Mechanika pękania - współczynnik KIC (stress level)

[Doc]

Witam,

Jeden z inzynierów mojego klienta zazyczył sobie aby w specyfikacji
materiałowej uwzględnić mu stress level KIC. Poszukałem sobie trochę w
googlach i wiem, ze jest to związane z kruchym pękaniem. Ale zawsze istotna
była energia łamania udarowego KV. I w sumie to ona jest podawana w normach
materiałowych. Skąd wziąść wartości KIC? Czy są jakieś tabele? Jeżeli
chodzi o materiały to nic specjalnego: P355NH, A-105, A-106 Gr.B i A-234
Gr.WPB (temperatura -29 st.C więc teoretycznie powinienem zastosowac stale
z grupy "low temp" np. A-333 Gr.6, ale dla nich też musiałby wykonywać
dodatkowe badania udarności potwierdzające czy KV>=27J w -29st.C. Cały
projekt jest wg PED).

Pozdrawiam,

[Konrad Anikiel]

Post by Doc
Witam,
Jeden z inzynierów mojego klienta zazyczył sobie aby w specyfikacji
materiałowej uwzględnić mu stress level KIC. Poszukałem sobie trochę w
googlach i wiem, ze jest to związane z kruchym pękaniem. Ale zawsze istotna
była energia łamania udarowego KV. I w sumie to ona jest podawana w normach
materiałowych. Skąd wziąść wartości KIC? Czy są jakieś tabele? Jeżeli
chodzi o materiały to nic specjalnego: P355NH, A-105, A-106 Gr.B i A-234
Gr.WPB (temperatura -29 st.C więc teoretycznie powinienem zastosowac stale
z grupy "low temp" np. A-333 Gr.6, ale dla nich też musiałby wykonywać
dodatkowe badania udarności potwierdzające czy KV>=27J w -29st.C. Cały
projekt jest wg PED).

A jakich przepisów konstrukcyjnych użyłeś? Bo jeśli ASME to masz
podane Sm.
Konrad

[Doc]

Post by Konrad Anikiel

Post by Doc
Jeden z inzynierów mojego klienta zazyczył sobie aby w specyfikacji
materiałowej uwzględnić mu stress level KIC. Poszukałem sobie trochę w
googlach i wiem, ze jest to związane z kruchym pękaniem. Ale zawsze istotna
była energia łamania udarowego KV. I w sumie to ona jest podawana w normach
materiałowych. Skąd wziąść wartości KIC? Czy są jakieś tabele? Jeżeli
chodzi o materiały to nic specjalnego: P355NH, A-105, A-106 Gr.B i A-234
Gr.WPB (temperatura -29 st.C więc teoretycznie powinienem zastosowac stale
z grupy "low temp" np. A-333 Gr.6, ale dla nich też musiałby wykonywać
dodatkowe badania udarności potwierdzające czy KV>=27J w -29st.C. Cały
projekt jest wg PED).

A jakich przepisów konstrukcyjnych użyłeś? Bo jeśli ASME to masz
podane Sm.
Konrad

Euro. A tam o KIC głucho. Co to jest Sm? I gdzie go dokładnie znajdę? W
Section II nie widziałem, ale ja ASME znam raczej słabo.

Pozdrawiam,

[Konrad Anikiel]

Post by Doc

Post by Konrad Anikiel

Post by Doc
Jeden z inzynierów mojego klienta zazyczył sobie aby w specyfikacji
materiałowej uwzględnić mu stress level KIC. Poszukałem sobie trochę w
googlach i wiem, ze jest to związane z kruchym pękaniem. Ale zawsze istotna
była energia łamania udarowego KV. I w sumie to ona jest podawana w normach
materiałowych. Skąd wziąść wartości KIC? Czy są jakieś tabele? Jeżeli
chodzi o materiały to nic specjalnego: P355NH, A-105, A-106 Gr.B i A-234
Gr.WPB (temperatura -29 st.C więc teoretycznie powinienem zastosowac stale
z grupy "low temp" np. A-333 Gr.6, ale dla nich też musiałby wykonywać
dodatkowe badania udarności potwierdzające czy KV>=27J w -29st.C. Cały
projekt jest wg PED).

A jakich przepisów konstrukcyjnych użyłeś? Bo jeśli ASME to masz
podane Sm.
Konrad

Euro. A tam o KIC głucho. Co to jest Sm? I gdzie go dokładnie znajdę? W
Section II nie widziałem, ale ja ASME znam raczej słabo.

Przepraszamy za usterki, głupotę napisałem. To nie na temat :-)
Ale o tym: http://en.wikipedia.org/wiki/Stress_intensity_factor jest
dużo w literaturze, np w handbooku ASM (którymś tam), albo w
klasycznej biblii (no, może modlitewniku) niejakiej Julie Bannantine.
W domu przeszukam, dam znać.
Konrad
PS to czego szukasz nie jest własnością materiału, tylko kształtu
konstrukcji. Jakiś cwaniaczek chce do swojego programu wpisać gotową
liczbę, żeby mu porachowało wytrzymałość na zmęczenie (czy jak tam
powinienem po polsku napisać "fatigue life assesment"). Ja bym
powiedział że znalezienie największej wartości tego Kic dla
skomplikowanej konstrukcji to może być całkiem niemały czynnik w
wycenie.
PS2 a co to za produkt, jeśli można wiedzieć?

[Doc]

Post by Konrad Anikiel
Przepraszamy za usterki, głupotę napisałem. To nie na temat :-)
Ale o tym: http://en.wikipedia.org/wiki/Stress_intensity_factor jest
dużo w literaturze, np w handbooku ASM (którymś tam), albo w
klasycznej biblii (no, może modlitewniku) niejakiej Julie Bannantine.
W domu przeszukam, dam znać.
Konrad
PS to czego szukasz nie jest własnością materiału, tylko kształtu
konstrukcji. Jakiś cwaniaczek chce do swojego programu wpisać gotową
liczbę, żeby mu porachowało wytrzymałość na zmęczenie (czy jak tam
powinienem po polsku napisać "fatigue life assesment"). Ja bym
powiedział że znalezienie największej wartości tego Kic dla
skomplikowanej konstrukcji to może być całkiem niemały czynnik w
wycenie.
PS2 a co to za produkt, jeśli można wiedzieć?

Jakby tu powiedzieć? Produktem jest kopalnia gazu czyli zbiorniki,
wymienniki i rury :) Co do klienta to oni są wiecej marketingowi niż
techniczni. Podejżewam, że ich specjalista byl ostatnio na jakiejś
konferencji z mechaniki pękania i się nasłuchał jaki ten KIC ważny. Gdyby
choć przepisy projektowe wspominały jak to ugryźć. Co z tego, że poznam tą
wartość, jak nie będę miał warunków odniesienia (dopuszczalnych).

PS. Inwestor jest z UK. Orientujesz się jak lokalne przepisy podchodzą do
tematu pracy w ciśnieniówki w niskich temperaturach? Wszystko zwalone na
wymagania PED, czy coś więcej? Jakie przyjmowane są minimalne temperatury
projektowe (otoczenia) na Wyspach? Ostatni projekt robiłem na platformę na
Morze Północne i nie mieli jakchś dzikich wymagań w tej dziedzinie.

Pozdrawiam,

[W.Kr.]

Odporność na pękanie Kic, głębokość i długość pęknięcia i jego kształt
określają naprężenie krytyczne jakie można wywołać w ustrojstwie.
Wzór 2.19 w (*), i jego zastosowanie , przykład 2.4 ( str.65) ,
gdzie znając Kic i _rozmiary pękni ęcia_ poszukuje się naprężenia
krytycznego jakie można jeszcze wywołać w rozpatrywanym zbiorniku
przez ciśnienie p.
Może więc, chodzić o dwie sprawy.
Pierwsza to "zapas" ciśnienia przy którym określone z góry pęknięcie
nie grozi jeszcze wybuchem. Tu mogą to określać ichnie wyspiarskie
przepisy, i druga, to może będą obserwować spodziewany w eksploatacji
rozwój pęknięć i na ich podstawie określać zdatność ustrojstwa. Ale
ten warunek powinieneś określić Ty, jako konstruktor ustrojstwa. Bo
posiadanie wiedzy o wartości Kic, czy innego K nic nie wnosi do
sprawy.
(*) S.Kocańda,J.Szala, Podstawy obliczeń zmęczeniowych, Wyd.Naukowe
PWN1997.
W.Kr.
W którym pułku jest chołota co wsiadała na koń z płota?

[Konrad Anikiel]

Post by W.Kr.
Odporność na pękanie Kic, głębokość i długość pęknięcia i jego kształt
określają naprężenie krytyczne jakie można wywołać w ustrojstwie.
Wzór  2.19 w (*), i jego zastosowanie ,  przykład 2.4 ( str.65) ,
gdzie znając Kic i _rozmiary pękni ęcia_  poszukuje się naprężenia
krytycznego jakie można jeszcze wywołać  w rozpatrywanym zbiorniku
przez ciśnienie p.
 Może więc, chodzić o dwie sprawy.
Pierwsza to "zapas" ciśnienia  przy którym określone z góry pęknięcie
nie grozi jeszcze wybuchem. Tu mogą to określać ichnie wyspiarskie
przepisy, i  druga, to może będą obserwować spodziewany w eksploatacji
rozwój pęknięć i na ich podstawie określać zdatność ustrojstwa. Ale
ten warunek powinieneś określić Ty, jako konstruktor ustrojstwa.  Bo
posiadanie wiedzy o wartości Kic, czy innego K nic nie wnosi do
sprawy.

Nie mam Kocańdy, ale że temat ciekawy a ja zieloniutki, to w ramach
doraźnego dokształtu właśnie się przegryzam przez olany wcześniej
rozdzial o mechanice pękania w Bannantine. Wychodzi mi że w przypadku
połączeń rurek ze ścianą sitową potrzebny jest Kiic, bo to drugi
mechanizm niszczący (sliding). Na dodatek badany w temperaturach obu
mediów, a jeszcze i w pokojowej, bo chłopaki od procesu zwykle mają
imponującą fantazję i potrafią wymyślać fantastyczne stany
przejściowe :-)
Dobrze kombinuję?
Konrad

[W.Kr.]

Post by Konrad Anikiel
Nie mam Kocańdy, ale że temat ciekawy a ja zieloniutki, to w ramach
doraźnego dokształtu właśnie się przegryzam przez olany wcześniej
rozdzial o mechanice pękania w Bannantine. Wychodzi mi że w przypadku
połączeń rurek ze ścianą sitową potrzebny jest Kiic, bo to drugi
mechanizm niszczący (sliding). Na dodatek badany w temperaturach obu
mediów, a jeszcze i w pokojowej, bo chłopaki od procesu zwykle mają
imponującą fantazję i potrafią wymyślać fantastyczne stany
przejściowe :-)
Dobrze kombinuję?
Konrad

Myślę że tak.
Ale po ki czort w inglisz, kiej w ojczystym jest pozycja tłumaczona na
'tuzin' języków, nawet na angielski i japoński.
Zmęczeniowe pękanie metali. Stanisław Kocańda. WNT. W-wa 1985.
Podstawowa kniga na ten temat. Teorie, wzory, i dużo wykresów. A
jakie fotki , jakie przełomy, ślady, płaszczyzny poślizgów, no i skale
powiekszeń ( Ale w inglisz to chyba że dla wprawek jezykowych, ale
zawsze jest obawa 'ślizgnięcia się' w terminach-nazwach, jeżeli
krajowa terminologia nie jest oblatana.)
Pozdrówka !
W.Kr.

[Konrad Anikiel]

Post by W.Kr.

Post by Konrad Anikiel
Dobrze kombinuję?
Konrad

Myślę że tak.
Ale po ki czort w inglisz, kiej w ojczystym jest pozycja tłumaczona na
'tuzin'  języków, nawet na angielski i japoński.
Zmęczeniowe pękanie metali. Stanisław Kocańda. WNT. W-wa 1985.
Podstawowa kniga  na ten temat. Teorie, wzory, i dużo wykresów. A
jakie fotki , jakie przełomy, ślady, płaszczyzny poślizgów, no i skale
powiekszeń  ( Ale w inglisz to chyba że dla wprawek jezykowych, ale
zawsze jest obawa 'ślizgnięcia się' w terminach-nazwach, jeżeli
krajowa terminologia nie jest oblatana.)

Kocańdy po prostu nie znałem, a w szkole wydymałkę miałem u wyjątkowo
niesympatycznego antytalenta dydaktycznego który w życiu nikogo
niczego nie nauczył. A tu mam tą Bannantine, nigdy nie widziałem
prostszym i bardziej zwięzłym językiem napisanej książki. Jeden
przykład: wszyscy rysują wykresy np S-n takie same, czyli pojedyncza
linia w skali lin-log, czasem dwie z jakimś lakonicznym dopiskiem że
ta to dla materiałów takich a tamta dla śmakich. A Bannantine ma te
wykresy upstrzone punktami z rzeczywistymi pomiarami, bo ona naprawdę
trochę popracowała, żeby książkę napisać. Nawet grubaśna cegła wydana
przez ASM w wielu miejscach ma odnośnik literaturowy do tej pozycji.

[Konrad Anikiel]

Post by W.Kr.
Ale po ki czort w inglisz,

Właśnie sobie kupiłem wszystkie tytuły Kocańdy jakie były na Allegro,
zobaczymy...

Konrad

[W.Kr.]

Post by Konrad Anikiel

Post by W.Kr.
Ale po ki czort w inglisz,

Właśnie sobie kupiłem wszystkie tytuły Kocańdy jakie były na Allegro,
zobaczymy...
Konrad

Jest jeszcze jedna ciekawa pozycja traktująca o niezawodności
maszyn .
Marian Warszyński. Niezawodność w obliczeniach konstrukcyjnych. PWN.
Seria PKM, ta seria ze znakiem -"przekładni obiegowej". Trzy czarne
kółka w pierścieniu.
W.Kr.
PS. Zwróć uwagę na podejścia do problemów zmęczenia wg różnych
"szkół". Wyniki "szkoły" Serensen-Kogajew-Kocańda, mogą nie zawsze
mieć zastosowanie na zachód od Odry.

[Konrad Anikiel]

Post by Doc
Inwestor jest z UK. Orientujesz się jak lokalne przepisy podchodzą do
tematu pracy w ciśnieniówki w niskich temperaturach? Wszystko zwalone na
wymagania PED, czy coś więcej? Jakie przyjmowane są minimalne temperatury
projektowe (otoczenia) na Wyspach? Ostatni projekt robiłem na platformę na
Morze Północne i nie mieli jakchś dzikich wymagań w tej dziedzinie.

Co chałupa to zwyczaj. Każda firma ma swoje przepisy, zwykle
przepisywane wprost albo z modyfikacjami z jakichś solidnych
branżowych albo państwowych, według których pisze specyfikację do
zamówienia. Ae to nie wszystko, bo przepisy prawne w miejscu
instalacji obowiązują bez względu czy były zapisane w kontrakcie.
Ja powiem tak: żaden poważny wykonawca nie dobiera klientowi
materiału- zawsze, nawet w najbardziej trywialnym kontrakcie pisze się
że dobór materiału i odpowiedzialność za jego "odpowiedniość" spoczywa
na Zamawiającym. Jeśli jesteś w sytuacji przeciwnej*, to masz teraz
problem, bo odpowiadasz** za zapewnienie "fitness for purpose". I
jeśli to zapewnienie jest uregulowane branżowymi przepisami, to
kontrakt pewnie nakazuje spełnienie ich wymagań, czyli pytaj nie mnie,
a klienta. Wybacz, ale nawet gdybym wiedział, to i tak odesłałbym
Ciebie do kontraktu, specyfikacji technicznej i obowiązujących
uregulowań w miejscu instalacji- to wszystko jest na Twojej głowie.
Konrad

* po to się robi przegląd zapytania przez wsztstkich kumatych w firmie
zanim się go przyjmie
* nie wiem jak teraz w Polsce prawo mówi, czy firma czy osobiście, to
zależy od rodzaju kontraktu, czy obejmuje engineering, bo to jest
"professional services"

[weldtec]

Post by Doc
Witam,
Jeden z inzynierów mojego klienta zazyczył sobie aby w specyfikacji
materiałowej uwzględnić mu stress level KIC. Poszukałem sobie trochę w
googlach i wiem, ze jest to związane z kruchym pękaniem. Ale zawsze istotna
była energia łamania udarowego KV. I w sumie to ona jest podawana w normach
materiałowych. Skąd wziąść wartości KIC? Czy są jakieś tabele? Jeżeli
chodzi o materiały to nic specjalnego: P355NH, A-105, A-106 Gr.B i A-234
Gr.WPB (temperatura -29 st.C więc teoretycznie powinienem zastosowac stale
z grupy "low temp" np. A-333 Gr.6, ale dla nich też musiałby wykonywać
dodatkowe badania udarności potwierdzające czy KV>=27J w -29st.C. Cały
projekt jest wg PED).
Pozdrawiam,

Kic jest miarą odporności materiału na pękanie (w podobny sposób jak
Rm jest miarą wytrzymałości) - jest to więc pewna cecha materiału.
O ile próba udarności dostarcza danych o charakterze jakościowym,
dogodnym do porównania materiałów, to wyznaczenie współczynnika Kic
dostarcza danych ilościowych. Podobnie jak udarność Kic zależy od
temperatury.
Dzięki Kic możemy wyznaczyć (obliczyć) krytyczne naprężenie, które
spowoduje powstanie pęknięcia lub wielkość pęknięcia (nieciągłości w
strukturze) niebezpieczną przy określonym poziomie naprężeń.
Warto dodać, że przy stałym Kic wzrost naprężeń wymusza spadek
dopuszczalnej wielkości nieciągłości, co wymusza podniesienie jakości
wykonywanych połączeń spawanych wraz ze wzrostem wytrzymałości łączonych
materiałów.
Kic wyznacza się rozciągając lub zginając próbki o określonych wymiarach
z odpowiednio przygotowanym karbem. Wystarczy zatem zwykła maszyna do
badań wytrzymałościowych z rejestratorem siły i przemieszczenia.

Pozdrawiam

[Doc]

Post by weldtec
Kic jest miarą odporności materiału na pękanie (w podobny sposób jak
Rm jest miarą wytrzymałości) - jest to więc pewna cecha materiału.
O ile próba udarności dostarcza danych o charakterze jakościowym,
dogodnym do porównania materiałów, to wyznaczenie współczynnika Kic
dostarcza danych ilościowych. Podobnie jak udarność Kic zależy od
temperatury.
Dzięki Kic możemy wyznaczyć (obliczyć) krytyczne naprężenie, które
spowoduje powstanie pęknięcia lub wielkość pęknięcia (nieciągłości w
strukturze) niebezpieczną przy określonym poziomie naprężeń.
Warto dodać, że przy stałym Kic wzrost naprężeń wymusza spadek
dopuszczalnej wielkości nieciągłości, co wymusza podniesienie jakości
wykonywanych połączeń spawanych wraz ze wzrostem wytrzymałości łączonych
materiałów.
Kic wyznacza się rozciągając lub zginając próbki o określonych wymiarach
z odpowiednio przygotowanym karbem. Wystarczy zatem zwykła maszyna do
badań wytrzymałościowych z rejestratorem siły i przemieszczenia.

No dobra. Ale o ile Rm jest podawany w normach materialowych to wartości
KIC nie ma. Oczywiscie mogę zlecić badanie próbek wybranych materiałów,
ale to mi wskaże wartość rzeczywistą KIC dla danej próbki (danego wytopu).
A jak dobrze wiadomo parametry (Re, Rm) dla danego gatunku stali mogą się
wahać w dużym zakresie byleby byly wyższe od wartości normatywnych. A
gdzie znajdę wartości minimalne KIC? Czy KIC dla różnych materiałów jest
gdzieś stabelaryzowany? Bo inaczej moim zdaniem to jest projektowanie od
dupy strony (najpierw zakup materiałów, badania próbek i sprawdzenie jakie
naprężenia to wytrzyma).

Pozdrawiam,

[Konrad Anikiel]

Post by weldtec

Post by Doc
Witam,
Jeden z inzynierów mojego klienta zazyczył sobie aby w specyfikacji
materiałowej uwzględnić mu stress level KIC. Poszukałem sobie trochę w
googlach i wiem, ze jest to związane z kruchym pękaniem. Ale zawsze istotna
była energia łamania udarowego KV. I w sumie to ona jest podawana w normach
materiałowych. Skąd wziąść wartości KIC? Czy są jakieś tabele? Jeżeli
chodzi o materiały to nic specjalnego: P355NH, A-105, A-106 Gr.B i A-234
Gr.WPB (temperatura -29 st.C więc teoretycznie powinienem zastosowac stale
z grupy "low temp" np. A-333 Gr.6, ale dla nich też musiałby wykonywać
dodatkowe badania udarności potwierdzające czy KV>=27J w -29st.C. Cały
projekt jest wg PED).
Pozdrawiam,

Kic jest miarą odporności materiału na pękanie (w podobny sposób jak
Rm jest miarą wytrzymałości) - jest to więc pewna cecha materiału.
O ile próba udarności dostarcza danych o charakterze jakościowym,
dogodnym do porównania materiałów, to wyznaczenie współczynnika Kic
dostarcza danych ilościowych. Podobnie jak udarność Kic zależy od
temperatury.
Dzięki Kic możemy wyznaczyć (obliczyć) krytyczne naprężenie, które
spowoduje powstanie pęknięcia lub wielkość pęknięcia (nieciągłości w
strukturze) niebezpieczną przy określonym poziomie naprężeń.
Warto dodać, że przy stałym Kic wzrost naprężeń wymusza spadek
dopuszczalnej wielkości nieciągłości, co wymusza podniesienie jakości
wykonywanych połączeń spawanych wraz ze wzrostem wytrzymałości łączonych
materiałów.
Kic wyznacza się rozciągając lub zginając próbki o określonych wymiarach
z odpowiednio przygotowanym karbem. Wystarczy zatem zwykła maszyna do
badań wytrzymałościowych z rejestratorem siły i przemieszczenia.

Racja. Najpierw pomieszałem ze "stress intensity", potem z "stress
concentration factor". Poszukałem- to Kic Amerykanie nazywają "plane-
strain fracture toughness" i wyznaczają zgodnie z ASTM E-399.

The property KIc determined by this test method characterizes the
resistance of a material to fracture in a neutral environment in the
presence of a sharp crack under severe tensile constraint, such that
the state of stress near the crack front approaches tritensile plane
strain, and the crack-tip plastic region is small compared with the
crack size and specimen dimensions in the constraint direction. A KIc
value is believed to represent a lower limiting value of fracture
toughness. This value may be used to estimate the relation between
failure stress and defect size for a material in service wherein the
conditions of high constraint described above would be expected.

Norma jest dość szczegółowa, inaczej bada się blachy, inaczej rury,
inaczej grube, inaczej cienkie, krążki, łuki itd. Są podane wymiary
szczeliny do nacięcia, próbek różnego rodzaju, uchwytów. Jest też
zalecany arkusz wyników pomiarów i metodologia wyliczeniowa (wraz z
obróbką statystyczną). Badania robi się dla różnych form produktu i
kierunku walcowania/przeciągania, czyli jeśli np mamy blachy, rury i
odkuwki z tego samego materiału, to potrzebujemy dla blach badania
pokrywające wszystkie kierunki i wszystkie tryby obciążenia szczeliny
(mode I, II, III), to samo dla rur, to samo dla blach, wszystko razy 3
próbki. Nie chce mi się tego czytać, ale domyślam się że materiał
rodzimy, spoina i SWC oddzielnie. Wychodzi całkiem grubaśny program
badań :-)
Narazie tyle, szukam dalej po mądrzejszych książkach, czy to ktoś
badał i wyniki udostępniał, czy jakieś normy podają kryteria
akceptacji albo zakres typowych/dopuszczalnych wartości.
Konrad

[Konrad Anikiel]

Jeszcze jedno: trochę mi to zaczyna pasować do regularnych badań
szczelin w wytwornicach pary w elektrowniach atomowych. Na podstawie
wielkości zmierzonej szczeliny określa się doraźną wytrzymałość, a na
podstawie kolejnych pomiarów przewiduje się tempo rozwoju pęknięcia i
czas życia np rurki zanim trzeba ją będzie zaspawać, albo wymienić
zwór, odcinek rury itp.
Czy zachodzi podejrzenie, że użytkownik Twojego żelastwa ma zamiar
przeprowadzać regularne kontrole wolumetryczne?
Konrad