nosilne konstrukcije utrujanje gradiva in...
TRANSCRIPT
1
Univerza v Ljubljani - Fakulteta za strojništvo
KKTS - LASOK
Nosilne konstrukcije
doc.dr. Boris Jerman , univ.dipl.inž.str.
pisarna: FS - 414
telefon: 01/4771-414
govorilne ure: [email protected]
Utrujanje gradiva in elementov
i.prof.dr. Janez Kramar , univ.dipl.inž.str.
1
Izračun mejnega stanja nosilnosti na utrujanje:
• evropski standard SIST EN 1993-1-1:2005;
• mednarodni standard: ISO 10721-1:1997 (E);
• evropska priporočila: Recommendations For the Fatigue
Design of Steel Structures (ECCS - TC 6).
UTRUJANJE GRADIVA
(angl.: fatigue, nem.: Ermüdung)
Dimenzioniranje po kriteriju utrujanja ne nadomešča
nobenega od preostalih kriterijev dimenzioniranja.
2
Kontrola na utrujanje po teh priporočilih in standardih ni
potrebna:
• če za imenski razpon napetosti velja:
• ali, če za pričakovano število napetostnih ciklov v
življenjski dobi velja:
∆σ … napetostni razpon (= 2 σa)
∆σe … ekvivalentni napetosni razopn (definiran v nadaljevanju)
2
3
4
5
3
6
• Razpoka se običajno pojavi v neposredni bližini mesta
z izraženim zareznim učinkom.
• Potrebno je skrbno oblikovanje in izdelava spojev in
drugih kritičnih mest.
• Če je kritično utrujanje, mora vse detajle oblikovati
projektant.
• Brez odobritve projektanta se ne sme dodajati
priključkov, izrezov ali kako drugače spreminjati
izvedbo ali tehnologijo izdelave.
7
Za vsako potencialno kritično mesto mora biti izpolnjena
naslednja relacija:
8
Izjema: Tangencialne napetosti se lahko zanemari, če:
Izračun pri kombinaciji normalnih in tangencialnih napetosti
ker tedaj tangencialne napetosti ne prinesejo omembe
vrednih dodatnih napetosti (na vseh mestih razen na zvaru).
Loči se dva primera:
a) normalne in tangencialne napetosti se pojavljajo kot
posledica iste obremenitev ali če se ravnina
maksimalne glavne napetosti ne spreminja bistveno;
b) normalne in tangencialne napetosti se spreminjajo
neodvisno (ravnina max. glavne napetosti se bistveno
spreminja).
4
9
a) Normalne in tangencialne napetosti se pojavljajo kot
posledica iste obremenitev ali če se ravnina max.
glavne napetosti ne spreminja bistveno;
Za izračun se uporabi razliko max. glavnih napetosti ∆σ1.
10
a) Normalne in tangencialne napetosti se pojavljajo kot
posledica iste obremenitev ali če se ravnina max.
glavne napetosti spreminja bistveno;
V primeru, da je se glavne napetosti izračuna:
11
b) Normalne in tangencialne napetosti se spreminjajo
neodvisno (ravnina max. glavne napetosti se bistveno
spreminja);
Vpliva ∆σ in ∆τ se izračuna ločeno in se ju
kombinira po Palmgren-Minerjevi hipotezi
(Minerjevem obrazcu):
Ddσ + Ddτ ≤ 1
D ... poškodba (Damage)
d ... projektna vrednost (design)
5
12
Miner-jev obrazec se uporabi, kadar normalne in
tangencialne napetosti v posameznem detajlu ne nastopajo
sinhrono:
Vpliv velikih debelin pločevin (t > 25 mm) se upošteva
z redukcijskim obrazcem:
13
Določitev ∆σ∆σ∆σ∆σR:
- iz tabel z detajli se določi ustrezno kategorijo detajla;
- ime kategorije je dinamična trdnost pri 2 milionih ciklov;
- glede na vrsto obremenitve in detajla se izbere ustrezne
diagrame z mejnimi vrednostmi ∆σR;
- namesto odčitavanja iz diagramov, se lahko uporabi tudi
odčitavanje iz tabel in izračun in sicer po enačbi premice skozi
dve točki (v logaritemskem diagramu) ali po enačbi iz
standarda:
14
Valjani in ekstrudirani polizdelki
pločevine in plošče,
valjani profili,
brezšivne cevi (glej tabele Table
9.8.6 in Table 9.8.7).
Ostri robovi, napake površin in
napake pri valjanju se morajo
izboljšati z brušenjem.
Strojno plamensko rezano ali
striženo gradivo, brez brazd na
novonastali površini.
Ročno plamensko rezano
gradivo in strojno rezano
gradivo gradivo z običajnimi ali
votlimi brazdami na novonastali
površini.
Strižene ali plamensko rezane plošče
Vsi vidni znaki diskontinuitet
na robovih morajo biti
odstranjeni.
Dodatno obdelano, da se
odstranijo vse dikontinuitete na
robovih.
– Nič popravil z popolnjevanjem
zvara
– Kot ponovnega vstopa <1:4 ali pa
je potrebno zareze izboljšati z
brušenjem za odpravo vseh vidnih
nepravilnosti.
– Pri zarezah morajo biti kot
nosilne površine upoštevane neto
površine prereza.
6
15
16
17
7
18
19
20
8
21
Prečni dodatki
Zvari, ki se končajo več kot 10
mm od roba plošče.
Prečna rebra, privarjena na
linijski ali ploskovni nosilec.
Notranja prečna rebra
škatlastih nosilcev, privarjena
na pasnico ali stojino.
Napetostni razpon (dvojna
amplituda) je potrebno
izračunati z uporabo glavnih
napetosti, če se rebro konča na
stojini.
Vplivi varjenih strižnih
povezovalnih elementov na
osnovni material.
22
T in križni spoji
Soležni zvar s polno
prevaritvijo.
T-spoj s soležnim zvarom z
delno prevaritvijo ali s kotnimi
zvari in efektivno polno
prevarjeni soležni spoji, kot je
definirano na sliki Figure
6.69(a).
Prekrivni zvarni spoji
Prekrivni zvarni spoji s
kotnimi zvari
Pregledano in znezveznostmi
znotraj toleranc, določenih v
referenčnem standardu 3 za 3.
razred kvalitete.
Zahtevani preračuni na utrujanje.
Najprej se preveri možnost razpok
na korenu v skladu z 9.4.3, kjer se za določitev ssssWupošteva kategorijo
36* in za ttttWupošteva kategorijo 80.
Nato se preveri še možnost razpok
na robovih temena zvara, kjer se
določi razpon napetosti v osnovnem
mateialu po kategoriji 71.
Neujemanje osnovnih plošč ne sme
presegati 15 % debeline srednje
plošče, na katero sta osnovni plošči
privarjeni.
Napetosti v glavni plošči morajo biti
izračunane na osnovi površin,
prikazanih na skici.
23
9
24
25
26
krivulja nosilnosti pri utrujanju (∆σ∆σ∆σ∆σ)
kategorija detajla (∆σ∆σ∆σ∆σC)
Detayl category
utrujenostna mejna nosilnost pri konstantni amplitudi (∆σ∆σ∆σ∆σD)
meja prekinitve (∆σ∆σ∆σ∆σL)
Krivulja nosilnosti pri utrujanju -
- splošno
10
27
Diagram ∆σ∆σ∆σ∆σR:
razpon normalnih
napetosti
Krivulje nosilnosti pri utrujanju –
- razpon normalnih napetosti ∆σ∆σ∆σ∆σR
28
Diagram ∆σ∆σ∆σ∆σR:
razpon normalnih
napetosti za
modificirane
kategorije
Modificirane krivulje* nosilnosti pri utrujanju –
- razpon normalnih napetosti ∆σ∆σ∆σ∆σR
27
Diagram ∆σ∆σ∆σ∆σR:
razpon normalnih
napetosti
Prikaz poteka modificiranih krivulj* nosilnosti
na diagramu osnovnih krivulj
45*
11
29
Diagram ∆σ∆σ∆σ∆σR:
razpon normalnih
napetosti za cevne
nosilce
Krivulje nosilnosti cevnih nosilcev pri utrujanju –
- razpon normalnih napetosti ∆σ∆σ∆σ∆σR
30
Diagram ∆τ∆τ∆τ∆τR:
razpon
tangencialnih
napetosti
Krivulje nosilnosti pri utrujanju –
- razpon tangencialnih napetosti ∆τ∆τ∆τ∆τR
31
Tabela za
določitev ∆σ∆σ∆σ∆σR
(razpon
normalnih
napetosti)
Tabela 9.6.1: Podatnki za izračun nosilnosti pri utrujanju za razpon
normalnih napetosti ∆σR
Kategorija
detajla
Napetostni razpon pri
utrujenostni mejni
nosilnosti pri
konstantni amplitudi
Napetostni
razpon pri meji
prekinitve
12
32
Tabele za
določitev ∆σ∆σ∆σ∆σR
in ∆τ∆τ∆τ∆τR.
(razponi
normalnih in
tangencialnih
napetosti)
Tabela 9.7.1: Podatnki za izračun modificiranih* nosilnosti pri utrujanju za
razpon normalnih napetosti ∆σR
Kategorija
detajla
Napetostni razpon pri
utrujenostni mejni
nosilnosti pri
konstantni amplitudi
Napetostni
razpon pri meji
prekinitve
Tabela 9.6.3: Podatnki za izračun nosilnosti pri
utrujanju votlih elementov (za ∆σR)
Kategorija
detajlaKategorija
detajla
za
za zaNapetostni razpon pri
meji prekinitve (N=108)
Napetostni razpon pri
meji prekinitve (N=108)
Tabela 9.6.2: Podatnki za izračun nosilnosti pri
utruj. (za tangencialni napet. razp. ∆σR)