Upload
rrahim-maksuti
View
1.257
Download
7
Embed Size (px)
Citation preview
SHKATËRRIMI (THYERJA ) NGA LODHJA
Shkatërrimi (thyerja) mund të ndodhi nga:
-veprimi i ngarkesave të jashtme statike,
-veprimi i ngarkesave të jashtme dinamike-goditëse,
-veprimi i ngarkesave të jashtme dinamike-ciklike,
-veprimi i ngarkesave statike në kohëgjatje të madhe (shkarja-rrëshqitja),
-veprimi i sforcimeve mbetëse-të brendshme,
-kombinimi i ngarkesave të lartshënuara dhe të bashkëshoqëruara me veprimin e mesit (ambientit).
CHAPTER 4: FRACTURE
The separation or fragmentation of a solid body into two or moreparts, under the action of stresses, is called fracture.Fracture of a material by cracking can occur in many ways, principally the following:1.Slow application of external loads.2.Rapid application of external loads (impact).3.Cyclic or repeated loading (fatigue).4.Time-dependent deformation (creep).5.Internal stresses, such as thermal stresses caused by anisotropy of the thermal expansion coefficient or temperature differences in a body.6.Environmental effects (stress corrosion cracking, hydrogen embrittlement, liquid metal embrittlement, etc.)
In many fracture analyses it is important to get as much information as possible from the fractured part itself along with an investigation of conditions at the time of fracture. Some of the questions to be asked are:
1. How long was the part in service?
2. What was the nature of the stresses at the time of fracture?
3. Was the part subjected to an overload?
4. Was the part properly installed?
5. Was it subjected to service abuse?
6. Were there any changes in the environment?
7. Was the part properly maintained?
A study of the fractured surface should answer the following questions:
1. Was the fracture ductile, brittle, or a combination of the two?
2. Did failure start at or below the surface?
3. Did the failure start at one point, or did it originate at several points?
4. Did the crack start recently or had it been growing for a long time?
Veprimi i ngarkesave të jashtme dinamike ciklike (alternative) në një kohëzgjatje të caktuar, njihet me termin lodhje (anglisht-fatigue).
Vlen të theksohet se 50-95% e dëmtimeve dhe avarive në industri shkaktohen nga lodhja. Në vitin 1982 në SHBA janë shkaktuar afro 119 miliard dollarë dëme financiare nga lodhja ose afro 4% e GDP.
Dëmet e shkaktuara (thyerjet) nga lodhja ndodhin në të gjitha degët e industrisë:
-industrinë e ndërtimit të automjeteve,-industrinë e ndërtimit të anijeve,-industrinë e ndërtimit te aeroplanëve,-industrinë kimike etj.etj.
The failure of the Boeing 737-200 Aloha Airlines due to fatigue damage, corrosion & low bonding durability. (28 April 1988)
Lodhja mund të shkaktohet nga veprimi i:• Ngarkesave në tërheqje,• Ngarkesave në shtypje,• Ngarkesave në lakim-përkulje),• Ngarkesa në përdredhje (torsion),• Kombinimi i tyre.
Disa lloje të ngarkesave
Sinusoidal loading
Triangular loading
Trapezoidal loading
Predictions of Failure Fluctuating Loads
-Brittle Materials:– Not recommended
-Ductile Materials:– Goodman
– Gerber
– Soderberg
Types of FatigueHigh Cycle Fatigue• Number of cycles to failure is greater than 104
• Frequency: high (1 -100Hz)• Gross deformation: Elastic
Low Cycle Fatigue• Number of cycles to failure is less than 104
• Frequency is low, less than 10 Hz• Gross deformation: Elastic+Plastic
Fatigue Mechanics – the State of the Art
High Cycle Fatigue
Approx 105 – 106 cycles
Observed in Machine parts, bridges
Mechanisms well established, models well developed
Low Cycle Fatigue
Approx 102 – 104
cycles
Observed in machine parts/mechanical and aerospace applications
Mechanisms relatively well established, models available
Ultra-Low Cycle Fatigue (ULCF)
< 10-20 cycles
Observed in structures during earthquakes
Mechanisms virtually uninvestigated, no fundamental models established
In steel structures
Përkundër interesit të pareshtur të shkencëtarëve për të hulumtuar këtë dukuri të dëmshme, vlen të theksohet se akoma nuk është e hulumtuar deri në detaje dhe mbeten shumë çështje të diskutueshme.
Hapat e pare drejte hulumtimit te kesaj dukurie
Jane bere ne vitin 1840 nga inxhinieri gjerman August Vöhler, i punesuar ne Hekurudhat gjermane.
-Emertimi i pare me termin lodhje si pasoje e veprimit te ngarkesave ciklike-vibruese eshte bere ne vitin 1850.
S-N diagrami
Vöhleri në bazë të eksperimenteve të bëra, i pari konstruktoi diagramin (S-N), që paraqet varësinë funksionale të sforcimeve nga numri i cikleve, respektivisht kohëzgjatjes së veprmit të këtyre sforcimeve.
Fatigue strength of the alloys usually falls between ¼ and ½ of the tensile strength.
Fazat (etapat) e thyerjes për shkak të lodhjes janë:
I-inicimi i plasaritjes-(Crack initioation),
II-përhapja (shtrirja-rritja) e plasaritjes-(Crack propagation),
III-thyerja- (Fracture -failure).
Stage I-Crack initiation at a subsurface inclusion
Stage II-Crack propagation from a subsurface
inclusion
Stage III-Catastrophic farcture-failure
Stages I, II, and III of fatigue fracture process
Stage I: Initiation/nucleationStage II:Stable growthStage III:Final Fracture
•Cracks can initiate internally or externally (most often); surface
treatment important, especially for high cycle fatigue. •Average crack growth can be less than lattice spacing.•microstructure, R, environment have big effects. •Plastic zone smaller than grain size
Stage II
Power law regime (Paris law, next lecture); influence of microstructure, R, environment, not as strong as for Stage I.
Përcaktimi i qëndresës ndaj lodhjes
Pajisjet për provën e lodhjes
SERVOHYDRAULIC TESTING MACHINE
FOR FATIGUE TESTING
Sipërfaqja e thyerjes për shkak të lodhjes
Paraqitja skematike e sipërfaqes së thyerjes për shkak të lodhjes
Pamja vizuale e siperfaqes se thyerjes per shkak te lodhjes
Stage IIISimilar to failure under static mode (cleavage, microvoid coalescence, etc). Microstructure, R, important; environment not so important
Sipërfaqe të thyera për shkak të lodhjes
To avoid fatigue failures:
Improvement in Design to:
Eliminate or minimize the stress raisers
Eliminate surface defects during manufacture
Relieve tensile residual stress
Ensure good surface finish
4Crack Growth Behavior
By using fracture mechanics concept, the cycles for stable crack growth region can be estimated.
Cra
ck
De
pth
, a
Unstable Crack Growth
Stable Crack Growth
Number of Cycles
Cycles of Crack Growth Estimated by Fracture Mechanics
Initial Crack
Cycles to Crack Initiation
Deepest Point
Surface Point
a
2c
Percaktimi i shpejtesise se perhapjes(zgjerimit) te plasaritjes gjate lodhjes, respektivisht percaktimi i afatsherbimit(jetegjatesis) te materialit mund te behet duke i marre parasysh konceptet e mekanikes se shkaterrimit(LEFM dhe EPFM).
Koncepti i mekanikes elastike lineare te shkaterrimit(LEFM) bazohet ne parametrin e faktorit te intensitetit te sforcimit-K, respektivisht intervalit te ndryshimit ΔK.
Çeshtja kyçe e ketij koncepti qendron ne percaktimin e shpejtesise se perhapjes(zgjerimit) te plasaritjes mbi bazen e rritjes(inkrementit) te madhesise se plasaritjes per cikel te ngarkeses.
da,Δa-ndryshimi (rritja) e gjatesise se plasaritjes,
dN, ΔN-ndryshimi (rritja) i cikleve te ngarkeses
)( KfN
A
dN
da ∆=∆∆=
Vlen te theksohet se ekuacioni I Paris-it ka perdorim me te shpeshte per kete qellim dhe ky ekuacion ka kete forme:
C dhe m-karakteristika te materialit
mKCdN
da)(∆=
KKR
KC
dN
da
IC
m
∆−−∆=)1(
)(Forman:
3
2
1
max1
1)(
n
n
IC
n
th
m
KK
KK
KCdN
da
−
∆∆−
∆=Complete curve
−
∆+∆−∆=max
2 1)(KK
KKKC
dN
da
ICth
McEvily:
përcaktimi eksperimental i shpejtësisë së rritjes (përhapjes) së plasaritjes gjatë lodhjes
Për përcaktimin eksperimental të shpejtësisë së rritjes (përhapjes) së plasaritjes shërben standardi amerikan ASTM E647-93.
Mostrat për matje dhe pajisja për realizimin e eksperimentit janë identik me ato të përcaktimit të KIC.