RA nov 2007. fasthet 1. Spenning. Spenningstyper. Skjærspenning F. A Normalspenning + strekk - trykk

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

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

Tema i materiallære. HIN IBDK RA Side 1 av 7. Mekanisk spenning i materialer

Prøving av materialenes mekaniske egenskaper del 1: Strekkforsøket

SVEISTE FORBINDELSER NS-EN Knutepunkter

SVEISTE FORBINDELSER

11 Elastisk materiallov

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

MEK2500. Faststoffmekanikk 6. forelesning

EKSAMEN. MATERIALER OG BEARBEIDING Fagkode: ILI 1458

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

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

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

Oppgavehefte i MEK Faststoffmekanikk

KONSTRUKSJONSSTÅL MATERIAL- EGENSKAPER

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

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

HRC T-Hodet armering Fordeler for brukerne

E K S A M E N. MEKANIKK 1 Fagkode: ITE studiepoeng

Feilsøking og skadeanalyse. Øivind Husø

Eksamensoppgave i TKT 4124 Mekanikk 3

YIELD CRITERIA. Introduction hva er flytekriterium?

UTMATTINGSPÅKJENTE SVEISTE KONSTRUKSJONER

Fakultet for teknologi, kunst og design Teknologiske fag

Dimensjonering MEMO 54c Armering av TSS 41

HiN Eksamen IST Side 4

EKSAMEN I EMNE TKT 4100 FASTHETSLÆRE

Statikk og likevekt. Elastisitetsteori

Statikk og likevekt. Elastisitetsteori

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

Kapittel 2. 2 Case II: Plastkompositt

EKSAMEN TKT 4122 MEKANIKK 2 Onsdag 4. desember 2013 Tid: kl

Seismisk dimensjonering av prefab. konstruksjoner

Fasthetslære. HIN Teknologisk avd. RA Side 1 av 8

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

Styrkeberegning: grunnlag

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

Ekstra formler som ikke finnes i Haugan

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

Fakultet for teknologi, kunst og design Teknologiske fag

HIN Industriteknikk RA Side 1 av 13. Struktur og innkapsling

5 DEFORMASJON AV METALLISKE MATERIALER (Deformation of metals)

Hovedpunkter fra pensum Versjon 12/1-11

Stavelement med tverrlast q og konstant aksialkraft N. Kombinert gir dette diff.ligningen for stavknekking 2EI 2EI

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

Stålfremstilling, Masovn

TKT4124 Mekanikk 3, høst Plastisk momentkapasitet og flyteledd

God økologisk tilstand i vassdrag og fjorder

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

Vedlegg 1.5 SPENNBETONG SPENNBETONG 1

Fakultet for teknologi, kunst og design Teknologiske fag

Dette er en relativt stor oppgave, men en god oppsummering av hele kapittel 6. Tegningene finnes i større utgave på fagets hjemmeside.

Elastisitetens betydning for skader på skinner og hjul.ca.

Løsningsforslag til Eksamen i maskindeler og materialteknologi i Tromsø mars Øivind Husø

9 Spenninger og likevekt

4b SVEISEFORBINDELSER. Øivind Husø

Avdeling for ingeniørutdanning. Eksamen i materialteknologi og tilvirkning

Det skal ikke tas hensyn til eventuelle skjærspenninger i oppgavene i øving 5

Når en kraft angriper et stykke material fører det til påkjenninger som betegnes spenninger.

8 Kontinuumsmekanikk og elastisitetsteori

Løsningsforslag EKSAMEN

Kapasitet av rørknutepunkt

Plast produksjon i små serier. En kombinasjon av framtidens produksjonsmetode DDM og sprøytestøping. Og formeverktøy for små serier.

Spenninger. Irgens: utdrag fra kap. 12, 13 og 17. Hibbeler: Kap 8, 9 og 11

Jernbaneverket BRUER Kap.: 8

Fakultet for teknologi, kunst og design Teknologiske fag

Styrkeberegning grunnlag

EKSAMEN I EMNE TKT4116 MEKANIKK 1 Onsdag 23. mai 2007 Kl

BEREGNING AV SVEISINNFESTNINGER OG BALKONGARMERING

Elastisitet, plastisitet og styrking av metaller

Utnyttelse stålbjelke Vegard Fossbakken Stålbrudagen 2013

HENSIKT OG OMFANG...2

EKSAMEN I EMNE TKT4122 MEKANIKK 2

Eksempel-samvirke. Spenningsberegning av bunnkonstruksjon i tankskip

Oppgave for Haram Videregående Skole

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

Uforming av duktile knutepunkt i stål l med hensyn påp

Steni 2. b eff. Øvre flens Steg h H Nedre flens

8. Elastisitet. Fysikk for ingeniører. 8. Elastisitet. Side 8-1

Aluminium brukt under ekstreme forhold

EKSAMEN I EMNE TKT 4100 FASTHETSLÆRE

Figur 1 Strekkprøvediagram for to prøvestaver

Dato: sss TSS 102. Siste rev.: sss ARMERING. ps DIMENSJONERING. Dok. nr.: ARMERING AV TSS 102

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

Pelefundamentering NGF Tekna kurs april 2014

Eksamen i maskindeler og materialteknologi i Tromsø mars Øivind Husø

Avdeling for ingeniørutdanning

Dato: Siste rev.: Dok. nr.: ARMERING AV TSS 101

Kapittel 1:Introduksjon - Statikk

ANVENDTE SVEISEMETODER

Praktisk betongdimensjonering

Dato: Siste rev.: Dok. nr.: ARMERING AV TSS 41

Statikk og likevekt. Elastisitetsteori

Håndbok N400 Bruprosjektering

BWC MEMO 724a. Søyler i front Innfesting i bærende vegg Eksempel

3.1 Nagleforbindelser Al

Styrkeberegning Sveiseforbindelser - dynamisk

Emnekode: IRB22013 Emnenavn: Konstruksjonsteknikk 2. Eksamenstid: kl

Forankring av antennemast. Tore Valstad NGI

Konstruksjonsmaterialer

Transkript:

asthet 1 Spenning Spenningstyper A 1 N mm 10 1 N = = 2 6 2 m 1MPa Skjærspenning τ = A A Normalspenning + strekk - trykk

asthet 2 Materialers respons påp kreter Strekkspenning gir orlengelse Trykkspenning gir sammenstrykning Elastiske deormasjoner: Går tilbake når lasten tas vekk Plastiske deormasjoner: Er varige, også etter at lasten er tatt vekk Et stykke duktilt metall (or eksempel en spiker) belasten så kratig med bøyning at det blir plastisk deormasjon på midten. Når lasten tas vekk vil det bli en tilbakejæring.

asthet 3 Tøyning La en stang med lengde l 0 bli belastet med en liten strekkrat. Stangen vil da orlenges med et lite stykke l. l Vi deinerer tøyningen som ε = l0 I praksis må vi måle lengden ør og etter, la disse være hhv. l 0 og l, da blir tøyningen: l l0 ε = l 0 Den samlede deormasjonen er lik summen av elastisk og plastisk deormasjon ε = εelastisk + ε plastisk l l 0 Så lenge tøyningene er elastiske, gjelder Hookes lov: σ = Eε, dvs. ε = 0. plastisk Dersom en belastning ører til ε plastisk 0, har vi overskredet den elastiske grensen

asthet 4 Hookes lov, E-modulE Elastisk deormasjon, Hooke s lov Elastisk grense: brudd or sprø materialer varig deormasjon = lyt or deormerbare materilaer = duktile materialer E : Elastisitetsmodul, E-modul σ ε =, eller σ = E ε E Stål: ca 200 GPa (200 000 MPa eller 200 000 N/mm 2 ) Gummi: 1-10 MPa stiv plast: 1-3 GPa Aluminium: 70 GPa Beryllium 300 GPa (og densitet 2000 N/m 3 = 2 kg/dm 3 ) Glassiberarmert plast 30 GPa Betong 30 GPa Karboniberarmert plat: 100 400 GPa OBS: iberarmerte plaster: kun stive i plate-planet

asthet 5 Strekkprøving En strekkprøvingsmaskin Innspenning og ekstensometer

asthet 6 Strekkprøving A 0 Tøyningen: l l l 0 0 ( ) 50,5 50 mm = = 0,01 = 10% 50 mm 50 50,5 max N Spenningen regnes ut med σ =, men legg merke til at A enten regnes A som det opprinelige arealet A 0 eller det virkelige arealet A, som må måles under hele prøvingen (hvilket ikke er vanlig). max 60 Vi kan deror ormulere to spenninger: N Nominell spenning: σ = A0 og Strekkstav ør og etter brudd. Prøvestaven klemmes ast i de tykke endene. Den tynne delen er prøveområdet, som har tverrsnitt A. Vi ser hvordan en lengde som opprinnelig var 50 mm øker under strekkingen. Etter en viss strekking, blir det en innsnøring. Sann spenning: σ = N A

asthet 7 Strekkprøving σ = A σ [MPa] σ Sann σ lyt σ brudd σ Nominell σ ε ε Plotting av spenning mot tøyning. I det lineære området til venstre kan man beregne E- modul: E = σ. Det hvor det lineære området slutter, har vi den elastiske grensen. or ε duktile materialer kalles dette lytegrensen. Der spenningen går nedover har vi egl. alsk inormasjon ordi vi har beregnet spenningen med det opprinnelige arealet. Den virkelige, lokale spenningen i materialet ortsetter å øke. Vi ville kunne sann spenning dersom vi også målte tverrsnittet under prøvingen.

asthet 8 Deormasjonsarbeid [N] W tot W = l 0 dl W elastisk Vandring [mm] Det remgår at et duktilt material vil absorbere energi ved deormasjon. Energien blir til indre riksjonsarbeid i materialet. Elastisk energi kan man å tilbake (som å spenne en jær) Dersom man beregner ε1 σ d ε, år man energi pr volum. 0

Div. materialer asthet 9 MPa σ Nominell Herdet stål σ Nominell 600 Herdet aluminium MPa HDPE Gummi 20 Duktilt stål GRP 0,5 % ε Nominell 20 % 5 % 100 % ε Nominell

Spenning i et punkt asthet 10 R N T T T M V R q q A t A T t T q q Kretenes gang gjennom et legeme vises ved at et snitt påører vi snittkreter. Slår sammen N + V = = t A der t = lim A 0 A ordi M og T må ha arm, blir lim M = 0 og A 0 lim T = 0 A 0 Til ethvert i punkt i snittet kan det dermed knyttes en størrelse, t, som betegnes en spenningsvektor. Denne er generelt ujevnt ordelt

Koordinatspenninger asthet 11 σx τ zx τ xz τyx σ z τxy τ yz τ zy σ y Idet τ yx = τxy, τ yz = τzy, τ zx = τ xz vil spenningene kunne samles i matrisen: σ τ τ τ σ τ τ τ σ x xy xz xy y yz xz yz z Som er symmetrisk, dvs. den har ortogonale egenskaper De ortigonale egenskapene ører til at materialelementet kan dreies til en tilstand der τ yx = τ zy = τ xz = 0 og der normalspenningene antar ekstremalverdier, σ1, σ2, σ3 slik at σ1 σ2 σ3, σ 1 = σmax, σ 3 = σ min Det kan da vises at den maksimale skjærspenningen vil opptre midt mellom de ortogonale maksimumsretningene or de ekstremale normalspeningene: 45,0 σ 2 σ 1 σ σ τ max = 2 1 3 σ 3 σ1 σ3 Altså τ max = ved vinkel 45 på 2 hovedspenningsretningene

asthet 12 Hovedspenninger σ y σ( φ) τ( φ) τ xy σ( φ) φ σ x + σ y σx σ y σ 1,2 = ± + τ 2 2 2 2 xy σ x 2τ tan 2 φ =, φ = φ + 45 xy 1 2 1 σx σ y σ 2 45 σ 1 τ max φ 1 τ = max σ σ 2 1 2

asthet 13 Plan spenningstilstand τ max σ a σ = 0 Egentlig 3 hovedspenninger: σ σ σ 1 2 3 σ = max( σ, σ,0) 1 σ = min( σ, σ,0) 3 a a b b σ b

asthet 14 Dimensjoneringskriterier Gitt en struktur med last dimensjonerende last = det vi regner med at lasten kan være, N d, M d osv. Strukturen skal ha nok kapasitet Lasten ører til spenninger, opptredende spenninger, σ, τ materialet skal holde, ha høy nok asthet strekkasthet u+, trykkasthet u-, bøyeasthet (eks. plate) σ b,u mm Konstruksjonen skal holde med sikkerhetsmargin bruker standarder Regelverk or kontrakter Regelverk som er myndighetspålagt

asthet 15 Standarder, regelverk, koder (Codes) NS 3471 Prosjektering av aluminiumskonstruksjoner NS 3472 Prosjektering av stålkonstruksjoner Eurocode 3: Design o steel structures ASME (Amerikansk).eks. oshore piping (process area - bemannet) API (Am. Petroleum Inst),.eks. transportrørledninger ubemannet) TBK, norsk vedr. trykkbeholdere myndighetspålagt or kjelkontroll abrikk-standarder

asthet 16 Sikkerhetsaktor, n Sikkerhetsmargin, ilosoier eks.: σ = tillatt y n Partialkoeisienter y qd = q γ d = Rd = regnestykke( d ) γ q d : dimensjonerende lastvirkning q: karakteristisk lastvirkning (ra "regnestykket") γ γ R d y m d : lastkoeisient (ra regelverk), ote 1,3 eller 1,5 : dimensjonerende asthet m : eksempel her - materialets lytegrense : materialkoeisient, ote 1,1 : Konstruksjonens dimensjonerende kapasitet KRAV: R d q d

asthet 17 Dimensjoneringskriterier Bruddgrensetilstand: en tilstand som svarer til en deinert kapasitet hos en konstruksjon eller et konstruksjonselement. Brudd eller store uelastiske orskyvninger eller tøyninger som kan sammenlignes med brudd Bruksgrensetilstand: en tilstand som svarer til en deinert grense som ikke skal overskrides ved normal bruk av en konstruksjon eller et konstruksjonselement. Ikke akseptable orskyvninger, tøyninger, rissdannelse etc. i et bruksperspektiv Materialastheten lytekriterier, bruddkriterier

asthet 18 lytekriterier, Tresca og Mises 1 τ max = ( σ1 σ2 ) 2 y Tresca: τmax 2 Mises: σ + σ σ σ, dvs. innenor ellipsen 2 2 2 1 2 1 2 y σ2 σ 1 = y σ 2 ( y, y ) Tresca Mises σ 1 σ1 σ 2 = y Mises gir jevnøringsspenningen: σ = σ + σ σ σ 2 2 1 2 1 2 2 2 Med koordinatspenninger: j x y x y 3 xy I ren skjærspenningstilstand: τ = τ xy j σ = σ + σ σ σ + τ y y Mises τ = Tresca τ = τ 1,15 τ 3 2 M T M T ( y, y )

asthet 19 Eksempel

max Bruddkriterier : strekkbruddspenningen, : trykkbruddspenningen + u u Normalspenningskriteriet : σ < og -σ < + u min u asthet 20 τ max stor σ 2 τ max liten Indreriksjonskriteriet : σ σ max min Brudd når: 1 + u u + + ( u, u ) Bruddskjærspenning τ u = + u u + u + u ( u, u ) σ 1 Indreriksjonskriteriet Normalspenningskriteriet (Coulomb, Rankine) Ved isotrop strekkspenning σ = σ = σ = σ σ k = + u u + u u 1 2 3 k

asthet 21 Glasser og keramer er sprø dvs. tåler ikke strekkreter, heller ikke bøying strekk Sprø materialer tåler mye høyere trykk enn strekk, typisk 15 ganger mer or mange keramer Ved bruk av metaller ønsker man å utnytte duktiliteten

Sprøtt vs. duktilt material asthet 22 Bruddanvisning meget høye lokale spenninger strekk Bruddanvisningen mister sin skarphet pga. lyt. Langt lavere lokale spenninger

Brudd i sprøtt material asthet 23 Alle materialer har deekter I sprø materialer er det den største deekten som utløser brudd Bruddseigheten viser motstand mot sprøtt brudd stål: Plast K Ic = 250 MPa m K Ic = 25 MPa m Glass K Ic = 0,5 MPa m Maksimal strekkspenning σ og deekt a: KIc σ π a Bøyeprøving av glasstav L d Deekter orekommer tileldig ordelt i materialet. Jo grovere komponent jo større er det sannsynlig at den maksimale deekten vil være. Altså: En tynn komponent (eks. en glassiber) tåler mye større strekkspenning enn en grov komponent (eks. en glasstav eller en isolator). --------- Sprø materialer tåler mye høyere trykk enn strekk, typisk 15 ganger mer. Bøyeastheten er høyere enn strekkastheten. σ ε Sprøtt brudd, plutselig, uten varsel, ingen lyt

asthet 24 Brudd i sprøtt material d Deekter er bruddutløsende Deektene er tileldig ordelt, både mht. antall og størrelse L Sprø materialer år stor spredning i asthet Bøyeprøving av glasstav Eksempel, simulering med Weibull-ordelingen av 10 000 prøvinger: Maksimal bruddlast (sterkeste stav): 1283 N Minimal bruddlast (svakeste stav): 22 N Gjennomsnittsverdi ( Bruddmodul ): 51 N Den nest-sterkeste i serien: 1060 N Den emte (5.) sterkeste: 450 N

Andre bruddårsaker rsaker Utmatting asthet 25 Eks.: Roterende aksel Spenningsvekslinger Strekk-trykk-strekk-trykk- RA 2006 RA 2004

Andre bruddårsaker rsaker Konstruksjonsstål l i kulde asthet 26 Duktil brudd romtemperatur http://www.disastercity.ino RA 2006 RA 2006 Sprøtt brudd, kulde

Andre bruddårsaker rsaker Konstruksjonsstål l i sterk varme asthet 27 http://hms.cobuilder.no/doc/glava Brannbeskyttelse lytegrensen or metaller aller dramatisk ved temperatur over 400 C http://www.civil.usyd.edu.au