IWM VERB az első magyar nyelvű törésmechanikai szoftver

Átírás

1 IWM VERB az első magyar nyelvű törésmechanikai szoftver Lenkeyné Biró Gyöngyvér, Ludvik Hodulak, Igor Varfolomeyev

2 Vázlat Repedésszerű hibák értékelési módszerei Európai törekvések (SINTAP és FITNET projektek) A SINTAP eljárás A VERB szoftver rövid bemutatása

3 Repedésszerű hibák értékelési módszerei Egykritériumos módszerek: K I, J I, CTOD alapján csak egyféle tönkremenetelt vesznek figyelembe általában konzervatív értékelés. Kétkritériumos módszerek: Kétféle lehetséges tönkremenetelt vesz figyelembe (törés és képlékeny összeomlás), Hibaértékelo határdiagramon alapul, Kevésbé konzervatív, illetve különbözo mértéku konzervativizmus érvényesítheto.

4 Hibaértékelés kétkritériumos módszerekkel Hibaértékelő határdiagramon alapuló módszerek: 1975-ben Dowling és Townley publikációja 1976-ban R6 módszer kidolgozása (Harrison, Milne, Loosemore) - Central Electricity Generating Board UK szabványokban (BS PD6493, R6, API, ASME Code Case, stb.) R6 módszer továbbfejlesztése: R2 váltakozó terhelésű szerkezetek integritása, R3 értékelő eljárás külső nyomás és ütközés hatására bekövetkező károsodás esetére, R4 a nukleáris erőművek integritása szeizmikus terhelés esetén, R5 növelt hőmérsékleten üzemelő szerkezetekben lévő hibák értékelése

5 Ipar igényei Több mint 10-féle értékelő eljárás létezik világszerte - melyiket használjuk? Egyre szélesebb körben alkalmaznak ilyen eljárásokat a különböző iparágakban A tervezési filozófiák változása - képlékeny alakváltozás is megengedhető (határállapotra történő tervezés) Csökkenő konzervativizmus iránti igény nő (biztonság - milyen áron?) Üzemelő berendezések élettartam-hosszabbítása - nemcsak gazdasági, hanem műszaki kérdés is

6 Gyakorlati alkalmazási lehetőségek bővülése Tervezési fázisban Anyagválasztáshoz Technológia választáshoz Minőségellenőrzés és felülvizsgálatok tervezéséhez Üzemelő szerkezetek, berendezések biztonságának értékeléséhez

7 Európai törekvések SINTAP projekt: Structural Integrity Assessment Procedure for European Industry (Brite Euram projekt) Fő célkitűzés: az ipari gyakorlatban alkalmazható, egységes hibaértékelő eljárás kidolgozása, amely számos európai iparágban alkalmazható FITNET network projekt: SINTAP projekt eredményeinek továbbfejlesztése, átfogó európai szabványajánlás kidolgozása

8 SINTAP eljárás tényleges vagy lehetséges (pl. kimutatható hibaméret alatti) repedésszerű hibát tartalmazó szerkezetek ill. szerkezeti elemek értékelése (statikus terhelés esetén) tönkremenetel módja: törés (repedésterjedéssel) vagy képlékeny összeomlás különböző szintű elemzések lehetősége, a rendelkezésre álló adatoktól függően különböző mértékű konzervativizmus érvényesítésének lehetősége R6 módszeren alapul

9 Hibaértékelő határdiagramok elve potenciális károsodási mechanizmus két véglet közé esik: törés repedésterjedéssel (rideg - vagy szívós) képlékeny összeomlás (képlékeny instabilitás) két paraméter: törésre vonatkozó: (K: K I v. K J képl. korrekció) K = r K K anyag képlékeny összeomlásra vonatkozó: L r = Q L Q ( σ y ) Q - terhelés (húzás, nyomás, hajlítás) Q L (σ y ) - terhelés határértéke

10 Az R6 hibaértékelő diagram 1 K r Határgörbe X Y nem biztonságos - X - üzemi terhelés - Y - határterhelés biztonságos 0 L r 1 L r max L r flow max = σ σ y - alakítási keményedés figyelembe vétele biztonsági tényező definiálható

11 Törés jellegének megállapítása

12 Paraméterek hatása

13 Üzemelésre való alkalmasság értékelése hibaértékelő diagram segítségével Hiba méret Feszültség analízis K I számítása Törési szívósság meghatározása K anyag Hiba méret K = r K K I anyag 1 K r Határgörbe értékelési pont biztonságos nem biztonságos Folyáshatár meghatározása σ y Feszültség analízis Jellemző feszültség számítása, σ jell 0 L r 1 L r max L r = σ σ jell y

14 Elemzési szintek Elemzési szint Szükséges adatok Mikor alkalmazandó Folyáshatár 1. alap szint Folyáshatár és szakítószilárdság Alap szint Standard szint 2. "Mismatch" Folyáshatár és szakítószilárdság. "Mismatch"-ra vonatkozó határterhelések 3. Valódi fesz.- alakv. görbe Teljes valódi fesz.- alakváltozás görbe adott Nincs más adat Gyors eredmény szükséges. A kötéseknél a tulajdonságokban 10%- ban kisebb eltérés (mismatch) Az alap- és varratanyag közti szilárdság-eltérés megengedett és nagyobb a folyáshatár 10%-ánál. Pontosabb és kevésbé konzervatív elemzés, mint 1. és 2. Hegesztett kötés "mismatch"-ot tartalmazza.

15 FITNET projekt Cím: Európai hálózat az üzemelésre való alkalmasságra (European Fitness for Service Network) - FITNET network Támogató: EU 5. KP - GRWOTH Partnerek: GKSS (Németo.), JRC (Holandia), VTT (Finno.), TWI (UK), Uni. Cantabria (Spanyolo.) CESI (Olaszo.), Corus (UK), Caterpillar (Franciao.), British Energy (UK), Shell (Hollandia), Alstom (UK), FhG/IWM (Németo.), UMFS (Szlovénia), Advantica (UK), CR FIAT (Olaszo.), CEIT (Spanyolo.), FORCE (Dánia), Rolls Royce (UK), Bay-Logi (H), stb. (30 partner)

16 VERB szoftver IWM Institut für Werkstoffmechanik, Freiburg

17 Elemzési lehetőségek Két paraméteres hibaértékelés (R6 módszer) törés ill. képlékeny összeomlás: SINTAP eljáráson alapul. Kritikus paraméterek (terhelés, repedésméret) számítása: Repedésindulás vagy instabilitás )szívós törés esetén) alapján. Paraméter-analízis Fáradásos repedésterjedés (LEFM) Nyomástartó berendezéseknél átmenő repedések szivárgási területének számítása.

18 Repedés modellek Repedéssel rendelkező szerkezeti elemek: Húzott lemez repedéssel Lemez vastagság-menti feszültség-gradienssel, repedésselplate With Stress Gradient Over Thickness With Crack Henger belső nyomással, axiális repedéssel Henger falvastagság-menti feszültség-gradienssel, axiális repedéssel Henger belső nyomással, kerületi repedéssel Henger axiális feszültséggel, kerületi repedéssel Henger falvastagság-menti feszültség-gradienssel kerületi repedéssel Henger belső nyomással és hajlítással, kerületi repedéssel Gömbhéj belső nyomással, repedéssel Szerkezeti elemek furatból induló repedéssel Szerkezeti elemek eltérő anyagtulajdonságokkal (mismatch) Repedés típusok: Átmenő repedés Kiterjedt felületi repedés (belső vagy külső felületen) Fél-elliptikus felületi repedés (belső vagy külső felületen) Rejtett elliptikus repedés (központi)

19 2 L t R Hibaértékelés - példa R i t b a t 2 a 2c p R i

20 Értékelési pont meghatározása

21 Paraméter-analízis a -ra

22 Kritikus terhelés számítása Initiation Crack Depth a [mm] Lr Pressure [MPa]

23 Kritikus terhelés nem határozott folyású anyag esetén Initiation Crack Depth a [mm] Lr Pressure [MPa]

24 Kritikus terhelés számítása paraméter-analízissel

25 Fáradásos repedésterjedés számítása

26 Maradó feszültségek Maradó feszültség nélkül 300 MPa maradó feszültséggel

27 További lehetőségek Valódi feszültség-nyúlás görbe alkalmazása Szilárdsági eltérés (mismatch) figyelembe vétele Lyukadás területének számítása

28 A VERB magyar verziója néhány napon belül elkészül!