Kapittel 1 Historie og oversikt

Like dokumenter
Kapittel 10 Utmattings-sprekkvekst

Kapittel 10 Utmattings-sprekkvekst

Feilsøking og skadeanalyse. Øivind Husø

Forord. Trondheim

TEKNISK RAPPORT PETROLEUMSTILSYNET HVA SKJER MED KJETTINGER ETTER LOKALE BRUDD RAPPORT NR DET NORSKE VERITAS I ANKERLØKKER? REVISJON NR.

Kapittel 9 Anvendelse på strukturer

Skadevurdering av utmattingssprekker i skipsskrog. Lars G. Bjørheim

Kapittel 7 Bruddseighetsprøving av metaller

MEK2500. Faststoffmekanikk 1. forelesning

Materialer og kjemi 1

Kapittel Case I: Plattformen Alexander L. Kielland s havari. 1.1 Bakgrunn

Mekanisk belastning av konstruksjonsmaterialer Typer av brudd. av Førstelektor Roar Andreassen Høgskolen i Narvik

Prøving av materialenes mekaniske egenskaper del 1: Strekkforsøket

Ønsket innhold. Hva begrenser levetiden?

8 Kontinuumsmekanikk og elastisitetsteori

HRC T-Hodet armering Fordeler for brukerne

Aluminium brukt under ekstreme forhold

Tema i materiallære TM05: Brudd i materialer. Sprøtt og seigt brudd. HIN Industriteknikk RA

Presentasjon av Maskinlinjen ved høgskolen i Oslo

MEK2500 Faststoffmekanikk Forelesning 1: Generell innledning; statisk bestemte kraftsystemer

6 Prinsippet om stasjonær potensiell energi

0$7(5,$// 5( )DJNRGH,/,

Øvingsoppgave 4. Oppgave 4.8 Hvorfor er de mekaniske prøvemetodene i mange tilfelle utilstrekkelige?

Brukermanual for Prolyte X30 og H30 truss NORSK (Bokmål)

DET TEKNISK-NATURVITENSKAPELIGE FAKULTET MASTEROPPGAVE. Forfatter: Thomas Aaning Hordnes

Brukermanual for Prolyte H40D og H40V truss NORSK (Bokmål)

Øvingsoppgave 4. Oppgave 4.8 Hvorfor er de mekaniske prøvemetodene i mange tilfelle utilstrekkelige?

Ekstraordinær E K S A M E N. MATERIALLÆRE Fagkode: ILI 1269

Jernbaneverket Bruer Utmattingsproblematikk på jernbanebruer i stål

1.9 Dynamiske (utmatting) beregningsmetoder for sveiste konstruksjoner

1. Innledning. 2. Mål. 3. Forberedelser

ROV Retrieve 861 Sjakkel

Kapasitet av rørknutepunkt

Porselensisolatorer Frogner 2008

(.675$25',1 5 0$7(5,$// 5( )DJNRGH,/,

Sky i flaske. Innledning. Rapport 2 NA154L, Naturfag 1 del 2. Håvard Jeremiassen. Lasse Slettli

Tilstandskontroll av liner. SINTEF Energiforskning AS

Uforming av duktile knutepunkt i stål l med hensyn påp

RAPPORT FRA HAVFORSKNINGEN

Internasjonal Sveiseingeniør [IWE]

Erfaringer fra konstruksjonsutfordringer. Yme MOPU konstruksjon Ptil Konstruksjonsdagen Petter Vabø TA Struktur

Bruksanvisning. MOB båt forløper. Innholdsfortegnelse. Side Punkt Innhold

Figur 1 Strekkprøvediagram for to prøvestaver

Fakultet for teknologi, kunst og design Teknologiske fag

3 Funksjonsanalyse. 3.1 Kraftledningssystem, funksjonsbeskrivelse, rammebetingelser og funksjonskrav. SINTEF Energiforskning AS

Konstruksjonsstål for arktiske forhold krav til sveisbarhet og egenskaper. Norsk Korrosjonsteknisk forening Mons Hauge, Statoil

Utløsende årsaker og ulike bruddmekanismer for kvikkleireskred

Undersøkelse av metallenes struktur (gitter- og kornstruktur) og de mekaniske og fysikalske egenskaper som har sammenheng med den.

Dokument for kobling av triks i boka Nært sært spektakulært med kompetansemål fra læreplanen i naturfag.

Bakgrunn. Sikkerhet mot eksplosjoner. Økt bruk av store glassflater i bygg. Terroristangrep Ulykker. Kilde: Statsbygg.no

OPINIONNAIRE TPG4135 Prosessering av petroleum 2009

Lecture 1 Phenomenology of plastic deformations LECTURES ON PLASTICITY THEORY. NTNU, Fall 2006

Beregning av konstruksjonskapasitet med ikkelineær FE analyse - Anbefalinger fra DNV-RP-C208

Løsningsforslag eksamen TMT4185 ;

Bergmekaniske prinsipper / undersøkelse- og målemetoder. Charlie C. Li Institutt for geologi og bergteknikk, NTNU

INNHOLDSFORTEGNELSE INNLEDNING... 3 GJENNOMFØRING... 4 RESULTATER... 7 DISKUSJON... 8 KONKLUSJON

5 DEFORMASJON AV METALLISKE MATERIALER (Deformation of metals)

Velkommen til MEK1100

KONSTRUKSJONSSTÅL MATERIAL- EGENSKAPER

Produktutvikling og produksjon

Valgfag ved Varden ungdomsskole

Fakultet for teknologi, kunst og design Teknologiske fag

Eksamen for Biomaterialer OD3200

LØSNINGSFORSLAG EKSAMEN TMT4185 DES

Ulykker, drap og selvmord i 150 år

Kapittel 2. 2 Case II: Plastkompositt

Eksamen i TMT 4185 Materialteknologi Tirsdag 12. desember 2006 Tid:

Fakultet for teknologi, kunst og design Teknologiske fag

Hendelser ved sjakter Hydro Energi Hva kan andre lære?

11 Elastisk materiallov

Spenningskorrosjon på rørdeler av messing

Kapittel Case IV: Aluminium kuletank. 7.1 Sfæriske aluminiumstanker på skip for transport av LNG.

Naturfag barnetrinn 1-2

Bruksanvisning for Flatflettet wirestropp

Utmattingsberegninger for stålkonstruksjoner

LØSNINGSFORSLAG i stikkordsform Fakultet for teknologi, kunst og design Teknologiske fag

Fakultet for teknologi, kunst og design Teknologiske fag

SVEISTE FORBINDELSER NS-EN Knutepunkter

Tema i materiallære. HIN Allmenn Maskin RA Side 1av7. Mekanisk spenning i materialer. Spenningstyper

TURBOLADER VIRKEMÅTE OG HISTORIE

Byggelab. Laboratorieøving 9 Byggelab GRUPPE NR. DATO STUD.ASS. DELTATT: Mål. Innledning. Konstruksjon i praksis fagverk

EKSAMEN I: (MSK205 Materialmekanikk) DATO: OPPGAVESETTET BESTÅR AV 3 OPPGAVER PÅ 3 SIDER + 2 SIDER VEDLEGG

LØSNINGSFORSLAG i stikkordsform Fakultet for teknologi, kunst og design Teknologiske fag

Forskjellige bruddformer Bruddformene for uttrekk av stål (forankring) innstøpt i betong kan deles i forskjellige bruddtyper som vist i figur B 19.

Symboler og forkortelser 1. INNLEDNING Hva er fasthetslære? Motivasjon Konvensjoner - koordinater og fortegn 7

JAKTEN PÅ MER EFFEKTIVE AGGREGATER GIR NYE PROBLEMER

SVEISTE FORBINDELSER

Nanopartikler kan bli spist av oss - Spises - og kommer ut Mer forskning Nytt i naturen Gambling?

AVSPENNING, REKRYSTALLISASJON OG KORNVEKST

Sprekker i løpehjul. analyser, forebygging og erfaringer Bjarne Børresen Technology Manager

Kursopplegg og innleveringer på OADM 3090, vår 2009

God økologisk tilstand i vassdrag og fjorder

Last ned Den kalde krigen - John Lewis Gaddis. Last ned. Last ned e-bok ny norsk Den kalde krigen Gratis boken Pdf, ibook, Kindle, Txt, Doc, Mobi

AST1010 En kosmisk reise

Innhold. Utmattingsforløpet deles inn i tre faser. Kap. 2-4 Dimensjonering mht utmatting. Kap. 2-4 Utseende av utmattingsbrudd

E K S A M E N. MATERIALER OG BEARBEIDING Fagkode: ITE 1553

LOKAL FAGPLAN NATURFAG

Last ned CIA i Norge - Geir Jan Johansen. Last ned. Last ned e-bok ny norsk CIA i Norge Gratis boken Pdf, ibook, Kindle, Txt, Doc, Mobi

Last ned Svart frost - Asbjørn Jaklin. Last ned. Last ned e-bok ny norsk Svart frost Gratis boken Pdf, ibook, Kindle, Txt, Doc, Mobi

Hvordan har læringsutbyttet av forelesningene vært? 1 til 5, der 1 er svært lavt læringsutbytte og 5 er svært høyt læringsutbytte.

Transkript:

Kapittel 1 Historie og oversikt Forelesningsnotater i MEK 4520 Bruddmekanikk Hans A. Bratfos Lærebok: T.L. Anderson, Fracture Mechanics Fundamentals and Applications, 3rd edition. Merknad: Dette forelesningsnotatet tar ikke sikte på å gjengi kapittel 1 i T.A. Anderson, men reflekterer foreleserens egen innledning til faget. Bygging av Liberty-skip under 2. verdenskrig 2751 lasteskip på 10.000 tonn ble bygget av amerikanske verft mellom 1941 og 1945 Ved å erstatte klinking med sveiseteknologi klarte man å redusere produksjonstiden fra 230 til 42 dager 1

The Liberty Ship 19 skip brakk i to Flere skip brakk under kalde netter mens de lå i havn Det ble registrert 1500 alvorlige sprødbrudd! Skipene var ikke underdimensjonerte Materialene så ut til ha riktig styrke Årsak: Sveisefeil og forsprødning av sveisene ved lave temperaturer medførte sprødbrudd. Alexander Kielland-platformen 27. mars 1980: Ett stag på boligriggen Alexander Kielland brakk, plattformen havarerte og sank 127 mennesker mistet livet Årsak: En hydrofon var blitt sveiset inn staget. 2

Bruddmekanikk et ungt fag De første teoretiske formuleringene av bruddmekaniske modeller kom i 1920 da Griffith, bruddmekanikkens far, publiserte sin modell for sprekkvekst basert på en energibalanse. Først under 1. verdenskrik begynte interessen for bruddmekanikk å tilta. De mange Liberty-skipene som led av sprødbrudd, og tildels havarert, krevde en forklaring. Også mange jagerfly gikk uforklarlig tapt under krigen. Det virket som om materialene ble trette. Siden har fagets utvikling i stor grad vært drevet fremover av store ulykker eller frykt for dette skulle skje. I Norge ble innføringen av oljeplattformene på 70-tallet en kilde til engstelse, og i 1980 fikk vi Alexander Kielland-ulykken som tok med seg 127 mennesker i døden. Likevel skulle det gå lang tid før bruddmekanikk fikk sin allmenne anerkjennelse som et seriøst ingeniørfag. Beregningene var beheftet med å være meget konservative (på den sikre siden), og mange ingeniører mente faget var helt ubrukelig. Først ut på 1990- tallet ble vår forståelse av brudd som fenomen såpass velutviklet av man kunne formulere gode praktiske ingeniørmetoder, og kritikken stilnet. Fortsatt er bruddmekanikken preget av å være en blanding av teori, empiri og kvalifisert synsing. For mange av oss er det nettopp dette som gjør faget spesielt interessant. Hva er bruddmekanikk? Alle materialer inneholder imperfeksjoner av ulike størrelser og utforminger som svekker styrken og dermed begrenser hvor store belastinger materialet kan tåle. Allerede Leonardo da Vinci var inne på tanken om dette. Han testet jerntråder og observerte at lange tråder tenderte til å ryke lettere enn korte tråder. Dette forklarte han statistisk med at bruddstyrken avgjøres av den største defekten i tråden. Siden det er totalt flere defekter i en lang tråd enn en kort tråd vil det være høyere sannsynlighet for at den lange inneholder en stor defekt enn den korte. Bruddmekanikken bygger på erkjennelsen av at brudd ofte trigges av defekter. De mest alvorlige er skarpe sprekker, i særdeleshet om de er store. Bruddmekanikk er nettopp læren om sprekkers oppførsel hvordan oppførselen påvirkes av belastinger og materialenes egenskaper. Dermed er dette et fag hvor mekanikken og materialteknologien møtes. 3

Laster og dimensjoner f Utførelse i produksjonen Inspeksjon Materialegenskaper FRACTURE LOAD Displacement Typer av brudd i metaller Ustabilt brudd Ustabile brudd Bruddet utvikler seg gjennom én enkelt pålasting. To hovedtyper: Duktile (seige) brudd Sprekkvekst ved duktil rivning : Store tøyninger foran sprekkspissen medfører dannelse og sammenvekst av porer ( voids ). Krever mye energi. Normalt er tilførsel av energi fra ytre arbeid nødvendig. Hastigheten til sprekkfronten er knyttet til belastningshastigheten. Karakteriseres av store plastiske deformasjoner i bruddområdet. Sprødbrudd (kløvningsbrudd) Bruddforplantning ved kløvning av metallets krystallkorn. Krever lite enrgi. Utløsning av lagret tøyningsenergi ved bruddinitiering er ofte tilstrekkelig til å drive sprekken fremover. Hastigheten til sprekkfronten er knyttet til hvor raskt spenningene lokalt kan omlagres, hvilket er nær opptil lydhastigheten. Karakteriseres av lite plastiske deformasjoner i bruddområdet. 4

Et ustabilt brudds utvikling P Duktil rivning Last, P P Initiering av sprekkvekst P=0 Rent sprødbrudd P=0 Blandingsbrudd Forskyvning, Typer av brudd i metaller - Utmattingsbrudd Utmattingsbrudd Bruddet utvikler seg gradvis over tid som følge av gjentatte lastsykler. Disse lastsyklene ligger normalt langt under bruddlasten. Hver lastsykel gir en mikroskopisk sprekktilvekst som over tid akkumuleres til flere millimeter. De individuelle tilvekstene er synlig i mikroskop og kalles striasjoner. Når utmattingssprekken blir tilstrekkelig stor ender det med et ustabilt brudd; restbrudd. Andre typer brudd Det finnes en rekke andre typer av brudd og varianter av de som er nevnt over. Spesielt utgjør dette kjemisk påvirkede bruddmekanismer, f.eks.: Korrosjonsutmatting Spenningskorrosjon (SCC) Hydrogenindusert spenningsbrudd (HISC) m.fl. Disse vil ikke bli forelest i dette kurset. 5

Utmattingsprosessen Syklisk belastning: Sprekk 1 2 1. Minimum belastning: Sprekken er lukket med skarp sprekkspiss 2. Maksimum belastning: Sprekken er åpen med et spenningsfelt ved sprekkspissen i strekk. Spenningsfeltet medfører stor plastisk deformasjon ved sprekkspissen som avrundes ( blunting ). Avrundingen impliserer at sprekken vokser et inkrement innover i materialet. 3. Minimum belastning: Sprekken er igjen lukket. Et spenningsfelt i trykk ved sprekkspissen har fått avrundingen til å knekke innover. Dermed er sprekkspissen igjen blitt skarp og tilveksten er beholdt. Striasjoner a 3 da/dn 6