Post on 10-Feb-2016
description
transcript
Únavová pevnost Únavová pevnost velkých hřídelůvelkých hřídelů
Milan Růžička
Ústav mechanikyFakulta strojníČVUT v Praze
1
Přístupy přes nominální napětí Přístupy přes nominální napětí (Nominal Stress Approach - NSA)(Nominal Stress Approach - NSA)
5
Syntetické křivky únavySyntetické křivky únavymateriál ocel 300M , Rm=2000 MPa
R=-1
0
100
200
300
400
500
600
700
800
1.0E+04 1.0E+05 1.0E+06 1.0E+07 1.0E+08
Počet kmitů N [1]
Am
plitu
da n
apět
í km
itu a [
MPa
]
alfa=1,0..katalog
alfa=2,0..katalog
alfa=3,0..katalog
alfa=5,0..katalog
alfa=2,0..výpočet
alfa=3,0..výpočet
alfa=5,0..výpočet
materiál ocel 300M , Rm=2000 MPaR=-1
0
100
200
300
400
500
600
700
800
1.0E+04 1.0E+05 1.0E+06 1.0E+07 1.0E+08
Počet kmitů N [1]
Am
plitu
da n
apět
í km
itu a
[MPa
]
alfa gama1.00 0.001.75 1.352.00 1.942.25 2.592.50 3.313.00 4.983.50 6.944.00 9.224.50 11.805.00 14.715.50 17.89
9
NN 11
1101 K
E
E
NBNN
loglog
24 KE
2
3
41
1
mK R
KB
81035.0
101eR
4
4
loglog
NBNN
Heywood
Siebel-Stiller
modifikace
ParametrMateriálK1 K2 K3 K4
300M 3.686 0.1 -0.98 60002024-T3 0.798 0.35 -0.33 60002024-T4 0.848 0.16 -0.64 6000
AISI 4130 0.131 0.15 -0.8 8200
10
0
100
200
300
400
500
600
700
1.E+03 1.E+04 1.E+05 1.E+06 1.E+07 1.E+08
Počet kmitů N [1]
Hor
ní n
apět
í km
itu [M
Pa]
hladký vzorek
vzorek s vrubem
křivka pro MKP vevrubu
MKP
kor
n C
xC= C /
N
xC
N
kornFEM
N
FEMkor
C
C
NN
A
AN
Princip a výhody metody LESAPrincip a výhody metody LESA 11
Specifika dílů velkostrojůSpecifika dílů velkostrojů 12
Faktory:• Polotovary i díly velkých rozměrů• Jakost povrchu• Svěrné a kontaktní spojení, koncentrátory napětí• Svarové spoje - nežíhané• Nepříznivé provozní podmínky…
DaD
tens
Dbend
o 21
1
,1
,1
Peterson:
0,9
1
1,1
1,2
0 200 400 600 800 1000Shaft diameter [mm]
Fact
or o
[-]
a = 0.25
Faktor velikosti při nehomogenní napjatostiFaktor velikosti při nehomogenní napjatosti 13
Faktor velikosti při homogenní napjatostiFaktor velikosti při homogenní napjatosti
m
d
D
d
D
VV
exp
exp10
1
1
14
Expermentální výsledky Expermentální výsledky CNIITMAŠ RuskoCNIITMAŠ Rusko
Parametr Rp0,2 Rm
MPa MPa MPa MPa MPa MPa [-]
Vzorek 10 mm=1
18 mm =1
18 mm =4
180 mm =4
ocel St3 200 380 175 185 95 75 2.3
ocel 45 280 540 248 220 145 55 4.5
40ChN2MA 760 920 423 335 185 65 6.5
15
Vliv jakosti povrchuVliv jakosti povrchu16
etalon
component
p1
1
ÚnavovÚnavováá pevnost pevnost nalisovaných spojenínalisovaných spojení17
Vliv oduhličení na únavovou pevnostVliv oduhličení na únavovou pevnost(SVÚM Praha - ocel 300M)(SVÚM Praha - ocel 300M)
shot peening
18
without hardening
MKP Analýza vlivu nalisování MKP Analýza vlivu nalisování kolesa K 2000 na hřídelkolesa K 2000 na hřídel
1
2 3
1
2 3
19
MKP Analýza – postup výpočtuMKP Analýza – postup výpočtu
3 kroky řešení• uvedení do kontaktu – start výpočtu• lisování – síla inkrementálně roste až do
max. hodnoty• fixování – utažení pojistných šroubů před
sejmutím předpínacího zařízení
20
Výsledky MKP výpočtuVýsledky MKP výpočtu
21
1
2 3
1
2 3
CPRESS VALUE+0.00E+00
+2.82E+00
+5.64E+00
+8.46E+00
+1.13E+01
+1.41E+01
+1.69E+01
+1.98E+01
+2.26E+01
+2.54E+01
+2.82E+01
+3.10E+01
+3.39E+01
+3.67E+01
DISPLACEMENT MAGNIFICATION FACTOR = 1.00
RESTART FILE = rypadlo-var5_3 STEP 3 INCREMENT 14
TIME COMPLETED IN THIS STEP 1.00 TOTAL ACCUMULATED TIME 3.00
ABAQUS VERSION: 5.8-10 DATE: 17-JUL-2001 TIME: 10:45:37
Návrh únavové křivky osy kolesa
• Materiál ocel ČSN 16 343.9• výkovek• zušlechtěno na Rm= 686-830 MPa• jakost povrchu Ra=6,3
Únavové křivky materiálu
• Zkoušky SVUM Praha– ocel 16341.9 , Rm= 1560 MPa !!– tah-tlak : vzorky bez vrubu (=1)– tah-tlak : vzorky s vrubem– krut : vzorky s vrubem (=1,48)– cyklus sym. střídavý (R=-1)– cyklus míjivý (R=0)– Pravděpodobnost lomu 50% , 1%
Navrhování na trvalou pevnost
p
dD
101
1
kde 101
d je mez únavy hladkého etalonového vzorku
je součinitel vlivu velikosti
p je součinitel jakosti povrchu
je součinitel vlivu případných dalších technologických úprav
je součinitel vrubu, který určíme podle některé z rovnic
q 11
RtRa
RaRtRa
RaRt //
//
2,0/
/18,3/77,0
11
33
2
93120,1
93,042,0288101
1
p
dD