TUGEVUSÕPETUS

1. MASINAELEMENTIDE ja PEENMEHAANIKA ÕPPETOOL TUGEVUSÕPETUS VÄSIMUS: Sümmeetriline pike VÄSIMUS: Sümmeetriline pike

2. 1. Ülesande püstitus ja algandmed

3. 25 20 20 F F R2 2 raadiust Astmetega ümarvarras Arvutada silindrilisele detailile lubatav sümmeetrilise tsükliga koormus! Arvestama peab detaili geomeetria muutustest tulenevat pingekontsentratsiooni Astmete staatika pingekontsentratsioonitegur K = 1,78 Materjal: teras S235 voolepiir: sy = 235 MPa tugevuspiir: su = 350 MPa Nõutav tugevusvarutegur: [S] = 3 Nõutav tööiga: 107 pingetsüklit VÄSIMUS: Sümmeetriline pike

4. 2. Detaili pikkepingete analüüs

5. 25 20 20 F F R2 2 raadiust 2.1. Detaili ohtliku ristlõike pinge Ühtlaselt tõmmatud detail D1 Detail on ühtlaselt tõmmatud/surutud Kõikide ristlõigete sisejõud ASTE = pingekontsentraator = ühtlaselt koormatud detaili ohtlik ristlõige Astme piirkonna kohalik pikkepinge amplituud Astme pinge-kontsentratsioonitegur TSÜKLILISEL pikkel VÄSIMUS: Sümmeetriline pike

6. 2.2. Pingekontsentratsioon väsimusel (1) Pingekontsentratsioonitegur TSÜKLILISEL koormusel on väärtuselt väiksem, kui pingekontsentratsioonitegur STAATILISEL koormusel Pingekontsentratsioonitegur TSÜKLILSEL koormusel Kontsentratsioonitundlikkuse tegur Neuber’i konstant Pingekontsentratsioonitegur STAATILISEL koormusel Pinge-kontsentraatori kõverusraadius Kontsentratsioonitundlikkuse tegur Neuber’i konstandi väärtusi terastele Neuber’i konstantide väärtusi saab käsiraamatutest VÄSIMUS: Sümmeetriline pike

7. 2.3. Astme kohalik tsükliline pikkepinge Materjali tugevuspiir Kontsentratsioonitundlikkuse tegur PROBLEEM: Tabeli andmed ei “kata” materjali tugevuspiiri väärtust See on konservatiivne lähendus Pingekontsentratsioonitegur TSÜKLILSEL koormusel Võib kasutada ka seost: Astme kohalik tsükliline pikkepinge VÄSIMUS: Sümmeetriline pike

8. 3. Detaili kohalik väsimuspiir

9. 3.1. Astme väsimuspiiri määrang Terase väsimuspiir paindel Kui materjali tugevuspiir su < 1400 MPa Materjali tugevuspiir Suurim sümmeetrilise pingetsükli amplituudpinge, mida sellest materjalist katsekeha talub purunemata enam, kui 106 pingetsükli vältel Astme kohalik väsimuspiir paindel Sest detaili antud kohas on väsimuspragude tekke tõenäosus eeldatavalt suurem, kui väsimusteimi katsekehas Väsimuspiiri alanemise tegur (antud astmele) Väsimuspiiri alanemise tegur Kirjandusest võib leida ka teistsuguse kujuga valemeid Koormusliigitegur Mastaabitegur Pinnakaredustegur VÄSIMUS: Sümmeetriline pike

10. 3.2. Koormusliigiteguri väärtus Koormusliigitegur näitab koormuse liigi (pike, paine või vääne) ohtlikkust tsüklilisel koormusel Koormusliigitegurid terastele Astme koormusliigitegur VÄSIMUS: Sümmeetriline pike

11. 3.3. Mastaabiteguri väärtus Mastaabitegur näitab detaili kohalike mõõtmete ohtlikkust tsüklilisel koormusel Pikkel teadaolevalt detaili ristlõike mõõtmed väsimusohtu ei mõjuta Astme mastaabitegur Mastaabiteguri väärtuste arvutamise erinevad metoodikad on toodud käsiraamatutes VÄSIMUS: Sümmeetriline pike

12. 3.4. Pinnakaredusteguri väärtus Pinnakaredustegur näitab detaili pinnakareduse ohtlikkust tsüklilisel koormusel Pinnakaredustegurid terasest detailidele Tugevuspiir [MPa] Pinnakaredusteguri väärtuste arvutamise erinevad metoodikad on toodud käsiraamatutes Astme pinnakaredustegur VÄSIMUS: Sümmeetriline pike

13. 3.5. Astme väsimuspiiri alanemine Väsimuspiiri alanemise tegur Astme kohalik väsimuspiir Suurim sümmeetrilise pingetsükli amplituudpinge, mida antud terasest ja antud konstruktsiooniga aste talub purunemata enam, kui 106 pingetsükli vältel Ühe ja sama detaili erineva konstruktsiooniga kohtades võivad väsimuspiiride väärtused olla erinevad VÄSIMUS: Sümmeetriline pike

14. 4. Tugevusarvutus (tsüklilisele koormusele)

15. Pinge MPa 36 Aeg -36 Üks pingetsükkel Lubatav tsükliline koormus Sümmeetrilise pingetsükli tugevustingimus Suurim lubatav tsükliline koormus Astme kohalik pikkepinge amplituud VÄSIMUS: Sümmeetriline pike

16. 5. Tulemus ja järeldused

17. Staatiline ja tsükliline koormus Staatiline koormus Detaili suurim lubatud tõmbekoormus on 14 kN Detaili varutegur Tsükliline koormus Detaili suurim lubatud sümmeetrilise tsükliga koormus on 7,3 kN Detaili varutegur VÄSIMUS: Sümmeetriline pike

18. 6. Jätkuülesanne

19. Jõud F kN 4,3 kN 7,3 3 -1,3 Aeg Üks pingetsükkel 4,3 kN 6.1. Astmetega ümarvarras • Arvutada silindrilisele detailile väsimusvaruteguri väärtus, kui detail on koormatud: • staatilise tõmbejõuga 3 kN ja lisaks • sümmeetrilise tõmbe-survejõuga +/- 4,3 kN Amplituudjõud Keskjõud VÄSIMUS: Sümmeetriline pike

20. Pinge MPa 21,2 MPa 36 14,8 -6,4 Aeg Üks pingetsükkel 21,2 MPa 6.2. Detaili astme pinged Astme piirkonna kohalik pikkepinge amplituud D1 Astme asümmeetriline kohalik pingetsükkel Astme piirkonna kohalik pikkepinge keskväärtus VÄSIMUS: Sümmeetriline pike

21. 6.3. Asümmeetrilise pingetsükli varutegur Astme asümmeetrilise pingetsükli parameetrid Astme kohalik väsimuspiir Väärtused arvestavad pinge-kontsentratsiooni Amplituudpinge Keskpinge Goodman’i täiendatud piiramplituudi-diagramm Väsimusvarutegur S >1, kui punkt koordinaatidega sa ja sm paikneb diagrammi “toonitud” ala sees Toonitud ala Kui punkt koordinaatidega sa ja sm paikneb diagrammi “toonitud” alast väljas, siis S <1 ja antud konstruktsioonilahendust tuleb korrigeerida VÄSIMUS: Sümmeetriline pike

22. 6.4. Astme väsimusvarutegur Goodman’i täiendatud kohalikpiiramplituudi-diagramm Antud konstruktsiooni väsimusvaruteguri väärtus S >1 Punkt koordinaatidega sa ja sm paikneb diagrammi “toonitud” ALA SEES Väsimusvarutegur Eeldus: sa /sm = const Q P VÄSIMUS: Sümmeetriline pike

23. 6.5. Tulemuste võrdlus Sümmeetriline pingetsükkel Asümmeetriline pingetsükkel Amplituudpinge väärtuse vähendes väsimusvaruteguri väärtus suureneb VÄSIMUS: Sümmeetriline pike