Emnekode. I lo523 M. I Dato: 125 april I Kandidaten må selv kontrollere at oppgavesettet er fullstendig. Ved eventuelle

Transkript

1 : Antall høgskolen ioslo 't:::mne: I Dynamisk Belastede Konstruksjoner 8 / Gruppe(r): 3MO, 2MF I Emnekode I lo523 M I Dato: 25 april 2005 I Faglig veileder:,a. Gjessing I Eksamenstid: 3 timer - /Jf!::!- I Eksamensoppg-ave--n best6r av: ITlllatte hjelpemidier: sider I Antall oppgaver: I Antall vedlegg: I (inkl. forsiden) 5 I Kalkulator, fagets formelsamling, generell formelsamling I Kandidaten må selv kontrollere at oppgavesettet er fullstendig. Ved eventuelle I uklarheter i oppgaveteksten skal du redegjøre for de forutsetninger du legger til grunn for løsningen. Avdeling for Ingeniørutdanning. Cort Adeiersgote Osto. tlf: faks: iu@tmo.no

2 Eksamen vår Dynamisk Belastede Konstruksjoner. Oppgave,2,3, 4 og 5 teller like mye. Kandidater som hadde mer enn 50% riktig på midtsemesterprøven regner ikke oppgave 3. Skriv "Oppgave 3 - forhåndsgodkjent" i besvarelsen. Oppgave la. Hvilken av de 3 fasene for sprekkvekst egner seg best for beregninger? Hvorfor egner denne fasen seg best? b. Definer: middel spenning, spenningsvidde med hjelp av 0". og 0"2 i figuren. 0'2 0' N tid. le. Lag geometriske forbedringer med hensyn til utmattning for denne akselen (med hull). Tegn en enkel skisse. Id. Ved hvilke forhold forekommer spenningskorrosjon? le. Hva er hovedforskjellen på en utmattningsberegning og en bruddmekanisk beregning? Oppgave 2 2a. Forklar hvordan "shot peening" fungerer og hvorfor det gir lengre levetid. 2b. Hvor store lokale restspenninger er det vanlig å regne med ved en sveis dersom man ikke spenningsglooer? 2c. Nevn de vanligste NDT -metodene og beskriv kort en av de. 2d. Tegn et diagram for en typisk sprekkveksthistorikk, sprekklengde på y-aksen og antall sykler på x-aksen. Legg inn inspeksjonsintervaller i tegningen. 2e. Hva står CTOD for og hva brukes CTOD tester til? l

3 Oppgave 3. Akselen i figuren er utsatt for et vekslende kraft som veksler mellom O og 40 kn. I tillegg har akselen en aksiell strekkspenning på 00 MPa (som ikke veksler). Materialet er St Akselen er tindreid med overflateruhet Ra= 6. Overflatefaktoren er gitt CF = 0,86. Størrelsefaktoren er gitt Cs = 0,78. Kjervfaktoren er gitt som Kr= 0, + 0,89 Kt. Regn ut sikkerhet mot utmattningsbrudd for kjerven med hjelp av et Haig-diagram. Tegn diagrammet. D = 65mm d = 50mm r= 3mm F 4 F Oppgave 4. Bruk Linjær delskadeteori (Palmgren-Miner) og SN-kurven til å regne ut hvor mange sykler detaljen kan belastes gitt at det blir like mange sykler av last l og 2. Bruk sikkerhetsfaktor på 2,0. Sveisedetaljen i figuren blir belastet med 2 lasttilfeller: Last l: Fl = 2,5 M N og M I = 8 k Nm. Detaljens belastning varierer fra null opp til Fl + Ml. Last 2: F2 = 2,5 M N. Detaljens belastning varierer fra null opp til F2. ) M

4 Spenningsvidde (N/mm2) 000 f, i,' I "!' !.,.. 20 f N - lastvekslinger Oppgave 5. Beregn kritisk sprekkstørreise for ustabil sprekkvekst for en plate med en gjennomgående sprekk. Sjekk at det er riktig å bruke LEBM. t = 0,050 m Kx;= 50MNm-32 O' = 500 MN/m2 O' = 500 MN/m2 y f=lo, a t G a«w 3

5 Formelsamlin2 for Utmattnin2 02 Bruddmekanikk 24 Januar 2005,,'T;:: '" '"" CF: Overflatefaktoren Kr : Kjervfaktoren (Kt: Spenningskonsentrasjonsfakto inngår i Kr) C : Størrelsesfaktoren s SF: Sikkerhets faktoren CL: Last faktoren CE: Miljø og egenspenning faktor K -SF f CF = - 0,22 (log Ra)O,64.log au + 0,45 (log Ra> 0,53 J\ Overflateruheten Ra i JID, O'u i MPa. to=lomm " n = 0,0 + 0,IS.og Kt K,= +q(k.- I) J\. a = 0,0254.( r=kjervradius 0', 2. Palmgren-Miner, linjær delskade teori. i:=( ) = N, - 3. Spenningskonsentrasjoner (SCF) for sveiste detaljer. 4. Linjær Elastisk BruddMekanikk - LEBM 2 2 A a 2,5(_K /C- A. t 2,5(.KK:. O'r 0',

6 24 Januar 2005 Kt Spenningskonsentrasjons faktor Kt Strekkbelastning Aksel med avtrapping \\ \ \,..7 ".6.5 \ ! ' r '--.4 M d::=f:::::f I"'".3 :.. r"'-.2 r-- I-- - I I--. r/d o 0,02 0,04 0,06 0,08 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 0,20 0,22 0,24 0,26 0,28 0,30 3 Formelsamling - Bruddmekanikk

7 24 Januar 2005 Kt ,, ".8 (irkulær).7.6 F.3.5 ;2 'I l..0 o 0,02 0,04-0:00 0,08 0, ,6 0,8 0,20 0,22 0,24 0,26 0,28 0,30 r/d 5 Forrnelsamling - Bruddmekanikk

8 24 Januar 2005 Kt" 3, Spenningskonsentrasjons faktor Kt Torsjon Aksel med avtrapping 2.4 T T 2.3!- 2.2 ft \\ r E:.3.2 :4=. o 0,02 0,04 0,06 0,08 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 0,20 0,22 0,24 0,26 0,28 0,30 r/d '7 Formelsamling - Bruddmekanikk

9 24 Januar 2005 Kt Spenningskonsentrasjons faktor Kt Bøyning Aksel med kjerv r. r;.,- M ID d M 2.'a ,5 '. r.,t It.6.. I \ l!.4..;c. I-- t--,. o 0,02 0,04 0,06 0,08 0, , ,24 0, ,30 r/d 8 Foonelsamling - Bruddmekanikk

10 24 Januar 2005 Kt \"\i Spenningskonsentrasjons faktor Kt Bøyning Aksel med avtrapping M 2.0,.9.8 FR.7.6, d=. I = t()5_..4 rt:::::::"- F;::.3.2. o 0,02 0,04 0,06 0,08 0,0 0,2 0,4 0,6 0,6 0,20 0,22 0,24 0,26 0,28 0,30 r-- I r/d 6 Formelsamling - Bruddmekanikk

11 24 Januar 2005 Kt f\- 'K I F '-,,-, t=r (sirkulær),dld=.d/d : =, I"' J v ::::-,, '.5 \.4 r-- i:::-j.3 r- I-- ; h.2. r/d o 0,02 0,04 0,06 0,08 0,0 0,2 0,4 0,8 0,8 0,20 0,22 0,24 0,26 0,28 0,30 4 Formelsamling - Bruddmekanikk

12 I 6. Fasthets og utmattningsdata 24 Januar 2005 I Kvalitet Standard Desl oksydasjon (I) Strekkfasthet MPa. R-O'. Flytegrense MPa (2J Utmattingsfasthet (3) ItSI66<tStS6t StSI O"D-MPa Strekktrykk Bøyning O' -MPa D St37-2 I NS 220 IUSt37-. NS 222 I USt37-2! NS 223 St37-3 NS 224 St44-2 I St44-3 I NS 242 NS 243 u, S 2S 20S 9S R RR R RR S 2S! 40-S80 27S 26S 2SS ::60 30:l:3G 0:t60 30:t30 0:t80 45:t45 Oi:l90 50i:lS0 O:tl90 50:tlS0 0:t:60. 30:t: 30 I StS2-3 NS 2S3 KR SS ! 35 o :I: 240 0% i:90225:t 225 ) U = Utettet. R = Halvtettet eder tettet. RR = Tettet og finkombehandlet 2) Flytegrensen er avhengig av godstykkelsen t. 3) Basert på Hutte I, 28 oppi. s I Kvalitet Standard nes- I Strekkfasthet Flytegrense MPa (2) Utmattingsfasthet (3) oksydasjon (),MPa. I R- 0'. Strekktrykk Bøyning I IS 6 6<ISIS 6f3<t S øcto<ts 0'0- Mpa -MPa r-'o StS0-2 NS 3234 R O:t S 28S 27S :t80 0:t260 20:t20 I St60-2 I NS 3244 R. O:i: I S S 200::200 St70-2 I NS 3244 R 07: SS :240 O:t :t 240 0:t :f:280 ) U - Utettet. R - Halvtettet eller tettet, RR = Tettet og finkombebandlet. 2) Flytegrensen er avhengig av godstykkelsen t. 3) Basert på Hutte I, 28 oppi. s Formetsamling - Bruddmekanikk