Dynamicke zkousky materialu

Tomas Doktor

K618 - Materialy 1

10. prosince 2013

Tomas Doktor (18MRI1) Dynamicke zkousky 10. prosince 2013 1 / 26

Rozdelenı mechanickych zkousek

1 Rozdelenı mechanickych zkousek

2 Lomova mechanika3 Razove zkousky

Razova houzevnatostZkouska podle CharpyhoTranzitnı teplotaRobertsonova zkouska

4 Unavove zkouskyDynamicke zatızenıWohlerova krivkaMez unavy

5 Tecenı a relaxaceViskoznı chovanıCreepRelaxace napetıCreepova zkouska

Tomas Doktor (18MRI1) Dynamicke zkousky 10. prosince 2013 2 / 26

Rozdelenı mechanickych zkousek

Rozdelenı mechanickych zkousek

Casova zavislostStaticke

Staticka zkouska tahem,ohybem, krutem,smykemZkousky tvrdosti

DynamickeUnavoveRazoveCreepove (tecenı)

Vliv na zkouseny vzorekDestruktivnı

Zkousky materialuZıskame obecnevlastnosti materialu

NedestruktivnıZkousky konstrukcıZıskame mechanickechovanı dane konstrukceDefektoskopie

Tomas Doktor (18MRI1) Dynamicke zkousky 10. prosince 2013 2 / 26

Pripomenutı - staticka zkouska tahem

Uplny popis chovanı materialu (elasticke i plasticke)Younguv modul (E), mez kluzu (Rp0.2), mez pevnosti (Rm), taznost(A), kontrakce (Z )

Tomas Doktor (18MRI1) Dynamicke zkousky 10. prosince 2013 3 / 26

Pripomenutı - houzevnatost

Prace [J = N · m] potrebna na porusenı materialuV F − u diagramu - absolutnı mıra prace W =

∫ lom0 F · du

V σ − ε diagramu - prace vztazena na jednotku objemuλ =

∫ lom0 σ · dε - HOUZEVNATOST

Tomas Doktor (18MRI1) Dynamicke zkousky 10. prosince 2013 4 / 26

Lomova mechanika

Lomova mechanika

Objasnenı prıcin vzniku a sırenı lomu pri nızkych teplotach anapetı hluboko pod mezı pevnostiPopis sırenı defektu a podmınek jejich zastavenıLom

meznı stav konstrukceprostorove a casove nehomogennı proces

Etapy lomuIniciace

lokalizovana porusenı zpusobujıcı koncentrace napetı

Sırenıpropojovanı lokalnıch porusenı

Tomas Doktor (18MRI1) Dynamicke zkousky 10. prosince 2013 5 / 26

Lomova mechanika

Lom

Fraktografie

Popis vznikle lomove plochysnımky lomove plochy porızene optickou nebo elektronovoumikroskopiıprostorove a casove nehomogennı proces

Rozdelenı lomu z hlediska fraktografie

Tvarny (houzevnaty) lomvyzaduje velke mnozstvı energie (z duvodu velke houzevnatostimaterialu)zavisı na maximalnı smykove slozce napetı

Stepny (krehky) lommale mnozstvı deformacnı energiezavisı na maximalnı tahove slozce napetı

Tomas Doktor (18MRI1) Dynamicke zkousky 10. prosince 2013 6 / 26

Lomova mechanika

Mody namahanı

Mod I - tahovyMod II - smykovy rovinnyMod III - smykovyantirovinny

Tomas Doktor (18MRI1) Dynamicke zkousky 10. prosince 2013 7 / 26

Razove zkousky Razova houzevnatost

Razova houzevnatost

Odolnost proti krehkemulomu

energie potrebna kvytvorenı lomove plochy

Narazova prace - energiepotrebna k prerazenınormovaneho vzorku [J]Vrubova houzevnatost -energie potrebna kprerazenı normovanehovzorku vztazena naprerazenou plochu [J · m−2]

starsı charakteristika

Vytvorena lomova plocha(nahore: ocel, dole: hlinık),porızeno SEM

Tomas Doktor (18MRI1) Dynamicke zkousky 10. prosince 2013 8 / 26

Razove zkousky Zkouska podle Charpyho

Zkouska podle Charpyho

Zkouska razem v ohybuEnergii k prerazenızkusebnıho vzorku dodapadajıcı zavazı

dopadova energie 300Jdopadova rychlost 4-7m · s−1

Tomas Doktor (18MRI1) Dynamicke zkousky 10. prosince 2013 9 / 26

Razove zkousky Tranzitnı teplota

Tranzitnı teplota

Lomove chovanı materialu se menı s teplotouPrechod od krehkeho k houzevnatemu lomu

narazova prace s rostoucı teplotou vzrustainflexnımu bodu krivky odpovıda tranzitnı teplota

Stanovenı tranzitnı teploty

Provedenı razove zkousky pri ruznych teplotachKriteria

TT inflexnı bod zavislosti narazove prace na teploteT27 teplota odpovıdajıcı smluvne stanovene hodnote narazovepraceT50 teplota odpovıdajıcı 50% krehkeho lomu na lomove plose

Tomas Doktor (18MRI1) Dynamicke zkousky 10. prosince 2013 10 / 26

Razove zkousky Tranzitnı teplota

Stanovenı tranzitnı teploty

Tomas Doktor (18MRI1) Dynamicke zkousky 10. prosince 2013 11 / 26

Razove zkousky Tranzitnı teplota

Krehky lom - jedna z prıcin zkazy Titanicu

Tomas Doktor (18MRI1) Dynamicke zkousky 10. prosince 2013 12 / 26

Razove zkousky Robertsonova zkouska

Robertsonova zkouska

Teplota zastavenı trhliny

Zkusebnı vzorek s pocatecnımvrubemRazove zatızenı 80 GN(8000t)Ve smeru zatızenı vytvorenteplotnı gradient

na strane dopadu zavazıochlazovanına opacne strane ohrev

Kriteriem je teplota mısta, kdese zastavı sırenı trhliny

Tomas Doktor (18MRI1) Dynamicke zkousky 10. prosince 2013 13 / 26

Unavove zkousky

Unava

Meznı stav, pri nemz dojde k porusenı soucasti / konstrukcevlivem casove promennych zatızenı.

Jev objeven v souvislosti s rozvojemzeleznice

porusenı naprav pri zatızenımnohem mensıch nez je statickapevnostAugust Wohler - cyklickedynamicke testy

Rozhodujıcım pro unavove porusenıje pocet cyklu (ne doba provozu)

Tomas Doktor (18MRI1) Dynamicke zkousky 10. prosince 2013 14 / 26

Unavove zkousky Dynamicke zatızenı

Cyklicke zatızenı

CharakteristikyAmplitudaFrekvenceStrednı hodnota

Prubeh zatezujıcı sılySinusoidaTrojuhelnıkObdelnıkTrapezoid

A StatickeB PulsujıcıC MıjiveD Strıdave nesoumerneE Strıdave soumerne

Tomas Doktor (18MRI1) Dynamicke zkousky 10. prosince 2013 15 / 26

Unavove zkousky Wohlerova krivka

Wohlerova krivka

Zavislost meze pevnosti na poctu probehnutych cykluPocet cyklu zobrazen v logaritmickem merıtku

Tomas Doktor (18MRI1) Dynamicke zkousky 10. prosince 2013 16 / 26

Unavove zkousky Wohlerova krivka

Unavovy lom

Sırenı porusenı

Iniciace - prvotnı porusenıSırenı - postupne zmensenı prurezu

Pri stejne sıle roste napetı

Dosazenı meze pevnosti

Tomas Doktor (18MRI1) Dynamicke zkousky 10. prosince 2013 17 / 26

Unavove zkousky Mez unavy

Dimenzovanı na unavu

Trvala pevnostnavrh na napetınizsı nez je mezunavy - napetı,ktere soucastvydrzı prineomezenempoctu cyklu

Casovana mez unavy- v navrhu se pocıta skoncem unavovezivotnosti soucasti

Tomas Doktor (18MRI1) Dynamicke zkousky 10. prosince 2013 18 / 26

Tecenı a relaxace Viskoznı chovanı

Casove zavisle mechanicke chovanı

Elasticke chovanıPri ciste elastickem chovanı je odezva napetı - deformaceokamzita

Rychlost zatezovanı nehraje roli a ucinek je trvaly σ(t) = E · ε(t)

Reologie

Obor mechaniky zabyvajıcı se viskoznım chovanım

Viskoelasticke chovanıOdezva materialu na zatızenı (aplikovane napetı nebo deformace)je zpozdenaMatematicky popis viskoznıho chovanı

modely s pruzinou a viskoznım tlumicem

Tomas Doktor (18MRI1) Dynamicke zkousky 10. prosince 2013 19 / 26

Tecenı a relaxace Viskoznı chovanı

Casove zavisle mechanicke chovanı

Relaxace napetı

Material zatızen konstantıdeformacıElasticka odezva je okamzita -σ0 = ε0 · EElasticka deformace se vlivemtecenı castecne menı naplastickou σ(t) = ε0 · G(t)G(t) relaxacnı modul, klesajıcıfunkce

Tomas Doktor (18MRI1) Dynamicke zkousky 10. prosince 2013 20 / 26

Tecenı a relaxace Creep

Creep

Creep / tecenı / dotvarovanı

Material je zatızen napetımElasticka odezva je okamzita -ε0 = σ0

E

Pusobenım napetı v prubehucasu se hodnota deformacezvysuje ε(t) = σ0 · C(t)C(t) creepova poddajnost,rostoucı funkce

Tomas Doktor (18MRI1) Dynamicke zkousky 10. prosince 2013 21 / 26

Tecenı a relaxace Creep

Creep

PrıkladyOcel

jen za zvysenych teplotHlinık

tecenı hlinıkovych vodicusilove elektriny

Polymernı materialyKompozity s termoplastickoumatricıLepidla

Tomas Doktor (18MRI1) Dynamicke zkousky 10. prosince 2013 22 / 26

Tecenı a relaxace Relaxace napetı

Relaxace napetı

Relaxace napetı

Material zatızen konstantıdeformacıElasticka odezva je okamzita -σ0 = ε0 · EElasticka deformace se vlivemtecenı castecne menı naplastickou σ(t) = ε0 · G(t)G(t) relaxacnı modul, klesajıcıfunkce

Tomas Doktor (18MRI1) Dynamicke zkousky 10. prosince 2013 23 / 26

Tecenı a relaxace Creepova zkouska

Creepova zkouska

Zjistenı creepoveho chovanıAplikace zatızenı

zavazı upevnene prespakovy prevod

Merenı deformaceextenzometr

Zıskanı teplotnı zavislostivzorek umısten v teplotnıkomore

Tomas Doktor (18MRI1) Dynamicke zkousky 10. prosince 2013 24 / 26

Tecenı a relaxace Creepova zkouska

Creepova zkouska

Zjistenı creepoveho chovanıAplikace zatızenı

zavazı upevnene prespakovy prevod

Merenı deformaceextenzometr

Zıskanı teplotnı zavislostivzorek umısten v teplotnıkomore

Tomas Doktor (18MRI1) Dynamicke zkousky 10. prosince 2013 24 / 26

Tecenı a relaxace Creepova zkouska

Creepova zkouska

Zjistenı creepoveho chovanıAplikace zatızenı

zavazı upevnene prespakovy prevod

Merenı deformaceextenzometr

Zıskanı teplotnı zavislostivzorek umısten v teplotnıkomore

Tomas Doktor (18MRI1) Dynamicke zkousky 10. prosince 2013 24 / 26

Tecenı a relaxace Creepova zkouska

Creepova zkouska

Charakteristiky tecenı

Mez tecenı - napetı, ktere pri dane teplote vyvola urcitoudeformaci za urcitou dobu

napr. 1% za 105hMez pevnosti pri tecenı

napetı, ktere pri dane teplote vyvola za urcitou dobu lom

Prubeh tecenı

Tomas Doktor (18MRI1) Dynamicke zkousky 10. prosince 2013 25 / 26

Dekuji za pozornost

xdoktor@fd.cvut.cz

Reference

Jıra, J., Teoreticka a aplikovana mechanika (prednasky), CVUT,2011Jirousek, O., Teoreticka a aplikovana mechanika (prednasky),CVUT, 2013Jirousek, O., Material models (lectures), CTU Prague, 2011http://www.techno-mat.cz

Tomas Doktor (18MRI1) Dynamicke zkousky 10. prosince 2013 26 / 26