5. Az acélszerkezetek kérdései: rideg törés, fáradás. … › phocadownload › szakmernoki › 1_felev_anyaga › ... · 2019-10-10 · Ez az a munka, amit a ható erő(F)

MAGASÉPÍTÉSI ACÉLSZERKEZETEK

5. Az acélszerkezetek méretezésének különleges

kérdései: rideg törés, fáradás.

FERNEZELYI SÁNDOREGYETEMI TANÁR

BME Szilárdságtani és Tartószerkezeti Tanszék

Tartószerkezet-rekonstru

kciós Szakmérnöki Képzés

Az acél szakító diagrammja

• Lineáris szakasz• Arányossági

határnak• Folyási határ (f0)• Folyás• Felkeményedés• Kontrakció• Szakító

szilárdság (fu)• Szakadó nyúlásBME Szilárdságtani és Tartószerkezeti T

anszék



∫== dsFLE

Átalakítással, a fentiből, megkapjuk a belső erők (feszültségek) fajlagos munkáját:

∫= εσ dVL

Az anyag ellenállást a törésig bekövetkező energia felvétel jellemzi.Ez az a munka, amit a ható erő (F) végez elmozdulás (ds)

formájában az anyagon a törés bekövetkeztéig:

A törési munkát a feszültség alakváltozás diagramm alatti terület mutatja meg.Acél anyag esetén ez, a jó képlékeny tulajdonságoknak köszönhetően nagy. Az anyag szívós (nem rideg).




Az anyag viselkedése dinamikus terhelés

hatásáraA szívósság vizsgálata

Az anyagok lehetnek:• szívósak, • képlékenyek és • ridegek.




Szívós vagy képlékeny anyag

a törést jelentős nagyságú maradó alakváltozás előzimeg, ami sok energiát emészt fel. A töretfelület szakadozott, tompa fényű




Rideg, nem képlékeny törésA rideg, nem képlékeny

törés esetében a törést nagyon kicsi vagy semmi maradóalakváltozás sem előzi meg, és viszonylag kevés energiát kell befektetni az anyag eltöréséhez.




A törés folyamata

• repedés keletkezéséből • a repedés terjedéséből, majd • az anyag végső szétválásából áll. A repedésterjedés lehet

lassú, ilyen a kúszás és kifáradás, vagy a terhelés növelése mellett bekövetkező szívós

törés illetve gyors, instabil, ami alakváltozás nélküli rideg

töréshez vezetBME Szilárdságtani és Tartószerkezeti T

anszék



Mitől függ egy anyag töréssel szembeni viselkedése?

függ magától az anyagtól, • annak állapotától (összetétel, mikroszerkezet),de jelentős mértékben függ az un. állapottényezőktől, • a hőmérséklettől, • a feszültségállapot jellegétől és • az igénybevétel sebességétől




Az anyag és annak állapota 1

Rideg törésre rendkívül hajlamosak a • Kovalens vagy ionos kötéssel rendelkező anyagok,

(alacsony kristály szimmetria)pl. kerámiák, rideg kompozitok, nagyszilárdságú

acélok, pl. edzett szerszámacélok, hexagonális rácsszerkezetű fémek, mint pl. a magnézium. Bennük a legkisebb hiba is beindíthatja a rideg töréstBME Szilárdságtani és Tartószerkezeti T

anszék



Az anyag és annak állapota 2

Szívós anyagok• fémek lapközepes köbös szerkezettelpl. az alumínium vagy a réz, a polimerek jelentős része alakváltozásra hajlamos,

még nagy méretű hibák mellett is szívósan viselkednek.




Az állapottényezők hatása az anyagok terheléssel szembeni

viselkedésére• a hőmérséklet csökkenése a rideg törést segíti elő,

mert akadályozza a képlékeny alakváltozást.





viselkedésére

• A feszültség állapot– három tengelyű nyomás elősegíti a képlékeny

alakváltozást.– a három tengelyű húzás, minden anyag

esetében rideg törést eredményez .Ugyancsak a rideg törést segíti elő a többtengelyű feszültségi állapot, a bemetszések, a belső anyaghibák.BME Szilárdságtani és Tartószerkezeti T

anszék




viselkedésére

• Az igénybevétel sebességének növelése bizonyos tartományon belül a ridegséget segíti elő, hiszen az alakváltozás a diszlokációk mozgása, és ahhoz idő kell.

• Nagyon nagy alakítási sebességek esetén a fémek képlékenyen viselkednek.




Ridegtörési problémák

• Az olyan anyagok, mint az acélok bizonyos körülmények között ridegen törhetnek. A jelenségre, hogy az acéloknál bizonyos körülmények között nem ad elegendő biztonságot a hagyományos méretezés, katasztrófák hívták fel a figyelmet.







A katasztrófákban közös volt

⇒a nagyméretű szerkezetek előzetes alakváltozás nélkül törtek,

⇒a terhelés jóval a megengedett terhelés alatt volt,⇒a repedés nagysebességgel terjedt,⇒a katasztrófák minden esetben hidegben

következtek be,⇒az anyagok a hagyományos vizsgálatoknak (ReH,

Rm, A, Z, HB) megfeleltek.BME Szilárdságtani és Tartószerkezeti T

anszék



A megfigyelésekből leszűrhetővolt

hogy a nagy méretű, hidegben üzemelő, dinamikusan igénybevett szerkezetek esetében a hagyományos méretezés nem nyújt elegendő biztonságot.




A ridegtöréssel szembeni ellenállás vizsgálata

• A rideg töréssel szembeni biztonság vizsgálata, tehát azt jelenti, hogy meghatározzuk, hogy adott anyag és szerkezet, milyen feltételek esetén fog szívósan illetve ridegen viselkedni.

• A probléma több oldalról is megközelíthető. ⇒a szívósság ellenőrzése az átmeneti

hőmérséklet alapján,,⇒törésmechanika.




A szívósság ellenőrzése az átmeneti hőmérséklet alapján

Charpy féle ütővizsgálatAz ütve hajlító vizsgálat

(MSZ EN 10045-1) célja az anyag dinamikus igénybevétellel szembeni ellenállásának meghatározása. A dinamikus igénybevétellel szembeni ellenállás a szívósság.BME Szilárdságtani és Tartószerkezeti T

anszék



Charpy vizsgálat

• A próbatest 10x10x55 mm méretű és 2 mm mély V (vagy U alakú) bemetszéssel van ellátva




Charpy vizsgálat




Charpy vizsgálat

A kísérlet során a próbatestben elnyelt munka az ütőmunka

K = Gr(ho - h1) [J]




Mitől függ az ütőmunka?

A hőmérsékletfüggvényében felvett ütőmunka görbék lehetővé teszik a szívós és a rideg állapot közötti átmenet hőmérsékleténekkijelölését.




Törésmechanika

• A törésmechnika feltételezi, hogy a gyakorlatban előforduló anyagok minden esetben tartalmaznak hibákat és azt vizsgálja, hogy milyen feltételek esetén kezdenek el ezek a hibák instabil vagy katasztrofális módon terjedni.A megválaszolandó kérdés tehát az, hogy :

⇒adott feszültségi állapotban mekkora lehet a hiba,

⇒adott hiba, milyen feszültségi állapotban kezd el instabilan terjedni.




Az anyagok szívósságának vizsgálata Törésmechanika

• A vizsgálatokkal olyan, méretezésre is alkalmas anyagjellemzőket ( KIC és COD, GIc)határozhatunk meg, amelyek a külső terhelés és a szerkezetben megengedhető hibaméret között állítanak fel összefüggést, és alkalmasak annak eldöntésére, hogy adott anyagból, adott hibamérettel rendelkezőszerkezet adott terhelés mellett ridegen törik-e. BME Szilárdságtani és Tartószerkezeti T

anszék



Az acélfajták jelölése az EN szerint

Az acélfajták jelölése az EN10027-1 szerint a következő jelcsoporttal történik:

S nnn xx yy (pl. S 355 J2 G3) ahol S szerkezeti acélról van szó

nnn az előírt legkisebb folyáshatár N/mm2-ben xx az előírt hőmérsékleten mérhető minimális ütőmunkára

utaló két karakter yy felhasználhatóságra vagy különleges kezelésre utaló jelek




Feszültségszint meghatározása

Először a vizsgált elemben a várható repedés kezdőpontjában ébredő feszültséget (σEd) kell kiszámítani, mint névleges feszültséget, a következő (rendkívüli) tehercsoportosításból:

[ ]{ }KiiKKEdd QQGTAEE 211 """""" ψψ +++= ∑

amelyben a fő hatás az üzemi hőmérséklet (TEd), ami

a szerelési hőmérséklettől való eltérése miatt hőmozgásokat vagy feszültségeket kelthet. A tehercsoportosításban a használati határállapotban figyelembeveendő terheket kell számításba venni.




Feszültségszint meghatározása

A feszültségszintet rugalmas analízissel kell kiszámolni, tekintetbe

véve a deformációkból származó másodlagos hatásokat is. A számított feszültség alapján három feszültségi kategóriába

- alacsony (σEd = 0,25 fy(t)), - közepes (σEd = 0,50 fy(t)), vagy - magas (σEd= 0,75 fy(t)) - sorolhatjuk a szerkezeti elemet.

tftf nomyy 25,0)( , −= [N/mm2]




Anyagminőség kiválasztása

Referencia hőmérséklet TEd Charpy-próba CVN 10 0 -10 -20 -30 -40 -50 10 0 -10 -20 -30 -40 -50 10 0 -10 -20 -30 -40 -50

Szil.oszt.jele

Al-csop. jele T

[°C] Jmin σEd = 0,75 fy(t) σEd = 0,50 fy(t) σEd = 0,25 fy(t)

JR 20 27 60 50 40 35 30 25 20 90 75 65 55 45 40 35 135 115 100 85 75 65 60 J0 0 27 90 75 60 50 40 35 30 125 105 90 75 65 55 45 175 155 135 115 100 85 75

S235

J2 -20 27 125 105 90 75 60 50 40 170 145 125 105 90 75 65 200 200 175 155 135 115 100 JR 20 27 55 45 35 30 25 20 15 80 70 55 50 40 35 30 125 110 95 80 70 60 55 J0 0 27 75 65 55 45 35 30 25 115 95 80 70 55 50 40 165 145 125 110 95 80 70 J2 -20 27 110 95 75 65 55 45 35 155 130 115 95 80 70 55 200 190 165 145 125 110 95

M,N -20 40 135 110 95 75 65 55 45 180 155 130 115 95 80 70 200 200 190 165 145 125 110

S275

ML,NL -50 27 185 160 135 110 95 75 65 200 200 180 155 130 115 95 230 200 200 200 190 165 145 JR 20 27 40 35 25 20 15 15 10 65 55 45 40 30 25 25 110 95 80 70 60 55 45 J0 0 27 60 50 40 35 25 20 15 95 80 65 55 45 40 30 150 130 110 95 80 70 60 J2 -20 27 90 75 60 50 40 35 25 135 110 95 80 65 55 45 200 175 150 130 110 95 80

K2,M,N -20 40 110 90 75 60 50 40 35 155 135 110 95 80 65 55 200 200 175 150 130 110 95

S355

ML,NL -50 27 155 130 110 90 75 60 50 200 180 155 135 110 95 80 210 200 200 200 175 150 130 M,N -20 40 95 80 65 55 45 35 30 140 120 100 85 70 60 50 200 185 160 140 120 100 85 S420

ML,NL -50 27 135 115 95 80 65 55 45 190 165 140 120 100 85 70 200 200 200 185 160 140 120 M,N -20 40 90 70 60 50 40 30 25 130 110 95 75 65 55 45 200 175 155 130 115 95 80 S460

ML,NL -50 27 125 105 90 70 60 50 40 180 155 130 110 95 75 65 200 200 200 175 155 130 115




Anyagválasztás magasépítésiszerkezetek

esetén

Referencia hőmérséklet TEd Charpy-próba CVN 10 0 -10 -20 -30 -40 -50

Szil. oszt. jele

Al-csop. jele T

[°C] Jmin σEd = 0,75 fy(t)

JR 20 27 60 50 40 35 30 25 20 J0 0 27 90 75 60 50 40 35 30

S235

J2 -20 27 125 105 90 75 60 50 40 JR 20 27 55 45 35 30 25 20 15 J0 0 27 75 65 55 45 35 30 25 J2 -20 27 110 95 75 65 55 45 35

M,N -20 40 135 110 95 75 65 55 45

S275

ML,NL -50 27 185 160 135 110 95 75 65 JR 20 27 40 35 25 20 15 15 10 J0 0 27 60 50 40 35 25 20 15 J2 -20 27 90 75 60 50 40 35 25

K2,M,N -20 40 110 90 75 60 50 40 35

S355

ML,NL -50 27 155 130 110 90 75 60 50 M,N -20 40 95 80 65 55 45 35 30 S420

ML,NL -50 27 135 115 95 80 65 55 45 M,N -20 40 90 70 60 50 40 30 25 S460

ML,NL -50 27 125 105 90 70 60 50 40




A huzal hajtogatása - fáradás




A fáradt törés jellege




A fáradásról általában

BME Szilárdságtani és Tartószerkezeti T

anszék



Periódikus terhelés




Periódikus

terhelés




A különböző igénybevételi fajták




Goodman - diagramm




Smith - diagramm




Wöhler - diagramm




Wöhler görbe felvétele




Fáradási szilárdságok az EC szerint




A feszültség csúcsok szerepe




A fáradást befolyásoló tényezők




Bemetsződések hatása








Hegesztési varratok hatása








Változó feszültségek szerepe




Üzemi feszültség

BME Szilárdságtani és Tartószerkezeti T

anszék



Feszültség – idő, alakváltozás diagrammok




Adott feszültség ingadozás gyakorisága




Túllépési gyakoriság




Lineáris károsodási hipotézis












Fáradási részlet osztályok
















Különbözőrészlet

osztályúWöhlergörbék




Documents

5. Az acélszerkezetek kérdései: rideg törés, fáradás. … › phocadownload › szakmernoki › 1_felev_anyaga › ... · 2019-10-10 · Ez az a munka, amit a ható erő(F)