1
Únava materiálu

1. Úvod
2. Základní charakteristiky únavového zatežování
3. Krivka únavového života
4. Etapy únavového života
5. Klícové vlivy na únavový život

2
Degradace vlastností materiálu za provozu

• 1828 W.A.J. Albert - retezy težních veží
  (cyklické zatežování) Nemecko
• 1839 poprvé se objevuje termín únava v knize o
  mechanice od J.V. Poncelet - Francie
• 1850 Augustín Wöhler únavová životnost
• Gerber, Goodman vliv stredního napetí
• 1945 Miner teorie lineární kumulace poškození
  (1968 Endo teorie stékajícího dešte)
• 1950 studium fyzikální podstaty vzniku únavového
  porušení

3
Tri oblasti únavy

• Hladká soucást (bezpecný život / safe live)
• Mekké zatežování Tvrdé zatežování
• vysokocyklová únava nízkocyklová únava
• Wöhler, Basqin Manson, Coffin
• - železnice, auto,
  - tlaková nádoba,
• podvozek letadla
  rotor turbiny
• Soucást s trhlinou (bezpecný lom / failure
  safe)
• Parisuv vztah podmínky šírení únavové trhliny
  mekké zatežování (drak letadla, most)

4
Základní charakteristiky cyklického zatežování
5
Základní charakteristiky cyklického zatežování
Zátežný cyklus strídavý pulzující
sm 0 soumerný (symetrický) ?sm? ? 0
nesoumerný
sm sa míjivý ?sm? gt sa pulzující
6
Základní charakteristiky cyklického zatežování
Popis cyklu na základe soucinitele (parametru)
asymetrie cyklu
Napetový soucinitel R
7
Základní charakteristiky cyklického zatežování
Popis cyklu na základe soucinitele (parametru)
asymetrie cyklu
Amplitudový soucinitel P
8
Základní charakteristiky cyklického zatežování
Krivka únavového života

• Únavový proces má kumulativní charakter
• Poškození roste s poctem zátežných cyklu
• Pro každou amplitudu zatížení ?a (stejná
  frekvence, teplota, rozmery telesa) existuje
  urcitý pocet cyklu Nf do porušení
• Závislost amplituda napetí ? pocet cyklu do
  porušení (S-N krivka)

9
Krivka únavového života
Log sa (S)
Log N
10
Krivka únavového života
oblast A - B

• bod A - amplituda odpovídá hodnote meze
  pevnosti Rm - k lomu dojde v prvním, prípadne
  po nekolika málo cyklech
• lom, který vznikne nemá charakter únavového
  lomu proto oznacení kvazistatický lom.
• v prípade míjivého zatežovacího cyklu dochází k
  cyklickému tecení (creepu).

11
Krivka únavového života
oblast B - C

• oblast NCÚ namáhání napetími vetšími než mez
  kluzu, servohydraulické zkušební stroje, cyklická
  hysterezní smycka, vliv vrubu
• Manson-Coffin Low-Cycle-Fatigue
  relationshipMansonova Coffinova závislost pro
  NCÚ

12
Krivka únavového života
oblast C

• Oblast VCÚ namáhání napetími menšími než mez
  kluzu, oceli casová mez únavy, mez únavy (asi
  1/3 až 1/2 meze pevnosti u ocelí), neželezné kovy
  smluvní -mez únavy
• Pro soumerný cyklus

? soucinitel únavové pevnosti
? exponent únavové životnosti
b
13
Krivka únavového života
Vliv stredního napetí
14
Krivka únavového života
Vliv stredního napetí
15
Krivka únavového života
Vliv stredního napetí na únavovou životnost
? amplituda a strední napetí obecného cyklu
? amplituda soumerného cyklu, pri kterém dojde k
porušení po stejném poctu cyklu, jako v prípade s
amplitudou sa a stredním napetím sm
? mez pevnosti
16
Krivka únavového života
Vliv stredního napetí na únavovou životnost
Systém S-N krivek obecného tvaru
17
Krivka únavového života

• Vliv
• vrubu
• kvality povrchu (zpevnení, povlaky apod.)
• frekvence zatežování
• prostredí (koroze, zavíraní trhliny)
• pevnosti
• mikrostruktury a zbytkových napetí
• teploty

18
Reálná konstrukce - zdroje cyklického zatežování
- zmena amplitudy zatežování
Kumulace poškození
Cep rízení motorového vozidla
19
Reálná konstrukce - zdroje cyklického zatežování
- zmena amplitudy zatežování
Kumulace poškození
Záves krídla letadla behem provozu
20
Kumulace poškození
Reálná konstrukce - zdroje cyklického zatežování
- zmena amplitudy zatežování

• vliv cyklování ruznou amplitudou napetí (MINER)
• teorie lineární kumulace poškození pri každém
  cyklu nastane jisté, vždy stejné poškození, které
  se behem cyklování scítá (hromadí)
• Pri amplitude sa dojde k porušení po Nf cyklech
• 1. cyklus. poškození je n1/Nf (pomerné
  poškození)
• 2. cyklus. poškození je n2/Nf
• i- tý cyklus.. poškození je ni/Nf
• Nf -tý cyklus.... poškození je nf/Nf 1

21
Kumulace poškození
Palmgrenova - Minerova hypotéza
22
Kumulace poškození
Teorie stékajícího dešte (Endo 1968)

• Zatežování probíhá v nepravidelných cyklech
• (teorie pagod) co je a co není zátežný cyklus

23
Kumulace poškození
Teorie stékajícího dešte (Endo 1968)
ASTM E 1049 kovy ASTM D671 - plasty
24
Etapy únavového života

1. Stádium zmen mechanických vlastností
2. Stádium iniciace únavových trhlin
3. Stádium šírení únavové trhliny

25
Etapy únavového života
Stádium zmen mechanických vlastností
a) materiál cyklicky zpevnuje b)
materiál cyklicky zmekcuje
26
Etapy únavového života
Stádium zmen mechanických vlastností
Monotónní a cyklická krivka napetí deformace
oceli 4340
27
Etapy únavového života
Stádium iniciace únavové trhliny
Únavový lom vzniká vždy od povrchu soucásti /
zkušebního telesa
28
Etapy únavového života
Stádium iniciace únavové trhliny
29
Etapy únavového života
Stádium iniciace únavové trhliny
30
Etapy únavového života
Stádium iniciace únavové trhliny
Persistentní skluzové pásmo (Persistent Slip Bend)
31
Etapy únavového života
Stádium šírení únavových trhlin
striace
32
Etapy únavového života
Stádium šírení únavových trhlin
striace
33
Etapy únavového života

1. Stádium zmen mechanických vlastností
2. Stádium iniciace únavových trhlin
3. Stádium šírení únavové trhliny

34
Etapy únavového života
Stádium šírení únavových trhlin
35
Etapy únavového života
Stádium šírení únavových trhlin Parisuv-Erdoganuv
vztah
36
Základní únavové zkoušky
Zkušební telesa - stanovení krivky únavového
života
37
Základní únavové zkoušky
Elektromagnetické a mechanické buzení
38
Základní únavové zkoušky
Zkušební telesa - stanovení krivky rychlosti
šírení trhliny
39
Základní únavové zkoušky
- použití dat
40
Krivka únavového života

• Vliv
• vrubu
• kvality povrchu (zpevnení, povlaky)
• frekvence zatežování
• prostredí (koroze, zavírání trhliny)
• pevnosti
• mikrostruktury a zbytkových napetí

41
Krivka únavového života
Vliv vrubu na únavovou životnost
42
Krivka únavového života
Vliv vrubu na únavovou životnost
43
Krivka únavového života
Vliv vrubu na únavovou životnost podmínky
iniciace
44
Krivka únavového života
Vliv vrubu na podmínky iniciace
45
Krivka únavového života
Vliv vrubu na podmínky iniciace
46
Krivka únavového života
Vliv kvality povrchu na únavovou životnost
47
Krivka únavového života
Vliv mikrostruktury na únavovou životnost
48
Krivka únavového života
Vliv pevnosti na únavovou životnost
49
Krivka únavového života
Vliv frekvence zatežování na únavovou životnost
50
Krivka únavového života
Vliv prostredí na únavovou životnost