Väsymissärön ydintyminen

Transkriptio

1 Väsymissärön ydintyminen

2 Vaurio alkaa särön muodostumisella Extruusio Intruusio Deformoitumaton matriisi

3 S-N käyrät Testattu sauvan katkeamiseen Kuvaavat aikaa "engineering särön muodostumiseen" 3

4 Ydintyminen Dislokaatioiden palautumaton liike Liukunauhat Deformaation keskittyminen Yhden rakeen särö 4

5 Ydintyminen ja sulkeumat Yleisesti ydintyminen tapahtuu paikallisessa epäjatkuvuuskohdassa (sulkeumat), lovet, korroosio => Hajonta 5

6 Ydintyminen sulkeumasta 6

7 7

8 Väsymisrajan luonne Raja, jossa ydintyneet säröt eivät kasva Väsymisraja häviää spektriväsytyksessä, ympäristövaikutteisessa väsytyksessä, jne. Väsymisrajaa ei havaita kaikilla materiaaleilla 8

9 9

10 Lujuuden vaikutus 0.5 x UTS 1.6 x HV 10

11 Lovien vaikutus 11

12 Sulkeumien vaikutus 12

13 Sulkeumien vaikutus väsymisrajaan C riippuu sulkeuman sijainnista (C=1.56 pinnan alaisille sulkeumille ja C=1.43 pintasulkeumille) 13

14 Pintakäsittely Karkaisu Kuulapuhallus Pinnanlaatu 14

15 Väsymissärön kasvu

16 Vaurio keskittyy särön kärkeen

17 Stage I Stage II 17

18 Särön kasvu kiihdyttää vauriota Särön pituus (a) Syklimäärä (N)

19 Paris: särönkasvua voidaan ennustaa Särönkasvu (µm / sykli) Kynnys K

20 Ongelmia Parametrien luotettava määritys vaikeaa pienet säröt eivät seuraa Paris'n lakia 20 20

21 21

22 Särön eteneminen näkyy murtopinnalla

23 Murtopinta-analyysi Ydintymiskohta Beach marks 23

24 ... ja mikroskoopissa Väsymisjuovat (striations)

25 Väsyminen = ydintyminen + särönkasvu Extruusio Intruusio matriisi Deformoitumaton + Särön pituus (a) Syklimäärä (N)

26 Ydintymisen osuus 900 Jännitysvaihtelu (MPa), Särönpituus (µm) Syklit

27 Väsymisen hallinta Särön pituus (a) Käytön aikainen seuranta Geometriasuunnittelu Valmistuslaatu Materiaalinvalinta Väsymismitoitus Syklimäärä (N)

28 Valmistuksen laaduntarkkailu Väsymissuunnittelun parantaminen Turvallisuuskulttuuri Parannetut valmistuksen aikaiset tarkastukset Parannettu käytön aikaiset tarkastukset Lisätty käytön aikaisia tarkastuksia

29 Väsymiskestävä suunnittelu

30 Mitä voidaan tehdä rakenteen väsymiskestävyyden parantamiseksi? Tärkeysjärjestyksessä Ydintymisen vaikeuttaminen Särönkasvun vaikeuttaminen

31 Ydintymisen vaikeuttaminen Lovien yms. jännityskeskittymien poistaminen Materiaalin sisäisten jännityskeskittymien poistaminen Pintakäsittelyt Hitsisaumojen sijoittaminen ja suunnittelu

32 K K th?

33

34

35 Materiaalin sisäisten ydintäjien poistaminen Sulkeumien poistaminen (puhtaampia teräksiä)

36 Pintakäsittely Karkaisu Kuulapuhallus Pinnanlaadun parantaminen 36

37 Särönkasvun vastustaminen Damage-tolerant rakenne, jossa särön pysäyttäjiä Esim. lentokoneissa

38 Multiaksiaalinen väsyminen Multiaksiaalisessa kuormituksessa väsymiskestoikä lyhenee jopa puolittuu Useita empiirisiä malleja Energiamallit Kriittisen tason mallit Venymämallit 38

39 Särön sulkeutuminen Elber (1970): särö voi sulkeutua ennenaikaisesti, jolloin K pienenee Tämä voi selittää esim. R:n vaikutuksen särönkasvuun Pienten säröjen poikkeavan kasvun 39

40 Yhteenveto Väsyminen on vaihtokuorman ajamaa kiihtyvää särönkasvua Väsymisen hallinta kattaa koko tuotteen elinkaaren Suunnittelu Valmistus Seuranta

41 Jäännösjännitykset Jännitykset jotka "jäivät jälkeen" Epätasaisesta plastisesta deformaatiosta Epätasaisista materiaaliominaisuuksista Venymien tulee olla jatkuvia ja yhteensopivia erot "tasataan" jännityksillä 41

42 42

43 43

44 Jäännösjännitykset Usein valmistuksen (hitsaus, lämpökäsittely jne.) Voidaan käyttää hyväksi (esim. lasikuulapommitus) Usein heikentävät väsymiskestävyyttä Yleinen "syntipukki" 44

45 Jäännösjännityksiä voidaan mitata Rikkomattomasti Röntgen-diffraktio Barkhausen Vähän rikkovasti Reiänporaus Rikkovasti Contour yms.