Naslov
Doprinos numeričkoj i eksperimentalnoj analizi lomnog ponašanja heterogenih struktura
(The contribution to numerical and experimental analysis of fracture behaviour of heterogeneous structures)

Autori
Kozak, Dražan

Vrsta, podvrsta i kategorija rada
Ocjenski radovi, doktorska disertacija

Fakultet
Fakultet strojarstva i brodogradnje

Mjesto
Zagreb

Datum
23.04

Godina
2001

Stranica
150

Mentor
Alfirević, Ivo

Neposredni voditelj
Matejiček, Franjo

Ključne riječi
mehanika loma; zavareni spoj; metoda konačnih elemenata; stanje naprezanja; visokočvrsti niskolegirani čelik; otvaranje vrška pukotine; epruveta za savijanje u tri točke; krivulja otpornosti; krivulja sile razvoja pukotine; odcjepni lom.
(fracture mechanics; welded joint; finite element method; stress state; HSLA steel; CTOD; three point bend specimen; crack resistance curve; crack driving force; cleveage fracture)

Sažetak
U radu je analizirano lomno ponašanje zavarenih spojeva s pukotinama, različitih mehaničkih svojstava u odnosu na osnovni materijal ploče – visokočvrsti niskolegirani čelik NN70A. Pri tome je X-zavar izvođen kao homogen ili kao heterogen (2 ili 4 prolaza u korijenu su rađena s niskočvrstom Z3kor ili srednječvrstom elektrodom Z2kor, a popuna je uvijek bila s visokočvrstom elektrodom Z1pop). Iz tako izrađenih ploča, vađene su standardne jednostrano zarezane BxB i Bx2B epruvete za savijanje u tri točke. Kod BxB epruveta, inicijalni zarez je bio površinski, a kod Bx2B epruveta, zarez je išao kroz debljinu epruvete. Položaj vrška pukotine nakon zamaranja je bio u sredini ili u zoni utjecaja topline. Tijekom ispitivanja mjereni su: sila, pomak na liniji djelovanja sile LLD, neposredno otvaranje vrška pukotine CTOD (d5), otvaranje vrška pukotine na površini epruvete CMOD i prirast pukotine Da. Dobiveni rezultati s jedne strane ovise o dubini pukotine (omjeru a/W) i pripadajućoj širini zavara na mjestu položaja vrška pukotine, a s druge strane o interakciji pojedinih materijala u spoju. Laboratorijske krivulje otpornosti u obliku CTOD (d5) - Da mogu se koristiti i za konstrukcije u eksploataciji, jer su prije nestabilnog loma zabilježeni mali prirasti pukotine. Eksperimentalno ispitivanje epruveta je simulirano i pomoću metode konačnih elemenata. Kod ravninskih modela je prikazan originalan način dodjeljivanja stanja naprezanja, koji kombinira stanje ravninske deformacije oko vrška pukotine i stanje ravninskog naprezanja dalje od vrška. Pri tome je utvrđen udjel elemenata u stanju RD, kao nešto manji od 1%. Provjerena je valjanost ovog mješovitog modela na primjeru BxB epruvete s površinskom pukotinom u sredini homogenog zavara. Uvidom u polje naprezanja oko vrška pukotine pri maksimalnoj sili, dokazano je da je do loma došlo zbog ograničenja tečenja uzrokovanog X-oblikom zone utjecaja topline. Na primjeru BxB epruvete s heterogenim zavarom i vrškom pukotine u ZUT-u, pojašnjeni su detalji koji se odnose na definiranje mehaničkih svojstava ZUT-a, strukture mreže oko vrška pukotine, rubnih uvjeta itd. Prikazane su zone tečenja i raspodjela 0, 2% ekvivalentne plastične deformacije oko vrška pukotine za različite razine opterećenja. Najveće područje tečenja se nalazi u žilavom osnovnom materijalu, a najmanje u krhkom materijalu ZUT-a. To je pokazatelj zašto pri napredovanju pukotine može doći do njenog preusmjeravanja k području većeg tečenja. Određen je položaj maksimalnog glavnog naprezanja s1 i analizirana promjena faktora troosnosti naprezanja k u ravnini epruvete. Kod Bx2B epruvete s pukotinom kroz debljinu i sredinu heterogenog zavara uspoređeni su 2-D i 3-D rezultati za CTOD (d5) s eksperimentalnim mjerenjima. Analizirana je raspodjela naprezanja i deformacija po debljini epruvete. Prikazana je promjena ograničenja tečenja kroz debljinu epruvete. Uz pomoć programa MATLAB prikazane su plohe naprezanja otvaranja pukotine sx i naprezanja sy od djelovanja sile u smjeru osi y. Za modeliranje Bx2B epruvete s pukotinom kroz debljinu, čija je simetrala zamaknuta od simetrale homogenog zavara predložen je originalan pristup. Analiziran je utjecaj stvarnog oblika zamorne fronte kroz debljinu epruvete na d5. U tu je svrhu napisan program POMPUK, koji pomiče čvorove mreže modela s ravnom frontom u nove položaje, koji opisuju stvarni oblik fronte. S ciljem nalaženja mjesta inicijacije pukotine, prostorni model je presijecan ravninama po debljini. Na osnovi prikaza polja ekvivalentnih naprezanja i plastičnih deformacija po pojedinim presjecima, utvrđeno je da je pukotina inicirana na mjestu prolaska njene fronte kroz ZUT. Prikazana je i promjena 0, 2% ekvivalentne plastične deformacije i d5 kroz debljinu epruvete sa stvarnim oblikom fronte pukotine. U zadnjem poglavlju je prikazana mogućnost numeričkog određivanja kritičnog prirasta pukotine. Za BxB i Bx2B epruvete s pukotinom u sredini zavara primijenjena je metoda otpuštanja čvorova. Određeno je područje inicijacije pukotine i sile razvoja pukotine za po tri karakteristične kombinacije materijala epruveta. Rezultati su pokazali da epruveta s homogenim zavarom Z1pop+kor i epruveta s heterogenim zavarom Z1pop+Z2kor, zadovoljavaju postavljene uvjete. Drugim riječima, prijedlog izvedbe srednječvrstog korijena u visokočvrstoj popuni sa svim svojim prednostima izloženim u radu, aplikativan je i sa stajališta mehanike loma.

Izvorni jezik
Hrvatski

Znanstvena područja
Strojarstvo

POVEZANOST RADA