masu konstrukcije.
Izbor materijala pri dizajniranju. Klase materijala. Osobine materijala. Strategijaizbora materijala.
1 sedmica
1 sedmicaizbora materijala.
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 4
O kursu Osnove konstruiranja .....
LITERATURA
osnovnaosnovna
• Predavanja, vježbe
• D.J. Vitas, Osnovi Mašinskih Konstrukcija I i II, Naučna knjiga, Beograd, 1973.
• Grupa autora, Inženjersko Mašinski Priručnik – drugi dio, Zavod za Udžbenike i nastavna sredstva, Beograd, 1992.
• Olević S Lemeš S : Osnovi konstruiranja i konstruiranje pomoću računara CAD MašinskiOlević S., Lemeš S.: Osnovi konstruiranja i konstruiranje pomoću računara CAD, Mašinski fakultet, Zenica, 1998.
• N. Plavšić i dr., Zbirka rešenih ispitnih zadataka iz Osnova konstruisanja, Mašinski fakultet, Beograd 1999Beograd, 1999.
• N. Repčić i dr., Zbirka zadataka iz mašinskih konstrukcija, Sarajevo, 1996.
• J. Vugdelija i dr., Zbirka zadataka iz Osnova Konstruisanja, Mašinski fakultet Beograd, 1974.
• R. Seferović, S. Olević, Zbirka zadataka iz Mašinskih Sistema, Univerzitet u Zenici, 2008.
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 5
O kursu Osnove konstruiranja .....
LITERATURA
dodatnadodatna
• R.L. Norton, Machine Design – An Integrated Approach, Pearson Prentice Hall, 2006.
• G. Pahl, W. Beitz, Engineering Design: A systematic Approach, Springer-Verlag London Ltd., 1996.
• J.E. Shigley, C.R. Mischke, Standard Handbook of Machine Design, McGraw-Hill, 1996.
• M F Ashby Materials Selection and Mechanical Design Butterworth Heinemann 1999• M.F. Ashby, Materials Selection and Mechanical Design, Butterworth Heinemann, 1999.
• W.D.Pilkey, Peterson’s Stress Concentration Factors, John Wiley & Sons, Inc., 1997.
• VDI 2221
• VDI 2222
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 6
Osnovni pojmovi
O dizajnu inženjerskom dizajnuO dizajnu, inženjerskom dizajnu, ....
Dizajn potječe od latinske riječi designare namijeniti označitiDizajn - potječe od latinske riječi designare – namijeniti, označiti
Dizajniranje – pretvaranje (konverzija) informacija
– struktuiranje nestruktuiranih problema
– opetovano optimiranje rješenja problema
– vježba primijenjene kreativnosti
– nalaženje tehnički perfektnog, ekonomski poželjanog i estetički zadovoljavajućeg rješenja za zadati problem (Kesselring)j j g j j p ( g)
– prvenstveno kreativna aktivnost, zasnovana na znanju i iskustvu, usmjerena ka rješenjima unaprijed razmišljajući o tehničkim proizvodima, kako bi se odredila funkcionalna i strukturna p ,konstrukcija, te kreirali dokumenti koji su spremni za proizvodnju…. (VDI 2222)
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 7
O dizajnu inženjerskom dizajnu
Osnovni pojmovi
O dizajnu, inženjerskom dizajnu, ....
Inženjerski dizajn – aktivnost rješavanja problema sa usmjerenim ciljem
Inženjerski dizajn proces primjene raznih tehnika i naučnih principa u ciljuInženjerski dizajn – proces primjene raznih tehnika i naučnih principa u cilju definisanja nekog uređaja, procesa, ili sistema u dovoljnom broju detalja kako bi se omogućila njegova realizacija. (Taylor, 1959)Mašinsko inženjerski dizajn korištenje naučnih principa tehničkih informacija iMašinsko-inženjerski dizajn – korištenje naučnih principa, tehničkih informacija i imaginacije u definisanju mehaničke strukture, mašine ili sistema radi izvođenja prethodno definisanih funkcija sa maksimalnom uštedom i efikasnošću. Odgovornost dizajnera pokriva čitav proces od koncepcije do izdavanja detaljnih instrukcija za
Dizajn mašina – proces donošenja odluka kojim se kreiraju specifikacije za mašine
j p p p j j j jproizvodnju, a njegov interes se nastavlja u toku čitavog životnog vijeka proizvoda.
Industrijski dizajn – profesionalna služba za kreiranje u razvoj koncepata i specifikacija koje optimiziraju funkciju, vrijednost i izgled proizvoda i sistema radi obostrane koristi korinika i proizvođača. (IDSA)
Industrijski dizajn – kreativna aktivnost čiji je cilj uspostavljanje optimalnih karakteristika objekata, procesa, usluga i njihovih sistema u cijelom životnom vijeku. Dakle, dizajniranje je centralni faktor inovativne humanizacije tehnologija i važan
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 8
faktor kulturnih u skonomskih promjena. (ICSID)
Zadaci i aktivnosti u dizajniranju
Osnovni pojmovi
Zadaci i aktivnosti u dizajniranju
Osnovni zadatak inženjera je da primijeni svoja naučna saznanja na rješenje tehničkih problema, a zatim optimizira to rješenje unutar ograničenja u materijalu, te tehnoloških i ekonomskih ograničenja.
PolitikaKulturni tok
Sociološka psihologija
Kulturni tok
Nauka Inženjerska nauka
Inženjerski dizajn
Inženjerska tehnologija Proizvodnja
Ekonomija
j g j
Industrijski dizajn
Tehnički tok
Umjetnički dizajn
Umjetnost Centralna aktivnost inženjerskog dizajna
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 9
j Centralna aktivnost inženjerskog dizajna
O dizajnu inženjerskom dizajnu
Osnovni pojmovi
O dizajnu, inženjerskom dizajnu, ....
Modeli dizajniranja sa različitih aspekata
Psihološki aspekt – kreativna aktivnost koja zahtijeva dobro poznavanje matematike, fizike, hemije, mehanike, termodinamike, hidrodinamike, elektrotehnike, proizvodnje, tehnlogije materijala, teorije dizajniranja, praktičnog znanja i iskustva.
Sistematski aspekt – optimizacija datih ciljeva unutar ograničenja sa djelimičnim konfliktima
Organizacijski aspekt – igra vodeću ulogu u proizvodnji i procesiranju sirovina i proizvoda; zahtijeva kolaboraciju radnika iz različitih oblasti djelovanja.
• 70% ukupnih troškova proizvoda se određuje njegovim dizajnom, a troškovi obuhvataju materijal opremu alat radnu snagu i ostale troškovematerijal, opremu, alat, radnu snagu, i ostale troškove.
• 50-80% troškova životnog vijeka proizvoda su uzrokovani u toku inženjerskog dizajna.
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 10
O dizajnu inženjerskom dizajnu
Osnovni pojmovi
O dizajnu, inženjerskom dizajnu, ....
Potreba tržišta/Problem Mogući ciljevi kompanije
Planiranje proizvodaPostavljanje zadataka
Dizajn/Razvoj
Proizvodnja/Sklapanje/Testiranje cilje
vi
sa p
roiz
voda
Zaht
ijeva
ni
Korištenje/Potrošnja/Održavanje
ivot
nog
cikl
u
Obnavljnje Recikliranje
Men
adžm
ent ž Marketing/Konsulting/Prodaja
Životni ciklus proizvoda
energijej
Odlaganje/Okolina
M
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 11
Životni ciklus proizvoda
Zadaci i aktivnosti u dizajniranju
Osnovni pojmovi
Zadaci i aktivnosti u dizajniranju
Faze u dizajniranju
1. Pojašnjenje zadatka – sakupljanje informacija o zahtijevima i ograničenjima koje treba da ispuinjava rješenje
2. Koncipiranje (njem. Methodisches Koncipieren, eng. Conceptual Design) – postavljanje fukcionalnih struktura, pretraživanje odgovarajućih principa i njihova kombinacija u konceptne varijante
3. Projektovanje (njem. Methodisches Entwerfen, eng. Embodiment Design) – dizajner, počinjući od koncepta, određuje plan, i oblikuje i razvija tehnički proizvod ili sistem u odnosu na tehničke i ekonomeske uslovei ekonomeske uslove
4. Razrada (njem. Methodisches Ausarbeiten, eng. Detail Design) –konačno se postavlja raspored, oblik, dimenzije i osobine površina
ih j di č ih dij l t h ičk i k k ć tisvih pojedinačnih dijelova, tehničke i ekonomske mogućnosti se ponovo provjeravaju, izrađuju se svi crteži i ostali proizvodni dokumenti.
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 12
Zadaci i aktivnosti u dizajniranju
Osnovni pojmovi
Zadaci i aktivnosti u dizajniranju
Organizacija procesa dizajniranja – originalni dizajn
Menadžment Prodaja
Koncipiranje
ProjektovanjeIstraživanjeRazrada
Proračun Izvršenje narudžbe
Proces dizajniranja
Proizvodnja
Kreiranje proizvoda
Informacije
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 13
Zadaci i aktivnosti u dizajniranju
Osnovni pojmovi
Zadaci i aktivnosti u dizajniranju
Organizacija procesa dizajniranja – veliki proizvodi u pojedinačnoj proizvodnji
MenadžmentProdaja
Koncipiranje
ProjektovanjeIstraživanjeProračun
Razrada
Izvršenje narudžbe
Proračun
Proces dizajniranja
Proizvodnja
Kreiranje proizvoda
Informacije
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 14
Zadaci i aktivnosti u dizajniranju
Osnovni pojmovi
Zadaci i aktivnosti u dizajniranju
Organizacija procesa dizajniranja – masovna proizvodnja
Menadžment Prodaja
Koncipiranje
ProračunRazrada
Izvršenje narudžbeProjektovanje
Eksperimentalni razvoj
j
Proces dizajniranja
Proizvodnja
Kreiranje proizvoda
Informacije
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 15
Kriteriji u dizajniranjuOsnovni pojmovi
Kriteriji u dizajniranju
• Funkcija
Najvažniji kriteriji
Funkcija
• Sigurnost
• PouzdanostNaknadno dodato u uobičajeni postupak
• Troškovi
• Proizvodnost
• Marketing
Potrebno je imati i sljedeće na umu:
1. Razvoj i korištenje sistema pregleda dizajna naročito specificirajući analizu kvara, sigurnost, i sukladnost sa standardima i vladinim regulativama
2. Razvoj liste radnih operacija i provjera korištenja proizvoda u svakoj operaciji3. Identifikacija okruženja korištenja proizvoda, uključujući očekivana korištenja, moguća
pogrešna korištenja, i željena korištenja4. Korištenje specifičnih teorija dizajniranja koje naglašavaju analizu kvara ili nepravilnog
d i i t k j d j iji
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 16
rada i sigurnost u svakoj radnoj operaciji
Faktori koji utječu na dizajnOsnovni pojmovi
Faktori koji utječu na dizajn
Namjena
Osnovni i polazni uslov za rješavanje problema dizajniranjaOsnovni i polazni uslov za rješavanje problema dizajniranja
Naponsko stanje, oblik, težina
Oblik i težinu birati tako da, po mogućnosti, napon u svakoj tački bude što više ujednačen, a da pri tome ne prelazi dopuštenu veličina (racionalnost iskorištenja materijala)
Standardi
Ob i k t i j i t i l i d ti d t j d t d dObavezni u konstruiranju; samo izuzetni razlozi mogu opravdati odstupanje od standarda
Materijal
Za izbor su bitne mehaničke, fizičke, hemijske i tehnološke osobine.Za izbor su bitne mehaničke, fizičke, hemijske i tehnološke osobine.Habanje, korozija
Habanje – neželjeno odvajanje čestica materijala pod utjecajem mehaničkog djelovanja sile trenja, otpora kotrljanja kavitacijeotpora kotrljanja, kavitacije, ...
Korozija – neželjeno odvajanje čestica materijala pod utjecajem hemijskog razaranja materije pod utjecajem čistog hemijskog (npr. oksidacija) ili elektrohemijskog djelovanja.
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 17
Faktori koji utječu na dizajnOsnovni pojmovi
Faktori koji utječu na dizajn
Izrada i obrada
• Postupci izrade: livenje deformacija u toplom i hladnom stanju obrada rezanjem zavarivanje
Sklapanje
• Postupci izrade: livenje, deformacija u toplom i hladnom stanju, obrada rezanjem, zavarivanje
• Postupak izrade zavisi od oblika, materijala, broja koamda, opremljenosti fabrike, ...
S apa je
Sklapanje treba da se obavi lako i brzo.
Rukovanje i održavanjeRukovanje i održavanje
Rukovanje treba da bude jednostavno i da se izbjegnu eventualne greške (osigurati bezbjednost rukovaoca)
Ispravno održavanje (podmazivanje, zamjena istrošenih dijelova, promjena ulja, ...) je od velike važnosti.
TransportTransport
Oblik, veličina i težina moraju biti u skladu sa mogućnostima njenog transportovanja iz fabrike do mjesta upotrebe
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 18
Faktori koji utječu na dizajnOsnovni pojmovi
Faktori koji utječu na dizajn
Estetski obziri
Izgled treba da je što ljepši i skladniji da bi prijatnije djelovao na čovjeka
Zaštita od bude mašina
Izgled treba da je što ljepši i skladniji da bi prijatnije djelovao na čovjeka.
Jaka buka, koju mogu stvarati mašine, djeluje neprijatno na vozila, izaziva psihički zamor, smanjuje radnu sposobnost čovjeka, i štetna je za zdravlje.
EkonomičnostEkonomičnost
Troškovi proizvodnje i eksploatacije mašina treba da budu što manji.
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 19
Dizajnerski tipovi
Osnovni pojmovi
Dizajnerski tipovi
Originalni dizajn originalni princip rješenja za neki sistem (fabrikaOriginalni dizajn – originalni princip rješenja za neki sistem (fabrika, mašina, sklop) sa istim, sličnim ili novim zadatkom
Adaptivni dizajn – adaptiranje poznatog sistema (princip rješenja ostaje isti) na promijenjeni zadatak. Obično se koriste originalni dizajn za pojedine dijelove ili sklopove.
Varijantni dizajn (dizajn sa fiksiranim principom) – variranje veličine i/ili rasporeda pojedinih aspekata izabranog sistema; funkcija i princip rješenja ostaju nepromijenjeni. Ne pojavljuju se novi problemi u smislu promjene materijala, p j j N p j j j p p j j ,ograničenja ili tehnoloških faktora.
1973 VDMA (Nj čk ij ij ši kih k ij )1973, VDMA (Njemačka asocijacija mašinskih kompanija):
25% OD, 55 % AD, 20% VD
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 20
Općenito rješavanje problemaProces dizajniranja
Općenito rješavanje problema
ZadatakKonfrontacija
Informacija
Zadatak (problem)
Informacija
Definisanje
avaj
ući
Kreiranje
neza
dovo
lja
Vrednovanje
Rez
ulta
t n
OdlučivanjeRješenje
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 21
Procedura općenitog rješavanja problema
Općenito rješavanje problemaProces dizajniranja
Općenito rješavanje problema
P iti k kPrethodni korak
Ponoviti korak na višem nivou informacija
DA
Da li su rezultati Da li je ponavljanjeNE
DA
Da li su rezultati zadovoljavajući s obzirom na cilj
Da li je ponavljanje koraka financijski opravdano
NE
NEDA
Sljedeći planirani korak Zaustaviti razvoj
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 22
Procedura procesa odlučivanja
Tok rada u procesu dizajniranja
Proces dizajniranjaTok rada u procesu dizajniranja
Zadatak
Postavljanje zadatkaDavanje specifikacije st
avlja
nje
zada
tka
Davanje specifikacije
Specifikacije
Identificiranje osnovnih problemaPostavljanje funkcionalnih strukturaTraženje principa rješenjaik
aciji
Pos z
ipira
nje
acija
prin
cipa
j p p j jKombiniranje i postavljanje konceptupualnih varijantiVrednovanje na osnovu tehničkih i ekonomskih kriterija
Koncept
Razvijanje preliminarnog plana i oblikovanjegođa
vaju
spe
cifi
obol
jšan
je
Kon
ci
likov
anje Opt
imiz
a
j j p g p jIzbor najboljeg preliminarnog planaPoboljšavanje i vrednovanje na osnovu tehničkih i ekonomskih kriterija
Preliminarni plan
Optimiranje i kompletiranje oblika dizajnaje k
oje
se p
rilag
Obn
avlja
nje
i po
Proj
ekto
vanj
e
ranj
e pl
ana
i obl
p j p j jProvjeravanje grešaka i troškovaPripremanje preliminarne liste dijelova i dokumenata za proizvodnju
Konačni planFinaliziranje detaljaK l i j ž d lj i d k i d j
Info
rmac
ij O
ada
P
Opt
imir
Kompletiranje crteža detalja i dokumenata za proizvodnjuProvjera svih dokumenata
Dokumentacija
RješenjeR
azra
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 23
Koraci u procesu dizajniranjaRješenje
Tok rada u procesu dizajniranja
Proces dizajniranjaTok rada u procesu dizajniranja
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 24
Koraci u procesu dizajniranja
Tok rada u procesu dizajniranja
Proces dizajniranjaTok rada u procesu dizajniranja
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 25
Koraci u procesu dizajniranja
Tok rada u procesu dizajniranja
Proces dizajniranjaTok rada u procesu dizajniranja
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 26
Koraci u procesu dizajniranja
Tok rada u procesu dizajniranja
Proces dizajniranjaTok rada u procesu dizajniranja
Koraci u dizajniranju
1. Identificiranje potrebe
Sastoji se od opšteg (vrlo grubog i nejasnog) cilja problema
2. Istraživanje
Potrebno je u potpunosti razumjeti problem
3. Cilj
Jasnije utvrđivnje cilja na osnovu odrađenog istraživanjaj j j g j
4. Specificiranje zadataka
Zaokruživanje problema i postavljanje njegovog kruga djelovanja (granica j p p j j j g g g j j (gdefinisanosti)
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 27
Tok rada u procesu dizajniranja
Proces dizajniranja
5. Sinteza (idejni ili inventivni korak) - sastaviti
Tok rada u procesu dizajniranja
Traži se što je više alternativnih rješenja obično bez obzira na njihovu vrijednost ili kvalitet
6. Analiza - rastaviti6. Analiza rastaviti
Moguća rješenja iz prethodnih koraka se analiziraju, pa se prihvataju, odbijaju ili modificiraju
7. Izbor varijante
Izabere se rješenje od kojeg se anjviše očekuje.j j j g j j
8. Detaljan dizajn – razrada
Sve se provjerava, nacrtaju crteži, definišu specifikacije za proizvodnju, itd.
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 28
Tok rada u procesu dizajniranja
Proces dizajniranja
9. Izrada prototipa i testiranje
Tok rada u procesu dizajniranja
Radni dizajn se završava izradom prototipa i njegovim testiranjem
10. Proizvodnjaj
Proizvodnja određene količine provjerenog uređaja, procesa, ...
Proces 1-10 radi se iterativnim postupkom, pri čemu red izvršenja nije linearan (od 1 do 10) nego po potrebiizvršenja nije linearan (od 1 do 10), nego po potrebi.
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 29
Formulacija problema i proračunProces dizajniranja
Formulacija problema i proračun
Rješavanje problema zahtijeva organizovani pristup
1. Definisanje problema
2 Postaviti šta je dato Faza definisanja2. Postaviti šta je dato
3. Postaviti odgovarajuće pretpostavke
4 Preliminarne odluke o dizajniranju P li i f4. Preliminarne odluke o dizajniranju
5. Izrada skica
6 M t tički d li
Preliminarna faza dizajniranja
6. Metematički modeli
7. Analiza dizajnaRazrada
8. Vrednovanje
9. Tehnička dokumentacija Faza dokumentiranja
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 30
Formulacija problema i proračunProces dizajniranja
Formulacija problema i proračun
Faza definisanja
1. Definisanje problema – što jasnije
2. Postaviti šta je dato – izlistati poznate informacije
3. Postaviti odgovarajuće pretpostavke – nadovezati sa tačkom 2. (npr. zanemariti trenje, masu, i sl.)
1. Preliminarne odluke o dizajniranju – čak 90% karakteristika
Preliminarna faza dizajniranja
j jdizajna se odrede u prvih 10% projektnog vremena
2. Izrada skica – dokumentacija preliminarne faze
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 31
Formulacija problema i proračunProces dizajniranja
Formulacija problema i proračun
Razrada
1. Metematički (inženjerski) modeli – model opterećenja sa silama, momentima, jednačinama, i sl.
2. Analiza dizajna – na osnovu modela vrši se analiza (koeficijent sigurnosti, otkazivanje, ...)
3. Vrednovanje – rezultati analize se vrednuju zajedno sa odabranim materijalom i odlučuje se da li nastaviti sa dizajnom ili iterirati novo, bolje rješenje vraćanjem na prethodne korakeprethodne korake
Izrada dokumentacije
1. Tehnička dokumentacija – nakon uspješnog iterativnog procesa, izrađuje se dokumentacija (inženjerski crteži, specifikacije amterijala i izrade, ...)
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 32
p j j , )
Inženjerski modelProces dizajniranja
Inženjerski model
Uspjeh bilo kojeg procesa dizajniranja zavisi od ispravnosti i primjerenosti inženjerskog modelaUspjeh bilo kojeg procesa dizajniranja zavisi od ispravnosti i primjerenosti inženjerskog modela koji se koristi za predviđanje i analiziranje njegovog ponašanja prije nego se napravi hardver.
• Kreiranje inženjerskog modela je najteži i najizazovniji dio procesa dizajniranja (iskustvo i vještina)
• Inženjerski model se sastoji od skica, osnovnih jednačina, ...
• Matematički model definiše fizičko ponašanje sistema
I t i k išt j k j t• Intezivno korištenje kompjutera
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 33
Inženjerski modelProces dizajniranja
Inženjerski model
Procjena i preliminarna analiza
Dizajn problemi su nestruktuirani – treba ih struktuirati kako bi se riješili
Općenito, rješenje se ne može naći u knjigama
1. Mora se početi od nečega
2. Odakle god da se počne, to vjerovatno nije najbolje mjesto
Inženjerska skica
3. Iteracija će omogućiti da se dizajn poboljša, i dovesti do uspjeha
• Obično polazna tačka u dizajnu
• Osnovna svrha – komunikacija inženjera sa konceptomj j p
• Mora imati dovoljno informacija za razvoj inženjerskog modela za dizajn i analizu
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 34
CAD i inženjerski dizajnProces dizajniranja
CAD i inženjerski dizajn
• Kompjuteri su napravili pravu revoluciju u inženjerskom dizajnu i analizi.
• Problemi koji su bili poznati vijekovima, i nisu mogli biti riješeni, sada se mogu riješiti za nekoliko minuta na jeftinim računarima.
• Grafička rješenja, koja su se koristila godinama, sada niše nisu potrebna, iako su omogućavala j j , j g , p , gbolje razumijevanje problema
CAD – crtanje podržano računarima (computer-aided drafting)
CAD – konstruiranje podržano računarima (computer-aided design)
CAD crtanje podržano računarima (computer aided drafting)
2 j ( i f )o 2D crtanje (wireframe model)
o 3D modeliranje – savremeni pristup (solid model)
o CAD CAE (computer aided engineering) simulacije podržane računarimao CAD CAE (computer-aided engineering) – simulacije podržane računarima
Metod konačnoh volumena, Metod konačnih elemenata, Metod graničnih elemenata....
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 35
Inženjerski izvještajiProces dizajniranja
Inženjerski izvještaji
• Komunikacija predstavlja jedan od najvažnijih aspekata u inženjerstvu
~ Verbalno
~ U pisanoj formi
~ Pisanje ponuda, prijedloga
~ Pisanje tehničkih izvještaja
~ Prezentacije~ Prezentacije
• Prezentacija se obično daje u obliku pisanog izvještaja
~ Opis dizajna
~ Inženjerski crteži ili skice Inženjerski izvještaj
~ Tabele i grafici iz proračuna
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 36
Faktori sigurnosti standardi i regulativeProces dizajniranja
Faktori sigurnosti, standardi i regulative u dizajniranju
Kvalitet dizajna se može mjeriti pomoću mnogo kriterija: neophodno je izračunati nekoliko stepena sigurnosti da bi se procijenila nosivnost; postoje mnoge regulative koje se moraju ispoštovati prilikom dizajniranja
S i i iStepeni sigurnosti
Obično odnos dvije kvantitativne veličine sa istom jedinicom (čvrstoća/napon, kritični napon/primijenjen napon maksimalna brzina/brzina rada )napon/primijenjen napon, maksimalna brzina/brzina rada, ...)
Izbor zavisi od mnogo faktora i predstavlja mjeru nesigurnosti dizajnera u analitički model, teoriju g p j j g j , jrazaranja, podataka o osobinama materijala, vrste mateirijala (krt, duktilan)
Za krte materijale važi da se dizajniraju prema najvećoj čvrtoći, tj. lomu, dok se duktilni materijali pod statičkim naponom dizajniraju prema granici tečenja. Zato je faktor sigurnosti krtih materijala dva puta veći od onih za duktilne pod istim uslovima.
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 37
Faktori sigurnosti standardi i regulativeProces dizajniranja
Faktori sigurnosti, standardi i regulative u dizajniranju
Podaci o osobinama Stvarni materijal koji se koristi je testiran 1.3Podaci o osobinama materijala iz testiranja Osobine materijala (iz tablica) su na raspolaganju 2
Približne osobine materijala (iz tablica) su na raspolaganju 3Loše osobine materijala (iz tablica) su na raspolaganju 5+
S1
Uslovi okoline u kojima se proizvod koristi
Identični sa uslovima testa 1.3U osnovi okolina na sobnoj temperaturi 2Srednje teški uslovi okoline 3Veoma zahtijevne osobine okoline 5+
S2
Analitički modeli opterećenja i napona
Modeli poređeni sa eksperimentima 1.3Modeli tačno predstavljaju sistem 2Modeli približno predstavljaju sistem 3M d li b k i ij i t 5+
S3
Modeli su gruba aproksimacija sistema 5+
S=MAX(S1,S2,S3)Za duktilne materijale
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 38
Približne preporuke stepena sigurnosti
Faktori sigurnosti standardi i regulativeProces dizajniranja
Faktori sigurnosti, standardi i regulative u dizajniranju
Standardi i regulative
Standard – kriterij, pravilo, princip ili opis usvojen od strane neke ustanove (organa) ili opšteg prihvatanja ili korištenja i suglasnoti, kao osnova za upoređivanje ili ocjenu ili kao prihvaćeni modelmodel
• Interni standardi
• Nacionalni standardi (BAS, JUS, ГΟСТ, BS, ANSI, DIN,...)
Specifikacija slično standardu s tim da standard ima opšte značenje dok se specifikacija korsiti
( , , , , , , )
• ISO
Specifikacija – slično standardu, s tim da standard ima opšte značenje, dok se specifikacija korsiti za specializirane oblasti (sažeta lista zahtijeva koje treba da ispunajva neki proizvod)
Propisi – razvijene kao rezultat donošenja zakona u cilju kontrole u određenoj oblasti – određeni organi vrše ozakonjenje pojedinih standarda i zakonika.
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 39
Dizajniranje steznih spojeva (sklopova)Uvod – Sistem standardnih tolerancija (ponavljanje)Uvod Sistem standardnih tolerancija (ponavljanje)
• 13 grupa za mjere 1 500 mm (1 3 3 6 ) 3 mm pripada grupi 1 3 mm• 13 grupa za mjere 1-500 mm (1-3, 3-6, ...) – 3 mm pripada grupi 1-3 mm
• 8 grupa za mjere 500-3150 mm (500-630, 630-800, ...)
• 20 kvaliteta tolerancija sa jedinicom tolerancije
Tablica 7.14 i
Tablica 7.15, IMP
• Osnovna tolerancija – oznaka IT + kvalitet (npr. IT8) – višestruki iznos j ( p )jedinične tolerancije (red R5)
• Ukupno 24 položaja tolerancijskog polja prema nultoj liniji za unutrašnje (velika slova) i spoljašnje (mala slova) mjere
Tablica 7.19a. i
Tablica 7 19b IMP( ) p j j ( ) j Tablica 7.19b, IMP
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 40
Uvod – Sistem standardnih tolerancija (ponavljanje)Dizajniranje steznih spojeva (sklopova)Uvod Sistem standardnih tolerancija (ponavljanje)
Za unutrašnje mjere: A-H iznad nulte linije, J i K, a ponekad i M presjecaju nultu liniju, N-ZC ispod nulte linije
A
j , p j
A0 = AgA0 = AdPozitivnoodstupanje
AB
CC
DD
Negativnoodstupanje
Nulta linija
Nazivnamjera
C DE
EF FFG G H J J S
K M N P R S
T
U V X Yj
Y
Z
ZA
ZB
Položaj tolerancijskih polja unutrašnja mjera
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 41
Položaj tolerancijskih polja – unutrašnja mjera
Uvod – Sistem standardnih tolerancija (ponavljanje)Dizajniranje steznih spojeva (sklopova)Uvod Sistem standardnih tolerancija (ponavljanje)
Za spolješnje mjere: a-h ispod nulte linije, j presjeca nultu liniju, k-zc iznad nulte linijej
a0 = ada0 = agPozitivnoodstupanje z za
zb
Negativnoodst panje
Nulta linija
Nazivnaje ef f
fg
g h
j j S
k m n p r s t
u
v
x
y
z
odstupanje mjera
bc
cd de k m
Položaj tolerancijskih polja spoljašnja mjera
a
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 42
Položaj tolerancijskih polja – spoljašnja mjera
Uvod –Nalijeganja (D J Vitas I str 78)Dizajniranje steznih spojeva (sklopova)Uvod Nalijeganja (D.J. Vitas I, str. 78)
∅100H7/g6 (ili ∅100 ∅100H7 g6 )
Označavanje
∅100G7/h6 (ili ∅100 ∅100G7 h6 )H7 G7∅100H7/g6 (ili ∅100 , ∅100H7-g6 ) ∅100G7/h6 (ili ∅100 , ∅100G7-h6 )
g6 h6
Primjer nalijeganja
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 43
Primjer nalijeganja
Uvod – Vrste nalijeganjaDizajniranje steznih spojeva (sklopova)Uvod Vrste nalijeganja
Labava nalijeganja – uvijek obezbijeđen zazor
Najmanji zazor
Najveći zazor
• Za vratila u ležištima, za prstenaste klizače na vratilima, za zglavkaste veze
• Najmanji zazori (H/h) – relativni pokreti elemenata u sklopu veoma rijetki i po dužini puta kratkiNajmanji zazori (H/h) relativni pokreti elemenata u sklopu veoma rijetki i po dužini puta kratki (pomjerljivi zupčanici, glavčine isključnih spojnica, osovinice u zglavcima, ...)
• Nešto veći zazori (H/g, G/h) – za što bolje vođenje vratila u ležištima, ili za uzdužno pomjeranje elemenata na vratilimaelemenata na vratilima
• Veliki zazori (H/f, H/e, H/d, F/h, E/h, D/h) – za jako opterećena klizna ležišta
• Najveći zazori (H/c, H/b, H/a, C/h, B/h, A/h) – klizna ležišta brzohodih vratila i sklopove elemenata
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 44
izloženih toploti
Uvod – Vrste nalijeganjaDizajniranje steznih spojeva (sklopova)Uvod Vrste nalijeganja
Neizvjesna nalijeganja – mogu davati zazore ili preklope
Najveći preklop
Najveći zazor
• Bliža labavim nalijeganjima (H/j ili J/h) – za sklopove elemenata koje treba povremeno razdvajati ili skidati bez napora
• Bliža čvrstim nalijeganjima (H/k, H/m, H/n ili K/h, M/h, N/h) – za umjereno čvrste sklopove (za međusobnu nepokretljivost dovoljan je mali pritisak). U slučaju da se želi prenositi obrtni momenat neophodno je vezu osigurati klinom ili na neki drugi način.
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 45
Uvod – Vrste nalijeganjaDizajniranje steznih spojeva (sklopova)Uvod Vrste nalijeganja
Čvrsta nalijeganja – uvijek obezbijeđen preklop
Najmanji
Najveći preklop
Najmanjipreklop
• Za spojeve elemenata za koje je neophodno obezbijediti čvrstu, nepokretljivu vezu između elemenata spoja
• Obrtni moment se može obezbijediti bez posrednika (klin, i sl.)
• Lakše ostvariva nalijeganja (H7/p6, H7/r6, H7/s6) – slabije čvrsti spojevi elemenata: ležišni trupovi sa ležišnim posteljicama izloženih jakim uzdužnim silama vijenci i bandaže sa trupovima zupčanikasa ležišnim posteljicama izloženih jakim uzdužnim silama, vijenci i bandaže sa trupovima zupčanika ili točkova, spojnične glavčine sa vratilima
• Teža nalijeganja (H8/u8, H8/x8) – za vrlo čvrste veze elemenata sklopa: vratila sa zupčanicima, zamajcima točkovima
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 46
zamajcima, točkovima
Uvod – NalijeganjaDizajniranje steznih spojeva (sklopova)Uvod Nalijeganja
Primjer
Odrediti najmanje i najveće zazore, odnosno preklope za sklopove: 60E9/h9, 100H8/f8, 140H7/k6, j j j p p p200H7/r6
Tabela 7.19 a i b (IMP, str. 85 i 86)
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 47
Uvod – NalijeganjaDizajniranje steznih spojeva (sklopova)Uvod Nalijeganja
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 48
Uvod – NalijeganjaDizajniranje steznih spojeva (sklopova)Uvod Nalijeganja
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 49
Dizajniranje steznih spojeva (sklopova) – IMP, str. 171-179, D.J. Vitas I, str. 93-123O steznim spojevimaO steznim spojevima
Stezni spojevi služe sa prenos opterećenja, obrtnih momenata, radijalnih i aksijalnih sila pomoću otpora klizanju između spoljašnjeg i unutrašnjeg elementa (čvrsta nalijeganja)otpora klizanju između spoljašnjeg i unutrašnjeg elementa (čvrsta nalijeganja).
• Prečnik otvora spoljašnjeg elementa je manji od vanjskog prečnika unutrašnjeg elementa
• Sklapanjem nastaje pritisakSklapanjem nastaje pritisak
Stezni spoj
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 50
Stezni spoj
O steznim spojevimaDizajniranje steznih spojeva (sklopova)O steznim spojevima
Vrste steznih spojeva
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 51
Vrste steznih spojeva
Proračun cilindričnih presovanih spojeva u oblasti elastičnostiDizajniranje steznih spojeva (sklopova)
Proračun cilindričnih presovanih spojeva u oblasti elastičnosti
Deformacije elemenata spoja (teorija elastičnosti, proračun debelih cijevi)
i t š ji dii – unutršanji dio
e – spoljašnjidio
• spoljašanji diop j j
• unutrašnji diounutrašnji dio
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 52
Proračun cilindričnih presovanih spojeva u oblasti elastičnostiDizajniranje steznih spojeva (sklopova)
Proračun cilindričnih presovanih spojeva u oblasti elastičnosti
• spoljašanji dio
• unutrašnji dio
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 53
Proračun cilindričnih presovanih spojeva u oblasti elastičnostiDizajniranje steznih spojeva (sklopova)
Proračun cilindričnih presovanih spojeva u oblasti elastičnosti
Zavisnost pritiska od efektivnog preklopa
Uslovi na dodirnim površinamaUslovi na dodirnim površinama
Pritisak na dodirnim površinama
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 54
Proračun cilindričnih presovanih spojeva u oblasti elastičnostiDizajniranje steznih spojeva (sklopova)
Proračun cilindričnih presovanih spojeva u oblasti elastičnosti
P' efektivni preklopP – efektivni preklop
P – projektovani preklop
Rz – visine neravnina
P projektovani preklop
N i l t j
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 55
Neravnine elemenata spoja
Proračun cilindričnih presovanih spojeva u oblasti elastičnostiDizajniranje steznih spojeva (sklopova)
Proračun cilindričnih presovanih spojeva u oblasti elastičnosti
Granični preklopi spoja
Pritisci se određuju prema graničnim efektivnim, odnosno projektovanim preklopima -vjerovatnoća proklizavanja i vjerovatnoća provjere plastičnih deformacijaje manja od 0 3%
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 56
vjerovatnoća proklizavanja i vjerovatnoća provjere plastičnih deformacijaje manja od 0.3%.
Proračun cilindričnih presovanih spojeva u oblasti elastičnostiDizajniranje steznih spojeva (sklopova)
Proračun cilindričnih presovanih spojeva u oblasti elastičnosti
Alternativno (prama Vitasu)
m Poissonsov broj m=1/ν
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 57
m – Poissonsov broj m=1/ν
Proračun cilindričnih presovanih spojeva u oblasti elastičnostiDizajniranje steznih spojeva (sklopova)
Proračun cilindričnih presovanih spojeva u oblasti elastičnosti
Tok proračuna steznog spoja – tabela 7.69, IMP
P i j 1Primjer 1.
Na vratilo od čelika Č.1530 navučen je prsten od čelika Č.1430. Spoljašnji prečnik prstena je 100 mm, a unutrašnji prečnik vratila (šuplje vratilo) je 30 mm. Hrapavost neravnina je Rze = 15 μm, Rzi, j p ( p j ) j p j ze μ , zi =10 μm. Prečnik na dodirnim površinama dat je oznakom ∅60H8/x7. Naći najveći i najmanji dodirni pritisak.
Početni podaci i pomoćne veličine
Tabela 7.19 a i b (IMP, str. 85 i 86)
Za otvor
Za osovinu
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 58
Proračun cilindričnih presovanih spojeva u oblasti elastičnostiDizajniranje steznih spojeva (sklopova)
Proračun cilindričnih presovanih spojeva u oblasti elastičnosti
Najveći i najmanji preklop
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 59
Proračun cilindričnih presovanih spojeva u oblasti elastičnostiDizajniranje steznih spojeva (sklopova)
Proračun cilindričnih presovanih spojeva u oblasti elastičnosti
Najveći i najmanji dodirni pritisak
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 60
Proračun cilindričnih presovanih spojeva u oblasti elastičnostiDizajniranje steznih spojeva (sklopova)
Proračun cilindričnih presovanih spojeva u oblasti elastičnosti
Primjer 2.
U dio izrađen od sivog liva utisnuta je bronzana ležišna posteljica. Za zadate podatke treba izračunati g j p j pdeformacije unutrašnjeg prečnika posteljice i utjecaj na zazor kliznog ležišta (∅40H6/e7).
Podaci: ∅60H7/r6 na dodirnoj površini presovanog spoja, Ds= 100 mm, du = 40 mm, ν =0.25 i E = 1.1·1011
za SL ν =0 33 i E = 1 2·1011 za bronzu R + R = 5 μmza SL, ν 0.33 i E 1.2 10 za bronzu, Rze + Rze 5 μm.
Početni podaci i pomoćne veličine
Tabela 7.19 a i b (IMP, str. 85 i 86)
Za otvor
Za osovinu
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 61
Proračun cilindričnih presovanih spojeva u oblasti elastičnostiDizajniranje steznih spojeva (sklopova)
Proračun cilindričnih presovanih spojeva u oblasti elastičnosti
Najveći i najmanji preklop
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 62
Proračun cilindričnih presovanih spojeva u oblasti elastičnostiDizajniranje steznih spojeva (sklopova)
Proračun cilindričnih presovanih spojeva u oblasti elastičnosti
Najveći i najmanji dodirni pritisak
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 63
Proračun cilindričnih presovanih spojeva u oblasti elastičnostiDizajniranje steznih spojeva (sklopova)
Najmanja i najveća deformacija unutrašnjeg prečnika unutrašnjeg elementa
Proračun cilindričnih presovanih spojeva u oblasti elastičnosti
Tabela 7.19 a i b (IMP, str. 85 i 86) za spoj ∅40H6/e7
Za otvor
Napomena: Kvalitet 7 za polje e nije dat u Tabeli 7.19. Gornje odstupanje je isto kao za kvalitete 8 i 9 ali je tolerancija manja i dobija se iz tabele 7 14 (25 μm)
Za osovinu
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 64
i 9, ali je tolerancija manja i dobija se iz tabele 7.14 (25 μm).
Proračun cilindričnih presovanih spojeva u oblasti elastičnostiDizajniranje steznih spojeva (sklopova)
Proračun cilindričnih presovanih spojeva u oblasti elastičnosti
Najveći i najmanji zazor
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 65
Proračun cilindričnih presovanih spojeva u oblasti elastičnostiDizajniranje steznih spojeva (sklopova)
Proračun cilindričnih presovanih spojeva u oblasti elastičnosti
Naponi u spojenim dijelovima
Spoljašnji elementSpoljašnji element
unutršanja površina
spoljašnja površina
Unutrašnji element
unutršanji površina
Raspodjela napona u spojenim dijelovimaspoljašnja površina
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 66
Proračun cilindričnih presovanih spojeva u oblasti elastičnostiDizajniranje steznih spojeva (sklopova)
Proračun cilindričnih presovanih spojeva u oblasti elastičnosti
Ekvivalentni naponi u spojenim dijelovima
Spoljašnji elementSpoljašnji element
unutršanja površina
spoljašnja površina
Hipoteza najvećeg tangentnog napona za unutrašnju površinu
Najveći dopušteni pritisakNajveći dopušteni pritisak
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 67
Proračun cilindričnih presovanih spojeva u oblasti elastičnostiDizajniranje steznih spojeva (sklopova)
Proračun cilindričnih presovanih spojeva u oblasti elastičnosti
Ekvivalentni naponi u spojenim dijelovima
U š ji lUnutrašnji element
unutršanji površinaunutršanji površina
spoljašnja površina
Hipoteza najvećeg normalnog napona za unutrašnju površinu
spoljašnja površina
Najveći dopušteni pritisakNajveći dopušteni pritisak
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 68
Proračun cilindričnih presovanih spojeva u oblasti elastičnostiDizajniranje steznih spojeva (sklopova)
Proračun cilindričnih presovanih spojeva u oblasti elastičnosti
Primjer 3.
Za podatke iz primjera 1 provjeriti da li se naponi nalaze u granicama elastičnostiZa podatke iz primjera 1. provjeriti da li se naponi nalaze u granicama elastičnosti.
Za proračun je mjerodavan najveći dodirni pritisak
Tabela 7.8 (IMP, str. 44)
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 69
Proračun cilindričnih presovanih spojeva u oblasti elastičnostiProračun cilindričnih presovanih spojeva u oblasti elastičnostiDizajniranje steznih spojeva (sklopova)
Proračun cilindričnih presovanih spojeva u oblasti elastičnostiProračun cilindričnih presovanih spojeva u oblasti elastičnosti
Nosivost steznog spoja
μk – granična vrijednost stepena prionljivosti spoja (IMP, tab. 7.68)
Stepen sigurnosti protiv proklizavanja
μk g j p p j p j ( )
pd – najmanja vrijednost pritiska u spoju (prema najmanjoj vrijednosti efektivnog preklopa)
F – opterećenje spoja
F – uzdužno opterećenje
F = Ft = 2T /d – tangentno opterećenje
– kombinovano opterećenje
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 70
Proračun cilindričnih presovanih spojeva u oblasti elastičnostiDizajniranje steznih spojeva (sklopova)
Proračun cilindričnih presovanih spojeva u oblasti elastičnosti
Primjer 4.Za podatke iz primjera 1.provjeriti kolika je nosivost steznog spoja, ako je prsten u radu izložen aksijalnoj sili i dužina steznog spoja 60 mm.
Za proračun je mjerodavan najmanji dodirni pritisakZa proračun je mjerodavan najmanji dodirni pritisak
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 71
Proračun cilindričnih presovanih spojeva u oblasti elastičnostiDizajniranje steznih spojeva (sklopova)
Proračun cilindričnih presovanih spojeva u oblasti elastičnosti
Ostvarivanje spoja
P č i jPoprečno presovani spoj
• zagrijavanje spoljašnjeg ili hlađenje unutrašnjeg elementa
Pg – najveći očekivani preklop u spoju
Z – zazor potreban za lako spajanje elemenata (gornje odstupanje za polje f 7 za d )Z zazor potreban za lako spajanje elemenata (gornje odstupanje za polje f 7 za d )
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 72
Proračun cilindričnih presovanih spojeva u oblasti elastičnostiDizajniranje steznih spojeva (sklopova)
Proračun cilindričnih presovanih spojeva u oblasti elastičnosti
Primjer 5.Koliko treba zagrijati spoljašnji element ili pothladiti unutrašnji element steznog spoja datog u primjeru 1. da bi se ostvarilo poprečno spajanje. Koeficijent toplotnog širenja materijala je α=8.5·10-6 1/°C, temperatura okoline je 23°C.
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 73
Proračun cilindričnih presovanih spojeva u oblasti elastičnostiDizajniranje steznih spojeva (sklopova)
Proračun cilindričnih presovanih spojeva u oblasti elastičnosti
Ostvarivanje spoja
U d ž i j (dj j t il )Uzdužno presovani spoj (djejstvom sile prese)
• djejstvom sile prese
Ostvarivanje uzdužno presovanog spoja
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 74
Ostvarivanje uzdužno presovanog spoja
Proračun cilindričnih presovanih spojeva u oblasti elastičnostiDizajniranje steznih spojeva (sklopova)
Proračun cilindričnih presovanih spojeva u oblasti elastičnosti
Uzdužni raspored pritisaka u steznom spoju
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 75
Uzdužni raspored pritisaka u steznom spoju
Proračun cilindričnih presovanih spojeva u oblasti elastičnostiDizajniranje steznih spojeva (sklopova)
Proračun cilindričnih presovanih spojeva u oblasti elastičnosti
Primjer 6.Kolika sila prese je potrebna za sklapanje seznog spoja datog u primjeru 1.
Za proračun je mjerodavan najveći dodirni pritisak
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 76
Proračun cilindričnih presovanih spojeva u oblasti elastičnostiDizajniranje steznih spojeva (sklopova)
Proračun cilindričnih presovanih spojeva u oblasti elastičnosti
Primjer 7.Proračunati elastično presovani spoj vratila sa zupčanikom (oba materijala su izrađena od Č.0545) ako spoj treba da prenosi snagu od 11.2kW.
Podaci: μk = 0.15, Riz = Rez = 8 μm
Pomoćne veličine
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 77
Proračun cilindričnih presovanih spojeva u oblasti elastičnostiDizajniranje steznih spojeva (sklopova)
Proračun cilindričnih presovanih spojeva u oblasti elastičnosti
Maksimalni dozvoljeni pritisci na dodirnim površinama unutrašnjeg i spoljašnjeg elementa
Ob d il
Za proračun je mjerodavna manja vrijednost pritiska!!!
Obodna sila
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 78
Proračun cilindričnih presovanih spojeva u oblasti elastičnostiDizajniranje steznih spojeva (sklopova)
Proračun cilindričnih presovanih spojeva u oblasti elastičnosti
Najmanji pritisak
Efektivni preklopi
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 79
Proračun cilindričnih presovanih spojeva u oblasti elastičnostiDizajniranje steznih spojeva (sklopova)
Proračun cilindričnih presovanih spojeva u oblasti elastičnosti
Stvarni preklopi
Tolerancija sklopa
Najbliža manja vrijednost (tabela 7.14)
Tolerancijsko polje IT7 (oznaka rupe je ∅40H7)
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 80
Proračun cilindričnih presovanih spojeva u oblasti elastičnostiDizajniranje steznih spojeva (sklopova)
Proračun cilindričnih presovanih spojeva u oblasti elastičnosti
Donje odstupanje vratila
Tablična vrijednost koja zadovoljava ove granice je εd=60 μm i odgovara oznaci u
Oznaka spoja je: ∅40H7/u7
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 81
Proračun cilindričnih presovanih spojeva u oblasti plastičnostiDizajniranje steznih spojeva (sklopova)
Proračun cilindričnih presovanih spojeva u oblasti plastičnosti
Pritisak između spojenih dijelova
unutrašnji element
spoljašnji element
Efektivni preklop pri naponu jedakom granici razvlačenjap p p p j g j
Promjena pritiska na dodirnoj površini u zavisnosti od efektivnog preklopa
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 82
zavisnosti od efektivnog preklopa
Proračun cilindričnih presovanih spojeva u oblasti plastičnostiDizajniranje steznih spojeva (sklopova)
Mjerodavni pritisak za određivanje nosivosti
Proračun cilindričnih presovanih spojeva u oblasti plastičnosti
Granična sila trenja
Stepen sigurnosti protiv proklizavanja
Promjena pritiska na dodirnoj površini u zavisnosti od efektivnog preklopa
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 83
zavisnosti od efektivnog preklopa
Proračun cilindričnih presovanih spojeva u oblasti plastičnostiDizajniranje steznih spojeva (sklopova)
Proračun cilindričnih presovanih spojeva u oblasti plastičnosti
Primjer 8.Naći najveću aksijalnu silu koju može prenijeti spoj na slici.
Podaci: ∅100H10/z10, Ds=200 mm, du=40 mm, l =120 mm, μk = 0.1, Riz = Rez = 10 μm
Početni podaci i pomoćne veličinep p
Tabela 7.19 a i b (IMP, str. 85 i 86)
Za otvor
Za osovinu
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 84
Proračun cilindričnih presovanih spojeva u oblasti plastičnostiDizajniranje steznih spojeva (sklopova)
Proračun cilindričnih presovanih spojeva u oblasti plastičnosti
Najveći i najmanji preklop
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 85
Proračun cilindričnih presovanih spojeva u oblasti plastičnostiDizajniranje steznih spojeva (sklopova)
Proračun cilindričnih presovanih spojeva u oblasti plastičnosti
Najveći i najmanji dodirni pritisak
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 86
Proračun cilindričnih presovanih spojeva u oblasti plastičnostiDizajniranje steznih spojeva (sklopova)
Proračun cilindričnih presovanih spojeva u oblasti plastičnosti
Najveći naponi
Pritisak između spojenih dijelova
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 87
Proračun cilindričnih presovanih spojeva u oblasti plastičnostiDizajniranje steznih spojeva (sklopova)
Proračun cilindričnih presovanih spojeva u oblasti plastičnosti
Efektivni preklop pri naponu jedakom granici razvlačenja
Mjerodavni pritisak za određivanje nosivosti
Nosivost steznog spojag p j
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 88
Stezni spojevi sa dvodjelnom i rasječenom glavčinomDizajniranje steznih spojeva (sklopova)
Stezni spojevi sa dvodjelnom i rasječenom glavčinom
Stezni spojevi sa dvodjelnom i rasječenom glavčinom d >D
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 89
Stezni spojevi sa dvodjelnom i rasječenom glavčinomStezni spojevi sa dvodjelnom i rasječenom glavčinomDizajniranje steznih spojeva (sklopova)
Stezni spojevi sa dvodjelnom i rasječenom glavčinomStezni spojevi sa dvodjelnom i rasječenom glavčinom
Stezni spojevi sa dvodjelnom i rasječenom glavčinom d ≈D
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 90
Konusni stezni spojeviDizajniranje steznih spojeva (sklopova)
Konusni stezni spojevi
Primjeri ostvarivanja koničnih steznih spojeva
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 91
Primjeri ostvarivanja koničnih steznih spojeva
Konusni stezni spojeviDizajniranje steznih spojeva (sklopova)
Konusni stezni spojevi
Primjeri ostvarivanja koničnih steznih spojeva
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 92
Primjeri ostvarivanja koničnih steznih spojeva
Konusni stezni spojeviDizajniranje steznih spojeva (sklopova)
Konusni stezni spojevi
• Nagibi 1:10 do 1:40
V ći ibi k j b l kš d j j• Veći nagibi ako je potrebno lakše razdvajanje
• Za proračun je mjerodavan srednji prečnik
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 93
Koncentracija napona – D.J. Vitas I, str. 125-155Osnovni pojmoviOsnovni pojmovi
Stanje sa visokim lokaliziranim naponima, mnogo većim od srednjih napona – usljed nagle promjene oblika u blizini pukotina rupa usljed kontaktapromjene oblika, u blizini pukotina, rupa, usljed kontakta, ...
Nominalni naponi u presjecima I i II
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 94
Osnovni pojmoviKoncentracija naponaOsnovni pojmovi
Maksimalni napon u presjeku II naponi
Geometrijski (statički) faktor koncentracije napona
Efektivni (dinamički) faktor koncentracije napona
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 95
Osnovni pojmoviKoncentracija naponaOsnovni pojmovi
Osjetljivost materijala na koncentraciju napona
po Petersonu
Efektivni (dinamički) faktor koncentracije napona
Kuhn-Hardrath formula
- Neuberova konstanta
- radijus zakrivljenja žljebar
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 96
Osnovni pojmoviKoncentracija naponaOsnovni pojmovi
Neuberova konstanta
č lik l i ij ( b ljš ) l i ij ( č šć )čelik aluminij (poboljšan) aluminij (očvršćen)
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 97
Osnovni pojmoviKoncentracija naponaOsnovni pojmovi
Utjecaj vrste naprezanja na koncentraciju napona
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 98
Utjecaj vrste naprezanja na koncentraciju napona
Osnovni pojmoviKoncentracija naponaOsnovni pojmovi
Utjecaj vrste žljeba na koncentraciju napona
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 99
Utjecaj vrste žljeba na koncentraciju napona
Osnovni pojmoviKoncentracija naponaOsnovni pojmovi
Metode za određivanje faktora koncentracije napona
1 Analitičko rješenje teorija elastičnosti1. Analitičko rješenje – teorija elastičnosti
2. Eksperimentalne metode – fotoelasticimetrija, mjerne trake, ...
3. Računarske simulacije – MKE, MKV, ...
4. Teorija membrana – za probleme uvijanja
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 100
Osnovni pojmoviKoncentracija naponaOsnovni pojmovi
Analitičko rješenje – dvodimenzionalni problem
Granični uslovi
R t jRavno stanje napona
Ravno stanje naprezanja
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 101
Osnovni pojmoviKoncentracija naponaOsnovni pojmovi
Ravno stanje napona Ravno stanje naprezanja
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 102
Osnovni pojmoviKoncentracija naponaOsnovni pojmovi
Eksperimentalne metodeIzračunati pomoću formule za savijanje zaformule za savijanje za najmanji presjek
Stvarni rasporedStvarni raspored Stvarni raspored naponanapona za presjek
sa žljebom
Izohomatske linije pokazuju stalne naponeske razlike, pa se na osnovu
njihovog broja i gustine određuje faktor koncentracije napona
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 103
koncentracije napona.
Osnovni pojmoviKoncentracija naponaOsnovni pojmovi
Numeričke metode – računarske simulacije
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 104
Osnovni pojmoviKoncentracija naponaOsnovni pojmovi
Numeričke metode – računarske simulacije
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 105
Oblici i koncentracija naponaKoncentracija naponaOblici i koncentracija napona
Oblici sa stepenastim prelazima
3
2 4
2.6
2.8
3
1 50
D/d=2.0
dD
r
FF
2
2.2
2.4
k
1.20
1.30
1.50
1 15
1.4
1.6
1.8 1.101.15
1 07
0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3
r/d
1
1.21.02
1.05
1.01
1.07
r/d
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 106
Oblici i koncentracija naponaKoncentracija naponaOblici i koncentracija napona
Formula za αk za okrugli štap izložen uvijanju ili savijanju
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 107
Oblici i koncentracija naponaKoncentracija napona
Primjer
Oblici i koncentracija napona
Ako je aksijalna sila koja djeluje na štap sa stepenastim prelazom jednaka F=300 kN, izračunati najveće napone za slučajeve A i B sa podacima datim na slici.
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 108
Oblici i koncentracija naponaKoncentracija naponaOblici i koncentracija napona
3r
2.4
2.6
2.8
1.50
D/d=2.0
dD
r
FF
2
2.2
2.4
k
1.20
1.30
1 15
1.4
1.6
1.8 1.101.15
0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.31
1.21.02
1.05
1.01
1.07
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 109
r/d
Oblici i koncentracija naponaKoncentracija naponaOblici i koncentracija napona
Neuberova formula za nelinearne materijale
U slučajevima kada opterećenje prelazi vrijednosti pri kojima maksimalan napon naU slučajevima kada opterećenje prelazi vrijednosti pri kojima maksimalan napon na mjestu koncentracije napona prelazi granicu elastičnosti, raspodjela napona se mijenja i drugačija je od one u granicama elastičnosti.
Efektivni faktor koncentracije napona Efektivni faktor koncentracije naprezanja
Faktor koncentracije napona (Neuberova formula)Faktor koncentracije napona (Neuberova formula)
iliili
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 110
Oblici i koncentracija naponaKoncentracija naponaOblici i koncentracija napona
Primjer - Neuberova formula za nelinearne materijale
Vratilo na slici 1 izloženo je savijanju Ako je moment savijanja 500 Nm i D = 50 mm h = 9 mmVratilo na slici 1. izloženo je savijanju . Ako je moment savijanja 500 Nm, i D = 50 mm, h = 9 mm, r = 3 mm, odrediti maksimalan napon u presjeku A-A. Kriva napon-naprezanje, sa odgovarajućim podacima data je na slici 2.
350
250
300
Pa r
100
150
200
Napo
n, M
P
d D
r
MM
0
50
100
0 0 001 0 002 0 003 0 004 0 005
MsMs
0 0,001 0,002 0,003 0,004 0,005
Naprezanje
0 25 50 75 100 125 150 175 200 225 250 275 300 325 350 375 400Naprezanije, ×10-5
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 111
0 50 100 150 200 235 252 263 267 272 276 279 282 285 287 289 290Napon, MPa
Oblici i koncentracija naponaKoncentracija naponaOblici i koncentracija napona
500 Nm, D = 50 mm, h = 9 mm, r = 3 mmd=50 – 2⋅9 =32 mm
2 6
2.8
3
D/d=6 dD
r
d 50 2 9 32 mm
r/d=3/32=0.093D/d=50/32=1.5625
2.2
2.4
2.6
2.0
3.0MsMs
1.8
2
k
1 10
1.20
1.50
α = 1 75
Statički (geometrijski) faktor koncentracije napona
1.4
1.61.10
1.05
1.03
α k= 1.75
0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3
/d
1
1.2 1.021.01
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 112
r/d
Oblici i koncentracija naponaKoncentracija naponaOblici i koncentracija napona
α k= 1.75
Napon usljed koncentracije napona (dio se posmatra linearno elastičnim)
Modul elastičnosti (nagib krive napon naprezanje) inominalno naprezanje (odgovara nominalnom naponu)
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 113
Oblici i koncentracija naponaKoncentracija naponaOblici i koncentracija napona
Zadatak: Treba naći maksimalno naprezanje nelinearnog materijala na osnovu formule (zna se proizvod maksimalnog napona nelinearnog materijala i maksimalnog naprezanja)(zna se proizvod maksimalnog napona nelinearnog materijala i maksimalnog naprezanja)
0 50 100 150 200 235 252 263 267 272 276 279 282 285 287 289 290
Napon, MPa
Na osnovu tabele napon-naprezanje dobija se sljedeća tabela
0,00 0,01 0,05 0,11 0,20 0,29 0,38 0,46 0,53 0,61 0,69 0,77 0,85 0,93 1,00 1,08 1,16
Napon×Naprezanje
Linearnom interpolacijom se dobija maksimalan naponp j j p
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 114
Oblici i koncentracija naponaKoncentracija naponaOblici i koncentracija napona
Oblici sa spoljašnjim žljebovima
3
2.6
2.8
3
1.101.05
1.07 dD
r
FF
2.2
2.4
k
1.20
1.30
1.10
1.151.03
1.6
1.8
2 αk
1.501.02
D/d=∞1.01
2.0
1.2
1.4
1.6
0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35
r/d
1
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 115
Oblici i koncentracija naponaKoncentracija naponaOblici i koncentracija napona
Oblici sa spoljašnjim žljebovima
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 116
Oblici i koncentracija naponaKoncentracija naponaOblici i koncentracija napona
ŽŽljeb za Zenerov prsten
Urez sa nagunutim stranama
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 117
Oblici i koncentracija naponaKoncentracija napona
Primjer
Oblici i koncentracija napona
Vratilo na slici je izloženo momentu savijanja M1, u presjeku i M2=1.1M1 u presjeku II. Naći najveće stvarne napone u zadatim presjecima, ako je dato: M1= kN, ρI = 10 mm, ρII = 8 mm.
Naći stepen sigurnosti u oba presjeka, ako je vratilo izloženo naizmjeničnom savijanju i jednosmjerno promjenljivom momentu uvijanja sa Tmax=1000 Nm.j j p j j j j max
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 118
Oblici i koncentracija naponaKoncentracija naponaOblici i koncentracija napona
ρI = 10 mm, ρII = 8 mm.
3 3
2.4
2.6
2.8
1 20
1.12
1.05
1.07
1.03dD
r
MsMs
2.4
2.6
2.8D/d=6
3.0
dD
r
MsMs
1 6
1.8
2
2.2
k
1.20
1.501.02
D/d=
1.01
1 6
1.8
2
2.2
k
1.10
1.20
1.50
2.0
1
1.2
1.4
1.6
1
1.2
1.4
1.61.05
1.021.03
1.01
0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3
r/d0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3
r/d
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 119
Oblici i koncentracija naponaKoncentracija naponaOblici i koncentracija napona
Oblici sa otvorima
2 8
2.9
3
d
B
h
2.6
2.7
2.8 B
FF
2.4
2.5
k
2.1
2.2
2.3
0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5
d/B
2
2.1
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 120
Oblici i koncentracija naponaKoncentracija naponaOblici i koncentracija napona
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 121
Oblici i koncentracija naponaKoncentracija naponaOblici i koncentracija napona
Ostali oblici
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 122
Oblici i koncentracija naponaKoncentracija naponaOblici i koncentracija napona
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 123
Oblici i koncentracija naponaKoncentracija naponaOblici i koncentracija napona
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 124
Oblici i koncentracija naponaKoncentracija naponaOblici i koncentracija napona
a)
b) c)
d)
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 125
Višestruka koncentracija naponaKoncentracija naponaVišestruka koncentracija napona
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 126
Višestruka koncentracija naponaKoncentracija naponaVišestruka koncentracija napona
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 127
Višestruka koncentracija naponaKoncentracija naponaVišestruka koncentracija napona
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 128
Višestruka koncentracija naponaKoncentracija naponaVišestruka koncentracija napona
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 129
Redukcija koncentracije naponaKoncentracija naponaRedukcija koncentracije napona
Analogija tečenja
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 130
Redukcija koncentracije naponaKoncentracija naponaRedukcija koncentracije napona
Uzljebljena ploča ili vratilo
Koncentracije napona
Veći radijus
Dodatni žljebovi
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 131
Redukcija koncentracije naponaKoncentracija naponaRedukcija koncentracije napona
Dodatni žljebovi i njihov oblik
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 132
Redukcija koncentracije naponaKoncentracija naponaRedukcija koncentracije napona
Ploča ili vratilo sa stepenastim prelazom
Koncentracije napona
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 133
Redukcija koncentracije naponaKoncentracija naponaRedukcija koncentracije napona
Žljeb za klin – vratilo izloženo uvijanju
Koncentracije napona
Izbušiti rupe sa obje strane žljebaIzbušiti rupe sa obje strane žljeba
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 134
Redukcija koncentracije naponaKoncentracija naponaRedukcija koncentracije napona
b) Dodatni žljeb c) Dodatni prsten
d) D d t i (d blji) te e) Rasterećujući prsten
a) Samo radijus r
d) Dodatni (dublji) prsten e) Rasterećujući prsten
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 135
f) Rasterećujući prsten
Redukcija koncentracije naponaKoncentracija naponaRedukcija koncentracije napona
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 136
Hipoteze o razaranju materijalaNapon i naprezanjeNapon i naprezanje
Tenzor napona Tenzor naprezanjap j
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 137
Napon i naprezanjeHipoteze o razaranju materijalaNapon i naprezanje
Glavni naponi
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 138
Napon i naprezanjeHipoteze o razaranju materijalaNapon i naprezanje
Glavni normalni naponi
Ima tri realna korijenaj
σ1 > σ2 > σ3
Glavni tangencijalni naponi
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 139
Napon i naprezanjeHipoteze o razaranju materijalaNapon i naprezanje
Glavni normalni naponi – 2D slučaj
(*)
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 140
Napon i naprezanjeHipoteze o razaranju materijalaNapon i naprezanje
Mohrov krug
• Rješenje jednačine (*)
(*)
• Rješenje jednačine ( )
• Grafička (2D i 3D) reprezentacija naponskog stanja u tački
• Provjera numeričkog rješenja
• Poznato - σx, σy, τx,y
τ τ
τ12
τ13
σσxσy
τx,y
σσ1
τ12
σ2σ3
τ23
σxyτx,y 2 ϕ
σσ1σ23
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 141
Napon i naprezanjeHipoteze o razaranju materijalaNapon i naprezanje
jednoosno zatezanje čisto smicanje (uvijanje)
Mohrov krug
jednoosno zatezanje
τ
čisto smicanje (uvijanje)
τ
τ12 τ13 τ13
τ12 τ23
σσ1σ2
σ3 σx
σσ1σ3
12
σ2
23
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 142
Teorije o razaranju pri statičkim uslovimaHipoteze o razaranju materijalaTeorije o razaranju pri statičkim uslovima
Mjera duktilnosti – tendencija materijala da se znatno deformiše prije loma-otkaza – usvaja se da je materijal duktilan ako se prije loma deformiše više od 5% (većina metala se d f iš iš d 10%)deformišu više od 10%)
Krtost – odsustvo znatne deformacije prije loma-otkaza
Šta je otkaz?
• Dio se deformiše i više ne može da ispunjava funkciju
• Dio pukne
σ σ
ε εduktilan krt
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 143
ε ε
Teorije o razaranju pri statičkim uslovimaHipoteze o razaranju materijalaTeorije o razaranju pri statičkim uslovima
Otkaz duktilnih materijala
I k tk d ktil ih t ij l d š i i d jih č t ć i t jIako se otkaz duktilnih materijala dešava i iznad njihove čvrstoće pri zatezanju, uzima se da se otkaz dešava iznad granice tečenja!!!
Hipoteze koje se najčešće koristeHipoteze koje se najčešće koriste
• Hipoteza najvećeg normalnog napona – Rankin
• Hipoteza najvećeg normalnog naprezanja (dilatacije) – Saint-VenantHipoteza najvećeg normalnog naprezanja (dilatacije) Saint-Venant
• Hipoteza ukupne energije naprezanja
• Hipoteza deformacionog rada – von Mises-Hencky (+Hueber) – hipoteza deformacione energije potrebne za promjenu oblika
• Hipoteza najvećeg tangencijalnog napona – Tresca (Coulomb, Guest)
Samo posljednje dvije se slažu sa eksperimetalnim podacima!!!
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 144
Teorije o razaranju pri statičkim uslovimaHipoteze o razaranju materijalaTeorije o razaranju pri statičkim uslovima
Hipoteza deformacionog rada (von Mises-Hencky)
Uk ij jUkupna energija naprezanja
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 145
Teorije o razaranju pri statičkim uslovimaHipoteze o razaranju materijalaTeorije o razaranju pri statičkim uslovima
Hidrostatičko opterećenje
• σx = σy = σz = const
• Mohrov krug je tačka, sa tangencijalnim naponima jednakim nuli
• Ogromne količine energije naprezanja se mogu predati materijalu pod hidrostatičkim opterećenjem – nema promjene oblika!!!
Komponente energije naprezanja
usljed deformacionog rada (tangencijalni naponi) – mijenja se oblik
usljed hidrostatičkog opterećenja (normalni naponi) mijenja se zapreminausljed hidrostatičkog opterećenja (normalni naponi) – mijenja se zapremina
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 146
Teorije o razaranju pri statičkim uslovimaHipoteze o razaranju materijalaTeorije o razaranju pri statičkim uslovima
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 147
Teorije o razaranju pri statičkim uslovimaHipoteze o razaranju materijalaTeorije o razaranju pri statičkim uslovima
Energija deformacije
3D slučaj
2D slučaj
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 148
Teorije o razaranju pri statičkim uslovimaHipoteze o razaranju materijalaTeorije o razaranju pri statičkim uslovima
2D li t ij d f i d
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 149
2D elipsa teorije deformacionog rada
Teorije o razaranju pri statičkim uslovimaHipoteze o razaranju materijalaTeorije o razaranju pri statičkim uslovima
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 150
3D područje otkaza teorije deformacionog rada
Teorije o razaranju pri statičkim uslovimaHipoteze o razaranju materijalaTeorije o razaranju pri statičkim uslovima
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 151
3D područje otkaza teorije deformacionog rada
Teorije o razaranju pri statičkim uslovimaHipoteze o razaranju materijalaTeorije o razaranju pri statičkim uslovima
Von Misesov ekvivalentni napon
3D l č j3D slučaj
2D slučaj
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 152
Teorije o razaranju pri statičkim uslovimaHipoteze o razaranju materijalaTeorije o razaranju pri statičkim uslovima
Von Misesov ekvivalentni napon
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 153
Teorije o razaranju pri statičkim uslovimaHipoteze o razaranju materijalaTeorije o razaranju pri statičkim uslovima
Čisto smicanje
τ
τ1313
τ12
σ2
τ23
σσ1σ3
Eksperimenti i teorija deformacionog rada pokazuju da otkaz duktilnih materijala p j g p j jizloženih statičkom opterećenju nastaje usljed tangencijalnih napona, pa teorija predstavlja najbolju hipotezu u predviđanju otkaza duktilnih materijala izloženih statičkom opterećenju, a koji imaju podjednake čvrstoće na pritisak i zatezanje.
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 154
Teorije o razaranju pri statičkim uslovimaHipoteze o razaranju materijalaTeorije o razaranju pri statičkim uslovima
Teorija maksimalnog tangencijalnog napona
Otkaz se dešava kada maksimalan tangencijalni napon pređe tangencijalni napon u epruveti izloženoj na zatezanje na granici tečenja (polovina vrijednosti granice tečenja za zatezanje)
Konzervativnija (“stroža”) hipoteza od hipoteze najvećeg deformacionog rada
2D heksagon za teoriju najvećeg tangencijalnog napona ( i li t ij d f i d )
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 155
(upisan u elipsu teorije deformacionog rada)
Teorije o razaranju pri statičkim uslovimaHipoteze o razaranju materijalaTeorije o razaranju pri statičkim uslovima
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 156
3D područje otkaza za teoriju najvećeg tangencijalnog napona
Teorije o razaranju pri statičkim uslovimaHipoteze o razaranju materijalaTeorije o razaranju pri statičkim uslovima
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 157
3D područje otkaza za teoriju najvećeg tangencijalnog napona
Teorije o razaranju pri statičkim uslovimaHipoteze o razaranju materijalaTeorije o razaranju pri statičkim uslovima
Teorija maksimalnog normalnog napona
Otkaz se dešava kada maksimalan normalni napon pređe neko ograničenje (napon tečenja ili čvrstoću)
Nesigurna teorija za duktilne materijale
Teorija najvećeg normalnog napona (netačna za
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 158
duktilne materijale u 2. i 3. kvadrantu)
Teorije o razaranju pri statičkim uslovimaHipoteze o razaranju materijalaTeorije o razaranju pri statičkim uslovima
Poređenje eksperimentalnih podataka i hipoteza o razaranju
I hipoteza deformacionog rada i maksimalnog tangencijalnog napona sumaksimalnog tangencijalnog napona su prihvatljive u slučaju statičkog opterećenja duktilnih, homogenih, izotropskih materijala, čije čvrstoće na p j , jzatezanje i pritisak imaju jednaku vrijednost
Ek i l i d i j i hi j
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 159
Eksperimentalni podaci za testove na zatezanje za tri hipoteze razaranja
Teorije o razaranju pri statičkim uslovimaHipoteze o razaranju materijalaTeorije o razaranju pri statičkim uslovima
Otkaz krtih materijala pod statičkim opterećenjem
Jednaki i nejednaki materijali
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 160
Teorije o razaranju pri statičkim uslovimaHipoteze o razaranju materijala
Coulomb-Mohrova teorija
Teorije o razaranju pri statičkim uslovima
Adaptacija hipoteze maksimalnog normalnog napona
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 161
Coulomb-Mohrova, modifikovana Mohrova i teorija najvećih normalnih napona za nejednake materijale
Teorije o razaranju pri statičkim uslovimaHipoteze o razaranju materijala
Modifikovana Coulomb-Mohrova teorija
Teorije o razaranju pri statičkim uslovima
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 162
Podaci za biaksialni test na sivom livu
Teorije o razaranju pri statičkim uslovimaHipoteze o razaranju materijalaTeorije o razaranju pri statičkim uslovima
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 163
Teorije o razaranju pri statičkim uslovimaHipoteze o razaranju materijalaTeorije o razaranju pri statičkim uslovima
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 164
Teorije o razaranju pri statičkim uslovimaHipoteze o razaranju materijalaTeorije o razaranju pri statičkim uslovima
Primjer 1
Odrediti stepen sigurnosti šipke na slici ako je:
1) Šipka izrađena od aluminijuma sa granicom tečenja od 2) Šipka izrađena od sivog liva sa σ = 360 MPa σ = 1130 Mpa2) Šipka izrađena od sivog liva sa σuz 360 MPa , σuc 1130 Mpa
Podaci: l=150 mm, a=200 mm, d = 40 mm, F= 4500 N
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 165
Teorije o razaranju pri statičkim uslovimaHipoteze o razaranju materijala
Mehanika loma - osnove
Teorije o razaranju pri statičkim uslovima
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 166
Koncentracija napona na rubu eliptičke rupe u ploči
Teorije o razaranju pri statičkim uslovimaHipoteze o razaranju materijalaTeorije o razaranju pri statičkim uslovima
Teorija mehanike loma
• Pretpostavlja prisustvo pukotine
• U slučaju da je zona tečenja oko vrha pukotine malena u odnosu na dimenzije, koristi se linearno-elastična mehanika (LEFM) – pretpostavlja se da se maqteirjalkoristi se linearno-elastična mehanika (LEFM) – pretpostavlja se da se maqteirjal ponaša po Hookovom zakonu
• U slučaju da se javlja znatna plastična deformacija oko vrha pukotine, koriste se komplikovaniji pristupi od LEFMkomplikovaniji pristupi od LEFM
Vrste širenja pukotine
Tip I Tip II Tip III
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 167
Teorije o razaranju pri statičkim uslovimaHipoteze o razaranju materijalaTeorije o razaranju pri statičkim uslovima
Intenzitet napona, K
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 168
Teorije o razaranju pri statičkim uslovimaHipoteze o razaranju materijalaTeorije o razaranju pri statičkim uslovima
ravno stanje naprezanjaav o sta je ap e a ja
ravno stanje napona
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 169
Teorije o razaranju pri statičkim uslovimaHipoteze o razaranju materijalaTeorije o razaranju pri statičkim uslovima
Lomna žilavost, KC
Za K < KC razlikujemo:
- stabilnu pukotinu (opterećenje je statičko i okolina nekorozivna)
- spororastuću pukotinu (opterećenje promjenljivo i okolina nekorozivna)
- brzorastuću pukotinu (okolina je nekorozivna)
Za K ≥ KC pukotina se širi do loma (brzina širenja može biti i nekoliko km/s) C
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 170
Teorije o razaranju pri statičkim uslovimaHipoteze o razaranju materijalaTeorije o razaranju pri statičkim uslovima
Statičko opterećenje(Pretpstavlja se da je materijal
homogen i izotropan)
Izračunati napone koji djeluju na svaki element, te glavne napone i najveći
ij l ihomogen i izotropan)
Naći sile, momente savijanja i uvijanja
tangencijalni napon
Izračunati von Misesov Izračunati Coulomb-Mohrovduktilni krti
Naći poprečne presjeke koji su najviše opterećeni
Izračunati von Misesovefektivni napon na osnovu
glavnih napona
Izračunati Coulomb Mohrovefektivni napon na osnovu
glavnih napona
Naći raspodjelu napona u poprečnim presjecima i naći mjesta sa najvećim
Izabrati materijal i izračunati faktor sigurnosti u odnosu na
granicu tečenja
Izabrati materijal i izračunati faktor sigurnosti u odnosu na
zateznu čvrstoćunaći mjesta sa najvećim
naponima
Nacrtati naponske Ukoliko je prisutna pukotina, izračunati
intenzitet napona i uporediti ga sa l žil ielemente za svaki presjek
od interesa, i napone u njima
lomnom žilavosti
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 171
Dijagram toka za statičku analizu
Teorije o razaranju pri dinamičkim uslovima (hipoteze o razaranju pri zamoru)Hipoteze o razaranju materijalaTeorije o razaranju pri dinamičkim uslovima (hipoteze o razaranju pri zamoru)
Mehanizmi otkaza pri zamoru
Otkazi pri zamoru uvijek počunju od pukotine (nastale u procesu proizvodnje ili cikličkog očvršćavanja oko koncentracije napona) – za dinamički opterećene dijelove iznimno je važno da se dizajniraju kako bi se smanjile koncentracije napona.
Nastajanje pukotine
Faze otkaza pri zamoru
- Nastajanje pukotine
- Širenje pukotine
- Lom materijala
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 172
Teorije o razaranju pri dinamičkim uslovima (hipoteze o razaranju pri zamoru)Hipoteze o razaranju materijalaTeorije o razaranju pri dinamičkim uslovima (hipoteze o razaranju pri zamoru)
Modeli otkaza usljed zamora
Režimi zamoraRežimi zamora
- Zamor sa malim brojem promjena (LCF), N < 103
Zamor sa velikim brojem promjena (HCF) N >103- Zamor sa velikim brojem promjena (HCF), N >103
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 173
Teorije o razaranju pri dinamičkim uslovima (hipoteze o razaranju pri zamoru)Hipoteze o razaranju materijala
Teorija napona (σ-N teorija)
Teorije o razaranju pri dinamičkim uslovima (hipoteze o razaranju pri zamoru)
- Najstarija teorija sa primjenom na HCF
- Najtačnija za konstantne amplitude opterećenja
Teorija zasnovana na naponu pa se traži dinamička izdržljivost ispod koje treba da se- Teorija zasnovana na naponu, pa se traži dinamička izdržljivost ispod koje treba da se nalaze ciklični naponi
- Onemogućiti nastajanje pukotine
- Najmanje tačna od tri teorije, ali za neke materijale obezbjeđuje neograničen životni vijek
- Rotirajući uređaji
- Automatske proizvodne mašine
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 174
Teorije o razaranju pri dinamičkim uslovima (hipoteze o razaranju pri zamoru)Hipoteze o razaranju materijalaTeorije o razaranju pri dinamičkim uslovima (hipoteze o razaranju pri zamoru)
Teorija deformacija (ε-N teorija)
- Usljed tečenja u fazi nastajanja pukotine, teorija napona ne može adekvatno modelirati ovu fazu
- Teorija naprezanja daje prilično tačnu sliku faze nastajanja pukotine
- Može razjasniti i kumulativnu štetu usljed varijacija cikličkih opterećenja (npr prekoračenjaMože razjasniti i kumulativnu štetu usljed varijacija cikličkih opterećenja (npr. prekoračenja opterećenja)
- Mogu se uključiti i efekti puzanja, pa je teorija bolja i za kombinacije dinamičkih opterećenja i djelovanja temperature
- Najčešće se primijenjuje za LCF probleme, tj. probleme sa konačnim vijekom trajanja, gdje su lokalni naponi dovoljno veliki da izazovu tečenje materijala
- Predstavlja najkomplikovaniji od tri modela, i zahtijeva numeričko rješavanjej j p j , j j j
- Transportni uređaji (za servisiranje) – iako niska opterećenja mogu biti u HCF, ona vlisoka su obično u LCF režimuobično u LCF režimu
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 175
Teorije o razaranju pri dinamičkim uslovima (hipoteze o razaranju pri zamoru)Hipoteze o razaranju materijala
LEFM teorija
Teorije o razaranju pri dinamičkim uslovima (hipoteze o razaranju pri zamoru)
- Teorija mehanike loma pruža najbolji model za fazu širenja pukotine
- Metoda se koristi za LCF probleme, odnosno probleme sa konačnim vijekom trajanja, gdje se zna d i d lj liki d i t k k tida su naponi dovoljno veliki da izazovu nastanak pukotina
- Najkorisniji metod za predviđanje preostalog vijeka trajanja napuknutih dijelova
- Najčešće se koristi zajedno sa nedestruktivnim metodama u periodičkim pregledima
- Proračun se zasniva na tačnim veličinama faktora β i početne veličine pukotine a
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 176
Teorije o razaranju pri dinamičkim uslovima (hipoteze o razaranju pri zamoru)Hipoteze o razaranju materijalaTeorije o razaranju pri dinamičkim uslovima (hipoteze o razaranju pri zamoru)
Dinamička opterećenja – rotirajući uređaji
σ σmax σ
σ σmax
σ
Δσ
σa
σσmax
Δσ
σa
t Δσ
σa
t
σmin σsr=σa
σmin
σsr
t
σmin σsr=0
a) Naizmjenično (eng. fully reversed) b) početno istosmjerno (eng. repeated) c) istosmjerno (eng. fluctuating)
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 177
Teorije o razaranju pri dinamičkim uslovima (hipoteze o razaranju pri zamoru)Hipoteze o razaranju materijalaTeorije o razaranju pri dinamičkim uslovima (hipoteze o razaranju pri zamoru)
Dinamička opterećenja – opšti slučaj
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 178
Teorije o razaranju pri dinamičkim uslovima (hipoteze o razaranju pri zamoru)Hipoteze o razaranju materijalaTeorije o razaranju pri dinamičkim uslovima (hipoteze o razaranju pri zamoru)
Dinamička opterećenja – utjecaj srednjeg napona
σa Naizmjenično Istosmjernoσa
σ pritisak Kategorija IIKategorija I
Naizmjenično
(σsr=0)
Istosmjerno
(σsr ≠0)
Jednoosni naponi
N103 108
σsr – pritisakσsr = 0 σsr – zatezanje Kategorija IVKategorija III
g jg jp
Višeosni naponi
N 10 10
Utjecaj srednjeg napona Kategorije dizajniranja
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 179
Teorije o razaranju pri dinamičkim uslovima (hipoteze o razaranju pri zamoru)Hipoteze o razaranju materijalaTeorije o razaranju pri dinamičkim uslovima (hipoteze o razaranju pri zamoru)
Dinamička opterećenja – linije otkaza
Gerberova parabola
apon
, σa
σN prema ReH
Gerberova parabola
Linija granice tečenja
Modificirana Goodmanova linija
Am
plitu
dni n
a
Soderbergova linija
Modificirana Goodmanova linija
Srednji napon, σsr ReH Rm Soderbergova linija
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 180
Teorije o razaranju pri dinamičkim uslovima (hipoteze o razaranju pri zamoru)Hipoteze o razaranju materijalaTeorije o razaranju pri dinamičkim uslovima (hipoteze o razaranju pri zamoru)
Dinamička opterećenja – linije otkaza
σa σN
prema ReH C
σa σN
prema ReH CP
σsrReH Rm O
E F
D
Y Z
X linija opterećenja Q
σ’a
σ’sr σsrReH Rm O
E F
DY Z
X linija opterećenja
σ’a
σ’sr
σa σN
prema ReH C
σN prema ReH C
a) σa=const, σsr ≠ const b) σa ≠ const, σsr=const
DY Z
R
σ’a
D
Y Z
S
S'
σ’a
σsrReH Rm O
E F X linija opterećenja
σ a
σ’sr σsrReH Rm O
E FX linija opterećenja
σ a
σ’sr
a) σa /σsr=const b) σa ≠ const, σsr ≠ const
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 181
Površinska oštećenjaHipoteze o razaranju materijalaPovršinska oštećenja
Vrste habanja.
- Adhezivno – usljed kontakta površina materijali teže da prodru jedan u drugi usljed privačnih sila između atoma na površini dva materijala (eng. adhere). Kada materijal prodre u drugi dolazi do trošenja. Pojam (ne)kompatibilnosti materijala u kontaktu.
Ab i t j lj d kli j t d i b t ij l k ili lj d t dih- Abrazivno – nastaje usljed klizanja tvrdog i grubog materijala po mekanom, ili usljed tvrdih čestica koje se nalaze između dvije površine koje klize jedna u odnosu na drugu, pri čemu je bar jedna mekanija od čestica. Abrazija je proces otklanjanja materijala pri čemu dolazi do gubitka mase na površini.
- Erozivno -
- Korozivno – dolazi do mehaničkog diskontinuiteta površinskog sloja usljed klizanja ili kotrljanja dva tijela; kontakt prekida oksidni (ili neki drugi) film čime se novi materijal izlaže koroziji
- Površinski zamor – dešava se kada su dvije površine u kontaktu u čistom kotrljanju (ili sa malim učešćem klizanja). Naponi usljed kontakta.
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 182
Dizajniranje zavarenih spojeva – IMP, 157-169 str.; Vitas II, 79-93, 113-114Osnovni pojmovi oblici vrste zavarenih spojevaOsnovni pojmovi, oblici, vrste zavarenih spojeva
Zavarivanje – proces (nerastavljivog) spajanja dva ili više metala (ili drugih meterijala), topeći oba materijala.
Najčešće se koristi za izradu konstrukcija od standardnih profila i limova, kao :
• Noseći elementi konstrukcije (stubovi grede rešetke)Noseći elementi konstrukcije (stubovi, grede, rešetke)
• Dijelovi od lima (sudovi pod pritiskom, rezervoari, cjevovodi)
• Zavareni elementi mašina (postolja mašina, oslonci, tijela obrtnih dijelova)
Postupci zavarivanja se dijele na :
• Zavarivanje topljenjem – topljenjem materijala na mjestu spoja uz dodavanje dodatnog materijala ili bez njega (gasno zavarivanje, elektrolučno zavarivanje, zavarivanje pod troskom, zavarivanjem laserom, ...)
• Zavarivanje pritiskom – ostvaruje se omekšavanjem materijala na mjestu spoja i djejstvom pritiska ili udarca (elektrootporno zavarivanje, zavarivanje trenjem, zavarivanje ultrazvukom, ...)
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 183
Osnovni pojmovi oblici vrste zavarenih spojevaDizajniranje zavarenih spojevaOsnovni pojmovi, oblici, vrste zavarenih spojeva
Elementi zavarenog spoja
zavar
osnovni materijal
šav
zavareni spoj
• Zavareni spoj – spojeni dijelovi zajedno sa nanesenim materijalom
• Šav – nanijeti materijal• Šav nanijeti materijal
• Zavar – jedan sloj nanesenog materijala
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 184
Osnovni pojmovi oblici vrste zavarenih spojevaDizajniranje zavarenih spojevaOsnovni pojmovi, oblici, vrste zavarenih spojeva
Vrste zavarenih spojeva
sučeoni spoj
preklopni spoj ugaoni spoj
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 185
Naponsko stanje u zavarenom spojuDizajniranje zavarenih spojevaNaponsko stanje u zavarenom spoju
Uprošteni proračun naponskog stanja zavarenog spoja
F≤
Fδ
F
z zdozzA
A L
σ σ
δ
= ≤
2
z zA L
L L
δ
σ
= ⋅
= −
LF F
2zL L σ
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 186
Naponsko stanje u zavarenom spojuDizajniranje zavarenih spojeva
Stvarni raspored napona u zavarenom spoju
Naponsko stanje u zavarenom spoju
21σ1-1
21σ2-2
21
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 187
Naponsko stanje u zavarenom spojuDizajniranje zavarenih spojevaNaponsko stanje u zavarenom spoju
Nominalni naponi u zavarenom spoju
F
Sučeoni spoj
F
δ
FMx Mx
a
zz
z z
FA
A L
σ
δ
=
= ⋅
F F
2
6
zL L
M
σ= −
L
F F
My
My
2
6
6
yx
z
x
ML aM
σ =
2x
yzaL
σ =
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 188
Naponsko stanje u zavarenom spojuNaponsko stanje u zavarenom spojuDizajniranje zavarenih spojevaNaponsko stanje u zavarenom spojuNaponsko stanje u zavarenom spoju
Nominalni naponi u zavarenom spoju
Ugaoni zavareni spoj – kružni spoj
a τt2 2
4(1 )z
s
F FA d
σπ ψ
= =−
F
M
d
d3 4
32(1 )s
s
M MW d
σπ ψ
= =−
ψ = d / dsds = d +2a3 4
16(1 )
t ts
T TW d
σ = = 3 4(1 )p sW dπ ψ−
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 189
Naponsko stanje u zavarenom spojuDizajniranje zavarenih spojevaNaponsko stanje u zavarenom spoju
Nominalni naponi u zavarenom spoju
Ugaoni zavareni spoj – kompleksan presjek
a
zF FA L
σ = =∑ F
M
y 1y 2
zi ziA a L
M M M
∑
max max2( )sx xi i i
M M My yW I I A y
σ = = =+∑
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 190
Statički proračun zavarenih spojevaDizajniranje zavarenih spojevaStatički proračun zavarenih spojeva
Stepen sig rnostiStepen sigurnosti
Granica razvlačenja je mjerodavna i za konstrukcije sa malim brojem promjena (103-104) ili malim amplitudama u odnosu na srednju vrijednost napona (S =2.5 )
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 191
Statički proračun zavarenih spojevaDizajniranje zavarenih spojeva
Primjer 1
Statički proračun zavarenih spojeva
Kolikom silom F može da se optereti prikazana konzola ako se odgovor da na osnovu statičkog proračuna zavarenog spoja uz stepen sigurnosti 2.5. Sa dobijenim opterećenjem provjeriti napon od savijanja u najopasnijem presjeku konzole.
F 240 Č.0345
80 80
5
10
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 192
Statički proračun zavarenih spojevaDizajniranje zavarenih spojevaStatički proračun zavarenih spojeva
F F
200
2
6bh
FlWM
s ==σ
Fz
85
85 200zF F=
Fz
8
2.353zF F
F F
=
( 2 )z z TM
s dozF Fla l a a S
ττ τ= = ≤ =−
1 2
TM s
TM T
Sτ ττ τ ξ ξ
= ⋅= ⋅ ⋅
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 193
Statički proračun zavarenih spojevaDizajniranje zavarenih spojevaStatički proračun zavarenih spojeva
TMd
ττ =
1 2
doz
Tdoz
S
S
τ
τ ξ ξτ ⋅ ⋅=
140 0.8 0.8 35.84 MPa2.5dozτ ⋅ ⋅
= =
2.353( 2 ) ( 2 )
zdoz
F Fl a a l a a
τ⋅= ≤
− −( ) ( )
( 2 ) 35.84 (80 10) 5doz l a aF τ ⋅ − ⋅ − ⋅= =
2.353 2.3535331 NF =
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 194
Statički proračun zavarenih spojevaDizajniranje zavarenih spojevaStatički proračun zavarenih spojeva
6M Fl2
6 5331 0 16
s W bhσ = =
2
6 5331 0.16 79.965 MPa0.01 0.08sσ ⋅ ⋅
= =⋅
Nešto drugačiji pristup – prema IMP, Tabela 7.65, str. 164
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 195
Dinamički proračun zavarenih spojevaDizajniranje zavarenih spojevaDinamički proračun zavarenih spojeva
Slučaj naizmjenične izdržljivosti
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 196
Dinamički proračun zavarenih spojevaDizajniranje zavarenih spojevaDinamički proračun zavarenih spojeva
Primjer 1
ČPolutka spojnice težine 400 N, izrađena od Č.0370, zavarena je u II stepenu kvaliteta za vratilo izrađeno od Č.1530, ako što je prikazano na slici. Vratilo je opterećeno simetrično naizmjeničnim opterećenjem na savijanje i početno jednosmjernim opterećenjem na uvijanje. Potrebno je:
1) Izračunati dinamički stepen sigurnosti na savijanje1) Izračunati dinamički stepen sigurnosti na savijanje,2) Ako je ukupni dinamički stepen sigurnosti (na savijanje i uvijanje) SD =2, izračunati
maksimalnu snagu koju vratilo može prenijeti pri brzini vrtnje od 600 min-1.Broj promjena napona od nΣ =107 odgovara teškom režimu rada.
7
∅100
G300
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 197
Dinamički proračun zavarenih spojevaDizajniranje zavarenih spojeva
Primjer 2
Dinamički proračun zavarenih spojeva
Mehanizam glavnog kretanja vruće pile sastoji se od
elektromotora (EM) snage 132 kW, broja obrtaja
n=986 min-1 remenskog prenosnika i = 1 stepenan=986 min , remenskog prenosnika iR = 1, stepena
iskorištenja ηR = 0.96, te zamajca (Z) i pilnog diska
(PD) koji su montirani na vratilo. Prirubna ploča PD
zavarena je za rukavac vratila prečnika 100 mm.
Izračunati debljinu zavarenog spoja čiji je dinamički
stepen sigurnosti 2 a kvalitet zavarivanja IV stepenastepen sigurnosti 2, a kvalitet zavarivanja IV stepena.
Mehanizam glavnog kretanja vruće pile je u teškom
režimu rada sa n Σ=105 promjena
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 198
Zavareni spojevi ostvareni pritiskomDizajniranje zavarenih spojevaZavareni spojevi ostvareni pritiskom
- Elektrootporno zavarivanje (tačkasto – tanki limovi)
- Sučeono zavareni spojevi (električni otpor zavarivanje trenjem elektronskim snopom )Sučeono zavareni spojevi (električni otpor, zavarivanje trenjem, elektronskim snopom, ...)
Elektrootporno zav. spojevi
a) sučeoni,
b) tačkastib) tačkasti,
c) bradavičasti,
d) linijski,
e) linijski gnječen
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 199
e) linijski gnječen
Zavareni spojevi ostvareni pritiskomDizajniranje zavarenih spojevaZavareni spojevi ostvareni pritiskom
Tačkasto zavareni spojevi
Sučeoni spoj – statička izdržljivost, a)
Dvosječni spoj, b)
Naponi (dinamičko opterećenje, R= –1), d)
Tačkasto zavareni spojevi:
a) jednosječni,
b) dvosječni,b) dvosječni,
c) jednosječni u više redova,
d) naponi u jednosječnim spojevima
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 200
Racionalost korištenja mase dijelova (lake konstrukcije) – Vitas II, str. 116-144Ekonomisanje materijalomEkonomisanje materijalom
Cijena i ušteda u količini materijala igra važnu ulogu u konstruisanju
Neki od načina za postizanje tog cilja:
1. Cijena materijala – po mogućnosti koristiti jeftiniji materijal
2. Dijelove izrađivati od više materijala
3 Maksimalno iskorstiti karakteristične osobine materijala3. Maksimalno iskorstiti karakteristične osobine materijala
4. Smanjiti otpadak materijala
5. Obavezno pratiti uputstva u standardima
6. Primjena zavarenih konstrukcija
7. Primjena lakih konstrukcija, tj. “konstrukcija koje su znatno lakše od uobičajenih mašinskih konstrukcija”mašinskih konstrukcija
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 201
Nominalna težina elemenataRacionalost korištenja mase dijelovaNominalna težina elemenata
Smanjenje težine elemenata (konstrukcije) ostvaruje se na osnovu:
• Materijal je podjednako napregnut na svim mjestima – težnja za idealnim idealnim oblikom s obzirom na naponsko stanje
• Izbor pogodnog materijala• Izbor pogodnog materijala
• Oslanjanje elemenata
Koristi i nedostaci korištenja lakih konstrukcija:Koristi i nedostaci korištenja lakih konstrukcija:
• Transport (utovar, pretovar, prenos, prevoz)
• Manje težine vozila dopuštaju veće opterećenje u radu pri jednakom• Manje težine vozila dopuštaju veće opterećenje u radu pri jednakom utrošku energije
• Lakše se potižu veća ubrzanja sa lakšim materijalima, a i manje su inercijalne sile
• Povećana cijena usljed primjene skupljih materijala i posebnih oblika, te složenijih tehnoloških postupaka za njihovo dobijanje
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 202
j p p j j j
Nominalna težina elemenata - proračunRacionalost korištenja mase dijelovaNominalna težina elemenata proračun
Optimalan dizajn je izbor materijala i geometrije koji maksimiziraju (minimiziraju) funkciju Gn
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 203
Nominalna težina elemenata - proračunRacionalost korištenja mase dijelovaNominalna težina elemenata proračun
U zavisnosti od namjene, mogu se postaviti tri osnovna kriterija
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 204
Nominalna težina elemenata - proračunRacionalost korištenja mase dijelova
Zatezanje – slučaj konzole
Kriterijum A (mjerodavan napon)
Nominalna težina elemenata proračun
Kriterijum A (mjerodavan napon)
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 205
Nominalna težina elemenata - proračunRacionalost korištenja mase dijelova
Zatezanje – slučaj konzole
Kriterijum B (mjerodavna deformacija/izduženje)
Nominalna težina elemenata proračun
Kriterijum B (mjerodavna deformacija/izduženje)
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 206
Nominalna težina elemenata - proračunRacionalost korištenja mase dijelova
Zatezanje – slučaj konzole
Kriterijum C (mjerodavan deformacioni rad)
Nominalna težina elemenata proračun
Kriterijum C (mjerodavan deformacioni rad)
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 207
Nominalna težina elemenata - proračunRacionalost korištenja mase dijelova
Savijanje – slučaj konzole
Kriterijum A (mjerodavan napon)
Nominalna težina elemenata proračun
Kriterijum A (mjerodavan napon)
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 208
Nominalna težina elemenata - proračunRacionalost korištenja mase dijelova
Savijanje – slučaj konzole
Kriterijum B (mjerodavna deformacija)
Nominalna težina elemenata proračun
Kriterijum B (mjerodavna deformacija)
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 209
Nominalna težina elemenata - proračunRacionalost korištenja mase dijelova
Savijanje – slučaj konzole
Kriterijum C (mjerodavan deformacioni rad)
Nominalna težina elemenata proračun
Kriterijum C (mjerodavan deformacioni rad)
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 210
Nominalna težina elemenata - proračunRacionalost korištenja mase dijelova
Uvijanje – slučaj konzole
Kriterijum A (mjerodavan napon)
Nominalna težina elemenata proračun
Kriterijum A (mjerodavan napon)
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 211
Nominalna težina elemenata - proračunRacionalost korištenja mase dijelova
Kriterijum B (mjerodavna ugaona deformacija)
Uvijanje – slučaj konzole
Nominalna težina elemenata proračun
Kriterijum B (mjerodavna ugaona deformacija)
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 212
Nominalna težina elemenata - proračunRacionalost korištenja mase dijelova
Uvijanje – slučaj konzole
Kriterijum C (mjerodavan deformacioni rad)
Nominalna težina elemenata proračun
Kriterijum C (mjerodavan deformacioni rad)
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 213
Nominalna težina elemenata - proračunRacionalost korištenja mase dijelova
Izvijanje – slučaj konzole
Kriterijum A (mjerodavan napon)
Nominalna težina elemenata proračun
Kriterijum A (mjerodavan napon)
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 214
Utjecaj opštih uslovaRacionalost korištenja mase dijelovaUtjecaj opštih uslova
1. Utjecaj sile (opterećenja)
2. Utjecaj dužine
3 Utjecaj oslanjanja3. Utjecaj oslanjanja
Faktor opštih uslova pri savijanju
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 215
Utjecaj faktora profilaRacionalost korištenja mase dijelovaUtjecaj faktora profila
Na izbor profila, osim želje za smanjenjem težine, utječe i:
• Cijena i mogućnost nabavke
• Pogodnost profila za izradu i obradu – zavisi od broja primjeraka i vrste materijala i obrade
• Pogodnost profila za sklapanje sa drugim profilnim elementima
• Podobnost za određenu funkciju
• Pilagođenost profila naponskom stanju
• Usklađenost sa standardima
• Razni drugi faktori, kao površna konstrukcije (u slučaju farbanja ili premazivanja), transport, ...
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 216
Utjecaj faktora profilaRacionalost korištenja mase dijelova
Zatezanje
Utjecaj faktora profila
• Faktor profila za zategnute elemente je uvijek jednak jedinici!!!
• Dakle, oblik profila ne utječe na težinu pri opterećenju na zatezanje!!!
• Ipak, treba paziti na koncentraciju napona i izbjegavati je gdje je to god moguće.
SavijanjeSavijanje
Na primjer, kriterij A
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 217
Utjecaj faktora profilaRacionalost korištenja mase dijelova
Na primjer, kriterij A
Utjecaj faktora profila
Za kružni presjeka u p esje
Za kvadratni presjek
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 218
Utjecaj faktora profilaRacionalost korištenja mase dijelovaUtjecaj faktora profila
Zavisnost faktora profila za kružni i kvadratni šuplji presjek
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 219
Zavisnost faktora profila za kružni i kvadratni šuplji presjek
Utjecaj faktora profilaRacionalost korištenja mase dijelovaUtjecaj faktora profila
Uporedni pregled faktora profila pri savijanju
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 220
Uporedni pregled faktora profila pri savijanju
Utjecaj faktora profilaRacionalost korištenja mase dijelovaUtjecaj faktora profila
Uporedni pregled faktora profila pri savijanju
(nastavak)
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 221
(nastavak)
Utjecaj faktora profilaRacionalost korištenja mase dijelova
Uvijanje
Utjecaj faktora profila
Najviše su napregnuta spoljašnja vlakna, pa su lakši oni profili kojima je najveća masa presjeka više udaljena od centra (šuplji profili)!!!
Izvijanje
Faktor profila je:
Dakle, profili su laki kada imaju malu površinu presjeka, a velik moment inercije = profili sandučastog oblika.
Nepovoljni su puni profili!!!
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 222
Utjecaj faktora materijalaRacionalost korištenja mase dijelovaUtjecaj faktora materijala
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 223
Zavisnost faktora materijala od vrste materijala
Izbor materijala u dizajniranju
Klase inženjerskih materijala Metali – relativno visok modul elastičnosti; legure; mašinska i termička obrada; duktilni; osjetljivi na zamor; osjetljivi na koroziju
Keramika i staklo visok modul elastičnosti; krti; 15
Matali
Keramika i staklo – visok modul elastičnosti; krti; 15 puta veća čvrstoća na pritisak; osjetljivost na koncentraciju napona i kontaktne napone; čvrsti; tvrdi; otporni na abraziju, visoke t t i k ij
KeramikaPolimeri
temperature i koroziju
Polimeri i elastomeri – generalno, relativno nizak modul elastičnosti (50 puta manji od metala); velike deformacije; puzanje; osjetljivost na
Kompoziti
KeramikaPolimeri velike deformacije; puzanje; osjetljivost na temperaturu (neupotrebljivi iznad 200°C); visok odnos čvrstoća/masa; jednostavno i brzo oblikovanje; niža cijena; smanjenje proizvodnih faza; otporni na koroziju; maliproizvodnih faza; otporni na koroziju; mali koeficijent trenja
Kompoziti – kombiniraju željene osobine glavnih klasa materijala; većina ima polimernu
Elastomeri Stakloj ; p
matricu (epoksi ili poliester) pojačanu stakelnim vlaknima, karbonom ili Kevlarom; ne koriste se iznad 250°C; vrlo skupi; teško spojivi
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 224
spojivi
Izbor materijala u dizajniranju
Osobine materijala
Dizajner traži skupinu osobina koja mu odgovara za njegov dizajn a ne materijal sam po sebi Naziv materijala
Gustina ρ [kg/m3] – masa po jedinici zapremine
Dizajner traži skupinu osobina koja mu odgovara za njegov dizajn, a ne materijal sam po sebi. Naziv materijala je, na taj način, identifikator određenog profila osobina.
opšte Gustina, ρ [kg/m ] masa po jedinici zapremine
Modul elastičnosti (Young, klizanja, kompresije), E, G, K) [GPa] – “nagib linearno-elastičnog dijela krive napon-naprezanje”. Youngov modul opisuje zatezanje ili pritisak, modul klizanja napon smicanja, modul kompresije ili zapreminski modul opisuje efekte hidrostatičkog pritiska.
p
Čvrstoća (granica tečenja, čvrstoća, lom), ReH (σf) [MPa] – za metale to je 0.2% pomjerena granica tečenja, tj. napon na krivoj napon-naprezanje (pri aksijalnom opterećenju) koji je 0.2% pomjeren u odnosu na linearno-elastičnu liniju te krive. Za polimere, to je napon pri kojem kriva napon-naprezanje postoja očito nelinearna Tvrdoća; Otpornost deformacijimehaničke postoja očito nelinearna. Tvrdoća; Otpornost deformaciji.
Žilavost, Gc [kJ/m2] i žilavost pri lomu, Kc [MPa/m1/2] – otpornost materijala na širenje pukotine.
Sposobnost prigušivanja [-] – stepen u kojem materijal rasipa vibracionu energiju
Granica izdržljivosti pri zamoru, σe [MPa] – amplituda napona ispod koje ne dolazi do loma, ili se dešava nekon izuzetno velikog broja promjena
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 225
Izbor materijala u dizajniranju
Toplotna provodljivost λ [W/mK] brzina na kojoj je toplota provedena kroz čvrsto tijelo u stacionarnom
Osobine materijala - nastavak
Toplotna provodljivost, λ [W/mK] – brzina na kojoj je toplota provedena kroz čvrsto tijelo u stacionarnom stanju
Toplotno rasipanje, a [m2/s] – kao prethodno, ali fluks u ovom slučaju ne ovisi o stacionarnom stanju, nego se temperatura mijenja u vremenu
Specifična toplota (pri konstantnom pritisku), Cp [J/kg K] – za čvrsta tijela gotovo jednaka specifičnoj topoloti pri konstantnoj zapremini
Tačka topljenja, Tm [K]termičkeTemperatura stakljenja, Tg [K] – osobina nekristaliziranih čvrstih tijela, koje karakteriše nagli prelaz iz čvrstog stanja ka (viskozno) tečnom stanju. Maksimalna temperatura upotrebe; temperatura omekšavanja.
Koeficijent toplotnog širenja, α [K-1] – za izotropske materijale zapremisko širenje je 3α
Toplotna otpornost na naglu promjenu tepmerature, ΔT [K] – maksimalna razlika temperatura pri kojoj se materijal može hladiti bez oštećenja
Otpornost na puzanje, [-] – puzanje je vremenski zavisna deformacija kada se materijal opterećuje iznad 1/3Tm ili 2/3T2/3Tg
Archardova konstanta trošenja, kA [Mpa-1] – otpornost od trošenja površine
Brzina korozije, K [mm/godina]2
trošenje
korozija
k
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 226
Konstanta parabiličke brzine, kp [m2/s] – za karakteriziranje ponašanja oksidacijeoksidacija
Izbor materijala u dizajniranju
Karte (mape) za izbor materijala
Pružaju efikasan način za grafičko prikazivanje utjecaja više osobina odjednom.Pružaju efikasan način za grafičko prikazivanje utjecaja više osobina odjednom.
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 227
Mapa modul elastičnosti – gustina
Izbor materijala u dizajniranju
1. Mapa modul elastičnosti – gustina
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 228
Izbor materijala u dizajniranju
2. Mapa čvrstoća – gustina
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 229
Izbor materijala u dizajniranju
3. Mapa lomna žilavost – gustina
4. Mapa modul elastičnosti – čvrstoća
5. Mapa specifična žilavost – specifična čvrstoća (mapa 4/ρ)
6. Mapa lomna žilavost – modul elastičnosti
7 M l žil t č t ć7. Mapa lomna žilavost čvrstoća
8. Mapa koeficijent prigušenja – modul elastičnosti
9. Mapa toplotna provodljivost – toplotna difuzija
10. Mapa toplotno širenje – toplotna provodljivost
11. Mapa toplotno širenje – modul elastičnosti
12. Mapa normalizirana čvrstoća – toplotno širenje
13. Mapa čvrstoća – temperatura
14 Mapa modul elastičnosti – relativna cijena14. Mapa modul elastičnosti relativna cijena
15. Mapa čvrstoća – relativna cijena
16. Mapa brzina trošenja – noseći pritisak
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 230
Izbor materijala u dizajniranju
17. Mapa utjecaja okoline
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 231
Izbor materijala u dizajniranju
Izbor materijala
Funkcija
Oblik
Materijal
Osobine materijala: fizičke, mehaničke, termičke električnetermičke, električne, okolina, ekonomske
Proces
Izbor materijala je određen funkcijom. Oblik ponekad utječe
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 232
j j j p jna izbor
Izbor materijala u dizajniranju
Indeks materijala (parametri u procesu dizajniranja) – kombinacija osobina materijala koji karakterišu performansu materijala u datoj primjeni.
profil osobina
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 233
Taksonomija carstva materijala i njihovih osobina (atributa)
ij i b ij l
Izbor materijala u dizajniranju
Strategija izbora materijala
Svi materijali
Pretraživanje: primijeniti ograničenja osobina(eliminisati kandidate koji ne mogu obaviti posao)
Rangiranje: primijeniti indekse materijala(naći kandidate koji mogu obaviti posao)(naći kandidate koji mogu obaviti posao)
Grupa materijala
Dodatni podaci:Udžbenici, specijalizirani softveri,
ekspertni sistemi, CD_ROMovi, WWW(pretražiti ‘istoriju’ kandidata)
Primarni kandidati
L k l i l iLokalni uslovi(Da li izbor ispunjava lokalne potrebe, ekpertizu?!)
Konačan izbor materijala
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 234
Konačan izbor materijala
Izbor materijala u dizajniranju
Primjer - zamajac
- akumulira energijug j
- ne smije puknuti
- otkaz se dešava usljed centrifugalne sile (naponi usljed centrifugalne sile veći od zatezne čvrstoće (dinamičke izdržljivosti))
- potrebno je maksimizirati energiju po jedinici zapremine pri konstantnoj ugaonoj brzinip j g j p j p p j g j
I Zamajac maksimalne akumulirane energije
Funkcija zamajac za akumuliranje energijeu c ja a ajac a a u u a je e e g je
Cilj maskimizirati energiju po jedinici mase
Ograničenja a) ne smije se raspasti
b) odgovarajuća čvrstoća za pojavu pukotineb) odgovarajuća čvrstoća za pojavu pukotine
II Zamajac sa ograničenom brzinom
Funkcija zamajac za dječije igračke
Cilj maskimizirati energiju po jedinici zapremine
Ograničenja fiksirani vanjski dijametar
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 235
Izbor materijala u dizajniranju
I Zamajac maksimalne akumulirane energije
II Zamajac sa ograničenom brzinom
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 236
Izbor materijala u dizajniranju
Materijal M [kJ/kg] Napomena
Keramika 200-2000 (pritisak) Krt i slab na zatezanje
Kompoziti CFRP 200-500Najbolje karakteristike- dobar izbor
GFRP 100-400 Slično CFRP, ali jeftiniji. Odličan izbor
Berilijum 300 Dobar, ali skup, otrovan
Čelik 100-200
Sve slično, s tim da su čelik i Al legure znatno jeftinije od
Legure aluminija 100-200znatno jeftinije od legura magnezija i titanijuma.
Legure magnezija 100-200
Legure titanijuma 100-200
Visoka gustina činiLegure olova 3 Visoka gustina čini ih dobrim izborom kada upotreba ne ovisi o čvrstoćiLiveno gvožđe 8-10
Osnove konstruiranja www.unze.ba/am/ok 237