Toplinska analiza naprezanja

Thermal Stress Analysis

Prof. Dr. sc. Lovre Krstulović-Opara

1

Katedra za konstrukcijeFakultet elektrotehnike strojarstva i brodogradnje Sveučilišta u Splitu

www.fesb.hr/kk

Termoelastičnost

TermoelastičnostPovijest:

• 1850 – Lord Kelvin opisuje termoelastični efekt• 1915 – Compton i Webster, prvi eksperimentalni dokaz• 1967 – Belgen, bezkontaktna mjerenja

StressPhotonic– akvizicija 60s

1982 – Ometron SPATE 8000 – prvi komercijalni instrument- metoda mjerenja punog polja- jedan detektor + pomično zrcalo

2

CEDIP INFRARED – SILVER 420M

• radna temperature senzora: -200°C• frekvencija akvizicije slike: do 150 Hz• mjerna osjetljivost: 0.02 K• rezolucija 320×256 piksela• spektralni raspon: 3.6÷5.1 µm (srednji val)• 100 slika u sekundi pri punoj rezoluciji• cijena: 49.000 EUR

SPATE – akvizicija 6h StressPhotonic– akvizicija 60s- jedan detektor + pomično zrcalo

1994 – Stress Photonic – brzo mjerenje na razini piksela

Osnovni principi termoelastičnosti

α – koeficijent temperaturne ekspanzijeT – sobna temperatura uzorkaρ – gustoćaCp – toplinski kapacitet pri konstantnom tlakuσ1 , σ2 – glavna naprezanja

Osnovna jednadžba termoelastičnost:

• tlačenje uzorka→ generira se toplina• relaksacija uzorka→ hlañenje

3

Jednadžba vrijedi samo za adiabatsko stanje (nema dovoñenja ili odvoñenja topline)

Uvjet adiabatičnosti je zadovoljen za brze promjene opterećenja (približno 10 Hz)

Uzbuda: - magnetno polje- ultrazvuk- dinamičko opterećenje

Moguće odreñivanje koeficijenta koncentracije naprezanja i praćenje rasta pukotine

Primjer

4

• traka iz konstrukcijskog čelika 30×5 mm, provrt with Ø10mm• Sinusoidalni cikličko opterećenje od 0 do 20kN, frekvencija 10 Hz

Metoda konačnih elemenata – raspodjela naprezanja

5

MKE – rješenje za elastični model materijala

6

7

Toplinska slika (sinusoidno opterećenje, 0 do 20 kN, 10 Hz)

8

Toplinska slika i MKE model

9

Thermal image

10

Dinamički primjer – pad PET boce sa stola

11

Delaminacija stjenke boce

12

13

Apsorpcija energije udara

forc

e[k

N]

-20

-10

quasistatic - 0.2 mm/sdynamic - 284 mm/s

14

displacement [mm]-35-30-25-20-15-10-50

Advanced Pore Materials

5 mm

15

Princip Lockin termografije – toplinska analiza naprezanja

Lockin

16

Ciklično opterečenje > 3 Hz!

Analiza udara – snimak udara

17

Analiza udara – toplinska analiza naprezanja

18

Ograničenje: potrebno je ostvariti cikličko opterećenje od približno 10 Hz

600 W vjetroturbina

19

Lopatica vjetroturbine

20

2nd mode29.9 Hz

Rezultati TSA

Konveksna strana

21

Konveksna strana

Konkavna strana

Raspodjela naprezanja u kutnom i čeonom zavaru

22

Pulsna termografija

Prof. Dr. sc. Lovre Krstulović-Opara

23

Katedra za konstrukcijeFakultet elektrotehnike strojarstva i brodogradnje Sveučilišta u Splitu

www.fesb.hr/kk

Pulsna termografija

24

Bezrazarajuća metoda

25

Refleksije okoline!

Bezrazarajuća metoda

26

Konstrukcija zrakoplova

27

Restauracija umjetnina

28

Restauracija umjetnina

29

30

www.fesb.hr/kk