Acélhidak anyagainak károsodásanalízise

Az előadások a következő témára: "Acélhidak anyagainak károsodásanalízise"— Előadás másolata:

1 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,

2 I. híd. Ütközéses káresemény.
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,

3 AGY5 Szakmai Szeminárium, 2010-06-09

4 Az ütéssel károsodott rész alulnézetből.
AGY5 Szakmai Szeminárium,

5 Az ütéssel károsodott rész felülnézetből.
AGY5 Szakmai Szeminárium,

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

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

8 I. Csomólemez minta másik oldala.
AGY5 Szakmai Szeminárium,

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

10 II. Csomólemez minta másik oldala.
AGY5 Szakmai Szeminárium,

11 II. Csomólemez minta, repedéscsúcs.
AGY5 Szakmai Szeminárium,

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

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

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

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

16 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,

17 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,

18 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,

19 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,

20 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,

21 AGY5 Szakmai Szeminárium, 2010-06-09

22 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 mm vastagságúak az új Eurocode előírásoknak nem felelnek meg. Lemezvastagságtól függetlenül a ≈15-20 oC átmeneti hőmérsékletű acélok alkalmazása tiltott. AGY5 Szakmai Szeminárium,

23 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,

24 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,

25 A vizsgálatba bevont szerkezeti elemek
Alsó öv Felső öv AGY5 Szakmai Szeminárium, 25 25

26 3 pontos hajlítás a híd anyagából
F L AGY5 Szakmai Szeminárium,

27 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, 27 27

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

29 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, 29 29

30 Feszültségintenzitási tényező
AGY5 Szakmai Szeminárium,

31 AGY5 Szakmai Szeminárium, 2010-06-09

32 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,

33 Törési ciklusszám különböző feltételezett repedésméretek esetén
AGY5 Szakmai Szeminárium, 33 33

34 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,

35 AGY5 Szakmai Szeminárium, 2010-06-09
KÖSZÖNÖM MEGTISZTELŐ FIGYELMÜKET Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem, Anyagtudomány és Technológia Tanszék MTA-BME Fémtechnológiai Kutatócsoport Budapest, Bertalan Lajos utca 7. Tel.: Fax: AGY5 Szakmai Szeminárium,