to get the file

Dynamické zkoušky materiálů
Tomáš Doktor
K618 - Materiály 1
10. prosince 2013
Tomáš Doktor (18MRI1)
Dynamické zkoušky
10. prosince 2013
1 / 26
Rozdělenı́ mechanických zkoušek
1
Rozdělenı́ mechanických zkoušek
2
Lomová mechanika
3
Rázové zkoušky
Rázová houževnatost
Zkouška podle Charpyho
Tranzitnı́ teplota
Robertsonova zkouška
4
Únavové zkoušky
Dynamické zatı́ženı́
Wöhlerova křivka
Mez únavy
5
Tečenı́ a relaxace
Viskóznı́ chovánı́
Creep
Relaxace napětı́
Creepová zkouška
Tomáš Doktor (18MRI1)
Dynamické zkoušky
10. prosince 2013
2 / 26
Rozdělenı́ mechanických zkoušek
Rozdělenı́ mechanických zkoušek
Vliv na zkoušený vzorek
Časová závislost
Statické
Destruktivnı́
Statická zkouška tahem,
ohybem, krutem,
smykem
Zkoušky tvrdosti
Dynamické
Nedestruktivnı́
Zkoušky konstrukcı́
Zı́skáme mechanické
chovánı́ dané konstrukce
Defektoskopie
Únavové
Rázové
Creepové (tečenı́)
Tomáš Doktor (18MRI1)
Zkoušky materiálu
Zı́skáme obecné
vlastnosti materiálu
Dynamické zkoušky
10. prosince 2013
2 / 26
Připomenutı́ - statická zkouška tahem
Úplný popis chovánı́ materiálu (elastické i plastické)
Youngův modul (E), mez kluzu (Rp0.2 ), mez pevnosti (Rm ), tažnost
(A), kontrakce (Z )
Tomáš Doktor (18MRI1)
Dynamické zkoušky
10. prosince 2013
3 / 26
Připomenutı́ - houževnatost
Práce [J = N · m] potřebná na porušenı́ materiálu
R lom
V F − u diagramu - absolutnı́ mı́ra práce W = 0 F · du
V σ − diagramu - práce vztažená na jednotku objemu
R lom
λ = 0 σ · d - HOUŽEVNATOST
Tomáš Doktor (18MRI1)
Dynamické zkoušky
10. prosince 2013
4 / 26
Lomová mechanika
Lomová mechanika
Objasněnı́ přı́čin vzniku a šı́řenı́ lomu při nı́zkých teplotách a
napětı́ hluboko pod mezı́ pevnosti
Popis šı́řenı́ defektů a podmı́nek jejich zastavenı́
Lom
meznı́ stav konstrukce
prostorově a časově nehomogennı́ proces
Etapy lomu
Iniciace
lokalizovaná porušenı́ způsobujı́cı́ koncentrace napětı́
Šı́řenı́
propojovánı́ lokálnı́ch porušenı́
Tomáš Doktor (18MRI1)
Dynamické zkoušky
10. prosince 2013
5 / 26
Lomová mechanika
Lom
Fraktografie
Popis vzniklé lomové plochy
snı́mky lomové plochy pořı́zené optickou nebo elektronovou
mikroskopiı́
prostorově a časově nehomogennı́ proces
Rozdělenı́ lomu z hlediska fraktografie
Tvárný (houževnatý) lom
vyžaduje velké množstvı́ energie (z důvodu velké houževnatosti
materiálu)
závisı́ na maximálnı́ smykové složce napětı́
Štěpný (křehký) lom
malé množstvı́ deformačnı́ energie
závisı́ na maximálnı́ tahové složce napětı́
Tomáš Doktor (18MRI1)
Dynamické zkoušky
10. prosince 2013
6 / 26
Lomová mechanika
Módy namáhánı́
Mód I - tahový
Mód II - smykový rovinný
Mód III - smykový
antirovinný
Tomáš Doktor (18MRI1)
Dynamické zkoušky
10. prosince 2013
7 / 26
Rázové zkoušky
Rázová houževnatost
Rázová houževnatost
Odolnost proti křehkému
lomu
energie potřebná k
vytvořenı́ lomové plochy
Nárazová práce - energie
potřebná k přeraženı́
normovaného vzorku [J]
Vrubová houževnatost energie potřebná k
přeraženı́ normovaného
vzorku vztažená na
přeráženou plochu [J · m−2 ]
staršı́ charakteristika
Tomáš Doktor (18MRI1)
Vytvořená lomová plocha
(nahoře: ocel, dole: hlinı́k),
pořı́zeno SEM
Dynamické zkoušky
10. prosince 2013
8 / 26
Rázové zkoušky
Zkouška podle Charpyho
Zkouška podle Charpyho
Zkouška rázem v ohybu
Energii k přeraženı́
zkušebnı́ho vzorku dodá
padajı́cı́ závažı́
dopadová energie 300J
dopadová rychlost 4-7
m · s−1
Tomáš Doktor (18MRI1)
Dynamické zkoušky
10. prosince 2013
9 / 26
Rázové zkoušky
Tranzitnı́ teplota
Tranzitnı́ teplota
Lomové chovánı́ materiálu se měnı́ s teplotou
Přechod od křehkého k houževnatému lomu
nárazová práce s rostoucı́ teplotou vzrůstá
inflexnı́mu bodu křivky odpovı́dá tranzitnı́ teplota
Stanovenı́ tranzitnı́ teploty
Provedenı́ rázové zkoušky při různých teplotách
Kritéria
TT inflexnı́ bod závislosti nárazové práce na teplotě
T27 teplota odpovı́dajı́cı́ smluvně stanovené hodnotě nárazové
práce
T50 teplota odpovı́dajı́cı́ 50% křehkého lomu na lomové ploše
Tomáš Doktor (18MRI1)
Dynamické zkoušky
10. prosince 2013
10 / 26
Rázové zkoušky
Tranzitnı́ teplota
Stanovenı́ tranzitnı́ teploty
Tomáš Doktor (18MRI1)
Dynamické zkoušky
10. prosince 2013
11 / 26
Rázové zkoušky
Tranzitnı́ teplota
Křehký lom - jedna z přı́čin zkázy Titanicu
Tomáš Doktor (18MRI1)
Dynamické zkoušky
10. prosince 2013
12 / 26
Rázové zkoušky
Robertsonova zkouška
Robertsonova zkouška
Teplota zastavenı́ trhliny
Zkušebnı́ vzorek s počátečnı́m
vrubem
Rázové zatı́ženı́ 80 GN
(8000t)
Ve směru zatı́ženı́ vytvořen
teplotnı́ gradient
na straně dopadu závažı́
ochlazovánı́
na opačné straně ohřev
Kritériem je teplota mı́sta, kde
se zastavı́ šı́řenı́ trhliny
Tomáš Doktor (18MRI1)
Dynamické zkoušky
10. prosince 2013
13 / 26
Únavové zkoušky
Únava
Meznı́ stav, při němž dojde k porušenı́ součásti / konstrukce
vlivem časově proměnných zatı́ženı́.
Jev objeven v souvislosti s rozvojem
železnice
porušenı́ náprav při zatı́ženı́
mnohem menšı́ch než je statická
pevnost
August Wöhler - cyklické
dynamické testy
Rozhodujı́cı́m pro únavové porušenı́
je počet cyklů (ne doba provozu)
Tomáš Doktor (18MRI1)
Dynamické zkoušky
10. prosince 2013
14 / 26
Únavové zkoušky
Dynamické zatı́ženı́
Cyklické zatı́ženı́
Charakteristiky
Průběh zatěžujı́cı́ sı́ly
Sinusoida
Amplituda
Trojúhelnı́k
Frekvence
Obdélnı́k
Střednı́ hodnota
Trapezoid
A Statické
B Pulsujı́cı́
C Mı́jivé
D Střı́davé nesouměrné
E Střı́davé souměrné
Tomáš Doktor (18MRI1)
Dynamické zkoušky
10. prosince 2013
15 / 26
Únavové zkoušky
Wöhlerova křivka
Wöhlerova křivka
Závislost meze pevnosti na počtu proběhnutých cyklů
Počet cyklů zobrazen v logaritmickém měřı́tku
Tomáš Doktor (18MRI1)
Dynamické zkoušky
10. prosince 2013
16 / 26
Únavové zkoušky
Wöhlerova křivka
Únavový lom
Šı́řenı́ porušenı́
Iniciace - prvotnı́ porušenı́
Šı́řenı́ - postupné zmenšenı́ průřezu
Při stejné sı́le roste napětı́
Dosaženı́ meze pevnosti
Tomáš Doktor (18MRI1)
Dynamické zkoušky
10. prosince 2013
17 / 26
Únavové zkoušky
Mez únavy
Dimenzovánı́ na únavu
Trvalá pevnost
návrh na napětı́
nižšı́ než je mez
únavy - napětı́,
které součást
vydržı́ při
neomezeném
počtu cyklů
Časovaná mez únavy
- v návrhu se počı́tá s
koncem únavové
životnosti součásti
Tomáš Doktor (18MRI1)
Dynamické zkoušky
10. prosince 2013
18 / 26
Tečenı́ a relaxace
Viskóznı́ chovánı́
Časově závislé mechanické chovánı́
Elastické chovánı́
Při čistě elastickém chovánı́ je odezva napětı́ - deformace
okamžitá
Rychlost zatěžovánı́ nehraje roli a účinek je trvalý σ(t) = E · (t)
Reologie
Obor mechaniky zabývajı́cı́ se viskóznı́m chovánı́m
Viskoelastické chovánı́
Odezva materiálu na zatı́ženı́ (aplikované napětı́ nebo deformace)
je zpožděná
Matematický popis viskóznı́ho chovánı́
modely s pružinou a viskóznı́m tlumičem
Tomáš Doktor (18MRI1)
Dynamické zkoušky
10. prosince 2013
19 / 26
Tečenı́ a relaxace
Viskóznı́ chovánı́
Časově závislé mechanické chovánı́
Relaxace napětı́
Materiál zatı́žen konstantı́
deformacı́
Elastická odezva je okamžitá σ0 = 0 · E
Elastická deformace se vlivem
tečenı́ částečně měnı́ na
plastickou σ(t) = 0 · G(t)
G(t) relaxačnı́ modul, klesajı́cı́
funkce
Tomáš Doktor (18MRI1)
Dynamické zkoušky
10. prosince 2013
20 / 26
Tečenı́ a relaxace
Creep
Creep
Creep / tečenı́ / dotvarovánı́
Materiál je zatı́žen napětı́m
Elastická odezva je okamžitá 0 = σE0
Působenı́m napětı́ v průběhu
času se hodnota deformace
zvyšuje (t) = σ0 · C(t)
C(t) creepová poddajnost,
rostoucı́ funkce
Tomáš Doktor (18MRI1)
Dynamické zkoušky
10. prosince 2013
21 / 26
Tečenı́ a relaxace
Creep
Creep
Přı́klady
Ocel
jen za zvýšených teplot
Hlinı́k
tečenı́ hlinı́kových vodičů
silové elektřiny
Polymernı́ materiály
Kompozity s termoplastickou
matricı́
Lepidla
Tomáš Doktor (18MRI1)
Dynamické zkoušky
10. prosince 2013
22 / 26
Tečenı́ a relaxace
Relaxace napětı́
Relaxace napětı́
Relaxace napětı́
Materiál zatı́žen konstantı́
deformacı́
Elastická odezva je okamžitá σ0 = 0 · E
Elastická deformace se vlivem
tečenı́ částečně měnı́ na
plastickou σ(t) = 0 · G(t)
G(t) relaxačnı́ modul, klesajı́cı́
funkce
Tomáš Doktor (18MRI1)
Dynamické zkoušky
10. prosince 2013
23 / 26
Tečenı́ a relaxace
Creepová zkouška
Creepová zkouška
Zjištěnı́ creepového chovánı́
Aplikace zatı́ženı́
závažı́ upevněné přes
pákový převod
Měřenı́ deformace
extenzometr
Zı́skánı́ teplotnı́ závislosti
vzorek umı́stěn v teplotnı́
komoře
Tomáš Doktor (18MRI1)
Dynamické zkoušky
10. prosince 2013
24 / 26
Tečenı́ a relaxace
Creepová zkouška
Creepová zkouška
Zjištěnı́ creepového chovánı́
Aplikace zatı́ženı́
závažı́ upevněné přes
pákový převod
Měřenı́ deformace
extenzometr
Zı́skánı́ teplotnı́ závislosti
vzorek umı́stěn v teplotnı́
komoře
Tomáš Doktor (18MRI1)
Dynamické zkoušky
10. prosince 2013
24 / 26
Tečenı́ a relaxace
Creepová zkouška
Creepová zkouška
Zjištěnı́ creepového chovánı́
Aplikace zatı́ženı́
závažı́ upevněné přes
pákový převod
Měřenı́ deformace
extenzometr
Zı́skánı́ teplotnı́ závislosti
vzorek umı́stěn v teplotnı́
komoře
Tomáš Doktor (18MRI1)
Dynamické zkoušky
10. prosince 2013
24 / 26
Tečenı́ a relaxace
Creepová zkouška
Creepová zkouška
Charakteristiky tečenı́
Mez tečenı́ - napětı́, které při dané teplotě vyvolá určitou
deformaci za určitou dobu
např. 1% za 105 h
Mez pevnosti při tečenı́
napětı́, které při dané teplotě vyvolá za určitou dobu lom
Průběh tečenı́
Tomáš Doktor (18MRI1)
Dynamické zkoušky
10. prosince 2013
25 / 26
Děkuji za pozornost
[email protected]
Reference
Jı́ra, J., Teoretická a aplikovaná mechanika (přednášky), ČVUT,
2011
Jiroušek, O., Teoretická a aplikovaná mechanika (přednášky),
ČVUT, 2013
Jiroušek, O., Material models (lectures), CTU Prague, 2011
http://www.techno-mat.cz
Tomáš Doktor (18MRI1)
Dynamické zkoušky
10. prosince 2013
26 / 26