budapest i műszaki és gazdaságtudományi egyetem (b me ) anyagtudomány és technológia...

AGY5 Szakmai Szeminárium, 2010-06-09

Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem (BME)

Anyagtudomány és Technológia Tanszék

MTA Fémtechnológiai Kutatócsoport

dr. Dévényi László, dr. Krállics György

Acélhidak anyagainak károsodásanalízise


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.

I. híd. Ütközéses káresemény.


Az ütéssel károsodott rész alulnézetből.


Az ütéssel károsodott rész felülnézetből.


Szögvas minta.


I. Csomólemez minta.


I. Csomólemez minta másik oldala.


II. Csomólemez minta.


II. Csomólemez minta másik oldala.


II. Csomólemez minta, repedéscsúcs.


Csomólemez, hosszmetszetű, polírozott metallográfiai felvétel. Képlékenyen alakítható

szulfidos-foszfidos-szilikátos zárványsorok.


Csomólemez, keresztmetszet, maratott metallográfiai felvétel. Nagy nyírásos alakváltozás melletti törés.

Ferrit, kevés perlittel.


Csomólemez, keresztmetszet, maratott metallográfiai felvétel. Nagy nyírásos alakváltozás melletti törés.

A szövetszerkezetben ferrit, kevés perlittel.


Csomólemez, keresztmetszet, maratott metallográfiai felvétel.

Transzkrisztallin repedés, repedéscsúcs.


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 Rest


HV 10 keménység

Keresztsíkban Hosszsíkban

Szögvas 112 118

109 108

107 122

Csomólemez 122 110

116 115

128 121


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

5 7

7 9


• 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.


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.


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.


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?


Ciklikus repedésterjedési viszonyokCiklikus 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 25

A vizsgálatba bevont szerkezeti elemekA vizsgálatba bevont szerkezeti elemek

Alsó öv Felső öv


3 pontos hajlítás a híd anyagából3 pontos hajlítás a híd anyagából

WLW

a

W

a

W

a

W

a

W

a

BW

FLK I

2,80.2511.25

53.1407.393.13

2

9

2

7

2

5

2

32

1

2

3

F

L


A ciklikus repedésterjedés kisérleti vizsgálataA ciklikus repedésterjedés kisérleti vizsgálata

Feszültségintenzitási tényező változása Forman egyenlet

W

af

BW

FK

2

1

minmax FFF

KKr

KC

dN

da

fc

m

1

Próbatest C m

hossz irány 2.78E-

6

1.53 1780

kereszt irány 3.57E-

6

1.38 1726

Anyagvizsgálat: 3 pontos ciklikus

hajlítás

][ mmMPa

K fc


100 10001E-5

1E-4

1E-3

0,01

C=2.78.10-6

m=1.53K

fc=1780

da

/dN

[m

m/c

iklu

s]

K [MPa mm0.5]

r=0.0 r=0.1 r=0.7 r=0.8 r=0.9

A repedésterjedés kinetikus diagramja különböző A repedésterjedés kinetikus diagramja különböző aszimmetria tényezőknélaszimmetria tényezőknél

maxmin /r


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.

Geometriai modellGeometriai modell


Feszültségintenzitási tényezőFeszültségintenzitási tényező

,,,

b

c

t

a

c

aF

Q

aK s

effI

gfft

aM

t

aMMF ws

4

3

2

21

2/1

2sec

t

a

b

cfw

4

1

222

sincos

c

af

22

sin135.01.01

t

ag


c

aM

RQQ

c

aQ

eeff 09.013.1,212.0,464.11 1

265.1

24

32 0.114/65.0

0.15.0 ,

/2.0

89.054.0

c

a

caM

caM

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,60

100

200

300

KI [M

Pam

m0.

5 ]

[rad]

2c

a

=0


Szerkezeti elem ciklikus repedésterjedéseSzerkezeti elem ciklikus repedésterjedése

,,,

b

c

t

a

c

aF

Q

aK s

eff

minmax

0 1x105 2x105 3x105 4x105 5x1050

5

10

15

20

25

a,c

[mm

]

igénybevételek száma

Nt=392500

Nt=333500

Nt=271000

Nt=155500

a0=2 mm

Fél-elliptikus repedés (a0=2mm) jellemző méreteinek (a, c) változása a ciklikus

terheléskor törésig (Nt). Azonos színnel ugyanazon repedés két méretét jelöljük.


Törési ciklusszám különböző feltételezett Törési ciklusszám különböző feltételezett repedésméretek eseténrepedésméretek esetén

0 5 10 15 20 25 30 35 400

1x105

2x105

3x105

4x105

5x105

Nt tö

rési

igén

ybev

étel

i szá

mok

c0 [mm]

a0=1 mm

2 mm 3 mm 5 mm 10 mm

max

=151.1 MPa

min

=126.0 MPa


ÖsszefoglalásÖsszefoglalás• 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.


KÖSZÖNÖMKÖSZÖNÖMMEGTISZTELŐ FIGYELMÜKETMEGTISZTELŐ FIGYELMÜKET

Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem,Anyagtudomány és Technológia TanszékMTA-BME Fémtechnológiai Kutatócsoport

1111 Budapest, Bertalan Lajos utca 7.Tel.: +36 1 463 1234Fax: +36 1 463 1366

E-mail: [email protected]

budapest i műszaki és gazdaságtudományi egyetem (b me ) anyagtudomány és technológia...

Documents