1. Objasniti FAD i CDF pristup procjene cjelovitosti konstrukcija SINTAP procedurom. Popratiti sa skicama.SINTAP Structural INTegrity Assessment Procedure.Procedura temeljena na principima mehanike loma. Dva pristupa: - Dijagram za procjenu otkaza - FAD (engl. Failure Assesment Diagram) -Dijagram sile razvoja pukotine - CDF (engl. Crack Driving Force Diagram). Oba pristupa daju jednake rezultate procjene.FAD Dijagram za procjenu otkaza - FAD pristup:

Krivulja otkaza neovisna o geometriji. Normalizira se sila razvoja pukotine s otpornou materijala na lom.Procjena konstrukcije tada se zasniva na relativnoj poziciji geometrijski ovisne toke u odnosu na krivulju otkaza- konstrukcija sigurna -toka procjene lei ispod krivulje otkaza- toka procjene na samoj krivulji ili izvan podruja koje zatvara krivulja, konstrukcija - potencijalno nesigurnaPoveavanje optereenja ili rast pukotine pomicati e toku procjene uzdu puta optereenja prema krivulji otkaza.FY - iz prirunika ili numeriki za konstrukciju idealno plastian materijalGranina sila teenja (Fgr, FY) - esto je najvaniji parametar koji utjee na tonost procjene SINTAP proceduromKI - iz linearno elastine analize (prirunik) ili numerikiDijagram za procjenu otkaza - FAD pristup:

Granina sila teenja sila koja uzrokuje teenje kroz cijeli presjek idealno plastinog materijala s vrstoom jednakoj granici teenja materijalaSila plastinog kolapsa sila koja uzrokuje teenje kroz cijeli presjek idealno plastinog materijala s vrstoom jednakoj 0,5(Rp0,2+Rm) aproksimira se utjecaj ovrivanja materijalaTri tipa FAD analize:1) veliina pukotine i ilavost konstantne rast optereenja2) optereenje i ilavost konstantni rast veliinepukotine3) konstante vrijednosti optereenja (sile) pukotina i otpornost materijala se mijenjaju odreuje se nestabilan rast pukotine

CDFOdreivanje optereenje vrka pukotineUsporedba s otpornou materijala na lomAko je optereenje manje od otpornosti materijala na lom konstrukcija je sigurna

2. Napisati opcije (razine) i varijante SINTAP procedure. Koji su ulazni podaci potrebni za analizuSINTAP procedura procjena na vie razina:- sloenost problema- raspoloivi podaci o materijalu- eljena preciznost (tonost) analizeVia razina vie poznatih mehanikih svojstava materijala manja konzervativnost procjene

3. Idealizacija greaka u procedurama za procjenu cjelovitosti.Greke:- ravninske (pukotine, delaminacije, nedovoljno spojeni materijali u zavaru i sl.)- prostorne (kavitacija, poroznost i sl.).Ravninske se greke uglavnom tretiraju kao pukotine dok se prostorne grekesamo pod odreenim uvjetima mogu aproksimirati ravninskim pukotinama.Razmatranje stvarne geometrije pukotina - jako sloeno i vremenski zahtjevno pogotovo ako se radi o veem broju pukotinaU procedurama se razmatraju samo ravninske pukotine koje su unificirane i idealizirane:

Konzervativna idealizacija pukotina

Konzervativna idealizacija viestrukih pukotina koje su u blizini

4. Pojasniti koncept otvaranje vrka pukotine CTOD i popratiti skicom.Linearno-elastina mehanika loma ne moe opisati sve pojave oko vrka pukotine, ako proirenju pukotine prethode vee plastine deformacije, kao to je to sluaj kod izrazito duktilnih materijala. Naprezanja u polju predvrkom pukotine dostiu i 2-3 puta vie vrijednosti od granice teenja materijala, to je karakteristino ponaanje za veinu konstrukcijskih elika.Zbog toga je razvijen pristup koji jednim dijelom poiva i na teoriji plastinosti, tj. uzima u obzir raspodjelu naprezanja i deformacija u uvjetima plastinog teenja materijala u ogranienom podruju ispred vrka pukotine (procesna zona). Zona deformacijskog ovravanja, koja se javlja ispred vrka pukotine moe rasti do odreene veliine, nakon ega slijedi irenje pukotine. Prije samog prirasta pukotine, moe se uoiti zatupljivanje vrka pukotine (engl. blunting), to se moe iskoristiti za odreivanje veliine kritinog otvaranja vrka pukotine (engl. Crack Tip Opening Displacement CTOD), kao mjere lomne ilavosti materijala. CTOD parametar, koji se esto radi pojednostavljenja oznaava samo kao , moe se definirati i u LEML (linearno elastina mehanika loma). Tako da fiktivni vrak pukotine lei u sreditu okruglo oblikovane plastine zone promjera rp u elastinom polju naprezanja (slika 3.9). Otvaranje vrka pukotine je definirao kao vrijednost dvostrukog elastinog pomaka na rubu zone plastifikacije ( = 2uy).Veliina otvaranja vrka pukotine za pripadajuu veliinu plastine zone:

Prema OMAE (Offshore Mechanics and Arctic Engineering)udruzi vrijednost CTOD parametra koja osigurava stabilan prirast pukotine iznosi oko 0,2 mm.

5. Utjecaj debljine uzorka na lomno ponaanje.U sluaju uzorka vee debljine, u sredini uzorka se javlja stanje RD (ravninske deformacije), to uzrokuje manje teenje materijala prije loma (troosno stanje naprezanja). S druge strane, na povrini uzorka naprezanja u smjeru normale na slobodne plohe jednaka su nuli, pa nema nikakva otpora teenju materijala. Iako je materijal duktilan u sreditu presjeka, ne moe se u punoj mjeri oitovati ta njegova osobina te se tamo ponaa krhko. Rezultat je lom pri niim vrijednostima kritinog faktora intenzivnosti naprezanja s pomicanjem odreznih usana prema rubu uzorka, uz vei udio odcjepno slomljene povrine. Kako se mijenja debljina uzorka, fronta propage cijepukotine je neravna, jer se krhki lom iri bre od duktilnog. Za odreenu debljinu Bmin vrijednost KI dostie svoj minimum pri stanju RD, pa dobivena vrijednost predstavlja ilavost loma KIc (engl. plain strain fracture toughness) i dalje se ne mijenja s poveanjem debljine uzorka.

Ovisnost Kc o debljini uzorka6. Opisati proces zamora materijala pri ciklinom optereenju (tri faze)Lom zbog ciklikog optereenja (zamorni lom) je najuestaliji oblik loma. Proces zamora materijala moe se podijeliti u 3 faze: 1) Iniciranje pukotine2) Propagacija pukotine do kritine veliine3) Nestabilni lom zavrnog dijela presjekaZamor nastaje kao rezultat plastine deformacije i u razdoblju propagacije pukotine. Iniciranje pukotine Pukotine kod zamora se poinju formirati na slobodnoj povrini. Zbog toga je vrlo vano stanje povrine pri ispitivanju otpornosti na zamor. Tako npr. poliranje legiranog elika visoke vrstoe moe udvostruiti zamornu vrstou u odnosu na neobraenu povrinu istog materijala. Openito vrijedi pravilo: to je materijal vri vei je utjecaj stanja povrine na zamor.Niska zamorna vrstoa nepoliranog materijala posljedica je povrinskih slojeva oksida nastalih kovanjem ili valjanjem Ti su slojevi ne duktilni, lako pucaju pa tako postaju izvor koncentracije naprezanja. Gubitak ugljika u povrinskome sloju, napose izraen kod otkivaka, drugi je esti uzrok smanjenja zamorne vrstoe. Iako se taj gubitak moe donekle izbjei tokarenjem, treba imati na umu da ve sam proces skidanja strugotine ima vaan utjecaj na smanjenje zamorne vrstoe. Ponovno pougljienje, kao i povrinsko valjanje i prskanje metalnim granulatom, moe povisiti otpornost materijala na ciklino optereenje. Inicijatori zamornog loma mogu se pojaviti i na drugim formacijama na povrini materijala ili u njenoj blizini. Poetak pukotine moe dolaziti od prsnute estice na povrini ili pod povrinom elementa.

Pojava ekstruzija i intruzija zbog pomaka u smjeru kliznih ravninaRast pukotine Kad je jednom pukotina inicirana na povrinskomekliznome pojasu u jednom jedinom kristalu, ona e se nastaviti iriti u smjeru ploha klizanja. Stvaraju se klizni pojasovi od kojih polazi pukotina prije nego to skrene u ravninu koja stoji okomito na maksimalno vlano naprezanje. Prije ove promjene smjera govorimo o prvoj fazi irenja pukotine, a nakon skretanja o drugoj fazi. Prva je faza esto vrlo izraena kod torzijskih ciklinih optereenja. Pri velikim vlanim naprezanjima moe se dogoditi da se prva faza ine moe zamijetiti (kod otro urezanih uzoraka s velikim faktorom koncentracije naprezanja). Druga faza Jedna od najvanijih znaajki druge faze jest da pukotina napreduje u priratajima, od kojih svakom prirataju odgovara jedan ciklus optereenja. Druga vana znaajka je pojava brazdi na povrini loma. Svakoj brazdi odgovara jedan ciklus optereenja, tako da nam brojenje brazdi omoguuje brojenje napredovanja pukotine. Na poetku ciklusa optereenja vrak je pukotine otar, ali za vrijeme poveanja optereenja (razdoblje otvaranja pukotine) postaje tup i istodobno se plastina zona pred vrkom iri. Koliko e to irenje biti ovisi o intenzitetu naprezanja. Za vrijeme maksimalnoga vlanog naprezanja nastupa daljnji lom ligamenata. Za vrijeme faze smanjivanja optereenja, ponovno se oblikuje otri vrak pukotine. Pri tome se plastino rastegnuti materijal na vrku pukotine komprimira i oblikuje se brazda na povrinama pukotine.

Nestabilni lom pukotine. U treoj fazi rasta pukotine nastaje naglo nestabilno irenje pukotine. Kod materijala sklonih krhkom lomu ova e faza zapoeti u trenutku kada je postignuta kritina duljina pukotine, dok e kod duktilnih materijala poetak tree faze ovisiti o naprezanju u oslabljenom dijelu presjeka (ligamentu).

7. Odreivanje broja ciklusa do loma pri ciklikom optereenju.Iz poznate zakonitosti za brzinu irenja pukotine moe se jednostavno izraunati broj ciklusa do loma, dakle "ivot" ciklino optereene konstrukcije. Iz Parisova modela bit e:

,Provede li se integriranje broja ciklusa, moe se odrediti broj ciklusa optereenja koje e uzrokovati rast pukotine na veliinu a:

Ovdje je No broj ciklusa optereenja koji se mogu ostvariti do stvaranja pukotine duljine ao.Lom konstrukcije nastat e kad je:

Broj ciklusa do loma bit e:

Lom nastaje kada je Kmax=Kc, tj.:

ili

8. Objasniti Parisov zakon. Popratiti sa skicom.Odreivanje granine vrijednosti kod koje e irenje pukotine biti uope mogue moe se provesti na nekoliko naina: postupnim smanjivanjem amplitude optereenja sve dok ne doe do zaustavljanja irenja pukotine zagrijavanjem uzorka s pukotinom sve dok se ne uspostavi stanje zaostalih naprezanja pri vrku pukotine te naknadnim optereivanjem do poetka irenja pukotine, primjenom uzorka takva oblika kod kojeg se koeficijent intenzivnosti naprezanja smanjuje s poveanjem duljine pukotine i optereivanjem ciklinim optereenjem konstantne amplitude sve do zaustavljanja irenja pukotine.

Bilo koji od ovih naina jest dugotrajan i zato skup. Broj ciklusa optereenja po ispitnom uzorku mora biti izmeu i ciklusa, a pri tome se ne smije proiriti pukotina.

Za proraun trajne vrstoe najzanimljiviji je srednji dio krivulje na dijagramu .

Ovisnost brzine irenja pukotine o I faza: iniciranje pukotine, II faza podruje eksponencijalnog rasta pukotine i III faza: nestabilni rast pukotine.

Najjednostavniji model koji priblino opisuje tu funkciju postavio je Paul C. Paris tako da je pretpostavio da je taj dio krivulje u dvostruko logaritamskome mjerilu linearan:

U ovom modelu konstanta je materijala, a m eksponent izmeu 2 i 4.

9. Pojasniti faktor intenziteta naprezanja.Koeficijent intezivnosti naprezanja K je parametar koji opisuje naprezanja, deformacije i pomake u blizini vrha pukotine. Faktor intenzivnosti naprezanja ovisi o primijenjenom optereenju, geometriji dijela s pukotinom te veliini i obliku pukotine. Faktor intenzivnosti naprezanja za pukotinu u beskonanoj ploi:

gdje je aduljina pukotine, a nazivno naprezanje (dovoljno daleko od pukotine) okomito na smjer irenja pukotine. Dakle, faktor intenzivnosti naprezanja za I nain otvaranja pukotine openito je definiran kao:

Za tijela konanih dimenzija i za sloenije oblike pukotina, FIN se moe odrediti numerikim metodama, uvodei faktor oblika: Y = f(a/W)

kojim se uzima u obzir utjecaj geometrije elementa, duljine pukotine i tipa optereenja. Izrazi za raunanje faktora intenzivnosti naprezanja za veliki broj razliitih oblika pukotina, epruveta i optereenja dani su u literaturi. Ti izrazi u pravilu ne vrijede u samom vrku pukotine, budui je to singularna toka uz pretpostavku otre pukotine. U stvarnosti, pukotina ima uvijek u vrku polumjer zakrivljenosti jednak najmanje redu veliine meuatomarne udaljenosti. Ako se udaljenost od vrka pukotine nalazi unutar podruja 10< r< a/20, pri emu je polumjer zakrivljenosti vrka eliptine pukotine, a a duljina pukotine, odstupanja od stvarnih vrijednosti su unutar 5%. Indeks I oznaava prvi ili odcjepni nain otvaranja pukotine. to je kritina vrijednost koeficijenta intenzivnosti naprezanja vea, bit e vea i otpornost materijala na irenje pukotine. Kritinu vrijednost koeficijenta intenzivnosti naprezanja nazivamo pukotinskom ilavou.

10. Navesti i pojasniti glavne parametre elasto-plastine mehanike loma. Popratiti s odgovarajuim skicama.Parametri elasto-plastine mehanike loma:a) CTOD modificirani (elastini + plastini pomaci)b) J integral

CTOD

Otvaranje vrka pukotine se kao parametar mehanikeloma izabire na osnovi eksperimentalnih opaanja lomnog ponaanja razliitih materijala. Ako materijal ima svojstvo izrazitog teenja, lom postaje kontroliran veliinom trajne deformacije. Sposobnost materijalada pri poveanju optereenja postie znaajan stupanj trajnih deformacija, pri emu se pukotina iri stabilno, predstavlja mjeru lomne ilavosti materijala. Stoga je mogue kod takvih materijala oekivati da e se pukotina iriti kad CTOD dosegne odreenu vrijednost. Tavrijednost CTOD predstavlja znaajku materijalapri zadanoj temperaturi, utjecaju okolia, debljini konstrukcije i brzini deformacije. Tako kriterij za lom dobiva oblik:

Ako se s eksperimentom dokae da je ikonstanta materijala, neovisna o geometriji epruvete i duljini pukotine, ova vrijednost se uzima kao lomna ilavost materijala (engl. CTOD fracture tuoghness). Prema OMAE (Offshore Mechanics and Arctic Engineering)udruzi vrijednost CTOD parametra koja osigurava stabilan prirast pukotine iznosi oko 0,2 mm.

J-integralRice i kasnije Eshelby su uz pomo energetskog pristupa definirali parametar koji se za opisivanje lomnog ponaanja materijala moe univerzalno koristiti i u LEML i u EPML - krivuljni integral po putanji oko vrka pukotine paralelne s osi x, koja lei u XY ravnini.

Put integracije oko vrka pukotineUkoliko krivuljom nije obuhvaen singularitet, vrijednost J-integrala bit e jednaka nitici, u protivnom, ako se putanja zatvara oko pukotine, J0. Teorijski bi vrijednost J-integrala trebala biti neovisna o putanji integracije, dakle numerikim putem trebalo bi dobiti istu vrijednost i za putanju u neposrednoj blizini vrka pukotine i za putanju koja prolazi daleko od plastine zone.

10. Navesti i pojasniti glavne parametre elasto-plastine mehanike loma. Popratiti s odgovarajuim skicama.

Glavni parametri Elasto-Plastine Mehanike Loma (EPML) su (CTOD, vidi pitanje 15.) i J-Integral (vidi pitanje 18.)

CTOD predstavlja konani otvor pri vrhu pukotine (kod pukotina sa irom plastinom zonom) za razliku od tokastog otvora potpuno elastine pukotine.Taj kritini otvor pri vrku pukotine karakteristika je pukotinske ilavosti, koja se kod duktilnih materijala (male debljine presjeka) fizikalno i potvruje. Kod manjih plastinih zona (kvazielastini lom) bit e:

,to oznauje vezu izmeu CTOD pokazatelja pukotinske ilavosti i kritinog faktora intenzivnosti naprezanja KI te vezu izmeu Irwinove sile propagacije pukotine (brzine oslobaanja energije deformacije i c).

Po Riceu J-integral predstavlja smanjivanje apsorbirane energije (U) usljed prirasta pukotine za vrijeme optereivanja pomakomJ-integral se upotrebljava za opis polja naprezanja oko vrka pukotine u primjeru veih teenja materijala, nego to doputaju kriteriji LEML. Hutchinson , te Rice i Rosengren su neovisno pokazali da J-integral opisuje uvjete na vrku pukotine za nelinearno elastine materijale.

11. Nabrojati i opisati osnovne naine otkaza.

ilavi lom se dogaa kod naprezanja iznad vrijednosti vlane (zatezne) vrstoe. U praksi se deava kada je zavarena konstrukcija optereena veim naprezanjem od proraunom za tu konstrukciju dozvoljenim naprezanjem, dolazi do vidljivih deformacija i ilavog loma konstrukcije.

Krhki lom se dogaa kod vrijednosti naprezanja ispod granice razvlaenja (U praksi se deava kada je temperatura u eksploataciji zavarene konstrukcije nia od temperature prijelazne temperature (iz ilavog u krhko stanje), kod djelovanja napr. korozije uz naprezanje, i.t.d. . Na prijelomnim povrinama nema vidljive plastine deformacije, lom je obino ubrzan.

Trajne deformacije nastaju kada naprezanja prelaze granicu elastinosti (no moemo rei i granicu razvlaenja jer su to vrijednosti toke vrlo blizu u Hook-ovom dijagramu). Nastaju kada su radna naprezanja iz bilo kojih razloga vea od proraunom dozvoljenih ( preoptereenje zavarene konstrukcije).

Lom zbog umaranja nastaje usljed dugotrajnog promjenljivog naprezanja. Ako je broj promjena naprezanja ispod 105 ciklusa naprezanja obino se govori o niskociklikom naprezanju (Low Cycle Fatigue), a iznad 106 ciklusa govori se o visokociklikom naprezanju (High Cycle Fatigue).

Lom zbog puzanja obino se vee uz energetska postrojenja koja rade na povienim temperaturama uz odreene vrijednosti naprezanja. Po definiciji puzanje je posljedica dugotrajnog statikog optereenja na odreenim temperaturama eksploatacije (obino povienim). No, u eksploataciji se sve obino dodatno komplicira (promjenljiva naprezanja, kombinirana naprezanja), pa se moraju prihvatiti odreene aproksimacije kako bi se mogli provoditi prorauni zavarenih konstrukcija i kako bi se mogao izvriti izbor odgovarajuih materijala. Nesigurnost (aproksimacije) se pokrivaju faktorom sigurnosti.

Prevelike elastine deformacije mogu se shvatiti kao deformacije u blizini granice elastinosti. to su vie iznad granicu elastinosti i granice razvlaenja postupno dovode do poveanja vrstoe i pada ilavosti osnovnog materijala i zavarenog spoja (tzv. Baushinger-ov efekt; dolazi do porasta vrstoe i pada ilavosti kod naprezanja iznad granice razvlaenja, kada izmeu takva dva naprezanja protekne dovoljno vrijeme).

Gubitak stabilnosti vezan je uz tapove i reetkaste konstrukcije, kada kod odreenih naprezanja dolazi do nedozvoljenog izvijanja tapa, to moe dovesti do otkaza napr. reetkaste konstrukcije.

Opa korozija moe samostalno ili to je ei sluaj, u kombinaciji sa drugima naprezanjima, prouzroiti otkaz zavarenoe konstrukcije. Ona se moe obuhvatiti proraunom, pa se tako moe osigurati pouzdan rad zavarene konstrukcije (napr. postoje pouzdani iskustveni podaci o brzini ope korozije u morskoj vodi, na atmosferskom zraku i u drugim eksploatacijskom uvjetima).

12. Glavni tipovi otvaranja pukotine. Popratiti s odgovarajuim skicama.

Tri glavna tipa otvaranja pukotine kod ravninskih problema prikazani su na slici. To su odcjepni lom, smini lom i vijani lom.

13. Kako se odreuje smjer propagacije pukotine? NISAM USPIO NAI ODGOVOR ZA SMJER PUKOTINE; IMA SAMO NETO O SILI PROPAGACIJE PUKOTINE...Ako netko nae neka dopuni.

Radi zornijeg analiziranja procesa irenja pukotine Irwin je uveo hipotetiku silu koja djeluje u smjeru irenja pomaka. Prema Irwinu, ta je sila takva da je njezin elementarni rad jednak promjeni potencijalne energije:

Desnu stranu jednadbe moemo protumaiti kao zbroj dviju sila: G i ,gdje je:G sila propagacije ili irenja pukotine (Crack Driving Force) (oznaka G stavljena je u ast Griffithu).

sila otpora irenju pukotineKritino stanje nastupa tada kada je potrebna sila za irenje pukotine jednaka nuli, tj. kada je:

tada sila G poprima kritinu vrijednost Gc=2pa je prema tome Gc mjera otpora irenju pukotine (pukotinska ilavost).

Ako se uzme u obzir stvaranje zone plastifikacije oko vrka pukotine bit e .Potekoe oko odreivanja Gc s dovoljnom tonou dovele su do toga da su Grifithova teorija, a i njezina modifikacija izgubile praktino znaenje.Irwin je, meutim, predloio praktian nain mjerenja vrijednosti Gc tako da je mjerio promjenu potencijalne energije:

Ovaj postupak mjerenja osniva se na mjerenju promjene konstante podatljivosti uzorka s poveanjem pukotine.

14. Nejednakost vrstoe zavarenog spoja. Popratiti s odgovorajuim skicama.

Kao najvanije mehaniko svojstvo koje opisuje elastino-plastino i lomno ponaanje zavarenog spoja u sluaju preoptereenja ili koncentracije naprezanja, u novije vrijeme uzima se granica teenja materijala Rp0,2

- Uobiajeni parametar za opisivanje razine nejednakosti vrstoe izmeu pojedinih materijala je faktor nejednakosti vrstoe M (engl. mis-match factor) koji je izraen omjerom granice teenja materijala zavara i osnovnog materijala:

Razliite mogunosti nejednakosti vrstoe zavarenog spoja a) M > 1 (overmatching), b) M < 1 (undermatching), c) poetni undermatching se mijenja u overmatching zbog razliitih ovrsnua materijala

15. to je to 5? Kako se odreuje i usporedba sa ?

Da bismo razumjeli to znai 5, potrebno je prvo objasniti to je to . predstavlja pojavu kritinog otvaranja vrka pukotine prije nego to to se pukotina dalje nastavi iriti. Dakle to je ona mjera otvorenosti pukotine prije nego to ona dalje propagira. se jo naziva i CTOD (Crack Tip Opening Displacement) i moe se shvatiti kao parametar lomne ilavosti materijala. Postoje metode kojima se odreuje duljina mjerenjem otvorenosti usta pukotine CMOD (vidi 4. pitanje).

Otvaranje vrka pukotine se kao parametar mehanike loma izabire na osnovi eksperimentalnih opaanja lomnog ponaanja razliitih materijala. Ako materijal ima svojstvo izrazitog teenja,lom postaje kontroliran veliinom trajne deformacije. Sposobnost materijala da pri poveanju optereenja postie znaajan stupanj trajnih deformacija, pri emu se pukotina iri stabilno, predstavlja mjeru lomne ilavosti materijala. Stoga je mogue kod takvih materijala oekivati da e se pukotina iriti kad CTOD dosegne odreenu vrijednost. Ta vrijednost CTOD predstavlja znaajku materijala pri zadanoj temperaturi, utjecaju okolia, debljini konstrukcije i brzini deformacije.

5 je slina stvar kao i no u ovom sluaju predstavlja stvarno otvaranje pukotine u vrku. Postupak se razvio standardnim mjerenjem CTOD preko CMOD. Za vrijeme ispitivanja mjeri se udaljavanje dviju toaka na povrini epruvete, koje se nalaze na istoj visini i svaka u poetnom trenutku po 2,5 mm udaljena od vrka pukotine (slika ispod). Poetna udaljenost toaka od 5 mm je izabrana (odatle i indeks 5 uz ), jer se s jedne strane za tu udaljenost pokazalo najbolje podudaranje s CTOD (BS) rezultatima, a s druge strane je ta udaljenost dovoljno velika da predstavlja prosjek otvaranja vrka pukotine kroz debljinu epruvete. Isto tako 2,5 mm sa svake strane od simetrale pukotine je i dovoljno blizu vrka da daje neposrednu vrijednost otvaranja vrka pukotine, pa se CTOD ( 5) esto uzima i kao lokalni parametar lomne ilavosti. Za sluaj stabilnog prirasta pukotine, mogue je odrediti i krivulju 5 - a, koja predstavlja otpornost materijala prema stabilnom irenju pukotine.

Mjera pomaka 5 se privruje u navedene mjerne toke, koje se za vrijeme ispitivanja pomjeraju, usljed otvaranja pukotine. Otvaranjem mjeraa moe se utvrditi kritina vrijednost CTOD, odnosno najvee otvaranje vrka pukotine, za koje nije jo dolo do prirasta pukotine. Ukoliko je rast pukotine stabilan, jednom od tehnika (npr. pad elektrinog potencijala) prati se i rast pukotine, to rezultira izradom tzv. R krivulja otpornosti. Neposredno mjerenje CTOD ( 5) ima prednost u odnosu na standardne metode (BS i ASTM), jer nije potrebno tono odrediti faktor rotacije rp, ija vrijednost ovisi o geometriji uzorka. Isto tako se 5 mjera moe upotrijebiti i onda kad nije mogue postavljanje CMOD mjeraa (npr.CCT epruvete, koje imaju pukotinu u sredini irine ili kod posuda pod tlakom).

16. Brzina oslobaanja energije loma G

Irwin je 10 godina prije Ricea u koristei energetski pristup definirao brzinu oslobaanj energije G (engl. energy release rate), koja se mjeri s energijom potrebnom za prirast pukotine smjetene u beskonanoj vlano optereenoj ploi:

Kao to se vidi iz izraza (3.62) brzina oslobaanje energije G predstavlja brzinu promjene potencijalne energije s prirastom prijelomne povrine i esto se u literaturi naziva sila potrebna za irenje (razvoj) pukotine (engl. crack driving force). Numerikim putem je brzinu oslobaanja energije relativno lako izraunati, potrebno je samo simulirati pomak vorova u blizini vrka pukotine za neku vrijednost L a=(0,5% 2%) a (engl. virtual crack extension method), oitati vrijednost potencijalne energije prije i nakon pomjeranja vorova i po izrazu (3.62) izraunati G. Eksperimentalno mjerenje vrijednosti G predloio je Irwin. On je na vie CT uzoraka jednake geometrije, ali s razliitom duljinom pukotine a, uz F=const. mjerio promjenu podatljivosti C iz dijagrama F-L

17. Kada nastaje nestabilnost konstrukcije (netabilni lom)?

Nestabilnost konstrukcije ce izazvati ona sila Fnestab razvoja pukotine koja se tangencijalno dodiruje s krivuljom otpornosti R. U tocki tangentnog dodira dolazi do nestabilnog irenja pukotine, jer je sila irenja pukotine veca od otpornosti materijala prema stabilnom irenju pukotine. Taj se uvjet moe izraziti i matematicki: . Da bi se krivulja razvoja pukotine mogla uopce sjeci s krivuljom otpornosti (to jeza realne konstrukcije vjerojatnije nego tangentni dodir), nuno je da za maksimalno dosegnutu silu iz eksperimenta, MKE rezultati za pomake budu manji od onih izmjerenih eksperimentom. U protivnom se navedene dvije krivulje ne mogu niti dodirnuti, to automatski znaci nestabilan lom, bez prirasta pukotine. Stoga modeliranje epruveta pomocu konacnih elemenata mora biti to je moguce blie realnom stanju.

18. Pojasniti J-integral

Rice i kasnije Eshelby su uz pomo energetskog pristupa definirali parametar koji se za opisivanje lomnog ponaanja materijala moe univerzalno koristiti i u LEML (Linarno Elastina Meh Loma) i u EPML (Elasto Plastina Meh Loma). Taj krivuljni integral po putanji G oko vrka pukotine paralelne s osi x, koja lei u XY ravnini ima oblik

Raspisani izraz za J-integral:

Ukoliko krivuljom G nije obuhvaen singularitet, vrijednost J-integrala bit e jednaka nitici, u protivnom, ako se putanja zatvara oko pukotine, J 0. Teorijski bi vrijednost J-integrala trebala biti neovisna o putanji integracije, dakle numerikim putem trebalo bi dobiti istu vrijednost i za putanju u neposrednoj blizini vrka pukotine i za putanju koja prolazi daleko od plastine zone. To postaje upitno ukoliko integracijska krivulja prolazi kroz tzv. Procesnu zonu. Za sluaj malih zona teenja oko vrka pukotine (SSY) i ravninsko stanje naprezanja vrijedi sljedea ovisnost izmeu faktora intenzivnosti naprezanja KI i J-integrala:

Po Riceu J-integral predstavlja smanjivanje apsorbirane energije (U) usljed prirasta pukotine za vrijeme optereivanja pomakom, pa je mogue raunati J-integral iz nagiba tangente na krivulje. Tako za epruvetu sa zarezom na rubu vrijedi:

Primjena J-integrala u izvornom obliku kod zavarenih spojeva nejednake vrstoe, odnosno razliitih razina ogranienja, kao npr. nemogunost teenja zbog oblika lijeba zavara, utjecaj irine zavara, lokalna troosnost stanja naprezanja itd. je upitna. Naime, ovdje se kao koncentracije naprezanja pojavljuju prijelazna podruja izmeu dva materijala razliite vrstoe (npr. osnovni materijal i ZUT). Ukoliko su ta podruja udaljena od vrka pukotine, deformacije u tim podrujima ne utjeu izravno na lomno ponaanje oko vrka pukotine, tako da u eksperimentalnim snimanjima dijagrama sila F - vLL pomak, taj utjecaj nije vidljiv. Zbog toga je standardno eksperimentalno mjerenje J-integrala u ovim sluajevima ogranieno,odnosno neprimjereno.

J-integral se upotrebljava za opis polja naprezanja oko vrka pukotine u primjeru veih teenja materijala, nego to doputaju kriteriji LEML. Hutchinson , te Rice i Rosengren su neovisno pokazali da J-integral opisuje uvjete na vrku pukotine za nelinearno elastine materijale.

19. Pojasniti ilavost loma materijala.

Za dva razliita geometrijska uzorka do loma bi dolo pri jednakoj kritinoj vrijednosti faktora intenzivnosti naprezanja K. To vrijedi za idealno krhke materijale, odnosno za lom do kojeg je dolo bez teenja materijala i plastifikacije. U praksi se prije svakog loma pojavi odreen stupanj teenja materijala. Razumljivo je da je kod tanjih uzoraka ili konstrukcijskih elemenata radi mogunosti teenja u poprenom smjeru dominantno stanje RN, to ima za posljedicu vee zone teenja materijala (slika 3.7) i s tim i vie vrijednosti KI. Karakteristino za lom takvih uzoraka je pojava odreznih usana pod kutom od 45 prema osi optereenja. U sluaju uzorka vee debljine, u sredini uzorka se javlja stanje RD, to uzrokuje manje teenje materijala prije loma. Rezultat je lom pri niim vrijednostima kritinog faktora intenzivnosti naprezanja s pomicanjem odreznih usana prema rubu uzorka, uz vei udio odcjepno slomljene povrine. Na slici 3.8 je prikazana promjena kritinog faktora intenzivnosti naprezanja KI s debljinom uzorka i karakteristini izgledi presjeka nakon prijeloma. Kako se mijenja debljina uzorka, fronta propagacije pukotine je neravna, jer se krhki lom iri bre od duktilnog. Za odreenu debljinu Bmin vrijednost KI dostie svoj minimum pri stanju RD, pa dobivena vrijednost predstavlja ilavost loma KIc (engl. plain strain fracture toughness) i dalje se ne mijenja s poveanjem debljine uzorka. Amerika udruga za ispitivanja i materijale ASTM (American Society for Testing and Materials) je propisala standardni postupak za mjerenje lomne ilavosti pri stanju ravninske deformacije [38].

20. Koje standardne uzorke mehanike loma poznajete? Popratiti skicama.Standard predvida vie vrsta uzoraka, ali najcece se upotrebljavaju epruveta za savijanje sa zarezom na rubu (SENB single edge notch bend) i kompaktna vlacna epruveta (CT compact tension): a) CT. b) disk. c) SENB. d) lucna. e) MT: