fáradásos repedésterjedésre érvényes tervezési...

11

FFááradradáásos repedsos repedéésterjedsterjedéésre sre éérvrvéényes terveznyes tervezéési si ggöörbrbéék hegesztett szerkezetek integritk hegesztett szerkezetek integritáássáának nak

megmegííttééllééssééhezhez

Prof. Dr. Prof. Dr. LukLukáács cs JJáános nos Miskolci Egyetem, Miskolci Egyetem, AnyagszerkezettaniAnyagszerkezettani éés Anyagtechnols Anyagtechnolóógiai Intgiai Intéézet, zet,

HH--3515 Miskolc3515 Miskolc--EgyetemvEgyetemváárosros

27. Hegeszt27. Hegesztéési Konferenciasi Konferencia2014. m2014. máájus 22jus 22--24.24.

Budapest, Budapest, ÓÓbudai Egyetembudai Egyetem

TartalomTartalom

BevezetBevezetééss

FFááradradáásos repedsos repedéésterjedsterjedéési sebesssi sebesséég g vizsgvizsgáálatoklatok VizsgVizsgáált anyagminlt anyagminőősséégekgek

VizsgVizsgáálati klati köörrüülmlméényeknyek

A fA fááradradáásos repedsos repedéésterjedsterjedéésre sre éérvrvéényes nyes terveztervezéési gsi göörbrbéék meghatk meghatáározrozáásasa

RepedRepedéésszersszerűű hibhibáát tartalmazt tartalmazóó szerkezeti szerkezeti elem integritelem integritáássáának megnak megííttéélléésese

KKöövetkeztetvetkeztetééseksek

TartalomTartalom







Az Az éélettartam gazdlettartam gazdáálkodlkodáás rendszers rendszeréének nek mműűszaki dimenziszaki dimenzióójaja

Az Az éélettartam gazdlettartam gazdáálkodlkodáás rendszers rendszeréének nek alkalmazalkalmazáási lehetsi lehetőősséégeigei

a a terjedterjedőőkkéépespes éés a kritikus (s a kritikus (éértsd: rtsd: ttöönkremenkreme--neteltnetelt okozokozóó) reped) repedéésmsmééretek meghatretek meghatáározrozáásasa

a a terjedterjedőőkkéépespes repedrepedéésmsméérethez tartozrethez tartozóóéélettartam meghatlettartam meghatáározrozáásasa

a marada maradóó éélettartam flettartam füüggvggvéény meghatny meghatáározrozáása sa éés az azt befolys az azt befolyáásolsolóó hathatáások feltsok feltéérkrkéépezpezéése se (param(paramééterter-- vagy vagy éérzrzéékenyskenyséégvizsggvizsgáálat)lat)

a marada maradóó éélettartam becsllettartam becsléése se megbmegbíízhatzhatóóssáá--ggáánaknak megmegííttéélléésese

kkáárosodrosodáási paramsi paramééter(ter(ekek) ) éés ks káárosodrosodáási si ffüüggvggvéény(ny(ekek) sz) száámmííttáásasa

Alkalmazott tAlkalmazott töörréésmechanikasmechanika

22

A fA fááradradáásos repedsos repedéésterjedsterjedéés kinetikai diagramjas kinetikai diagramja

A feszA feszüültsltséégintenzitgintenzitáási tsi téényeznyezőő tartomtartomáánynyáának knak küüszszööbbéértrtéékeke ((ΔΔKKthth))A A ParisParis--ErdoganErdogan öösszefsszefüüggggéés s áállandllandóói i (C and n)(C and n)A feszA feszüültsltséégintenzitgintenzitáási tsi téényeznyezőő tartomtartomáánynyáának kritikus nak kritikus éértrtéékeke((ΔΔKKfcfc))

R = R = áállandllandóóT = T = áállandllandóó

FFááradradáásos repedsos repedéésterjedsterjedéésre sre éérvrvéényes terveznyes tervezéési si ggöörbrbééket tartalmazket tartalmazóó elelőőíírráásoksok

ASME BPVCASME BPVC--19771977 →→ 20102010

BSI PD 6493BSI PD 6493--19801980

BS 7910BS 7910--19991999

WES 2805WES 2805--19801980

MerkblattMerkblatt DVS 2401 DVS 2401 TeilTeil 11 19821982

DDnnV CV CNN, Note No. 30.2, Note No. 30.2.. 19841984

IIW SSTIIW SST--10931093--8888..

A fA fááradradáásos repedsos repedéésterjedsterjedéésre sre éérvrvéényes terveznyes tervezéési si ggöörbrbéék szerkezete (BS 7910)k szerkezete (BS 7910) A kutatA kutatóó munka cmunka céélkitlkitűűzzééseisei

KKüüllöönbnböözzőő anyagok fanyagok fááradradáásos sos repedrepedéésterjesterje--ddéésselssel szembeni ellenszembeni ellenáálllláássáának jellemznak jellemzéése se terveztervezéési gsi göörbrbéékkelkkel a vizsga vizsgáálati eredmlati eredméények statisztikai elemznyek statisztikai elemzéésséévelvel

a a ParisParis--ErdoganErdogan öösszefsszefüüggggéésre sre ééppíítvetve

FFááradradáásos repedsos repedéésterjedsterjedéésre sre éérvrvéényes nyes terveztervezéési gsi göörbrbéék meghatk meghatáározrozáásasa kküüllöönbnböözzőő anyagokra anyagokra éés hegesztett ks hegesztett kööttééseikreseikre

kküüllöönbnböözzőő terhelterheléési feltsi feltéételek melletttelek mellett

A tervezA tervezéési gsi göörbrbéék alkalmazk alkalmazáása szerkezetek sa szerkezetek integritintegritáássáának megnak megííttééllééssééhez (szhez (száámmííttáások)sok)

TartalomTartalom







FFáárasztrasztóóvizsgvizsgáálatlatNagyszilNagysziláárdsrdsáággúú acacééll Fizikai szimulFizikai szimuláácicióó

AlumAlumííniumniumöötvtvöözetzet NSTNST HTTHTT HAZHAZ LCFLCF HCFHCF FCGFCG

AlapanyagAlapanyag‐‐11: BM1: BM1

Hegesztett kHegesztett kööttééss‐‐11: BM1/WJ1: BM1/WJ1


AlapanyagAlapanyag‐‐11: BM2: BM2



NST: NST: zzéérus szilrus sziláárdsrdsáághoz tartozghoz tartozóóhhőőmméérsrséékletklet

LCF: LCF: kiscikluskisciklusúú ffáárasztrasztááss

HTT: HTT: melegszakmelegszakííttááss((hevhevííttééses, hevses, hevííttéésesses‐‐visszahvisszahűűttéésesses))

HCF: HCF: nagyciklusnagyciklusúú ffáárasztrasztááss

HAZ: HAZ: hhőőhathatáássöövezetivezeti szimulszimuláácicióó FCG: FCG: ffááradradáásos repedsos repedéésterjedsterjedééss

33

BM2/WJ2: BM2/WJ2: S960QLS960QL//GGMAWMAW‐‐umum

FFáárasztrasztóóvizsgvizsgáálatlatNagyszilNagysziláárdsrdsáággúú acacééll Fizikai szimulFizikai szimuláácicióó

NSTNST HTTHTT HAZHAZ LCFLCF HCFHCF FCGFCG

BM1: BM1: S690QLS690QL

BM1/WJ1: BM1/WJ1: S690QLS690QL//GMAWGMAW‐‐mm

BM1/WJ2: BM1/WJ2: S690QLS690QL//GGMMAWAW‐‐omom

BM2: BM2: S960QLS960QL

BM2/WJ1: BM2/WJ1: S960QLS960QL//GMAWGMAW‐‐mm

BM2/WJ2: 6082BM2/WJ2: 6082‐‐T6/GT6/GTTAWAW

BM1/WJ3: 5754BM1/WJ3: 5754‐‐H22/GMAWH22/GMAW

FFáárasztrasztóóvizsgvizsgáálatlatAlumAlumííniumniumöötvtvöözetzet Fizikai szimulFizikai szimuláácicióó

NSTNST HTTHTT HAZHAZ LCFLCF HCFHCF FCGFCG

BM1: AlMg3 and 5754BM1: AlMg3 and 5754‐‐H22H22

BM1/WJ1: 5754BM1/WJ1: 5754‐‐H22/FSWH22/FSW

BM1/WJ2: 5754BM1/WJ2: 5754‐‐H22/GH22/GTTAWAW

BM2: 6082BM2: 6082‐‐T6T6

BM2/WJ1: 6082BM2/WJ1: 6082‐‐T6/FSWT6/FSW

BM2/WJBM2/WJ33: 6082: 6082‐‐T6/GT6/GMMAWAW

A vizsgA vizsgáált anyagminlt anyagminőősséégek gek éés hegesztett ks hegesztett kööttééseik seik legfontosabb sajlegfontosabb sajáátosstossáágaigai

––––––XABO 1100XABO 1100nagyszilnagysziláárdsrdsáággúú

UNION X 96UNION X 9682 82 ArAr + 18 CO+ 18 CO22VFI (ISO kVFI (ISO kóód: 135)d: 135)S960QLS960QLnagyszilnagysziláárdsrdsáággúú

IINEFIL NEFIL NNiiMMooCCrr82 82 ArAr + 18 CO+ 18 CO22VFI (ISO kVFI (ISO kóód: 135)d: 135)S690QLS690QLnagyszilnagysziláárdsrdsáággúú

––––––QStE690TMQStE690TMnagyszilnagysziláárdsrdsáággúú

XX--90 IG90 IG82 82 ArAr + 18 CO+ 18 CO22VFI (ISO kVFI (ISO kóód: 135)d: 135)X80TMX80TMnagyszilnagysziláárdsrdsáággúú

Union K56Union K5680 80 ArAr + 20 CO+ 20 CO22VFI (ISO kVFI (ISO kóód: 135)d: 135)E420CE420Cmikromikroöötvtvöözzöötttt

VIHVIH--22100 CO100 CO22VFI (ISO kVFI (ISO kóód: 135)d: 135)37C37Cmikromikroöötvtvöözzöötttt

HozaganyagHozaganyagVVééddőőggáázzHegesztHegesztőő eljeljáárráássAnyagminAnyagminőőssééggAcAcéél tl tíípuspus

A vizsgA vizsgáált alapanyagok (lt alapanyagok (aaaa) ) éés hegeszts hegesztőő hozaganyagok (ha) hozaganyagok (ha) vegyi vegyi öösszetsszetéétele, tele, ttöömeg%meg%

––––––––––1.901.900.800.800.120.12UNION X96 haUNION X96 ha

0.100.100.0010.0010.0410.0410.0010.0010.0100.0101.011.010.310.310.160.16S690QL S690QL aaaa

0.0900.090––––0.0070.0070.0070.0071.6001.6000.5000.5000.0800.080NEFIL NIMOCR haNEFIL NIMOCR ha

0.0410.0410.0160.0160.0560.0560.0010.0010.0090.0091.241.240.220.220.160.16S960QL S960QL aaaa

0.0700.0700.0010.0010.0250.0250.00200.00200.0120.0120.980.980.290.290.160.16XABO 1100 XABO 1100 aaaa

––––––––––1.751.750.600.600.100.10BBööhlerhler X90X90--IG haIG ha

0.0610.0610.040.040.0410.0410.0020.0020.0110.0111.751.750.290.290.0770.077QStE690TM QStE690TM aaaa

––0.0460.0460.0360.0360.0020.0020.0120.0121.841.840.300.300.080.08X80TM X80TM aaaa

0.0200.020––0.0200.0200.0200.0200.0200.0201.701.701.101.100.100.10UNION K56 haUNION K56 ha

0.0450.0450.0350.0350.0250.0250.0130.0130.0270.0271.441.440.460.460.180.18E420C E420C aaaa

––––––0.0270.027--0.0300.030

0.0110.011--0.0170.017

0.690.69--0.980.98

0.400.40--0.630.63

0.080.08--0.10.1

VIHVIH--2 ha2 ha

0.0230.0230.0210.0210.0160.0160.0160.0160.0290.0290.890.890.380.380.150.1537C 37C aaaa

VVNbNbAlAlSSPPMnMnSiSiCCAnyagminAnyagminőősséégg

A vizsgA vizsgáált alapanyagok (lt alapanyagok (aaaa) ) éés hegeszts hegesztőő hozaganyagok (ha) hozaganyagok (ha) vegyi vegyi öösszetsszetéétele, tele, ttöömeg%meg%

––––––0.550.552.352.350.450.45––UNION X96 haUNION X96 ha

0.00150.00150.0030.0030.0160.0160.2050.2050.210.210.610.610.0150.015S690QL S690QL aaaa

––––––0.2500.2501.5001.5000.3000.3000.1200.120NEFIL NIMOCR haNEFIL NIMOCR ha

0.0010.0010.0030.0030.0040.0040.5810.5810.050.050.190.190.010.01S960QL S960QL aaaa

0.00020.00020.00490.00490.0010.0010.510.511.931.930.660.660.0400.040XABO 1100 XABO 1100 aaaa

––––––0.450.452.52.50.300.30––BBööhlerhler X90X90--IG haIG ha

––––0.0240.0240.320.320.520.520.0370.0370.330.33QStE690TM QStE690TM aaaa

––0.00510.00510.0180.018––––––––X80TM X80TM aaaa

––––––––––––––UNION K56 haUNION K56 ha

––––––––0.030.030.060.060.080.08E420C E420C aaaa

––––––––––––––VIHVIH--2 ha2 ha

––––––––––––––37C 37C aaaa

BBNNTiTiMoMoNiNiCrCrCuCuAnyagminAnyagminőősséégg

A vizsgA vizsgáált alapanyagok (lt alapanyagok (aaaa) ) éés hegeszts hegesztőő hozaganyagok (ha) hozaganyagok (ha) mechanikai tulajdonsmechanikai tulajdonsáágaigai

––>13720>13720>14>140.9490.949>980>980>930>930UNION X96 haUNION X96 ha

––144501445017.017.00.9520.952850850809809S690QL S690QL aaaa

––155801558019.019.00.9150.915820820750750NEFIL NIMOCR haNEFIL NIMOCR ha

––161121611216.016.00.9640.9641045104510071007S960QL bS960QL b

%%N/mmN/mm22 * %* %%%––N/mmN/mm22N/mmN/mm22

––14729147292)2)11.011.02)2)0.8400.8401339133911251125XABO 1100 bXABO 1100 b

––150401504016.016.00.9470.947940940890890BBööhlerhler X90X90--IG haIG ha

––155551555518.318.30.9180.918850850780780QStE690TM QStE690TM aaaa

73.173.1156871568725.125.10.8640.864625625540540X80TM X80TM aaaa

––123201232022.022.00.6940.694--0.8930.893560560--720720500500UNION K56 haUNION K56 ha

––182661826630.730.70.7560.756595595450450E420C E420C aaaa

40.940.9--63.963.9117701177022.022.0--24.824.80.7660.766--0.8290.829535535--585585410410--485485VIHVIH--2 ha2 ha

63.563.5135671356733.533.50.6660.66640540527027037C 37C aaaa

ZZRRmm * A* A55AA55RRyy//RRmmRRmmRRyy1)1)AnyagminAnyagminőősséégg

1)1) RRyy jelentjelentéése se RReHeH vagy Rvagy Rp0.2p0.2..2)2) EnnEnnéél az anyagminl az anyagminőősséégngnéél Al A55 helyett of Ahelyett of A9797..

44

A vizsgA vizsgáált alapanyagok elhelyezkedlt alapanyagok elhelyezkedéése a se a szakadszakadáási nysi nyúúllááss--szakszakííttóószilsziláárdsrdsáág diagrambang diagramban

37 C37 CE420 CE420 C

X80 TMX80 TM QStE690 TMQStE690 TM

XABO 1100XABO 1100S960QLS960QL

S690QLS690QL

TartalomTartalom








ASTM E 647 elASTM E 647 előőíírráás szerints szerint prpróóbatestek: TPB batestek: TPB éés CTs CT vizsgvizsgáálati mlati móódszerek (terheldszerek (terheléési fsi füüggvggvéények)nyek)

KK--cscsöökkentkkentééses vizsgses vizsgáálatlat áállandllandóó terhelterheléésamplitsamplitúúddóójjúú vizsgvizsgáálatlat

terhelterheléés aszimmetria ts aszimmetria téényeznyezőő: R = 0.1: R = 0.1 a terjeda terjedőő repedrepedéés ks köövetvetéésséének mnek móódszeredszere

optikai moptikai móódszerdszer compliancecompliance mmóódszerdszer

szobahszobahőőmméérsrséékletklet laboratlaboratóóriumi kriumi köözegzeg szinusz alakszinusz alakúú terhelterheléési fsi füüggvggvéényny berendezberendezéés: MTS 312s: MTS 312

MTS MTS gygyáártmrtmáánynyúú univerzuniverzáális anyagvizsglis anyagvizsgáállóó rendszer a Miskolci rendszer a Miskolci Egyetem Egyetem AnyagszerkezattaniAnyagszerkezattani éés Anyagtechnols Anyagtechnolóógiai Intgiai Intéézetzetéébenben

ipari kameraipari kamera

monitormonitor

A prA próóbatestek elhelyezkedbatestek elhelyezkedéése az S690QL se az S690QL éés az s az S960QL alapanyagok hegesztett kS960QL alapanyagok hegesztett kööttééseibenseiben

RD = hengerlRD = hengerléési irsi iráányny

TartalomTartalom







55

A A ffááradradáásossos repedrepedéésterjedsterjedéésresre éérvrvéényesnyesterveztervezéésisi ggöörbrbéékk meghatmeghatáározrozáásasa

a ma méérréési eredmsi eredméények meghatnyek meghatáározrozáásasa a ma méérréési eredmsi eredméények statisztikai mintnyek statisztikai mintáákba kba

rendezrendezéésese a minta mintáák lek leíírráássáára alkalmas eloszlra alkalmas eloszláásfsfüüggvggvéény ny

ttíípuspusáának megvnak megváálasztlasztáásasa az eloszlaz eloszláásfsfüüggvggvéények paramnyek paraméétereinek tereinek

meghatmeghatáározrozáásasa az eloszlaz eloszláásfsfüüggvggvéények karakterisztikus nyek karakterisztikus

éértrtéékeinek megvkeinek megváálasztlasztáásasa a fa fááradradáásos repedsos repedéésterjedsterjedéésre sre éérvrvéényes nyes

terveztervezéési gsi göörbrbéék paramk paraméétereinek sztereinek száámmííttáásasa

A A ffááradradáásossos repedrepedéésterjedsterjedéésresre éérvrvéényesnyes terveztervezéésisiggöörbrbéékk meghatmeghatáározrozáássáánnaak k 1. l1. lééppééssee

a ma méérréési eredmsi eredméények meghatnyek meghatáározrozáásasa ΔΔKKthth, n , n ééss C aC azz ASTM E 647ASTM E 647 elelőőíírráás szerints szerint

ΔΔKKfcfc a ta tööretfelretfelüületen sztereleten sztereóó mikroszkmikroszkóóppal mppal méért repedrt repedéésmsmééret ret alapjalapjáánn

a ma méérréési eredmsi eredméények statisztikai mintnyek statisztikai mintáákba rendezkba rendezéésese

a minta mintáák lek leíírráássáára alkalmas eloszlra alkalmas eloszláásfsfüüggvggvéény ny ttíípuspusáának megvnak megváálasztlasztáásasa

az eloszlaz eloszláásfsfüüggvggvéények paramnyek paraméétereinek meghattereinek meghatáározrozáásasa

az eloszlaz eloszláásfsfüüggvggvéények karakterisztikus nyek karakterisztikus éértrtéékeinek keinek megvmegváálasztlasztáásasa

a fa fááradradáásos repedsos repedéésterjedsterjedéésre sre éérvrvéényes terveznyes tervezéési si ggöörbrbéék paramk paraméétereinek sztereinek száámmííttáásasa

Az S960QL alapanyag hegesztett kAz S960QL alapanyag hegesztett kööttééseibseibőől kl kéészszíített 21 tett 21 orientorientáácicióójjúú prpróóbatestek repedbatestek repedéésmsmééretret--igigéénybevnybevéételi szteli száám m

(a(a--N) gN) göörbrbééii

0

5

10

15

20

25

0 100000 200000 300000 400000 500000 600000 700000 800000 900000

Igénybevételi szám, N, ciklus

Rep

edés

mér

et, a

, mm

9-GMAWm-FCG-21W1

9-GMAWm-FCG-21W2

9-GMAWm-FCG-21W3

9-GMAWm-FCG-21W4

9-GMAWm-FCG-21W5

9-GMAWm-FCG-21W6

9-GMAWm-FCG-21W7

9-GMAWm-FCG-21W8

Az S960QL alapanyag hegesztett kAz S960QL alapanyag hegesztett kööttééseibseibőől kl kéészszíített 21 tett 21 orientorientáácicióójjúú prpróóbatestek kinetikai diagramjai (da/batestek kinetikai diagramjai (da/dNdN--ΔΔKK))

1,0E-07

1,0E-06

1,0E-05

1,0E-04

1,0E-03

1,0E-02

1,0E-01

1,0E+00

10 100 1000

Feszültségintenzitási tényező tartománya, K, MPam1/2

Fá

rad

áso

s r

ep

ed

és

terj

edé

si s

eb

es

ség

,d

a/d

N,

mm

/cik

lus

9-GMAWm-FCG-21W1

9-GMAWm-FCG-21W2

9-GMAWm-FCG-21W3

9-GMAWm-FCG-21W4

9-GMAWm_FCG-21W5

9-GMAWm-FCG-21W6

9-GMAWm-FCG-21W7

9-GMAWm-FCG-21W8

AzAz S960QL S960QL jeljelűű acacééll hegesztetthegesztett kkööttééseibseibőőll kkéészszüültlt 21 21 orientorientáácicióójjúú prpróóbatestekenbatesteken elvelvéégzettgzett FCGFCG vizsgvizsgáálatoklatok

eredmeredméényeinyei

117,79117,790,98970,98975,3305,3306,678E6,678E--141499--GMAWmGMAWm--FCGFCG--21W821W8








MPamMPam1/21/2––MPamMPam1/21/2 éés mm/cikluss mm/ciklus

∆∆KKfcfcKorrelKorreláácicióós indexs indexnnCCA prA próóbatest jelebatest jele


a ma méérréési eredmsi eredméények meghatnyek meghatáározrozáásasa

a ma méérréési eredmsi eredméények statisztikai mintnyek statisztikai mintáákba rendezkba rendezéésese WilcoxonWilcoxon prpróóbaba





66

0.04460.04464.5744.574102.68102.6855LL--SS

0.25190.25190.6150.6152.4412.44155TT--LL

0.23900.23900.9460.9463.9593.95955TT--SSnn

0.07310.07310.2730.2733.7353.73555LL--SS

0.06700.06708.3858.385125.11125.1155TT--LL

SzSzóórráási si egyegyüütthattthatóó

SzSzóórráássÁÁtlagtlagA minta A minta elemszelemszáámama

OrientOrientáácicióóMMéérrőőszszáámm

0.05470.05475.5535.553101.45101.451010TT--S and LS and L--SS

0.06670.06676.6856.685100.22100.2255TT--SSKKfcfc

0.17340.17340.6670.6673.8473.8471010TT--S and LS and L--SS

AzAz S960QL S960QL jeljelűű acacééllbbóóll kkéészszüült klt küüllöönbnböözzőő orientorientáácicióójjúúprpróóbatestekenbatesteken elvelvéégzettgzett FCG FCG vizsvizsggáálatoklatok eredmeredméényeibnyeibőőll

kkéépzettpzett mintmintáákk

AzAz S960QL S960QL jeljelűű acacééll hegesztetthegesztett kkööttééseibseibőőll kkéészszüültlt 21 21 orientorientáácicióójjúú prpróóbatestekenbatesteken elvelvéégzettgzett FCG FCG vizsvizsggáálatoklatok

eredmeredméényeibnyeibőőll kkéépzettpzett mintmintáákk

0.1340.1340.5940.5944.4454.4458821W21Wnn

SzSzóórráási si egyegyüütthattthatóó

SzSzóórráássÁÁtlagtlagA minta A minta elemszelemszáámama

OrientOrientáácicióóMMéérrőőszszáámm

0.1140.11413,2013,20115.5115.58821W21WKKfcfc




a minta mintáák lek leíírráássáára alkalmas eloszlra alkalmas eloszláásfsfüüggvggvéény ny ttíípuspusáának megvnak megváálasztlasztáásasa ShapiroShapiro--WilkWilk prpróóbaba

KolmogorovKolmogorov vagyvagy KolmogorovKolmogorov--Smirnov prSmirnov próóbaba

ΧΧ22 prpróóbaba




LehetsLehetsééges eloszlges eloszláásoksok

normnormáálislis eloszleloszlááss

logaritmikus normlogaritmikus normáális eloszllis eloszlááss

kkéét paramt paramééteres teres WeibullWeibull eloszleloszláás s

hhááromrom paramparamééteresteres WeibullWeibull eloszleloszlááss





a (kiva (kiváálasztott) hlasztott) háárom paramrom paramééteres teres WeibullWeibull eloszleloszláás s eloszleloszláásfsfüüggvggvéényei paramnyei paraméétereinek meghattereinek meghatáározrozáásasa



/1

0Nxexp1xF


a ma méérréési eredmsi eredméények meghatnyek meghatáározrozáásasa a ma méérréési eredmsi eredméények statisztikai mintnyek statisztikai mintáákba rendezkba rendezéésese a minta mintáák lek leíírráássáára alkalmas eloszlra alkalmas eloszláásfsfüüggvggvéény ny

ttíípuspusáának megvnak megváálasztlasztáásasa az eloszlaz eloszláásfsfüüggvggvéények paramnyek paraméétereinek meghattereinek meghatáározrozáásasa az eloszlaz eloszláásfsfüüggvggvéények karakterisztikus nyek karakterisztikus éértrtéékeinek keinek

megvmegváálasztlasztáásasa ΔΔKKthth a a 95% 95% valvalóószszíínnűűssééghez tartozghez tartozóó éértrtéékk n n azaz 5% 5% valvalóószszíínnűűssééghez tartozghez tartozóó éértrtéékk ΔΔKKfcfc azaz 5% 5% valvalóószszíínnűűssééghez tartozghez tartozóó éértrtéékk


77

A A terveztervezéésisi hathatáárgrgöörbrbéékk szszáármaztatrmaztatáássáánaknak mmóódszeredszere ééss a a hathatáárgrgöörberbe elvielvi alakjaalakja

A A ParisParis--ErdoganErdogan öösszefsszefüüggggéés s kitevkitevőőjeje (n) (n) éés s áállandllandóójaja (C) (C) kköözzöötti kapcsolattti kapcsolat

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

-17 -15 -13 -11 -9 -7 -5

Paris-Erdogan constant, lgC

Par

is-E

rdo

ga

n e

xpo

ne

nt,

n

Base materials (mode I and I+II)

Welded joints (mode I)

Linear (Base materials (mode I and I+II))

Linear (Welded joints (mode I))

Mode I: KMixed mode I+II: Keff

da/dN: mm/cycle; K, Keff: MPa m1/2


a ma méérréési eredmsi eredméények meghatnyek meghatáározrozáásasa a ma méérréési eredmsi eredméények statisztikai mintnyek statisztikai mintáákba kba

rendezrendezéésese a minta mintáák lek leíírráássáára alkalmas eloszlra alkalmas eloszláásfsfüüggvggvéény ny

ttíípuspusáának megvnak megváálasztlasztáásasa az eloszlaz eloszláásfsfüüggvggvéények paramnyek paraméétereinek tereinek

meghatmeghatáározrozáásasa az eloszlaz eloszláásfsfüüggvggvéények karakterisztikus nyek karakterisztikus

éértrtéékeinek megvkeinek megváálasztlasztáásasa a fa fááradradáásos repedsos repedéésterjedsterjedéésre sre éérvrvéényes nyes

terveztervezéési gsi göörbrbéék paramk paraméétereinek sztereinek száámmííttáásasa

A A kküüllöönbnböözzőő alapanyagokalapanyagok ((aaaa)) ééss hegesztetthegesztett kkööttééseikseik ((hkhk))terveztervezéésisi ggöörbrbééinekinek paramparaméétereiterei

95951.36 E1.36 E--08082.752.75––S960QL S960QL hkhk

kidolgozkidolgozáás alatts alattS690QL S690QL aaaa

kidolgozkidolgozáás alatts alattS690QL S690QL hkhk

94943.50 E3.50 E--07071.801.80––S960QL S960QL aaaa

––

––

––

––

––1)1)

8.08.0

––1)1)

10.410.4

MPamMPam1/21/2

KKthth

1041044.00 E4.00 E--07071.761.76XABO 1100 XABO 1100 aaaa

––3.27 E3.27 E--07071.821.82QStE690TM QStE690TM aaaa

––3.13 E3.13 E--07071.861.86X80TM X80TM hkhk

1291293.74 E3.74 E--07071.781.78X80TM X80TM aaaa

1011011.16 E1.16 E--08082.742.74E420C E420C hkhk

92929.78 E9.78 E--08082.262.26E420C E420C aaaa

70702.42 E2.42 E--09093.163.1637C 37C hkhk

53538.22 E8.22 E--09092.982.9837C 37C aaaa

MPamMPam1/21/2mm/mm/cyclecycle, MPam, MPam1/21/2

KKfcfcCCnnAnyagminAnyagminőősséégg

1)1) A maradA maradóó feszfeszüültsltséégek jelleggek jellegéének ismeretnek ismeretéében az alapanyagra kapott ben az alapanyagra kapott éértrtéékbkbőől szl száármaztathatrmaztathatóó..

A fA fááradradáásos sos repedrepedéésterjesterje--ddéésresre meghatmeghatáározott rozott terter--vezvezéésisi ggöörbrbéékk(EGYSZER(EGYSZERŰŰ KAPCSOLAT)KAPCSOLAT)

1,0E-07

1,0E-06

1,0E-05

1,0E-04

1,0E-03

1,0E-02

1 10 100 1000A feszültségintenzitási tényező tartománya, K, MPam1/2

Fá

rad

áso

s r

ep

ed

ést

erj

ed

ési

se

be

ssé

g,

da/

dN

, m

m/c

iklu

s

37C alapanyag

37C hegesztett kötés

E420C alapanyag

E420C hegesztett kötés

X80TM alapanyag

X80TM hegesztett kötés

QStE690TM alapanyag

S960QL alapanyag

S960QL hegesztett kötés

XABO 1100 alapanyag

A sajA sajáát vizsgt vizsgáálatok latok éés az irodalmi adatok s az irodalmi adatok öösszehasonlsszehasonlííttáásasa

125.11125.112.442.44––1045104510071007S960QLS960QL

320.73320.732.062.06––560560--720720≥≥500500TRIP_28670TRIP_28670

100.41100.412.552.555.725.72595595450450E420CE420C

261.01261.012.202.20––790790--820820350350--380380DP_25156DP_25156

sajsajáát vizsgt vizsgáálatoklatoksajsajáát vizsgt vizsgáálatoklatok

116.41116.412.002.00––1339133911251125XABO 1100XABO 1100

irodalmi adatokirodalmi adatok

88882.72.72.72.7850850810810NN--AA--XTRA 70XTRA 70

––2.392.39––850850780780QStE690TMQStE690TM

7070--75752.52.5--2.72.74.34.3--5.25.2––600600--680680H75H75--33

136.57136.572.492.49––625625540540X80TMX80TM

50503.83.85.95.9630630500500H60H60--33

45453.73.75.55.5440440280280St38bSt38b--22

62.7062.703.603.607.697.6940540527027037C37C

MPamMPam1/21/2mm/mm/cyclecycle, MPam, MPam1/21/2MPamMPam1/21/2N/mmN/mm22N/mmN/mm22

KKfcfcnnKKththRRmmRRyyAnyagminAnyagminőősséégg

88

TartalomTartalom







RepedRepedéésszersszerűű hibhibáát tartalmazt tartalmazóó szerkezeti elem szerkezeti elem integritintegritáássáának megnak megííttéélléésese

BelsBelsőő nyomnyomáássalssal terheltterhelt, , fféélelliptikuslelliptikus, , belsbelsőő, , sugsugáárirriráánynyúú, , felfelüületileti repedrepedééstst tartalmaztartalmazóó cscsőő

Szerkezeti elem modellSzerkezeti elem modellGyGyöökhiba cskhiba csőő kköörvarratrvarratáábanban

2

2 1 1

1

aa a

ia

i

RpK Y a

RR

R

2

2 1 1

1

ac c

ia

i

RpK Y a

RRR

1 2 3

1, , ,

1a

a a a a a aY Y Y Y

c t c t c tat

4 5 6

1, , ,

1c

a a a a a aY Y Y Y

c t c t c tat

GyGyöökhiba cskhiba csőő kköörvarratrvarratáábanbanA feszA feszüültsltséégintenzitgintenzitáási tsi téényeznyezőők (k (KKaa, , KKcc) ) éés a geometriai s a geometriai

ffüüggvggvéények (nyek (YYaa, , YYcc))

GyGyöökhiba cskhiba csőő kköörvarratrvarratáábanbanA szA száámmííttáások alapadataisok alapadatai

Külső átmérő: dk = 355.7 mm Falvastagság: t = 7.5 mm Belső sugár: Ri = 170.35 mm Külső sugár: Ra = 177.85 mm

Belső nyomás: p = 63 bar = 6.3 MPa

Anyagminőség: A 37 (MSZ 29-1986) Folyási határ: ReH ≥ 235 N/mm2

Szakítószilárdság: Rm = 350-500 N/mm2

Szakadási nyúlás: A5 ≥ 25 %

tabla5

A kA köörvarrat szrvarrat száámama a, mma, mm 2c, mm2c, mm a/ta/t a/ca/c

XX--671671 2.52.5 450450 0.3330.333 0.0110.011

XX--673673 33 5050 0.4000.400 0.1290.129

XX--672672 33 120120 0.4000.400 0.0500.050

GyGyöökhiba cskhiba csőő kköörvarratrvarratáábanbanAz elemzett hibAz elemzett hibáák mk mééretei retei éés ms mééretarretaráányainyai

99

Gyökhiba cső körvarratábanKarakterisztikus anyagi mérőszámok

Kvázistatikus igénybevétel

KIc = 20-138 MPa m1/2Különböző csőtávvezetéki acélok

KIc = 79-177 MPa m1/2DX 52 acél

KIc = 346 MPa m1/2ASTM A 106 acél

IsmIsméétltlőőddőő igigéénybevnybevéételtel

HasznHasznáálhatlhatóó adatot az irodalomban (AKKOR) nem taladatot az irodalomban (AKKOR) nem talááltunk.ltunk.

8.28.27.57.50.0500.0500.4000.40012012033XX--672672

7.17.17.67.60.1290.1290.4000.400505033XX--673673

7.37.36.66.60.0110.0110.3330.3334504502.52.5XX--671671

MPamMPam1/21/2mmmmszszáámama

KKccKKaaa/ca/ca/ta/t2c2caaA kA köörvarrat rvarrat

GyGyöökhiba cskhiba csőő kköörvarratrvarratáábanbanA A kvkváázistatikuszistatikus igigéénybevnybevéétellel elvtellel elvéégzett szgzett száámmííttáások sok


Összehasonlítás és következtetések Ka < KIc és Kc < KIc

A repedésszerű (és repedésként modellezett) hibák terjedése kvázistatikus igénybevétel esetén nem valószínűsíthető.

Biztonsági tényező (KIc/Ki) csak nagy bizonytalansággal határozható meg (346/6.6 = 52.4; 20/8.2 = 2.4).

A repedA repedéés s terjedterjedőőkkéépesspesséégege ismisméétltlőőddőőigigéénybevnybevéételntelnééll

A feszA feszüültsltséégintenzitgintenzitáási tsi téényeznyezőő tartomtartomáánynyáának knak küüszszööbb--éértrtééke a terhelke a terheléés aszimmetria ts aszimmetria téényeznyezőő ffüüggvggvéénynyéébenben

6.6 MPam6.6 MPam1/21/2

8.2 MPam8.2 MPam1/21/2

A A kküüllöönbnböözzőő alapanyagokalapanyagok ((aaaa)) ééss hegesztetthegesztett kkööttééseikseik ((hkhk))terveztervezéésisi ggöörbrbééinekinek paramparaméétereiterei

95951.36 E1.36 E--08082.752.75––S960QL S960QL hkhk

kidolgozkidolgozáás alatts alattS690QL S690QL aaaa

kidolgozkidolgozáás alatts alattS690QL S690QL hkhk

94943.50 E3.50 E--07071.801.80––S960QL S960QL aaaa

––

––

––

––

––1)1)

8.08.0

––1)1)

10.410.4

MPamMPam1/21/2

KKthth

1041044.00 E4.00 E--07071.761.76XABO 1100 XABO 1100 aaaa

––3.27 E3.27 E--07071.821.82QStE690TM QStE690TM aaaa

––3.13 E3.13 E--07071.861.86X80TM X80TM hkhk

1291293.74 E3.74 E--07071.781.78X80TM X80TM aaaa

1011011.16 E1.16 E--08082.742.74E420C E420C hkhk

92929.78 E9.78 E--08082.262.26E420C E420C aaaa

70702.42 E2.42 E--09093.163.1637C 37C hkhk

53538.22 E8.22 E--09092.982.9837C 37C aaaa

MPamMPam1/21/2mm/mm/cyclecycle, MPam, MPam1/21/2

KKfcfcCCnnAnyagminAnyagminőősséégg

1)1) A maradA maradóó feszfeszüültsltséégek jelleggek jellegéének ismeretnek ismeretéében az alapanyagra kapott ben az alapanyagra kapott éértrtéékbkbőől szl száármaztathatrmaztathatóó..

1,0E-06

1,0E-05

1,0E-04

1,0E-03

1,0E-02

1 10 100A feszültségintenzitási tényező tartománya, K, MPam1/2

Fár

adás

os

rep

edés

terj

edés

i se

bes

ség

, da/

dN, m

m/c

iklu

s

37C alapanyag

37C hegesztett kötés

a/c = a/c = áállandllandóó

KKaa = f(= f(σσ, , YYaa(a), a) = f(a)(a), a) = f(a)

KKcc = f(= f(σσ, , YYcc(a), a) = f(a)(a), a) = f(a)

da/da/dNdN = C[= C[KKaa(a)](a)]nn

da/da/dNdN = C[= C[KKcc(a)](a)]nn

ima

fc

i

a

a

daN

daa

dN

KKthth = 10.4 MPam= 10.4 MPam1/21/2

KKfcfc = 70 MPam= 70 MPam1/21/2

n = 3.16n = 3.16C = 2.42.EC = 2.42.E--0909

GyGyöökhiba cskhiba csőő kköörvarratrvarratáábanbanIsmIsméétltlőőddőő igigéénybevnybevéétellel elvtellel elvéégzett szgzett száámmííttáásoksok

A tervezA tervezéési gsi göörberbe SzSzáámmííttóó öösszefsszefüüggggééseksekA kA köörvarrat szrvarrat száámama a/ca/c KKthth aathth aafcfc aaii NNii aaii NNii

XX--671671 0.0110.011 55 1.691.69 6.856.85 2.22.2 797100797100 2.72.7 402500402500

66 2.072.07 2.12.1 915500915500 2.62.6 461200461200

77 2.412.41 2.52.5 528400528400 3.03.0 267500267500

88 2.712.71 nem nem terjedterjedőőkkéépespes ((aathth > a)> a)

XX--673673 0.1200.120 55 1.561.56 7.457.45 2.62.6 11226001122600 3.13.1 761900761900

66 2.132.13 2.72.7 10385001038500 3.23.2 705100705100

77 2.702.70 2.72.7 10385001038500 3.23.2 705100705100


XX--672672 0.0500.050 55 1.791.79 7.097.09 2.82.8 504200504200 3.33.3 271300271300

66 2.202.20 2.82.8 504200504200 3.33.3 271300271300

77 2.582.58 2.62.6 645300645300 3.13.1 348100348100

88 2.922.92 3.03.0 393900393900 3.53.5 211000211000


GyGyöökhiba cskhiba csőő kköörvarratrvarratáábanbanAz Az ismisméétltlőőddőő igigéénybevnybevéétellel elvtellel elvéégzett szgzett száámmííttáások sok


1010

GyGyöökhiba cskhiba csőő kköörvarratrvarratáábanbanAz ismAz isméétltlőőddőő igigéénybevnybevéétellel elvtellel elvéégzett szgzett száámmííttáásokbsokbóól l

levonhatlevonhatóó kköövetkeztetvetkeztetééseksek

A terjedőképes és a kritikus repedésméretek különböző a/c arányok esetén különbözőek.

A terjedőképes repedésméretek roncsolás-mentes vizsgálattal (például ultrahangvizs-gálat) a gyakorlat számára megfelelő megbíz-hatósággal kimutathatók.

A szokásos üzemeltetési feltételek mellett (körülbelül 500 ciklus/év) a terjedő repedések nem okoznak törést.

Tartalom

Bevezetés

Fáradásos repedésterjedési sebesség vizsgálatok Vizsgált anyagminőségek

Vizsgálati körülmények

A fáradásos repedésterjedésre érvényes tervezési görbék meghatározása

Repedésszerű hibát tartalmazó szerkezeti elem integritásának megítélése

Következtetések

KKöövetkeztetvetkeztetéések I.sek I.

A bemutatott mA bemutatott móódszer dszer ááltalltaláánosan nosan alkalmazhatalkalmazhatóó ffááradradáásos repedsos repedéésterjedsterjedéésre sre éérvrvéényes terveznyes tervezéési gsi göörbrbéék k meghatmeghatáározrozáá--ssáárara, szerkezeti , szerkezeti éés nagyszils nagysziláárdsrdsáággúúacacéélokhoz lokhoz éés hegesztett ks hegesztett kööttééseikhez, I seikhez, I (nyit(nyitóó) terhel) terheléésmsmóódban.dban.

A mA móódszer I+II (nyitdszer I+II (nyitóó+ny+nyíírróó) terhel) terheléésmsmóód esetd esetéén is n is alkalmazhatalkalmazhatóó ffááradradáásos repedsos repedéésterjedsterjedéésre sre éérvrvéényes nyes terveztervezéési gsi göörbrbéék meghatk meghatáározrozáássáához. Ilyenkor a hoz. Ilyenkor a feszfeszüültsltséégintenzitgintenzitáási tsi téényeznyezőő tartomtartomáánya (nya (∆∆K) helyett K) helyett annak effektannak effektíív v éértrtéékkéét (t (∆∆KKeffeff) kell haszn) kell hasznáálni.lni.

A mA móódszer tovdszer továábbi anyagminbbi anyagminőősséégekhez gekhez –– fféémekhez mekhez éés s öötvtvöözeteikhez (pzeteikhez (pééldldáául nyomul nyomáástartstartóó ededéények anyagai, nyek anyagai, alumalumííniumniumöötvtvöözetek, zetek, ausztemperausztemperááltlt ggöömbgrafitos mbgrafitos ööntntööttvas), illetve nemfttvas), illetve nemféémes anyagokhoz (pmes anyagokhoz (pééldldáául ul szilszilííciumcium--nitridnitrid kerkeráámimiáák, polimerek, polimer mk, polimerek, polimer máátrixtrixúúkompozitokkompozitok) ) –– valvalóó alkalmazhatalkalmazhatóóssáággáárróól korl koráábbi bbi kköözlemzleméényekben talnyekben taláálhatlhatóók informk informáácicióók. k.

KKöövetkeztetvetkeztetéések I. (folytatsek I. (folytatáás)s)

A bemutatott A bemutatott éés alkalmazott ms alkalmazott móódszer dszer éérvrvéényesnyesííti az ti az éésszersszerűű kockkockáázatvzatváállalllaláás s ((nem a legkedveznem a legkedvezőőtlenebb esetet vessztlenebb esetet vesszüük k figyelembefigyelembe) ) éés a biztonss a biztonsáágra valgra valóó ttöörekrek--vvééss ((tudjuk, hogy milyen tudjuk, hogy milyen bizonytalansbizonytalansáágg--galgal dolgozunkdolgozunk) kompromisszum) kompromisszumáát.t.

KKöövetkeztetvetkeztetéések II.sek II.

A meghatA meghatáározott, frozott, fááradradáásos sos repedrepedéésterjesterje--ddéésresre éérvrvéényes terveznyes tervezéési gsi göörbrbéék k segsegíítstséé--ggéévelvel repedrepedéést vagy repedst vagy repedéésszersszerűű hibhibáát t tartalmaztartalmazóó szerkezetek, szerkezeti elemek szerkezetek, szerkezeti elemek integritintegritáássáának megnak megííttéélléésséét lehett lehetőővvéé tevtevőő, , illetve segilletve segííttőő szszáámmííttáások vsok véégezhetgezhetőők.k.

KKöövetkeztetvetkeztetéések III.sek III.

1111

A hegesztett kötésekre vonatkozóvizsgálatokat tovább kell folytatni. Ezek keretében ki kell térni a hegesztéstechno-lógiára, illetve a hegesztési paraméterekre és azok hatásaira, hiszen azok alapvetően befolyásolják a hegesztett kötések tulaj-donságait, illetve megfelelőségét.

KKöövetkeztetvetkeztetéések Isek IVV..

KöszönetnyilvánításA szerző köszönetét fejezi ki az Országos Tudományos Kutatási Alapprogramok-nak (OTKA F4418, OTKA T022020,

OTKA T034503 and OTKA T049126), valamint a Kutatás-fejlesztési Pályázati és Kutatáshasznosítási Irodá-nak(GVOP-3.1.1.-2004-05-0215/3.0) a kutatás korábbi szakaszainak támogatásáért.

A közleményben ismertetett kutató munka a TÁMOP-4.2.1.B-10/2/KONV-2010-0001 projekt eredményeire

alapozva, a TÁMOP-4.2.2/A-11/1-KONV-2012-0029 jelűprojekt részeként, – az Új Magyarország Fejlesztési Terv keretében – az Európai Unió támogatásával, az Európai

Szociális Alap társfinanszírozásával valósult meg.

KKööszszöönnööm a megtisztelm a megtisztelőő figyelmet!figyelmet!

Prof. Dr. Prof. Dr. LukLukáács cs JJáánosnos

Miskolci Egyetem, Miskolci Egyetem, AnyagszerkezettaniAnyagszerkezettani éés Anyagtechnols Anyagtechnolóógiai Intgiai Intéézet, zet, HH--3515 Miskolc3515 Miskolc--EgyetemvEgyetemváárosros

janos.lukacsjanos.lukacs@@uniuni--miskolc.humiskolc.hu

27. Hegeszt27. Hegesztéési Konferenciasi Konferencia2014. m2014. máájus 22jus 22--24.24.

Budapest, Budapest, ÓÓbudai Egyetembudai Egyetem

fáradásos repedésterjedésre érvényes tervezési...

Documents