Vermoeiing. Vermoeiing. Vermoeiing. Vermoeiing. Typische kenmerken van een vermoeiingsbreuk

Transcriptie

1 Het eerste straalverkeersvliegtuig is de mooie gestroomlijnde Engelse De Havilland Comet.Die vliegt voor het eerst in 195. Snel en (voor de passagiers) stil. Al heel snel gebeuren er enkele ongelukken. Iets nieuws bedreigt de luchtvaart: metaalmoeheid.wat was nu het geval? De cabines van de straalvliegtuigen worden "opgepompt" omdat ze op grote hoogten vliegen waar mensen niet meer goed kunnen ademen. Door het steeds oppompen en leeg laten lopen van de vliegtuigromp kunnen er scheuren ontstaan. Dat was ook gebeurd. De oorspronkelijke vierkante ramen werden t.g.v. scheurinitiatie aan de hoeken vervangen door ronde ramen. 1 Typische kenmerken van een vermoeiingsbreuk wisselende belasting kans op breuk onder rekgrens geen voorafgaande vervorming DEN HAAG-Rijkswaterstaat gaat de met metaalmoeheid kampende Moerdijkbrugveel eerder dan gepland repareren. Dat heeft het ministerie van Verkeer en Waterstaat woensdag bekendgemaakt. Verraderlijk fenomeen!! 3 4

2 Testopstelling van Wöhler Praktische testopstellingen Naar aanleiding van breken van treinassen (1860) Breuk van de proefstaaf in functie van aantal omwentelingen Periodiek gecontroleerde belasting => gekend buigmoment 5 6 Bepaling van de spanning in de uiterste vezels = Resultaat: Wöhler curve of SN-diagram Voor gepolijste staven Met als buigmoment: = v = afstand van neutrale as tot uiterste vezels I = lineair traagheidsmoment I balk = I ronde staaf = Alternatieve voorstellingen: Goodman, Smith, 7 8

3 Invloedsparameters Typische belastingsvormen Het verloop van de curve wordt beïnvloed door een aantal parameters: - Belastingsgeval - Corrosie / oppervlaktestructuur - Temperatuursinvloed - Onvolmaaktheden in materiaal - Grootte-effect Geen invloed van de frequentie (aantal omwentelingen per tijd)! 9 10 sbreuk Materiaalafhankelijk gedrag Breukvlak sbreukvlak: traag gevormd, vrij glad t.g.v. steeds wisselende belasting Steeds toenemend risicogedrag voor vele non-ferro metalen (aluminium, koper, ) Restbreukvlak: plotselinge breuk, normaal, korrelig Breuk begint aan oppervlak (grootste spanning) Initiatie fase Microscheurtje (niet zichtbaar) => macroscheur Propagatie fase 11 1

4 Breukvlak - figuren sbreuk Nadelige invloed op het vermoeiingsverschijnsel Draaien en frezen van het oppervlak (kerfwerking!) Galvaniseren (verzinken, vernikkelen, chromeren) Lassen Harden (brosheid) Corrosie (lawine-effect) Grotere onderdelen (neutrale vezel tot uiterste vezel is groot) Restbreukvlak sbreukvlak Positieve invloed op het vermoeiingsverschijnsel Praktische proefopstellingen Honen, polijsten, slijpen Ontbramen, walsen Bepaalde oppervlaktebehandelingen Afronden van overgangen Tip: vermijden van kerfwerking bij assen 15 16

5 Vermoeidheidsanalyse m.b.v. FEA is gerelateerd met slagvastheid Temperatuursafhankelijk gedrag Technische componenten worden blootgesteld aan stoten: Vallen van gsm Valhelmen Bij kunststoffen - invloed van temperatuur Inbraakbeveiliging Materialen op zich kunnen zich BROS of TAAI gedragen Temperatuursafhankelijk gedrag! 19 0

6 Vaststellingen bij grote vervormingssnelheid meestal geen plastische gedrag vooraf, vb. ondanks staal met goede taaiheid (veel verlenging vóór breuk optreedt) ook bij tamelijk lage spanningen meestal bij koude omstandigheden (winter) invloedsparameter: k = σ max / T max T max σ max Bros => T max is laag geen vervorming loodrecht op trekrichting glinsterend, kristallijn snel (lostrekken = in 1 keer) Taai => T max is hoog grote vervorming tgv schuifspanningen vezelachtig, fluweelachtig traag (stap na stap) 1 Een materiaal gedraagt zich taai of bros (afhankelijk van de belastingsrichting, temperatuur, ) Vervormingssnelheid Kerfslagproef Hoge belastingssnelheid = meer kans op brosse breuk Op dit principe is de kerfslagproef gebaseerd Hiermee kunnen verschillende materialen met elkaar worden vergeleken op gebied van brosheid of slagvastheid. Des te taaier het materiaal, des te meer energie nodig voor breuk 3 4

7 Kerfslagproef Kerfslagproef 1 Positie 1 E tot = m. g. h Potentiële energie 1 Positie 3 E + tot = m. g. h3 E breek. g. h1 = m. g. h3 E breek m + 5 Positie E tot = m. g. h = m.v Kinetische energie 1 m. v 3 E breek = m. g. ( h 1 h3 ) KSW breek A 0 6 = Opgenomen energie door de proefstaaf E Ao is de kleinste doormeter van de proefstaaf Kruip van (kunststof)materialen Kerfslagwaarde Faling door lage termijnsgedrag De kerfslagwaarde is de energie die nodig is om de staaf te breken Kruipgedrag = steeds toenemende verandering door belasting vb. KSW =160 J/cm² (0 C) 7 8

8 Kruip van (kunststof)materialen TIP Gevolg van kruipgedrag E-modulus blijft niet constant Wordt beïnvloed door temperatuur en belasting Joule => ENERGIE 1 J = 1 Nm = 1 Ws Watt => VERMOGEN VOORBEELDEN: Wat meet een kilowattuurmeter? Relaxatie Opgelegde belasting => wat is de spanningsafname i.f.v. tijd? Wat is het nodige vermogen van een motor om een massa van 10 kg met een snelheid van 1 m/s op te trekken? 9 30