Acélhidak anyagainak károsodásanalízise Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem (BME) Anyagtudomány és Technológia Tanszék MTA Fémtechnológiai Kutatócsoport dr. Dévényi László, dr. Krállics György Acélhidak anyagainak károsodásanalízise AGY5 Szakmai Szeminárium, 2010-06-09

I. híd. Ütközéses káresemény. 1894 - 1896-ban épült. Feketeházy János, Nagy Virgil. 1946-ban újjáépült. Sávoly Pál. Két parti szakasza eredeti. Utolsó karbantartó felújítása 2009-ben zárult. Hazai gyártású folytacélból készült. A hídfelújítás végső szakaszában az engedélyezettnél nagyobb sebességgel a híd alatt áthaladó daruskocsi gémje ütközött a híd csomólemezével és szögvasával. A gém nem volt alsó alaphelyzetbe visszaeresztve és rögzítve, úgy az űrszelvényben még elfért volna. A baleset éjszaka, 0 és 10 oC közötti hőmérsékleten történt, személyi sérülés nem volt. AGY5 Szakmai Szeminárium, 2010-06-09

AGY5 Szakmai Szeminárium, 2010-06-09

Az ütéssel károsodott rész alulnézetből. AGY5 Szakmai Szeminárium, 2010-06-09

Az ütéssel károsodott rész felülnézetből. AGY5 Szakmai Szeminárium, 2010-06-09

AGY5 Szakmai Szeminárium, 2010-06-09 Szögvas minta. AGY5 Szakmai Szeminárium, 2010-06-09

AGY5 Szakmai Szeminárium, 2010-06-09 I. Csomólemez minta. AGY5 Szakmai Szeminárium, 2010-06-09

I. Csomólemez minta másik oldala. AGY5 Szakmai Szeminárium, 2010-06-09

AGY5 Szakmai Szeminárium, 2010-06-09 II. Csomólemez minta. AGY5 Szakmai Szeminárium, 2010-06-09

II. Csomólemez minta másik oldala. AGY5 Szakmai Szeminárium, 2010-06-09

II. Csomólemez minta, repedéscsúcs. AGY5 Szakmai Szeminárium, 2010-06-09

AGY5 Szakmai Szeminárium, 2010-06-09 Csomólemez, hosszmetszetű, polírozott metallográfiai felvétel. Képlékenyen alakítható szulfidos-foszfidos-szilikátos zárványsorok. AGY5 Szakmai Szeminárium, 2010-06-09

AGY5 Szakmai Szeminárium, 2010-06-09 Csomólemez, keresztmetszet, maratott metallográfiai felvétel. Nagy nyírásos alakváltozás melletti törés. Ferrit, kevés perlittel. AGY5 Szakmai Szeminárium, 2010-06-09

AGY5 Szakmai Szeminárium, 2010-06-09 Csomólemez, keresztmetszet, maratott metallográfiai felvétel. Nagy nyírásos alakváltozás melletti törés. A szövetszerkezetben ferrit, kevés perlittel. AGY5 Szakmai Szeminárium, 2010-06-09

AGY5 Szakmai Szeminárium, 2010-06-09 Csomólemez, keresztmetszet, maratott metallográfiai felvétel. Transzkrisztallin repedés, repedéscsúcs. AGY5 Szakmai Szeminárium, 2010-06-09

ÁEF Spektrotest elemzés   szögvas minta csomólemez minta C 0,084 0,073 Si 0,071 < 0,007 Mn 0,379 0,458 P 0,012 0,051 S 0,019 0,027 Al 0,003 < 0,002 Cu 0,093 0,099 Fe Rest AGY5 Szakmai Szeminárium, 2010-06-09

AGY5 Szakmai Szeminárium, 2010-06-09 HV 10 keménység   Keresztsíkban Hosszsíkban Szögvas 112 118 109 108 107 122 Csomólemez 110 116 115 128 121 AGY5 Szakmai Szeminárium, 2010-06-09

korrigált ütőmunka [J] 5 7 6 8 A csomólemezből hosszirányban kivágott, -10 oC hőmérsékleten elvégzett Charpy-V ütőmunka vizsgálat eredményei Próbatest méret: 10*7,5 mm 10*10 mm méretű mintára Ütőmunka [J] korrigált ütőmunka [J] 5 7 6 8 9 AGY5 Szakmai Szeminárium, 2010-06-09

AGY5 Szakmai Szeminárium, 2010-06-09 A vizsgált acélok 0,05 - 0,1% C-tartalmúak, szövetszerkezetük ferrites kevés perlittel, elfogadható zárványossággal, a gyártás időpontjában (~115 éve) szokásosan alkalmazott anyagminőségű. A szilícium koncentrációból következően csillapítatlan acélok, a rideg-képlékeny átmeneti hőmérsékletük a hídszerkezetben való alkalmazhatósághoz képest nagy. Megfontolandó ennek további részletes vizsgálata. A nagy rideg-képlékeny átmeneti hőmérséklet ellenére kedvezőnek tartjuk ugyanakkor, hogy a valószínűsíthetően nagy sebességű gépjármű ütközéskor a törés jelentős képlékeny alakváltozás mellett ment végbe. AGY5 Szakmai Szeminárium, 2010-06-09

II. híd. Felújítás előtti vizsgálatok. 1948-ban épült. Tantó Pál, Hilvert Elek. Utolsó karbantartó felújításának tervezése, és a szükséges vizsgálatok 2009-ben kezdődtek. Folyadékbehatolásos vizsgálatokkal repedéseket találtak, de mélységük csak néhány tizedmilliméter volt. A felkért hídmérnök szakértők kifogásolták a 40 mm-nél vastagabb durvalemezek alkalmazását, és metallográfiai, valamint a rideg-képlékeny átmeneti hőmérséklet vizsgálatára tettek javaslatot. AGY5 Szakmai Szeminárium, 2010-06-09

AGY5 Szakmai Szeminárium, 2010-06-09

AGY5 Szakmai Szeminárium, 2010-06-09 A lemezanyagok és a varratfém rideg-képlékeny átmeneti hőmérséklete ≈15-20 oC Hegeszthetőségi próbák, szövetvizsgálatok elfogadhatók. A medernyílás főtartói: 10-32 mm vastagságú övlemezek megfelelőek 45 mm, de főleg az 55-70 mm vastagságúak az új Eurocode előírásoknak nem felelnek meg. Lemezvastagságtól függetlenül a ≈15-20 oC átmeneti hőmérsékletű acélok alkalmazása tiltott. AGY5 Szakmai Szeminárium, 2010-06-09

AGY5 Szakmai Szeminárium, 2010-06-09 A témával sokan foglalkoztak, természetesen főleg hidász cégek és kollégák, AGMI, ÁEF, dr. Domanovszky Sándor …. Tapasztalatok: Sok iparban dolgozó mérnök kolléga nem értelmezi a különbséget a rideg és a fáradásos törés között. 50 évnél régebben épült hídjaink között sok nem felelhet meg a mai előírásoknak. Kérdés: mi az oka annak, hogy ezeken a hidakon ridegtörés nem következett be? A dinamikus igénybevétel hiánya? A repedésterjedési viszonyok? AGY5 Szakmai Szeminárium, 2010-06-09

Ciklikus repedésterjedési viszonyok FELADAT: A törésmechanika eszköztárával becslést adni arra, hogy a híd felülvizsgálata során megállapított esetleges repedés hány igénybevétel után válik kritikus méretűvé és instabilan terjedővé. Geometriai és mechanikai modell összeállítása és alkalmazása a hidat terhelő ciklikus igénybevétel esetén. AGY5 Szakmai Szeminárium, 2010-06-09

A vizsgálatba bevont szerkezeti elemek Alsó öv Felső öv AGY5 Szakmai Szeminárium, 2010-06-09 25 25

3 pontos hajlítás a híd anyagából F L AGY5 Szakmai Szeminárium, 2010-06-09

A ciklikus repedésterjedés kisérleti vizsgálata Feszültségintenzitási tényező változása Forman egyenlet Anyagvizsgálat: 3 pontos ciklikus hajlítás Próbatest C m hossz irány 2.78E-6 1.53 1780 kereszt irány 3.57E-6 1.38 1726 AGY5 Szakmai Szeminárium, 2010-06-09 27 27

AGY5 Szakmai Szeminárium, 2010-06-09 A repedésterjedés kinetikus diagramja különböző aszimmetria tényezőknél AGY5 Szakmai Szeminárium, 2010-06-09 28 28

AGY5 Szakmai Szeminárium, 2010-06-09 Geometriai modell A hídszerkezet törésmechanikai szempontból vizsgált eleme véges vastagságú lemezként fogható fel, amelyben a lemez hossztengelyével párhuzamosan fél-elliptikusnak feltételezett repedés található. 2h=400mm, t=75mm,b=1000 mm, h-a repedésfronttól távolinak feltételezett távolság, ahol húzó feszültség () hat, amely az I. terhelési módnak megfelelően nyitni akarja a repedést. AGY5 Szakmai Szeminárium, 2010-06-09 29 29

Feszültségintenzitási tényező AGY5 Szakmai Szeminárium, 2010-06-09

AGY5 Szakmai Szeminárium, 2010-06-09

Szerkezeti elem ciklikus repedésterjedése Fél-elliptikus repedés (a0=2mm) jellemző méreteinek (a, c) változása a ciklikus terheléskor törésig (Nt). Azonos színnel ugyanazon repedés két méretét jelöljük. AGY5 Szakmai Szeminárium, 2010-06-09

Törési ciklusszám különböző feltételezett repedésméretek esetén AGY5 Szakmai Szeminárium, 2010-06-09 33 33

AGY5 Szakmai Szeminárium, 2010-06-09 Összefoglalás Hárompontos ciklikus hajlító vizsgálat mérési eredményei alapján meghatároztuk a repedésterjedés Forman-féle egyenletének paramétereit hosszirányban és keresztirányban. A repedésterjedés sebessége alig különbözik a két irányban. Meghatároztuk a különböző méretű feltételezett repedések ciklikus terhelés hatására történő terjedését és a törést okozó igénybevételi számokat. Megállapítottuk, hogy a feltételezett repedésgeometria tartományban a kezdeti repedéshossz méret jobban befolyásolja a törési igénybevételi számot, mint a kezdeti repedésmélység. Amennyiben ismert a hídszerkezet két felülvizsgálata közötti terhelési ciklusszám és a feszültségek, megítélhető a szerkezet törésének valószínűsége. AGY5 Szakmai Szeminárium, 2010-06-09

AGY5 Szakmai Szeminárium, 2010-06-09 KÖSZÖNÖM MEGTISZTELŐ FIGYELMÜKET Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem, Anyagtudomány és Technológia Tanszék MTA-BME Fémtechnológiai Kutatócsoport 1111 Budapest, Bertalan Lajos utca 7. Tel.: +36 1 463 1234 Fax: +36 1 463 1366 E-mail: matsci@att.bme.hu AGY5 Szakmai Szeminárium, 2010-06-09