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