Určování lomově-mechanických charakteristik z podrozměrných zkušebních těles

0435548 - ÚFM 2015 CZ cze D - Dizertace
Stratil, Luděk
Určování lomově-mechanických charakteristik z podrozměrných zkušebních těles.
[Determination of fracture mechanical characteristics from sub-size specimens.]
Ústav materiálových věd a inženýrství, Fakultra strojního inženýrství, Vysoké učení technické v Brně. Obhájeno: Brno. 08.07.2014. - Brno, 2014. 145 s.
Grant CEP: GA ČR(CZ) GAP108/10/0466; GA MŠMT EE2.3.20.0197; GA MŠMT(CZ) ED1.1.00/02.0068
Institucionální podpora: RVO:68081723
Klíčová slova: Fracture toughness * J-R curve * size effect * GTN model * Eurofer97 * MA956
Kód oboru RIV: JL - Únava materiálu a lomová mechanika

Práce je svým zaměřením experimentálně‑výpočtovou studií zaměřenou na hodnocení vlivu velikosti zkušebního tělesa na lomovou houževnatost v oblasti horních prahových hodnot. Vliv velikosti byl kvantifikován zkoušením miniaturních těles a těles větší velikosti s cílem určení J‑R křivek. Byly zkoumány dvě geometrie miniaturních zkušebních těles, pro tříbodový ohyb a  excentrické zatěžování, pro experimentální materiály - oceli Eurofer97 a ODS MA956. Hodnocení a interpretace napěťově‑deformačního stavu na čele trhliny ve zkoušených tělesech pro ocel Eurofer97 bylo realizováno pomocí simulace testů metodou konečných prvků a mikromechanického modelu tvárného porušení. Hlavním přínosem práce je zjištění vlivu úrovně houževnatosti materiálu na odolnost proti šíření trhliny u miniaturních těles. U materiálu, ve kterém dochází k významnému růstu trhliny po překročení limitních hodnot J‑integrálu (ocel Eurofer97), se výrazně projevuje ztráta constraintu a dochází k poklesu odolnosti proti šíření trhliny. Miniaturní tělesa pak vykazují významně nižší J‑R křivky oproti tělesům větší velikosti. U materiálu, kdy k růstu trhliny dochází v oblasti platnosti J‑integrálu (ODS ocel MA956), jsou projevy ztráty constraintu velmi malé bez významného vlivu na odolnost proti šíření trhliny. Dalším přínosem práce je navržená metodika využívající mikromechanické modelování pro predikci J‑R křivky tělesa standardních rozměrů z malého množství materiálu.

This thesis is experimentally‑computational study focused on evaluation of size effect on fracture toughness in the upper shelf region. The size effect was quantified by testing miniature and large specimens’ sizes in order to determine J‑R curves. Two geometries of miniature test specimens, there‑point‑bend and CT, were used. The experimental materials were Eurofer97 steel and ODS steel MA956. The main contribution of thesis is description of effect of material’s fracture toughness level on resistance against crack propagation in miniature specimens. For material with high toughness level (Eurofer97) the loss of constraint at the crack tip is considerable and highly decreases resistance against tearing. Miniature specimens then show significantly lower J‑R curves in comparison with specimens of standard size. In case of material with low toughness level (ODS MA956), the constraint loss effect is very small without large impact on resistance against tearing. In such case miniature specimens demonstrate comparable J‑R curves as specimens of larger sizes. From comparison of experimental results and numerical simulations of J‑R curves for Eurofer97 steel, the mutual dependencies between geometry of specimens and element’s size at the crack tip were derived. On the basis of acquired relationships, the methodology of prediction of J‑R curve of standard test specimen size from limited amount of test material was proposed.
Trvalý link: http://hdl.handle.net/11104/0239396