koncentracija napona

www.chikaasistent.com

KONCENTRACIJA NAPONA – kako, ko i gdje ??? ??? Ono čega se bilo koji mašinski inžinjer koliko toliko sjeti kada su u pitanju mašinski elementi onda je to zasigurno pojam Koncentracije napona. Pojava koja je mnogima uzrokovala glavobolje, obnovu godine studira nja a nekim ipak ostala u sjećanju kao interesantna pojava koja uslovljava izgled

mnogih konstrukcija koje nas okružuju. U cilju boljeg i potpunijeg razumijevanja krećemo dugačkim stazama shvatanja pojave Koncentracije napona ...

Na šta sve može biti opterećen mašinski dio? Prvo da se riješimo definicije mašinskog elementa! Mašinski element predstavlja dio koji se u istom ili sličnom obliku ponavlja u sklopu (mašini). Tokom svog radnog vijeka, mašina a time i mašinski elementi unutar nje bivaju izloženi željenim i neželjenim opterećenjima. Kada se spomene pojam željena opterećenja onda se on veže za samu funkciju uređaja dok su neželjena opterećenja vezana za nepredvidive procese (udari, razne oscilacije itd.). Shodno tome kako sile i momenti iz okolnog svi jeta jeta napadaju na mašinski dio, moguće ih je svrstati u normalne (F ) i tangencijalne (F ) sile odnosno momente (M i M ). σ

σ

τ

τ

Zatezanje ( Zatezanje (σ) (Ekstenzija) je aksijalno naprezanje usljed iste žućih aksijalnih sila. Pritisak ( Pritisak (σ) (Kompresija) je aksijaln o naprezanje usljed sabijajućih sila. Savijanje (σ) (Fleksija) je naprezanje izazvano spregovima sila koji se nalaze u jednoj od uzdužnih ravni razmatranog dijela. Uvijanje (τ) (Torzija) je naprezanje izazvano spregovima sila koji se nalaze u poprečnoj rav ni razmatranog dijela. Smicanje (τ) (Sekcija) je naprezanje koje izaziva sila djelujući u poprečnom presjeku razmatranog dijela. Izvijanje ( Izvijanje (σ) (Deflekcija) nastaje kod vitkih dijelova opterećenih sa aksijalnom silom pritiska.

Ova opterećenja prouzrokuju naponska stanja unutar mašinskog elementa koja, ako se prostiru po normalnoj površini presjeka u promatranoj tački predstavljaju normalni napon (σ). Ukoliko se projekcija nastalog napona ipak prostire po tangentnoj površini poprečnog presjeka onda je riječ o tangencijalnom naponu ( τ).


Praksa potvrđuje – Hookov zakon nije obuhvatio sve!!! Međutim, znati samo na šta je neki mašinski element opterećen nije dovoljno! Fundamentalna saznanja o nekim mehaničkim karakteristikama pojedinih materijala dobivena Hook-ovim dijagramom vrijedi za statičko opterećenje tj. kada se opterećenje linearno povećava sve do loma epruvete. Podaci koji se dobiju ovakvim pokusom se odnose na statičke osobine materijala tj. na zateznu čvrstoću σ M (MPa) i granicu razvlačenja σV (MPa). Međutim, dosadašnjim mjerenjima je bezbroj puta utvrđeno da pri dovoljno velikom broju uzastopno ponovljenih opterećenja, probna epruveta se prekida pri mnogo manjem naponu (Wöhler -ova kriva), nego što puca pri naponu utvrđenim sa zateznom čvrstoćom dobivenom za statičke uslove ispitivanja. Ako se ovom doda još i činjenica da većina mašinskih elementa u stvarnom radnom okruženju rade sa znatno manjim opterećenjima koja se manifestuju prema određenom zakonu promjene onda razlika između statičkog i dinamičkog opterećenja postaje značajna. Koliko su značajne razlike između jednog i drugog režima rada (statički i dinamički) treba da pokaže naredni primjer. Proračun prvih avionskih motora, koji bez imalo sumnje rad e u dinamičkom režimu rada, vršen je na osnovu statičkih rezultata ispitivanja. Iz sigurnosnih razloga bilo je uobičajeno da se pri proračunu takvih dijelova uzimaju vrlo niske vrijednosti dozvoljenih napona. Prividno velika sigurnost konstrukcije

dobijala se tada na račun njene ekonomičnosti. Tako su npr. prvi avionski motori imali 20 puta veću težinu po 1KS nego današnji. Ovo je bio jedan on načina sa kojim su se inžinjeri pokušavali suprotstaviti tada nepoznatom fenomenu Koncentracije napona. Drugi pristup je dat u narednom primjeru... Čitajući knjigu iz 1974 godine na tematiku Koncentracije napona, Chika Asistent je naišao na sljedeći

odlomak:“Usljed okolnosti što štap sa zarezom ima veću statičku čvrstoću nego glatki štap, u mašinstvu se značaj zareznog djelovanja sve doskora jako potcjenjivao pa se i proračun dijelova izloženih promjenljivim silama vršio prema statičkoj čvrstoći. Kada bi se prividno pravilno proračunati dijelovi pri radu prelomili, obično se tada pribjegavalo šablonskom povećanju ugroženih presjeka , pa kad su se dijelovi, bez obzira na ovu mjeru, i dalje lomili zadatak bi izgledao prilično nerješiv. Činjenica da su se u takvim slučajevima dijelovi lomili bez obzira na vrlo niske vrijednosti nominalnog napona (pretpostavljala se ravnomjerna raspodjela napona) ukazivala je na to da je materijal na nekim

mjestima ipak bio preopterećen. Razlog je, dakle, ležao u zanemarivanju vršnih napona i u nedovoljnom poznavanju prirode dinamičke čvrstoće materijala.“ Da bi krenuli ispravnim stazama shvatanja Koncentracije napona potrebno je krenuti od osnove koju

čine VRIJEME. Opterećenje se mijenja u vremenu i to je osnovna razlika u odnosu na prvobitne pristupe u dimenzionisanju mašinskih dijelova preko Hookovog zakona. Stoga, je potrebno izvršiti klasifikaciju na sljedeće tipove opterećenja: Konstantno, Jednosmjerno promjenljivo, Čisto jednosmjerno promjenljivo, Naizmjenično promjenljivo i Čisto naizmjenično promjenljivo. Sama aproksimacija dinamičkih promjena sa sinusoidealnim zakonom je „inžinjerska greška“ koja se smatra zanemarivom za studentski nivo. Detaljan pregled pojedinih tipova opterećenja je dat u Tabeli 1.

Tip opterećenja Statički

Čisto

Jednosmjerno promjenljivo

jednosmjerno promjenljivo

σsr =(σmax+σmin)/2 σa=(σmax-σmin)/2 σa=0 σmax=σmin=σsr σ=const.

σ sr

σ a

σ max

Naizmjenično promjenljivo

Nazivne veličine σsr =σmax/2 σsr =(σmax-σmin)/2 σa=σmax/2 σa=(σmax+σmin)/2 σmin=0 σmin<0 Opšti slučaj

σ min

2 σ max

σ min

2

Tabela 1 Pregled tipova opterećenja

Čisto naizmjenično promjenljivo

σa=σmax=σmin σsr =0


Dinamička opterećenja u svjetlu dijagrama – DINAMIČKA IZDRŽLJIVOST –

Kao što je već spomenuto u prethodnom tekstu, ukoliko se epruveta izloži prethodnom trajnom stalnom promjenljivom opterećenju, vremenom će slabljenje materijala usljed čega će doći do smanjenja njegove izdržljivosti. Jedan od prvih i najpoznatijih pristupa u ispravnoj analizi dinamičkog opterećenja je dao August Wöhler još 1871 godine. Prema Wöhler -ovom dijagramu izdržljivost epruvete raste sa smanjenjem napona σa i obrnuto. Međutim, njihova međusobna ovisnost nije linearna. Wöhler -ova krivulja se asimptotski približava vrijednosti naprezanja koja se naziva "dinamička izdržljivost". Što je σa manje to će i epruveta izdržati veći broj ciklusa do loma. Dinamička izdržljivost Rd je ono najveće promjenljivo (dinamičko) naprezanje koje materijal može da izdrži uz praktično beskonačan broj ciklusa bez pojave loma.

Razumom obdarenom čovjeku treba da bude jasno da se prilikom ispitivanja ne može ispitivati beskonačno dugo. Zbog toga se određuje Ng - granični broj ciklusa, za koji se smatra da ukoliko epruveta izdrži tu vrijednost, da je dinamički izdržljiva. Vrijednost graničnog broja ciklusa iznosi: Ng=n·106 ciklusa pri čemu je n predviđeni radni vijek mašinskog dijela. Dakle, Rd predstavlja mehaničko svojstvo koje karakterizira otpornost materijala u uvjetima dinamičkog naprezanja odnosno otpornost prema umoru materijala. Svakako treba razlikovati dinamičku izdržljivost od statičke izdržljivosti koja predstavlja otpornost prema puzanju materijala. Ovdje ističemo dva velika pojma a to su ZAMOR i PUZANJE. ZAMOR je pojava loma usljed dugatrajnog dinamičkog opterećenja dok je PUZANJE pojava loma usljed dugotrajnog statičkog opterećenja (pri povišenoj temperaturi). Ova razlika između jednog i drugog mehanizma loma nije samo terminološkog karaktera. Pri vizuelnoj defektoskopiji statički lom (PUZANJE) se može jasno razlikovati od dinamičkog (ZAMOR).

Za statitčki lom je karakteristična surova, hrapava površina loma dok je dinamički lom poseban po svojoj glatkoj i finoj prelomnoj površini jer se samo opterećenje odvijalo dugotrajno kao i kod statičkog ali u dinamičkom režimu. Međutim, Wöhler prilikom sastavljanja svog dijagrama je uzimao u obzir


samo jedan tip opterećenja tj. nacrtani dijagram vrijedi samo za jedan tip opterećenja (JP, ČJP,NP ili ČNP). Upravo ovdje leži glavni razlog zbog čega se koriste drugi dijagrami dinamičke izdržljivosti poput Smith-ovog (općenito za sve mašinske dijelove), Haigh-ovog (općenito za sve mašinske dijelove), Moore-Kommers-Jasper (za varove) i Goodman-ov (za opruge).

Čika SMITH Obzirom na navedeni nedostatak Wöhler -ove krive u praksi evr opskog podneblja je najčešće zastupljen SMITH-ov dijagram. Budući da su u eksploataciji mašinski dijelovi često podvrgnuti različitim tipovima promjenljivog (dinamičkog) opterećenja to je bilo potrebno iznaći jedan dijagram koji će obuhvatiti sve tipove opterećenja. Upravo to omogućava SMITH-ov dijagram.

Smith-ov dijagram daje ovisnost dinamičke izdržljivosti Rd o srednjem naponu prouzrokovanog od statičkog predopterećenja σsr . Što je σsr veće dozvoljena je i manja amplituda naprezanja σa. S gornje strane je Smith-ov dijagram ograničen s vrijednošću granice razvlačenja Re (kod često σV), budući da materijal ne smije ući u područje plastičnih deformacija. Teoretski kraj SMITH-ovog dijagrama (crtkano) je vrijednost zatezne čvrstoće Rm (kod nas često σM).

Pokušajmo shvatiti teoriju SMITH-ovog dijagrama na sljedećem praktičnom primjeru. Imate mašinski element (štap) koji treba ugraditi u određenu mašinu (sklop). Nakon što štap biva ugrađen on je statički predopterećen (σsr ) tj. na njega djeluje opterećenje bilo da mašina radi ili ne. Ukoliko to predopterećenje raste (σsr se povećava) onda je potrebna manja dodatna sila (σa) da bi se slomio štap. Upravo ovakav zaključak se dobija posmatranjem SMITH-ovog dijagrama. Povećavanjem σsr (predopterećenje) se smanjuje σa (dodatno vanjsko opterećenje) koje je potrebno da bi se štap slomio. Način na koji SMITH-ov di jagram omogućava očitavanje dinamičke izdržljivosti za sve tipove opterećenja je sljedeći. Iz tabele 1 zaključujemo da je σsr za ČNP jednako nuli dok je za ostale tipove različito od nule. Mijenjajući ovaj parametar po apscisi moguće je dobiti pregled dinamičke izdržljivost i za sve tipove opterećenja.

Konačno ... KONCENTRACIJA NAPONA Nakon definisanja osnovnih pojmova i opisa same problematike želimo dati narednu predstavu o stvarnom naponskom stanju čvrstih predmeta (solid ) koji nas svakodnevno okružuju. Naime, svako tijelo je sastavljeno od elementarnih čestica – atoma – koji su opet povezani preko molekula u jednu

kompaktnu cjelinu. Da bi skup molekula mogao opstati na okupu između pojedinih molekula moraju vladati međumolekularne sile koje neće dozvoliti njihovo rasipanje tj. da tijelo ostaje „čvrsto“. Ako se uzme u obzir da je tijelo sastavljeno od ogromnog broja molekula koje su naredane u određene slojeve, jedan iznad drugog, onda je moguće shvatiti da se stvori „naponska linija“ proistekla iz niza međumolekularnih sila koje drže tijelo na okupu. Upravo ovaj pojam „naponska linija“ je sve oko čega se vrti priča.


Radi lakšeg shvatanja moguće je „naponske linije“ sebi zamjeniti sa tokom vode. Neka „voda“ (naponske linije) teče iz jedne u drugu stranu, Kada „voda“ naiđe na određenu prepreku tj. promjenu „korita rijeke“ onda će se ona početi skupljati (koncentrisati) na tom mjestu. Termine „voda“ i „skupljati“ samo prenesite na naponske linije i K oncetraciju napona. Na ovaj način ste shvatili šta znači KONCETRACIJA NAPONA, čestitamo vam !!! (Slika 1)

Slika 1 – Naponske linije se skupljaju – KONCENTRIŠU na mjestu promjene geometrije

Sada, kada ste shvatili šta znači Koncetracija napona lagano je izvesti zaključak da se naponi koncentrišu na mjestima gdje se prekida kontinuitet oblika (prelaz manjeg presjeka u veći), gdje se prekida kontinuitet nosive površine (zasjeci, poprečni otvori) ili gdje se prekida kontinuitet u strukturi materijala (lunkeri, mjehuri, grafitna gnjezda). Upravo na tim mjestima konstrukcije se pri promjenjivom

opterećenju razvijaju naprsline u materijalu. Kada najveći napon prekorači granicu razvlačenja (desi se udarno opterećenje), materijal se na tim mjestima plastično deformiše. Ukoliko dođe do češće učestalosti ovakvih preopterećenja, vremenom u oblasti najvećih napona, materijal popušta (grublja i manje žilava struktura) ... počinje ZAMOR. Radi još bolje predstave o raspodjeli napona slijede nekoliko primjera. Primjetite da se, bez obzira na vrstu opterećenja, „boje“ (naponi) mijenjaju na mjestima gdje se mijenja vanjska kontura ili poprečna nosivost (izbušena rupa) što je u skladu sa gornjom definiciji.

Istezanje

Uvijanje

Istezanje

Istezanje


Da bi se uzeo u obzir uticaj geometrije elementa na konačnu vrijednost radnog (vršnog) napona uvodi se pojam geometrijskog faktora koncentracije napona αK koji se određuje eksperimentalno. Ovaj faktor ovisi isključivo o geometriji datog dijela i o vrsti opterećenja. On ne uzima u obzir vrstu materijala, površinsku hrapavost, vitkost elementa i sl. Nekoliko primjer a dijagrama za njegovo određeivanje dato je na sljedećim slikama.

Glavni zaključak iz ovih dijagrama je sljedeći: Geometrijski faktor koncentracije napona (α K) je utoliko veći (a stime i ukupni radni napon) ukoliko je radijus zaoblj enja (r) u prelaznom presjeku manji. Osim toga vrijedi i naredni zaključak: Geometrijski faktor koncentracije napona (α K) je utoliko veći (a stime i ukupni radni napon) ukoliko je promjena poprečnog presjeka (D/d) veća. Primjer: Epruveta 1 kružnog poprečnog presjeka je izložena torziji: D=100 mm; d=50 mm; r=5 mm. Epruveta 2 kružnog poprečnog presjeka je izložena torziji: D=70 mm; d=60 mm; r=10 mm.

Epruveta 2 će imati manju Koncentraciju napona jer je radijus zaobljenja (r) veći a promjena poprečnog (D/d) manja nego za Epruvetu 1. (Odgovor je moguće provjeriti iz priloženih dijagrama) Za vježbu: Epruveta 1, kružnog poprečnog presjeka, je izložena savijanju: D=155 mm; d=58 mm; r=7 mm. Epruveta 2, kružnog poprečnog presjeka, je izložena savijanju: D=170 mm; d=150 mm; r=6 mm. Epruveta 3, kružnog poprečnog presjeka je, izložena savijanju: D=100 mm; d=30 mm; r=9 mm. Na osnovu zadatih podataka i raspoloživih dijagrama odrediti koja će epruveta imati najveću vrijednost Koncentraciju napona?

Nije sve u αK ... Veličina vršnog napona ne zavisi samo od oblika već i od materijala konstrukcionog dijela. Ukupni uticaj (materijala i geometrije) određuje se preko efeketivnog faktora koncentracije napona βK koji se određuje eksperimentalno. Međutim, radi bržeg određivanja ukupnog vršnog napona na raspolaganju stoji analitički obrazac βK=1+(αK-1)ηK.


Pri tome je ηK – stepen osjetljivosti materijala na koncentraciju napona. Ovaj faktor je bliži nuli za krte materijale (sivi liv, keramika itd.) koji svakako u svojoj unutrašnjosti imaju grublju strukturu dok je bliži 1 za materijale sa visokom granicom razvlačenja (legirani čelici, aluminijum itd.). Uzimajući u obzir i materijal, mašinski element koji prema geometrijskim karakteristikama (D,d i r) ima jako povoljne uslove za nisk u vrijednost radnog napona, može na kraju imati povećan radni napon zbog odabira određenog materijala koji je osjetljiv na koncentra ciju napona!

Ostali faktori Zbog velikih izdataka koji su u vezi sa određivanjem čvrstoće oblika, obično se pri proračunu polazi od vrijednosti dinamičke čvrstoće materijala, dobivene pomoću probnih epruveta na mašinama za zamor materijala i od laboratorijskih podataka o faktorima koji utiču na dinamičku izdržljivost. U posebnim slučajevima, pri određivanju dinamičke izdržljivosti predmeta treba da se uzme u obzir i uticaj visoke temperature, uticaj termičke obrade, veličine napregnutog presjeka, kvalitet površinske obrade, učestanost amplitudnih napona i sl. Kako svaka hrapavost na površini elementa konstrukcije djeluje kao zasjek, dijelovi sa loše obrađenom površinom imaju manju dinamičku izdržljivost nego što je imaju polirani probni štapovi. Pod neobrađenom površinom se podrazumijeva površina sa korom od valjanja odnosno livenja. Naročito su čelici visoke zatezne čvrstoće (kvalitetni čelici) jako osjetljivi na površinske zareze i stoga moraju imati fino obrađenu spoljašnu površinu. U protivnom im može dinamička izdržljivost opasti do vrijednosti koju imaju jeftini ugljenični čelici . Brojnim mjerenjima je utvrđeno da dinamička čvrstoća opada sa povećanjem poprečnog presjeka kontrukcionog dijela. Veća elastičnost tanjih predmeta omogućuje ravnomjerniju raspodjelu napona u ugroženom presjeku. Kod krutih, glomaznih dijelova, ne može se Koncentracija napona ublažiti na sličan način. Korozija vrlo nepovoljno utiče na dinamičku izdržljivost dijelova. Pri oscilatornim opterećenjima, male korodirane površine se naizmjenično šire i skupljaju te, ako su u dodiru sa mazivom ili kakvom tečnošću, naizmjenično sišu i istiskuju tečnost tj. djeluju kao crpke. U takvim okolnostima šupljine se sve više proširuju, a usljed toga i zarezno djelovanje neprekidno raste a dinamička izdržljivost opada sve do preloma usljed zamora. U ovakvim slučajevima proračun se vrši samo prema vremenski ograničenoj dinamičkoj čvrstoći. Ta vremenska dinamička izdržljivost manje ovisi od same dinamičke izdržljivosti materijala već od njegove otpornosti prema koroziji. Iz ovoga slijedi da u slučajevima gdje se korozija ne može izbjeći, kao kod poljoprivrednih mašina, brodova i sl. ne moraju se uvijek koristiti skupi legirani čelici, pošto su najeftiniji ugljenični čelici i obično liveno gvožđe najmanje osjetljivi prema koroziji.

Kako suzbiti koncentraciju napona ??? Dinamička izdržljivost dijelova se može popraviti na nekoliko narednih način: -

Podesnim oblikovanjem,

Hladnom obradom ugroženih mjesta, Podesnom toplotnom obradom,

Poboljšanom strukturom materijala.

- Pri oblikovanju dijelova treba postići što manji faktor Koncentracije napona. U prvom redu treba izbjegavati nagle prelaze jednih presjeka u druge. Potom, na prelazima treba predvidjeti podesna

zaobljenja koja bi naponskim linijama omogućavala, poput žljeba rasterećenja, što blaži prelaz iz jednog presjeka u drugi. Na taj način se izbjegnu visoki radni naponi na mjestima gdje se obično javlja zamor materijala i odakle se razvijaju naprsline.


Vrlo nepovoljan slučaj nastupa na mjestu prelaza stabla zavrtnja u glavu. Koncentracija napona na ovom mjestu može da se ublaži izradom jakog zaobljenja koje postepeno prelazi u žljeb rasterećenja. Radi osiguranja centričnog položaja ovakvih zavrtanja, na stablu treba na nekoliko mjesta predvidjeti podebljanja podešena prema otvoru kome je zavrtanja namijenjen. Vrlo visoki radni naponi nastupaju i u navojnom spoju zavrtanja – navrtka. U takvom sklopu se, pored koncentracije uslovljene oblikom, javlja i koncentracija usljed neravnomjerne podjele opterećenja po koracima navoja. Opasnost od dinamičkog loma zavrtnja na ovom mjestu najače koncentracije napona smanju je se primjenom navrtke sa žljebom rasterećenja. Jaka koncentracija napona postoji kod opterećenog zavrtnja i na mjestu izlaza navoja. Međutim, ako se navoj (bilo da je valjan ili rezan) izradi na podebljanom dijelu stabla, umjesto na izlazu navoja u dovoljnoj mjeri se rasteretiti od radnih napona. Pored toga, vijak se čvrsto pritegne uz dno otvora, čime

se postiže ravnomjernija raspodjela napona po koracima navoja.

Kod koljenastih vratila najopasnija mjesta su prelazi između cilindričnih dijelova vratila i ručica tj. gdje se naponske linije skreću pod pravim uglom i gdje se najčešće javljaju lomovi.

www.chikaasistent.com Jako zaobljenje prelaza na mjestu i li čak žlijeb rasterećenja znatno ublažuju skretanje toka sila i ublažuju Koncentraciju napona. Drugi primjer gdje se javljaju visoki radni naponi jesu mjesta naglavljivanja točkova i slične konstrukcije, što također uslovljava skretanje naponskih linija pod

pravim uglom. Naglo skretanje naponskih linija na ulazu u glavčinu ima značaj oštrog zareza sa velikim porastom napona na tom mjestu. Ovo mjesto može se u znatnoj mjeri rasteretiti ako se pritisak napresovanog dijela skrene prema sredini glavčine, što se postiže ili primjenom žljeba rasterećenja (b), ili na taj način što se vratilu u sredini glavčine doda veći prečnik nego na njegovim krajevima (c). Pravilno iskontruisan prelaz omogućava povoljan tok naponskih linija i ublažuje radne (stvarne) napone. U vezi sa ovim treba napomenuti da korist od upotrebe skupih visokokvalitetn ih čelika može doći do izražaja samo onda ako se u konstrukciji dijelova mogu izbjeći nagli prelazi i druga mjesta sa koncentracijom napona. Ovo objašnjenje proizilazi iz činjenice da su visokokvalitetni čelici mnogo osjetljiviji na zarezno djelovanje nego manje kvalitetni materijali (manja zatezna čvrstoća i granica razvlačenja). Kod njih, pri malim zaobljenjima, koncentracija napona raste mnogo brže nego kod konstrukcionih čelika male zatezne čvrstoće.

Ovdje treba napomenuti da koncentracija nap ona nije uvijek povezana sa nedostatcima. Naime, više

uzastopno poredanih izvora koncentracije napona mogu da interferiraju te na takav način se poništavaju sami izvori koncentracije napona što je često korišteno u praksi. Najbolji primjer za to jeste navoj u samoj navojnoj vezi.

- Ako se iz konstrukcionih razloga ne može izraditi prelazno zaobljenje ili prim ijeniti žlijeb rasterećenja, dinamička izdržljivost mašinskog elementa se može povećati hladnom obradom mjesta jake koncentracije napona putem presovanja, valjanja, razvlačenja i sl. Nakon takve obrade materijal dobija svoj sopstveni sistem unutrašnjih napona. U takvom sistemu glavni značaj imaju naponi od pritiska koji inače nisu opasni po sigurnost konstrukcionog dijela, jer ne izazivaju naprsline u materijalu. Unutrašnji naponi, preostali u materijalu iza hladnog presovanja, imaju zadatak da se suprostave naponu od

zatezanja izazvanom radnim opterećenjem. Na ovakav način se suzbiju radni naponi od zatezanja, koji bi se inače pojavili na ugrože nom mjestu konstrukcije. Time se u znatnoj mjeri popravi dinamička izdržljivost konstrukcionog dijela. Ovakvo povećanje izdržljivosti ima trajnu vrijednost, ali se gubi na višim temperaturama (iznad 250°C).


Jedan od primjera ovakve hladno plastične obrade u cilju povećanja dinamičke izdržljivosti daje tzv . autofretaža. Riječ je o procesu plastične deformacije koji se primjenjuje za ojačavanje topničkih cijevi. Naime, topničke cijevi rade u dinamičkom režimu rada gdje se opterećenje mijenja po zakonu ČJP ( pri opaljenju opterećenje biva maksimalno te potom opada na nulu). Samoojačana (autofretovana) cijev je izrađena od jednog komada. U fazi izrade njezin kanal se podvrgava dovoljno visokom (najčešće hidrauličkom) pritisku od nekoliko hiljada bara, koji u nj enoj stjenci do određene dubine prouzrokuje trajnu deformaciju. Vjerovali ili ne, BiH posjeduje agregat koji je u stanju da proizvede dovoljno veliki pritisak za proces autofretaže. Prema Chika Asistentovim zadnjim informacijama (2012) postrojenje je još uvijek u

funkciji i nalazi se na „sigurnoj“ lokaciji na teritoriji BiH. Izvan deformiranog sloja, nakon prestanka djelovanja hidrauličkog pritiska, ostaje napregnuti sloj na istezanje. Pri opaljenju, naprezanja prouzrokovana pritiskom barutnih gasova se sumiraju sa

naprezanjima stvorenim samoojačanjem. Na taj način se naprezanje u samoojačanoj cijevi smanjuje, pa samoojačana cijev ima veću čvrstoću od neojačane cijevi. Nedostatak samoojačanih cijevi je u tome što je tehnologija njezine izrade znatno slože nija od izrade monoblok (jednodijelnih) cijevi što naravno povlači za sobom i veću cijenu.

Ovakav postupak očvršćivanja površinskog sloja, odnosno stvaranja sopstvenog sistema unutrašnjih napona u materijalu, uspješno se primjenjuje kod prelaznih zaobljenja, kružnih žljebova, zavarenih šavova i sličnih mjesta koncentracije napona. Operativna iskustva ukazuju na činjenicu da se hladno plastičnom obradom kritičnih mjesta, dinamička izdržljivost može povećati i do 40%. - Pravilno primjenjeno mjestimi čno kaljenje, nitriranje i slični postupci termičke obrade, pomoću kojih se u materijalu stvori pogodan sistem unutrašnjih napona, imaju naročito povoljan uticaj na dinamičku izdržljivost mašinskih dijelova.Tako npr. uticaj postupka nitriranja objašnjava se stvaranjem zaštitne prevlake koja se ovim termičkim postupkom stvori na površini dijelova. Usljed toga se potpuno poništi uticaj sitnih površinskih zasjeka, a u velikoj mjeri se smanje i veća zarezna djelovanja. Zbog toga, kod onih mašinskih dijelova gdje se ne mogu inače izbjeći zarezi (naprsline na površini), nitriranje predstavlja pouzdano sredstvo za suzbijanje opasnog djelovanja radnih napona. Tako npr. primjenom nitriranja na dijelove sa navojem se postiže osjetno povećanje granice dinamičke izdržlj ivosti tih

dijelova. Uloga nitriranog sloja, kao zaštitne prevlake, je naročito značajna kod dijelova izloženih oscilatornim opterećenjima pri istovremenoj koroziji. To dolazi usljed toga što se nitriranjem zatvore sićušne šupljine korodirane površine i na taj način se ukloni njihovo zarezno djelovanje. Tada ovi dijelovi postaju praktično neosjetljivi prema koroziji. - Grafitna gnijezda u masi livenog gvožđa djeluju kao zarezi. Usljed toga što grafitna gnijezda prekidaju tok naponskih linija, materijal može da primi samo neznatne zatežuće sile i stoga je njegova čvrstoća neznatna. Međutim, kod livenog gvožđa sa dodatkom magnezijuma, grafit se izlučuje u obliku kuglica. Tada će se naponske linije, pošto lahko mimoilaze kuglice, ravnomjernije rasporediti u mas i livenog gvožđa i njihov tok će biti u znatnoj mjeri sličan onom od čelika. Na ovaj način se zarezno djelovanje kod livenog gvožđa svede na najmanju mjeru. Posljedica toga je znatno poboljšanje mehaničkih osobina kod ovog tzv. nodularnog liva. Povećava se čvrstoća i granica razvlačenja. S obzirom na prirodu svoje strukture, materijal se stvarno zove sivi liv sa sferoidnim grafitom. Jedno od

rjeđe spomenutih metoda za povećanje dinamičke izdržljivosti jeste tzv. treniranje materijala. Ono se sastoji u sporom i postepenom povećanju naizmjeničnih naprezanja sve do granice zamora. Na ovaj način se dinamička izdržljivost materijala može povećati do 25% . by Chika Asistent

koncentracija napona

Recommend Documents