Kapittel 10 Utmattings-sprekkvekst

Like dokumenter
Kapittel 10 Utmattings-sprekkvekst

Kapittel 1 Historie og oversikt

MEK 4520 Bruddmekanikk Løsningsforslag til eksamensoppgaver høst 2005

UTMATTINGSPÅKJENTE SVEISTE KONSTRUKSJONER

Oppgaver. HIN IBDK RA Side 1 av 6. Oppgave 1. Ved prøving av metalliske materialer kan man finne strekkfastheten,.

Figur Spenningskomponenter i sveisesnittet. a) kilsveis, b) buttsveis. (1)

Løsningsforslag eksamen TMT4185 ;

Q-Q plott. Insitutt for matematiske fag, NTNU 15. august Notat for TMA4240/TMA4245 Statistikk. Kvantiler fra sannsynlighetsfordeling

Algoritme-Analyse. Asymptotisk ytelse. Sammenligning av kjøretid. Konstanter mot n. Algoritme-kompeksitet. Hva er størrelsen (n) av et problem?

Styrkeberegning Sveiseforbindelser - dynamisk

Kapittel 9 Anvendelse på strukturer

FYS2130. Tillegg til kapittel 13. Harmonisk oscillator. Løsning med komplekse tall

Kapasitet av rørknutepunkt

Feilsøking og skadeanalyse. Øivind Husø

Leggeanvisning ØS Snømatte W/m 2 230V og 400V

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

Mot 6: Støy i felteffekttransistorer

Kort overblikk over kurset sålangt

Mandag Mange senere emner i studiet bygger på kunnskap i bølgefysikk. Eksempler: Optikk, Kvantefysikk, Faststoff-fysikk etc. etc.

Skadevurdering av utmattingssprekker i skipsskrog. Lars G. Bjørheim

TMA4245 Statistikk Vår 2015

En skruegjenge utfoldet på en omdreining gir et skråplan med høyde P = skruens stigning og stigningsvinkel φ.

Materialer og kjemi 1

Oppgave 1. X 1 B(n 1, p 1 ) X 2. Vi er interessert i forskjellen i andeler p 1 p 2, som vi estimerer med. p 1 p 2 = X 1. n 1 n 2.

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

Ønsket innhold. Hva begrenser levetiden?

TTK4100 Kybernetikk introduksjon Øving 1 - Løsningsforslag

TMA4240 Statistikk Høst 2015

Prøving av materialenes mekaniske egenskaper del 1: Strekkforsøket

STK1000 Uke 36, Studentene forventes å lese Ch 1.4 ( ) i læreboka (MMC). Tetthetskurver. Eksempel: Drivstofforbruk hos 32 biler

ST0202 Statistikk for samfunnsvitere

Motor - generatoroppgave II

Elektriske svingekretser - FYS2130

Kapitalverdimodellen. Investering under usikkerhet Risiko og avkastning. Capital Asset Pricing Model Kapitalverdimodellen (KVM)

Binomisk fordeling. Hypergeometrisk fordeling. MAT0100V Sannsynlighetsregning og kombinatorikk. Vi har følgende situasjon: = = 2

UNIVERSITETET I OSLO Det matematisk-naturvitenskapelige fakultet

Snøtetthet. Institutt for matematiske fag, NTNU 15. august Notat for TMA4240/TMA4245 Statistikk

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

Ekstra formler som ikke finnes i Haugan

Oblig 6 i Fys-Mek1110

ST0202 Statistikk for samfunnsvitere Kapittel 13: Lineær regresjon og korrelasjon

Materiebølger - Elektrondiffraksjon

Oppgave 1. a) Anlysetype: enveis variansanalyse (ANOVA). Modell for y ij = ekspedisjonstid nr. j for skrankeansatt nr. i:

Bevegelsesmengde Kollisjoner

1.9 Dynamiske (utmatting) beregningsmetoder for sveiste konstruksjoner

SVEISTE FORBINDELSER NS-EN Knutepunkter

Fysikk-OL Norsk finale 2004

KONTINUASJONSEKSAMEN I EMNE TDT4230 VISUALISERING TIRSDAG 7. AUGUST 2007 KL LØSNINGSFORSLAG

1.10 Design for sveising

MOT310 Statistiske metoder 1, høsten 2006 Løsninger til regneøving nr. 8 (s. 1) Oppgaver fra boka:

Et lite notat om og rundt normalfordelingen.

Kapittel 7 Bruddseighetsprøving av metaller

Inferens i regresjon

Leggeanvisning ØS Snømatte W/m 2 230V og 400V

Fasit for tilleggsoppgaver

Denne uken: kap : Introduksjon til statistisk inferens. - Konfidensintervall - Hypotesetesting - P-verdier - Statistisk signifikans

Jernbaneverket Bruer Utmattingsproblematikk på jernbanebruer i stål

Oppgave N(0, 1) under H 0. S t n 3

Deskriptiv statistikk., Introduksjon til dataanalyse

Deskriptiv statistikk., Introduksjon til dataanalyse

Styrkeberegning. Løsningsforslag EKSAMEN TEK timer. Henning Johansen

Seksjon 1.3 Tetthetskurver og normalfordelingen

Oppgave 1 Svar KORTpå disse oppgavene:

Kapittel 2. Utforske og beskrive data. Sammenhenger mellom variable Kap. 2.1 om assosiasjon og kryssplott forrige uke. Kap. 2.2, 2.3, 2.

Hypotesetesting av λ og p. p verdi.

Løsningsforslag ECON 2130 Obligatorisk semesteroppgave 2017 vår

Løsningsforslag Fysikk 2 V2016

MOT 310 Statistiske metoder 1 Løsningsforslag til eksamen høst 2006, s. 1. Oppgave 1

Et lite notat om og rundt normalfordelingen.

Estimering av utmattingslevetid for naglede dobbeltvinklede langbærer-tverrbærer forbindelser i jernbanebruer

EN LITEN INNFØRING I USIKKERHETSANALYSE

EKSAMEN. MATERIALER OG BEARBEIDING Fagkode: ILI 1458

For bedre visualisering tegner vi

Løsningsforslag i stikkordsform til eksamen i maskindeler og materialteknologi Tromsø Desember 2015

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

Løsningsforslag TMT 4170 Materialteknologi 1

FYS1120 Elektromagnetisme

Transistorer en alternativ presentasjon. Temapunkter for de 3 neste ukene

Eksamensoppgave i TMA4255 Anvendt statistikk

Løsningsforslag til eksamen i MAT111 - Grunnkurs i Matematikk I

Et lite notat om og rundt normalfordelingen. Anta at vi har kontinuerlige data. Hva er likt og ulikt for histogrammer og fordelingskurver?

Hypotesetest: generell fremgangsmåte

1 10-2: Korrelasjon : Regresjon

Styrkeberegning Skrueforbindelser

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

Kap 5 Anvendelser av Newtons lover

Datamatrisen: observasjoner, variabler og verdier. Variablers målenivå: Nominal Ordinal Intervall Forholdstall (ratio)

Løsningsforslag for Eksamen 1/12-03

EKSAMEN I FAG TMA4275 LEVETIDSANALYSE

HØGSKOLEN I SØR-TRØNDELAG Avdeling for teknologi

Øvingsoppgave 3. Oppgave 3.4 Hva er mest elastisk av stål og gummi, og hvilket av disse to stoffene har høyest E-modul?

Befolkning og velferd ECON 1730, H2016. Regresjonsanalyse

MA1102 Grunnkurs i analyse II Vår 2019

9 Spenninger og likevekt

Kapittel 1:Introduksjon - Statikk

LØSNING: Oppgavesett nr. 1

LØSNING FOR EKSAMEN I FAG 75316, NUMERISK LØSNING AV DIFFERENSIALLIGNINGER, VÅR u t = u xx, < x <, t > 0 < x <

EKSAMEN I FAG TMA4260 INDUSTRIELL STATISTIKK

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

Løsningsforslag eksamen 25. november 2003

Transkript:

apittel Utattings-sprekkvekst Forelesningsnotater i ME 452 Bruddekanikk Hans A. Bratfos Lærebok: T.L. Anderson, Fracture Mechanics Fundaentals and Applications, 3rd edition. Utattingsbrudd (ap..) Utattingsbrudd er en av de hyppigst ekoende feilekanisene i konstruksjoner, og utgjør dered en betydelig kostnad safunnet. Bruddet utvikler seg gradvis over tid so følge av gjentatte lastvekslinger. Disse lastvekslingene ligger noralt langt under bruddlasten. Hver lastsykel gir en ikroskisk sprekktilvekst so over tikkuuleres til flere illieter. De individuelle tilvekstene er synlige i ikrosk so havbølge-lignende ønster og kalles striasjoner (se fig.). Når utattingssprekken blir tilstrekkelig stor ender det ed et ustabilt brudd; restbrudd.

Syklisk belastning: Spenning, ean Spennings-vidde. Tid Utatting er priært avhenging av spenningsvidden lokalt (dvs. inkludert spenningskonsentrasjoner): σ = Alternativt kan spenningen angis so aplitude: σ σ σ σ a = 2 Sekundært avhenginger utatting også av iddelspenningen, σ ean. Dette uttrykkes også gjenno spenningsholdet R: σ R = σ Initiering: Første stadiu i en utattingsprosess er initiering. I denne fasen dannes utattingssprekken vet det pstår ikroskisk flyting langs prefererte glideplan i etallets korn helst der hvor glideplanet saenfaller ed plan ed høy skjærspenning. Hver spenningsendring edfører ikroskisk flytning langs et glideplan i etallkrystallet. Det aktiveres stadig nye glideplan, so edfører en noe tilfeldig dannelse av lepper (eng: intrusions and extrusions). Etter en tid vil dette arte seg so ikroskiske sprekk-lignende defekter. Når initieringen starter ved en plan overflate vil dette ta lang tid og utgjøre det este av konentens levetid. Når initieringen egår ved en skarp defekt kan den lokale spenningsvidden bli ekstre, og initieringen går raskt. Den videre sprekkveksten vil da utgjøre den vesentligste del av levetiden. 2

Sprekkvekst i Stadiu I: Etter initiering vil sprekken tsette å vokse langs de prefererte glideplanene ed høy skjærspenning, altså typisk 45 på overflaten. Dette blir referert til so Stadui I. og egår gjenno et fåtall krystallkorn. Sprekkvekst i Stadiu I Sprekkvekst i Stadiu II Initiering Sprekkvekst i Stadui II: Etter å ha vokst i Stadiu I gjenno et fåtall krystallkorn dreier vekstretningen til 9 på største hovedspenning. Sprekkveksten er da i Stadiu II. Mekanisen dette stadiet er vist under: Sprekk 2. Miniu belastning: Sprekken er lukket ed skarp sprekkspiss Striasjoner 2. Maksiu belastning: Sprekken er åpen ed et spenningsfelt ved sprekkspissen i strekk. Spenningsfeltet edfører stor 3 plastisk deasjon ved sprekkspissen so avrundes ( blunting ). Avrundingen ipliserer at sprekken vokser et inkreent innover i aterialet. 3. Miniu belastning: Sprekken er igjen lukket. Et a da/dn spenningsfelt i trykk ved sprekkspissen har fått avrundingen til å knekke innover. Dered er sprekkspissen igjen blitt skarp og tilveksten er beholdt. So illustrasjonen antyder klarer denne odellen hvordan striasjonene pstår. 3

I Stadiu II kan an karakterisere sprekkveksthastigheten ved bruddekaniske odeller, gjerne på en: = f (, hvor er karakteriserer variasjon i spenningsintensitetsfaktor (vidden) ved sprekkspissen: = og R er spenningsholdet so nå defineres so: R = Med = Yσ πa ser vi at denne definisjonen av R egentlig er identisk ed definisjonen R = σ / σ. Vi ser også at kan skrives so: = Y σ πa Ved utattingsanalyser å sprekkvekstligningen integreres å regne ut antall spenningsvekslinger til brudd. Dette gjøres vanligvis ved en nuerisk integrasjon av uttrykket: N = N = a f a f (, hvor a er den prinnelige sprekkstørrelsen og a f er den endelige (final) sprekkstørrelsen. Restbrudd inntrer hvis a f overstiger kritisk sprekkstørrelse ustabilt brudd. Epiriske sprekkvekstligninger (ap..2) Sprekkvekst-diagraet under viser hvordan sprekkvekshastigheten typisk avhenger av. Det deles inn i tre soner: I den idtre sonen (sone II) observeres at sprekkvekstålinger faller på en rett linje når dataene plottes på logaritiske akser. Dette ble observert av Paris so dered ulerte Paris ligning so Log(da/dN) Ustabilt brudd = C Sone I Sone II hvor C og betraktes so aterial-konstanter. C og varierer iidlertid ikke så y innen en og sae type etall. Standarder bruddekaniske analyser angir der designverdier eksepel stål og Sone III aluiu. Typisk verdi er 3 eller noe høyere. I den venstre sonen (sone I) bøyer kurven av og ser ut til å gå asyptotisk ot en nedre grense ; terskelverdien th. For -verdier under th får vi ingen sprekkvekst. I den høyre sonen (sone III) bøyer kurven av pover. Dette er er resultat av at vi nærer oss en tilstand hvor ligger nær den kritiske verdien ustabilt bruss, th Log( ) c. Vi har da et salgs blanding av utatting og kløvningsbrudd. 4

Mens Paris ligning kun er gyldig sone II finnes det andre epiriske ligninger so også reflekterer sone I og /eller III. Forean odifiserte Paris ligning å inkludere sone III so følger: = C ( lesnil og Lukas odifiserte Paris ligning å inkludere sone I: = C c ( ) th (Flere eksepler i boka.) I praktisk bruk er Paris ligning den doerende. Det er iidlertid vanlig å anta i tillegg at da/dn = når th. Videre kan an ved integrasjonen av Paris ligning anta at den endelige sprekkstørrelsen er lik den kritiske sprekkstørrelsen a c ustabilt brudd so kan beregnes basert på Ic, J c elle δ c i følge tidligere kapitler. (Man ser av Paris ligning og uttrykket at sprekkveksthastigheten øker eksponentielt ed sprekkstørrelsen. Følgelig vil sprekkveksthastigheten bli svært høy ot slutten, og de siste illieterne vil ofte utgjøre en veldig liten andel av den totale tiden til brudd. Det er der vanlig å enkle analysen ved å sette a f lik konentens tykkelse og dered slippe å beregne ustabilt brudd. Sprekklukningsodellen (ap..3 og.4) En noe er teoretisk fundert odell å beskrive pførslen i sone I og ekten av R er sprekklukningsodellen utviklet av Elber. Her antas at sprekken lukkes når I er under en verdi (ening). Den ektive andelen av spenningsvidden blir da når I er større enn. Følgelig: I = Videre antas at en sprekkvekstligning på sae so Paris ligning gjelder: Sprekklukning Tid = C I < Hvis vi også tar ed oss tilfellene der hele - vidden ligger over og hele -vidden en ligger under får vi er generelt: < < Sprekklukning > = = = > 5

er ikke en paraeter so noralt blir rapportert. Vi ser iidlertit o = og = har vi full lukning under hele syklusen. Altså har vi at =. Videre har vi / og = -. Vi kan da uttrykke ektiv -vidde so: = = ( ( ( = R ( R Saenhengen ello th vendre R og er gitt av at ved terskelverdien er = og = -. Vi får da: R = so gir: = + R th, Den vanligste etodikken å konstruere ot utatting er bruk av Wöhler-diagra, eller S-N-diagra (stress vs. no. of cycles). Der er det viktig å kjenne til dette, selv o det ikke faller innunder bruddekanikken. Wöhler utførte tester på prøvestaver ed syklisk varierende last og plottet spenningsvidden σ ot antall lastsykler N. Disse ble så benyttet til å bestee aksialt tillatt spenningsvidde en konent avhengig av hvor ange vekslinger den ville bli utsatt. Wöhler-diagra (Ikke pensu) Wöhler-diagraer plottes vanligvis ed logaritiske akser. Da vil prøveresultatene høye spenningsvidder ligge på en rett linje so kan bestees ed lineær regresjon. For lave spenningsvekslinger ser det ut til at an ikke pnår brudd. Man er da under terskelverdien σ th. Dataene vil vise en god del statistisk spredning. Der er det vanlig å legge en designkurve to standardavvik til venstre regresjonslinjen. 6