Előadó: Dr. Bukovics Ádám 11. ELŐADÁS

Átírás

1 SZÉCHNYI ISTVÁN GYTM TARTÓSZRKZTK III. lőadó: Dr. Bukovics Ádám Az ábrák forrása:. LŐADÁS [1] Dr. Németh György: Tartószerkezetek III., Acélszerkezetek méretezésének alapjai [2] Halász Ottó Platthy Pál: Acélszerkezetek [3] Ádány Sándor - Dulácska ndre Dunai László Fernezelyi Sándor Horváth László: Acélszerkezetek, 1. Általános eljárások, Tervezés az urocode alapján SZÉCHNYI ISTVÁN GYTM A rideg törés: TARTÓSZRKZTK III. lőadó: Dr. Bukovics Ádám rideg (rugalmas) anyagok szívós (rugalmas-képlékeny) anyagok a ridegség illetve a szívósság egy-egy acélfajtára csak meghatározott körülmények között jellemző folyamata hasonló az üvegtáblák ütés hatására bekövetkező töréséhez

2 SZÉCHNYI ISTVÁN GYTM TARTÓSZRKZTK III. lőadó: Dr. Bukovics Ádám Katasztrófák rideg törés miatt: Csingtao (Kína), 1923: egy nagy vasúti híd rideg törés miatt tönkrement. Hegesztett hidak tönkremenetele kis terhelés alatt Nyugat-urópában a II. vh. előtti években és 1946 között ~1000 hajón károsodás, 16 kettévált és elsüllyedt. Répcelak, 1968: robbanás egy szénsavtartály repedése miatt. SZÉCHNYI ISTVÁN GYTM TARTÓSZRKZTK III. lőadó: Dr. Bukovics Ádám A rideg törés jelensége: Hirtelen történik (dörrenésszerű hanghatás) A törést (vagy repedést) nem előzi meg sem maradó nyúlás, sem pedig harántkontrakció. Folytonossági hibából (anyaghiba, bemetszés, korróziós sérülés) indul ki. Durva szemcsézetű törési felület. Különösen veszélyeztetettek a vastag lemezből készülő, alacsony hőmérsékleten is üzemelő hegesztett szerkezetek.

3 SZÉCHNYI ISTVÁN GYTM TARTÓSZRKZTK III. lőadó: Dr. Bukovics Ádám Hidak Daruk Tartályok Vízépítési acélszerkezetek Rideg törésre hajlamos szerkezetek ÁLLAPOTTÉNYZŐK SZÉCHNYI ISTVÁN GYTM Befolyásoló tényezők: TARTÓSZRKZTK III. lőadó: Dr. Bukovics Ádám A repedés megindulásának és gyors terjedésének feltételei: ridegen viselkedő anyag; nagy húzó- vagy nyírófeszültség. Az anyag elridegedését okozza: a térbeli feszültségi állapot; az alacsony hőmérséklet; a nagy terhelési sebesség; előbbiek együttes előfordulása.

4 SZÉCHNYI ISTVÁN GYTM TARTÓSZRKZTK III. lőadó: Dr. Bukovics Ádám A térbeli feszültségi állapot elridegítő hatása: A folyási feltétel térbeli feszültségi állapotban: σ σ 2 σ 2 σ 2 σ σ σ σ σ σ red = = R y σ σ R 2 R 1= 2 = y 3 y σ = ez nem elérhető feszültség folyás nem jön létre az anyag ridegen törik SZÉCHNYI ISTVÁN GYTM TARTÓSZRKZTK III. lőadó: Dr. Bukovics Ádám A terhelési sebesség hatása: R m R y Törés folyás nélkül 1 2 Feszültségcsúcs képlékeny leépülése t (idõ) 1 2 (inkubációs idő)

5 SZÉCHNYI ISTVÁN GYTM TARTÓSZRKZTK III. lőadó: Dr. Bukovics Ádám Védekezés rideg törés ellen: megfelelően szívós, az adott szerkezet legkedvezőtlenebb körülményei között sem ridegedő anyagok használatával a különféle szerkezeti acélok megfelelő vizsgálatokkal ridegtörési hajlam szerint rangsorba állíthatók, és a rangsorból az állapottényezőket és egyéb körülményeket is figyelembe véve a megfelelő anyagminőség kiválasztható anyagkiválasztó táblázatok és számításos eljárások alkalmazása SZÉCHNYI ISTVÁN GYTM TARTÓSZRKZTK III. lőadó: Dr. Bukovics Ádám Anyagkiválasztó táblázatok: Figyelembe veszik: az üzemi hőmérsékletet, a szerkezeti elem jelentőségét (= a törés következményének jelentősége az egész szerkezet szempontjából) a feszültségi állapot jellegét (lineáris, síkbeli, térbeli) az anyagvastagságot az esetleges hidegalakítás mértékét A táblázatok az egyes anyagminőségekhez a különböző körülmények között alkalmazható legnagyobb vastagságot (t max ) adják meg

6 SZÉCHNYI ISTVÁN GYTM TARTÓSZRKZTK III. lőadó: Dr. Bukovics Ádám Törés folyás nélkül Feszültségcsúcs képlékeny leépülése (inkubációs idő) SZÉCHNYI ISTVÁN GYTM TARTÓSZRKZTK III. lőadó: Dr. Bukovics Ádám Számításos eljárás: T mi n T üze mi T min egy adott anyagminőségre -az állapottényezők és egyéb paraméterek figyelembevételévelmeghatározott hőmérséklet, amely ridegtörés szempontjából még nem jelent veszélyt. a ridegtörést a feszültségek nagyságának a korlátozásával is el lehet kerülni (ha 0,2 R y -nál kisebb feszültség)

7 SZÉCHNYI ISTVÁN GYTM TARTÓSZRKZTK III. lőadó: Dr. Bukovics Ádám Charpy féle próba (ütve-hajlító kísérlet) A gép egy ingás ütőmű, mely bemetszett próbatestet tör el. Az ingát, mely jól csapágyazott tengely körül elfordítható rúdból és annak végén a nagy tömegű (15 vagy 30 kg) ütőfejből áll, meghatározott magasságról indítják. A pálya alsó pontján a kezdeti helyzeti energia mozgási energiává alakul. A bemetszett próbadarabra az ütőfej ütést mér és eltöri. SZÉCHNYI ISTVÁN GYTM TARTÓSZRKZTK III. lőadó: Dr. Bukovics Ádám A töréshez szükséges munka csökkenti a mozgási energiát Az inga mutatót vonszol magával, ami az ingának a törés után elért legmagasabb pontjánál megáll és utólag is leolvashatóan jelzi az ütőfej legmagasabb helyzetét kiszámítható a próbatest töréséhez szükséges munka

8 SZÉCHNYI ISTVÁN GYTM TARTÓSZRKZTK III. lőadó: Dr. Bukovics Ádám különböző hőmérsékleteken mérik a próbatest ütve-hajlító eltörésével elnyelt energiát ha az elnyelt energiát a vizsgálati hőmérséklet függvényében ábrázoljuk, megállapítható az átmeneti hőmérséklet átmeneti hőmérséklet: az a hőmérséklet amelyen az ütőmunka éppen azonos az acélfajtára előírt értékkel (ez alapján állíthatók rangsorba a különböző anyagminőségek) csak az azonos fajtájú acélok ridegtörési hajlam szerinti rangsorolására alkalmas SZÉCHNYI ISTVÁN GYTM TARTÓSZRKZTK III. lőadó: Dr. Bukovics Ádám Az ütőmunka alapján megállapított átmeneti hőmérséklet értelmezése A (ütõmunka) k rideg törés átmeneti zóna képlékeny törés elõírt érték T (átmeneti hõmérséklet) á T (hõmérséklet)

9 SZÉCHNYI ISTVÁN GYTM A fáradás: TARTÓSZRKZTK III. lőadó: Dr. Bukovics Ádám Ismétlődő terhelés hatására a szerkezetek akkor is eltörhetnek, ha bennük a feszültség jóval a statikus szilárdság értéke alatt marad. Általában váratlanul, előzetes alakváltozás nélkül következik be. Különösen az olyan hegesztett szerkezetek veszélyeztetettek amelyekben az igénybevétel gyorsan és tág határok között változik. A hegesztési sajátfeszültségek is szerepet játszanak, hozzáadódnak az igénybevételekből keletkező feszültségekhez. SZÉCHNYI ISTVÁN GYTM TARTÓSZRKZTK III. lőadó: Dr. Bukovics Ádám FÁRADT TÖRÉS KIS CIKLUSSZÁMÚ FÁRADT TÖRÉS (a halmozódó képlékeny alakváltozások miatt az anyag nyúlási képességének kimerülése okozza a törést) pl: egy lágyacélból készült huzaldarab hajtogatása

10 SZÉCHNYI ISTVÁN GYTM TARTÓSZRKZTK III. lőadó: Dr. Bukovics Ádám A fáradt törés kialakulása: Feszültségcsúcsból indul ki, a feszültségcsúcs oka lehet: folytonossági hiány (anyaghiba, bemetszés, sérülés); gyártási sajátfeszültség. A feszültségcsúcsnál a feszültségingadozás hatására kiskiterjedésű halmozódó képlékeny alakváltozások révén az anyag nyúlóképessége kimerül, repedés jön létre. A következő terhelési ciklusban feszültségcsúcs a repedés szélénél jelenik meg. Folyamatos repedésterjedés törésig. SZÉCHNYI ISTVÁN GYTM TARTÓSZRKZTK III. lőadó: Dr. Bukovics Ádám Mikor törik? - amikor a megmaradt keresztmetszet teherbírása már nem elegendő a következő terhelési ciklus igénybevételeinek felvételére Törési felület [1]

11 SZÉCHNYI ISTVÁN GYTM TARTÓSZRKZTK III. lőadó: Dr. Bukovics Ádám Wöhler kísérletei: Periodikus terhelés vasúti tengelyeken. gy-egy kísérletsorozatnál σ min konstans. Próbatestenként két adat: σ max és a töréshez tartozó ismétlési szám (N) SZÉCHNYI ISTVÁN GYTM TARTÓSZRKZTK III. lőadó: Dr. Bukovics Ádám A Wöhler görbe [1]

12 SZÉCHNYI ISTVÁN GYTM TARTÓSZRKZTK III. lőadó: Dr. Bukovics Ádám A Wöhler görbe közelítése egyenesekkel [1] A tartamszilárdság érdemi változása az N= tartományban van SZÉCHNYI ISTVÁN GYTM TARTÓSZRKZTK III. lőadó: Dr. Bukovics Ádám August Wöhler ( ) Német vasútmérnök 1854: a porosz kereskedelmi miniszter megbizza a vasúti tengelytörések okának vizsgálatával 1858: a kifáradás jelenségéhez kapcsolódó kutatási eredményeinek nyilvánosságra hozatala

13 SZÉCHNYI ISTVÁN GYTM TARTÓSZRKZTK III. lőadó: Dr. Bukovics Ádám!!! A fáradási szilárdság nem anyagállandó!!! F tompavarrat F Statikus teherbírás szempontjából egyenértékűek F tompavarrat F F F Fáradási szilárdságuk különböző Különböző fáradási szilárdságú szerkezeti kialakítások SZÉCHNYI ISTVÁN GYTM TARTÓSZRKZTK III. lőadó: Dr. Bukovics Ádám A fáradásvizsgálat problémái: A fáradási szilárdság (tartamszilárdság) csak kísérleti úton határozható meg. gy Wöhler-görbe csak egyfajta szerkezeti kialakítású, méretű és anyagminőségű próbatestre érvényes. A kísérletek költségesek és hosszadalmasak. A kísérleti eredmények nagy szórást mutatnak. A szerkezetek fárasztó terhe általában sztohasztikus, a terhelési spektrum csak becsléssel határozható meg.

14 SZÉCHNYI ISTVÁN GYTM TARTÓSZRKZTK III. lőadó: Dr. Bukovics Ádám Számos tényezőt - kényszerűségből - nem tudunk figyelembe venni. Például: a gyártási feszültségek, a vegyi összetétel, a hegesztő eljárás, a szövetszerkezet, a hőkezelés, a szemcseméret, a mikrostrukturális diszkontuinitások, a mérethatás, a varrathibák, a hegesztési pontatlanságok, a felületi egyenetlenségek, a hőmérséklet, a korrózió SZÉCHNYI ISTVÁN GYTM TARTÓSZRKZTK III. lőadó: Dr. Bukovics Ádám A fárasztó teher és a terhelési spektrum [1] a valóságos szerkezeteken a terhelés általában szabálytalan feszültségingadozást okoz a terhelési spektrum meghatározása becsléssel

15 SZÉCHNYI ISTVÁN GYTM TARTÓSZRKZTK III. lőadó: Dr. Bukovics Ádám A Palmgren-Miner-féle lineáris károsodáshalmozódási hipotézis [1] az i-edik teher által okozott károsodás: D i = Ni / Ncr nincs fáradási törés, amíg: Ni Di = N 1 ci