ME I, stepeni sigurnosti.pdf

8/18/2019 ME I, stepeni sigurnosti.pdf

1/62

MAŠINSKI ELEMENTI

- NASTAVNE PREZENTACIJE -

OSNOVE KONSTRUISANJA MAŠINSKIH ELEMENATA- STEPENI SIGURNOSTI –

Prof. dr Biljana Marković dipl. ing.


2/62


3/62

MAMAŠŠINSKI ELEMENTIINSKI ELEMENTI Prof. dr Biljana MarkoviProf. dr Biljana Markovićć dipl. ing.dipl. ing.

OSNOVE MAŠINSKIH ELEMENATAVrste opterećenja

Димензионисање делова врши се према врсти граничногстања, односно када део није више у стању да врши

задату функцију. Најчешћа гранична стања (оштећења)су:

недозвољено велике деформације,

насилни лом,

заморни лом,

ширење прслина (механика лома),

нестабилност (нпр. динамичка, извијање),

механичка оштећења (нпр. хабање, скидање),

хемијска оштећења (нпр. корозија).


4/62




5/62




6/62


OSNOVE MAŠINSKIH ELEMENATAKritični naponi

Напони који доводе до појаве критичних стања умашинском делу називају се критичникритични напонинапони.

СтатичкоСтатичко разарањеразарање (лом) настаје при статичком

или прогресивно растућем оптерећењу и одликујесе крупном и тамном структуром прелома са

траговима чупања кристала.


7/62

Динамички лом од савијања

код обртних делова

Динамички лом од

увијања

Динамички лом од

савијања


OSNOVE MAŠINSKIH ELEMENATATipični oblici razaranja


8/62



Динамичко Динамичко разарањеразарање делова настаје код вишекратне

промене напона. Издржљивост материјала зависи од

расподеле напона у попречном пресеку дела.

Услед геометријског или металуршког зареза долази донеравномерне расподеле односно концентрације

напона и локалног замора материјала.

Последица тога је појава микро напрслине, која се

постепено шири све док на крају не дође до насилног

лома преосталог дела.


9/62

MAMAŠŠINSKI ELEMENTIINSKI ELEMENTI Prof. dProf. dr r Biljana MarkoviBiljana Markovićć dipl. ing.dipl. ing.

OSNOVE MAŠINSKIH ELEMENATAKritični naponi statički opterećenih delova

KritiKritiččni naponi statini naponi statiččki optereki optereććenihenihdijelovadijelova


10/62

ХипотезаХипотеза оо највећемнајвећем нормалномнормалном напонунапону (HN)(HN) заза кртекрте материјалематеријале

kr kr / / kr kr =1=1

ОвдеОвде сесе уводиуводи претпоставкапретпоставка да да ломлом настајенастаје нормалнонормално нана правацправац највећегнајвећег нормалногнормалног напонанапона..УколикоУколико напоннапон прекорачипрекорачи меродавнумеродавну

карактеристикукарактеристику чврстоћечврстоће материјаламатеријала ((R R mm)) настајенастаје ломлом..


OSNOVE MAŠINSKIH ELEMENATA

Hi oteze o čvrstoći materi ala

22 45,0 v


11/62

ХипотезаХипотеза укупногукупног радарада заза изазивањеизазивање одговарајућеодговарајуће деформације деформације (HDR)(HDR) заза жилавежилаве материјалематеријале

(( kr kr / / kr kr =1,73).=1,73). ОвдеОвде је је критеријумкритеријум укупнеукупне енергијеенергије утрошенеутрошене нана еластичнуеластичну деформацију деформацију елементаелемента телатела.. УколикоУколико сесе прекорачипрекорачи дозвољена дозвољена вредноствредност,, ондаонда долази долази до до пластичнихпластичних деформација деформација.. УУ поређењупоређењу саса

експерименталнимексперименталним резултатимарезултатима оваова хипотезахипотеза даје дајенајбољенајбоље резултатерезултате..


OSNOVE MAŠINSKIH ELEMENATAHipoteze o čvrstoći materijala

223

v


12/62

ХипотезаХипотеза највећегнајвећег тангентногтангентног напонанапона (HS)(HS) заза жилавежилаве материјалематеријале саса јасно јасно израженомизраженом границомграницом

течењатечења,,kr kr / / kr kr ==22

КодКод овеове хипотезехипотезе до до ломалома ((смицањасмицања)) долази долази уследуслед највећегнајвећег тангентногтангентног напонанапона..


OSNOVE MAŠINSKIH ELEMENATAHipoteze o čvrstoći materijala

224 v


13/62


14/62


15/62

D N const =m

.

N

N

D

N Dlog N

og N

D

N D

N

n

DinamiDinamiččka izdr ka izdr žžljivostljivost – – Velerova krivaVelerova kriva




16/62




17/62


18/62

ПараметриПараметри трајнетрајне динамичке динамичке издржљивостииздржљивости

•• приближнеприближне вредностивредности – – књигакњига,, табелатабела 13.3. ,13.3. ,заза затезањезатезање,, смицањесмицање,, савијањесавијање ии

•• увијањеувијање•• ЗаЗа реалнереалне материјалематеријале ии практичнупрактичну

применупримену користитикористити СмитовеСмитове дијаграме дијаграме ПП13-1313-13




19/62

F

F

k

k

R e

..

OSNOVE MAŠINSKIH ELEMENATAEfakat zeraza, koncentracija napona

+ 1

Koncentracija naponaKoncentracija napona

MAMAŠŠINSKI ELEMENTIINSKI ELEMENTI Dr Dr Biljana MarkoviBiljana Markovićć dipl. ing.dipl. ing.MAMAŠŠINSKI ELEMENTIINSKI ELEMENTI

Prof. dProf. dr r Biljana MarkoviBiljana Markovićć dipl. ing.dipl. ing.


20/62

Efekat zareza na tehniEfekat zareza na tehniččkim komponentamakim komponentama

M t

F

F

F

F

zarezi

presovanje

FF

spojevi


MAMAŠŠINSKI ELEMENTIINSKI ELEMENTI Dr Dr Biljana MarkoviBiljana Markovićć dipl. ing.dipl. ing.MAMAŠŠINSKI ELEMENTIINSKI ELEMENTI

Prof. dProf. dr r Biljana MarkoviBiljana Markovićć dipl. ing.dipl. ing.


21/62

Tok silnica na zarezanoj epruvetiTok silnica na zarezanoj epruvetiusljed zatezanjausljed zatezanja

F F

F F

a b

a) Vanjski zarez

b) Unutrašnji zarez




22/62

uključak

Površine• hrapavost

• ogrebotine• inicijalne pukotine

Unutrašnja oštećenja• šupljine

• pukotine• naslage• uključci




23/62

F

F

A0

Ak nk

Mogući efekti sa stanovištasigurnosti:a) Povećanje nominalnihnapona

b) Smanjenje sekundarnihnaponac) Prekomjerni naponi nakorjenu zarezad) Višeosno stanje napona

Napomena a) uticaj redukcije preseka

nominalni naponu odnosu na najmanju

površinu




24/62

F

znk

S

Ak bnk

F

nk

max

F

c) koncentracija napona nakorjenu zareza

b) Razvoj sekundarnog napona

Napon na savijanje usljedzareza sa jedne strane




25/62

c) Multiosno stanje napona u području zareza

F

F

A0

Ak

nk x

y

z




26/62

Definicija faktora koncentracije naponaDefinicija faktora koncentracije naponaza zatezanjeza zatezanje,, savijanjesavijanje i uvijanjei uvijanje

tnk

t max

bnk

b max

tor nk

tor max

Mt

Mt

Mb

Mb

F

F




27/62

Poprečni presek korena zareza

max

n

Uvijanje Tt

Kružni poprečni presek sa zarezom




28/62

OSNOVE MAŠINSKIH ELEMENATARadni naponi



29/62

max

debljina s


30/62

a2B

F n

0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0

7,0

6,0

5,0

4,0

3,0

2,0

1,0

/t 0 ,

0 3

0 ,

0 4

0 ,

0 5

0 ,

0 6

0 ,

0 7

0 ,

0 8

0 ,

0 9

0 ,

1 0

0,15

0,20

0,25

0,30

0,400,450,500,751,00

2,002,503,00

Ploča sa 2 U-zarezapod naponom nazatezanje

H

B

2a F

t

2a/H

0,35

1,50

4,00

F

Grafik faktora konc.napona

(For d/b 0: KIRSCH´s solution; ZVDI 1902)OSNOVE MAŠINSKIH ELEMENATAEfakat zeraza, koncentracija napona



31/62

K.5.5.4.6.1 101_1011 E 000112 31

Faktor koncentracije naponaFaktor koncentracije napona

=3




32/62

K.5.5.4.6.1 101_1010 E 000112 32

Faktor koncentracije naponaFaktor koncentracije napona

2




33/62

K.5.5.4.6.1 101_1009 E 000112 33

Faktor koncentracije naponaFaktor koncentracije napona KtKt




34/62

K.5.5.4.6.1 101_1008 E 000112 34

Faktor koncentracije napona

Kt




35/62

K.5.5.4.6.1 101_1005 E 000112 35

Grafik koncentracije napona

= 0°




36/62

Rotaciono simetrični štap izložen savijanju sa zarezom po obodu

0 90 120 140 160 180

9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

9

8

7

6

5

4

3

2

1

t/(a+t)0,00

0,10

0,20

0,30

0,400,500,600,700,800,90

t/

M M

ta




37/62

Rotaciono simetrični štap izložen zatezanju sa zarezom po obodu

Omega in degrees0

90 120 140 160 180

8 7 6 5 4 3 2 1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

8

7

6

5

4

3

2

1

t/(a+t)

0,00

0,10

0,20

0,30

0,40

0,50

0,600,70

0,800,90

t/

F F

ta

Grafik konc. napona




38/62

K.5.5.4.6.1 101_1007 E 000112 38

Faktor koncentracije naponaFaktor koncentracije napona Kb




39/62

K.5.5.4.6.1 101_1006 E 000112 39

Faktor koncentracije naponaKz




40/62


OSNOVE MAŠINSKIH ELEMENATAStepen sigurnosti i dozvoljeni napon

Da bi maDa bi ma

šš

inski deo ispravno i sigurno vr inski deo ispravno i sigurno vr

šš

io svojuio svoju

funkciju, u toku rada ne sme da dofunkciju, u toku rada ne sme da dođđe do pojavee do pojavekritikritiččnog stanja. To je ispunjeno ukoliko je radninog stanja. To je ispunjeno ukoliko je radninapon manji od kritinapon manji od kritiččnog.nog.

Zbog toga se uvodi stepen sigurnosti kao odnosZbog toga se uvodi stepen sigurnosti kao odnoskritikritiččnognog [ ] i radnog naponai radnog napona

S S min=1,25

Stepen sigurnosti i dozvoljeni naponStepen sigurnosti i dozvoljeni napon


41/62


Kod statiKod statiččki optereki optereććenih maenih maššinskih delovainskih delovakritikritiččni naponni napon (zavisno od vrste materijala)(zavisno od vrste materijala) je je

jednak granici te jednak granici teččenjaenja R R ee, pa se stati, pa se statiččkikistepen sigurnosti odrestepen sigurnosti određđuje prema:uje prema:

e

T

R

S

-- merodavnimerodavni radni naponradni napon

S T = 1,2 - 1,8



42/62


КодКод статичкистатички оптерећенихоптерећених машинскихмашинских делова делова критикритичнични напоннапон жилавихжилавих материјаламатеријала је је једнак једнак границиграници течтечењаења

((номиналнаноминална вредноствредност)) R R eeN N ,, аа кртихкртих материјаламатеријала статичстатичкојкој чврстоћичврстоћи ((номиналнаноминална вредноствредност)) R R mmN N

Стварне вредности су: R R mm == К К tt ·· R R mmN N К К tt – – tehnolotehnološški faktorki faktor – – uticaj veli uticaj veli č č ine preseka na stati ine preseka na stati č č kuku č č vrstovrstoć ć u dela,u dela,

odn. granicu teodn. granicu teč č enjaenja П П 13-18 13-18

8,1....2,1minmax

F N e

F S R

S

течење

0,3....5,1min

max

B N m

B S R

S

лом

max max - максимални статички радни напон



43/62


NosivostNosivost mamaššinskog dela je najveinskog dela je najveććeeoptereoptereććenje koje maenje koje maššinski deo moinski deo možže prenositie prenositi

u radnom veku, pod odreu radnom veku, pod određđenim uslovima saenim uslovima sasigurnosigurnošćšću da neu da nećće nastupiti kritie nastupiti kritiččno stanje.no stanje.

To je optereTo je optereććenje koje odgovara dozvoljenomenje koje odgovara dozvoljenomnaponunaponu.

S

doz



44/62


DinamiDinamiččki stepen sigurnostiki stepen sigurnosti



45/62


a

AM

A g

DM

D S ;S

DinamiDinamiččki stepen sigurnostiki stepen sigurnosti

k

D DM

k

D DM ;

321321

S D = 1,25 - 2,0



46/62


47/62


SSloložženo naprezanjeno naprezanjee – – prvo se izraprvo se izraččunavaju parcijalniunavaju parcijalnistepeni, pa ukupan stepen sigurnostistepeni, pa ukupan stepen sigurnosti

IIstorodnstorodnaa naprezanjanaprezanja::

z t

z t

f z

f z

S S

S S S ;

S S

S S S

Kod raznorodnih naprezanjaKod raznorodnih naprezanja ukupni stepen sigurnostiukupni stepen sigurnostizaza žžilaveilave (HDR)(HDR) i krtei krte (HN)(HN) materijalematerijale iznosiiznosi

22

S S

S S S

22

4

2

S S S

S S S

HDRHDR HNHN



48/62


Ukupni stepen sigurnosti se moUkupni stepen sigurnosti se možže izrae izraččunati i prekounati i prekohipoteze o ekvivalentnimhipoteze o ekvivalentnim naponimanaponima

EkvivalentniEkvivalentni napon sveden na zatezanjenapon sveden na zatezanje::

fkr

zkr f z v

;

v

zkr S

Ukupni stepen sigurnosti iznosiUkupni stepen sigurnosti iznosi



49/62


Kod tangentnih i normalnih napona,Kod tangentnih i normalnih napona, ekvivalentniekvivalentni napon sveden na normalni naponnapon sveden na normalni napon::

202 3 t f v

20

245,0 t f f v

HDRHDR

HNHN

v

kr S



50/62

Uvod

Kapacitet opterećenja (otpornost) R

Određivanje na bazi testova

OdreOdređđivanje kapaciteta optereivanje kapaciteta optereććenja Renja R

Zahtjevani prototipovi, često nedostupni Ispitivanja komponeneti, zahtjevani novi testovi

u slučaju modifikacije! Visoki troškovi! Veliki utrošak vremena! Visoka sigurnost!




51/62

Određivanje karakteristika materijala i konverzija u geometrijuI stanje napona:

u praksi je veoma čest proces! teorijski izvodljivo nesigurnost tokom modeliranja (pojednostavljenja) niži troškovi (ali savremene metode mogu biti skupe!) moguće bez prototipova čuvanje vremena

Problem:

Uticaj kapaciteta opterećenja R je često poznat, ali transferfunkcija između karakterisitika materijala eksperimentalnoodređenih proizvoljnih komponeneti je još uvijek predmetistraživanja!




52/62


53/62

Stepen sigurnosti S

- Višestrukim ograničenjem se pokazuje da u praksičesto nije moguće točno odrediti kapacitet opterećenja-R!

- Zato se primjenjuje faktor sigurnosti, prilagođenpojedinačnim slučajevima!

- Veličina ovog faktor je dakle izraz je nesigurnosti udimenzionisanju!

Stepen sigurnosti SStepen sigurnosti S




54/62

54

Apsolutna sigirnost nije moguća!!

Ne postoje generalno validovana pravila zaodređivanaje stepena sigurnosti!

Ovdje je samo par preporuka!!!





55/62

Preporuke za određivanje stepena sigurnosti:

- Ne postoji opšte važeće pravilo za određivanje zahtjevanog stepena

sigurnosti S. Ako je S stepen nije definisan u propisima, tada se odlukazahtjeva u svakom pojedinačnom slučaju.ČČek lista za odreek lista za određđivanje stepena S:ivanje stepena S: 1) Koje su posljedice otkaza ove komponente?2) Koja je sigurnost opterećenja (sila) ? 3) Koji je tačan metod za proračun ?

4) Šta je poznato od konstanti vezanih za materijal ?- rasipanje rezultata ?- garancija minimalne vrijednosti?- sertifikat za metarijal?- zaostali napon?- da li su dostupni kratkoročni ili dugoročni testovi?

- promjena oblika ponašanja (prekid izduženja)?5) materijal- ili poluproizvodnapr. x- zraci, ultrazvučni testovi





56/62

Stepen sigurnosti SStepen sigurnosti S 6) kontrola proizvodnje ?

napr. Provjera zavarenih spojeva (X-zraci)

termička obrada (zapisivanje temperature?)

mašinska obrada?

stanje površine

7) kontrola montaže (sklopova) ?

8) provjera pritiska (mjerne trake) ? 9) rizik od korozije, anti-korozivno prekrivanje?

10) moguće operativne greške ?

11) neki vid opterećenja tokom operacije, drugačiji od onog koji je

ukuljučen u proračun?

12) sigurnosni uređaji za ograničavanje opterećenja i temperature? 13) termalni naponi (širenje) tokom opreacije?





57/62

nS S S S S ......21min

Pojedinačna nesigurnost se može razmatrati određivanjemodgovarajućih stepena sigurnosti. To čini proces dimenzionosanja višetransparentnim.

Pristup za odrePristup za određđivanje razliivanje različčitih uticaja na Sitih uticaja na S

Na primjer:

S1

- nesigurnost vezana za prepostavljeno opterećenje

S2 - raspršivanje vrijednosti konstanti materijala

S3 - zahtjev za sigurnost tokom korištenja opreme

(napr. sigurnost ljudi)

... - ....





58/62

Izraziti izduženje u % !

Statiči napon T < TG R za kratke periode ispitivanja

2,150 /A2S 5min,F

Prema VDI-uputstvu 2226

Uputstvo za odreUputstvo za određđivanje Sivanje S

- Ne koristiti šematski pristup!

- Koristiti niže vrijednosti za Smin

- Lom Rm : SF = 2 ... 4

- Deformacija Re , RD : S Y = 1,2 ... 2 (1,1)




59/62

R testovi kratki-period ispitivanja extrapolacija ( napr. za 105 h )

za Rp1/105 : Sf min 1 1

1% - 100 000 h – granica permanentnog izduženja

R za realne (duži- period) testove

StatiStatičči naponi napon T > TT > TGG puzanjepuzanje

- lom Rm/105 : SB = 1,5 ... 2

- deformacija Rp1/105 : SF = 1,2 ... 1,5




60/62

Zamorni otkaz RA ( m )SD = 2 ... 3

NaizmjeniNaizmjeniččni naponini naponi




61/62

Oblik j kt i d (t h l iOblik j kt i d (t h l ičč t)t)


62/62

Oblikovanjeu kalupuma

•Livenje

•Sinterovanje

Skidanjestrugotina

•Probijanje

•Prosecanje

•Struganje

•Glodanje

•Bušenje

•Brušenje

•Honovanje

•Erodiranje

Spajanje

•Zavarivanje

•Lemljenje

•Lepljenje

Deformacija

•Kovanje

•Valjanje

•Savijanje•Izvlačenje

•Istiskivanje

Posebnaobrada

•Otvrdnjavanje

•Magnetiziranje

POSTUPCI IZRADE prema

DIN 8580

OSNOVE MAŠINSKIH ELEMENATAPostupci izrade

Oblikovanje sa aspekta izrade (tehnologiOblikovanje sa aspekta izrade (tehnologiččnost)nost)

MAMAŠŠINSKI ELEMENTIINSKI ELEMENTI Prof dr Biljana MarkoviProf dr Biljana Markovićć dipl ingdipl ing

Documents

ME I, stepeni sigurnosti.pdf