ÚNAVOVÉ ZKOUŠKY PATINUJPATINUJÍCÍ OCELI ÍCÍ OCELI · 25.11.2010 1 Seminář projektu MPO...

25.11.2010

1

Seminá ř projektu MPO FT-TA5/076, Ostrava 23. listopadu 201 0 1

ÚNAVOVÉ ZKOUŠKYÚNAVOVÉ ZKOUŠKYPATINUJPATINUJÍCÍ OCELI ÍCÍ OCELI

L. Rozlívka 1, M. Vlk 2, L. Kunz 3, P. Zavadilová 3

1Institut ocelových konstrukcí, s.r.o

2VUT Brno, Fakulta strojního inženýrství

3Ústav fyziky materiál ů AVČR

IOK


Materiál

25.11.2010

2


Zkušební tělesa s exponovaným povrchem

12 ks


Provedení únavových zkoušek

� Resonanční zkušební únavový stroj

� Řízená amplituda síly

� Parametr asymetrie R = -1,

� Frekvence zatěžování ~115 Hz

� T = pokojová,

� Běžná atmosférická vlhkost

� Zkoušky do lomu nebo do 107 cyklů

25.11.2010

3


Resonanční zkušební stroj Amsler Řídící elektronika Roell/Amsler VibroWin


Upnutí zkušebních těles

25.11.2010

4


VýsledkyVýsledky

105 106 107

N

120

140

160

180

200

220

ampl

ituda

napě

tí [M

Pa]

Profil 1exponovaný povrch

R = -1

10 zkoušek


Struktura

• Feriticko – perlitická podeutektoidní ocel s rovnom ěrnými jemnými polyedrickými zrny

• Na povrchu silná vrstva korozních produkt ů

25.11.2010

5


Světelná mikroskopie neprokazuje existence korozních t rhlin


Lomová plocha po únavové zkoušce

• Silná vrstva korozních produkt ů

• Vrstva je často popraskaná

• Trhliny nezasahují do nekorodovaného materiálu

25.11.2010

6


• K iniciaci únavových trhlin dochází vždy na exponovaném povrchu


Vícenásobná iniciace

25.11.2010

7


V míst ě iniciace je vždy korozní d ůlek


Materiál

14 zkušebních těles exponovaný povrch

13 zkušebních těles s broušený povrch

25.11.2010

8


Zkušební tělesa s broušeným povrchem


Zkušební zařízení: resonanční pulsátor SCHENCK PVQOElektronika Zwick/Roell, software TechXpertŘízená sílaFrekvence cca 35 – 60 Hz

Zkoušky těles s broušeným povrchem

25.11.2010

9


Snížení únavové životnosti v

důsledku expozice

Pro životnost 2 x 105 cykl ů

snížení o 100 MPa

105 106 107

N

100

150

200

250

300

ampl

ituda

napě

tí [M

Pa]

Profil 1exponovaný povrchbroušený povrch

R = -1


Snížení únavové životnosti v důsledku expozice je obecně známé

Výklad efektu:

� vliv korozních trhlin

� vliv reliéfu - koncentrátorů napětí na exponovaném povrchu

Závažnost vlivu korozních trhlin či jejich existence je konstatována:

1) Pošvářová, M., Matocha K.: Rizika chování patinujících ocelí použitých na mostních konstrukcích. Silnice železnice 2009.

2) Mosty a konstrukce pozemních komunikací z patinujících ocelí, Technické podmínky staveb pozemních komunikací MD ČR, 1.9.2008.

25.11.2010

10


Mosty a konstrukce pozemních komunikací z patinujících ocelí,Technické podmínky staveb pozemních komunikací MD ČR, 1.9.2008


Snížení únavové životnosti v důsledku expozice je obecně známé

Výklad efektu:

� vliv korozních trhlin

� vliv reliéfu - koncentrátorů napětí na exponovaném povrchu

Závažnost vlivu korozních trhlin či jejich existence je konstatována:

1) Pošvářová, M., Matocha K.: Rizika chování patinujících ocelí použitých na mostních konstrukcích. Silnice železnice 2009.

2) Mosty a konstrukce pozemních komunikací z patinujících ocelí, Technické podmínky staveb pozemních komunikací MD ČR, 1.9.2008.

� Na vyšetřovaném materiálu nebyly prokázány (světelná i elektronová mikroskopie) korozní trhliny, které by se šířily v důsledku cyklického namáhání.

� Fraktografie neprokázala žádné projevy na lomových plochách v místech iniciace únavových trhlin, které by indikovaly přítomnost korozních trhlin.

25.11.2010

11


r = 970 µm

h = 210 µm


10 mm

10 mm20 mm

Výpočet Kt

0,97 mm

0,21 mm

Kt = 1,63

25.11.2010

12


Únavová vrubová citlivost q

q = (Kf-1)/(Kt-1)

Kf = 1 + q (Kt-1) Kt = 1,63

q = 0,80: Kf = 1,5

Peterson: Stress Concentration Factor Handbook


Únavová životnost pro 2 x 105 cyklů

broušený povrch σa,b = 300 MPa

exponovaný povrch σa,e = 200 MPa

experimentáln ě: experimentáln ě: σσa,ba,b/ / σσa,ea,e = 1,5 = 1,5

výpo čet: výpo čet: = = 1,51,5

25.11.2010

13


Vliv asymetrie cyklu

105 106 107

N

120

160

200am

plitu

da n

apětí

[MP

a]exponovaný povrchR = -1, profil 1R = 0, profil 2


Výsledky experiment ů

25.11.2010

14


ČSN EN 1993-1-9Eurokód 3: Navrhování ocelových konstrukcí –

Část 1-9: Únava


Logaritmicko-normální rozd ělení po čtů cykl ů do porušení.

Jednostranný statistický toleran ční interval (dolní mez)

logN L = logN – k 1s logN

Dvoustranný statistický toleran ční interval (dolní a horní mez)

logN U,L = logN ± k 2s logN

25.11.2010

15



25.11.2010

16



ČSN EN 1993-1-9Eurokód 3: Navrhování ocelových konstrukcí –

Část 1-9: Únava

25.11.2010

17



Rozkmity nap ětí v pr ůsečících k řivek životnosti

Kategorie detailu ∆σB (MPa)

160 305

140 320

125 333

112 347

25.11.2010

18


A. Hobbacher, Recommendations for Fatigue Design of Welded Joints and Components.

IIW Doc. XIII-2151r4-07/XV-1254r4-07, December 2008


25.11.2010

19


Závěry:

� Působení koroze snižuje výrazn ě únavovou životnost.

� Důvodem pro snížení životnosti je vznik koncentrátor ů napětí (korozních d ůlků) na exponovaném povrchu.

� Provedená m ěření únavové životnosti indikuje nepoužitelnost k řivek životnosti s exponentem m = 3 v oblasti nízkých po čtů cykl ů do lomu, což je v souladu s doporu čením IIW.


Materiál

25.11.2010

20


Date post:	20-Mar-2020
Category:	Documents
Upload:	others
View:	3 times
Download:	0 times

ÚNAVOVÉ ZKOUŠKY PATINUJPATINUJÍCÍ OCELI ÍCÍ OCELI · 25.11.2010 1 Seminář projektu MPO...

Documents