Dissertations / Theses on the topic 'Brittle curve'

Ce travail concerne des expériences mécaniques, des analyses numériques et des modélisations analytiques de la rupture cohésives (Mode I), vis-à-vis de l’étude du comportement mis en évidence par la courbe de Résistance (Courbe-R) et l’effet d’échelle de structures entaillées en bois massif. Des expériences de fissuration sont combinées à des analyses numériques pour déterminer les propriétés de rupture au moyen d’une procédure appelée Théorie de la Mécanique de la Rupture Linéaire Élastique équivalente (TMRLE), basée sur la complaisance de la structure. La courbe-R, obtenue à partir des expériences, selon une méthode de correction du poids propre, montre l’existence d’un domaine endommagé (Zone de Processus de Rupture) de taille non négligeable se développant en fond de fissure. Dans des conditions de fissuration stationnaire, ce domaine atteint une taille critique, et l’énergie nécessaire pour faire propager la fissure avec ce domaine endommagé (par unité de surface de rupture), reste constante. Le taux de libération de l’énergie de fissuration ainsi attendu, joue un rôle important en Mécanique de la Rupture, car il est possible simuler le comportement quasi-fragile du matériau en combinaison avec les autres propriétés de cohésion. La loi d’effet d’échelle de Bažant, utilisée pour prévoir l’influence de la taille sur la contrainte nominale, est estimée à partir de la réunion de deux comportements asymptotiques réalisés sur de petites tailles (Analyse limite ou RdM) et des grandes tailles. Une procédure analytique est présentée pour évaluer le comportement asymptotique additionnel exhibé par la contrainte nominale dans le régime intermédiaire, de façon plus exacte. Une validation numérique est présentée, et l’information expérimentale vient confirmer ce comportement asymptotique
This work concerns the mechanical testing, numerical analysis and modelling of cohesive fracture (Mode I) on the purpose to study the Resistance-curve behaviour and the size effect in wooden notched structures. The mechanical testing is combined with the numerical analysis to evaluate fracture properties by means of an equivalent LEFM approach based on the structure compliance. The Resistance-curve being revealed from the experiments, by means of a self-weight compensation method, correction puts into evidence that a non-negligible damaged domain (Fracture Process Zone) is under development in the crack front during the loading process. This being the case, among other fracture parameters issued from the Resistance-curve, the critical (asymptotic) energy release rate is determined, turning possible to use it in combination with other cohesive crack properties in the crack modelling (in Mode I). Thus, for a given geometry it is possible to monitor the critical dimension being revealed by the Fracture Process Zone (FPZ) during the crack propagation. The well known Bažant’s size effect law provides the scaling of the nominal strength through the asymptotic matching performed both on the small (Strength Theory) and on the large (LEFM) structure sizes. An analytical procedure is proposed to determine an additional asymptotic regime in the intermediate size range through a more accurate manner. Numerical validations of the proposed procedure are made and experimental data is presented revealing the scaling of the nominal strength through an envelop of values

Bei der Beurteilung der Sicherheit bestehender Konstruktionen aus altem Baustahl (i. A. Flussstahl) und der Entscheidung über notwendige Instandsetzungs- und Verstärkungsmaßnahmen ist der Nachweis ausreichender Werkstoffzähigkeit (der Sicherheit gegen ein sprödes Versagen) von wesentlicher Bedeutung. Die in DIN EN 1993-1-10 normativ geregelten Nachweismethoden zur Beurteilung der Sprödbruchgefährdung wurden basierend auf umfangreichen bruchmechanischen Untersuchungen entwickelt. Sie gelten für Schweißkonstruktionen und „Stähle aus neuerer Zeit“ mit in der Regel hohen Zähigkeitswerten. Die Quantifizierung der Zähigkeit in Werkstoffnormen erfolgt durch Kerbschlagbiegeversuche. Die Beziehung zwischen der Übergangstemperatur der Kerbschlagarbeit und der Referenztemperatur der Bruchzähigkeit wird durch die modifizierte Sanz-Korrelation hergestellt, die nur für diese Stähle abgeleitet wurde. Das in der Norm verankerte Verfahren ist für alte Flussstahlkonstruktionen mit Lochschwächung durch Niet- und Schraubenverbindungen nicht geeignet. Einerseits unterscheiden sich Kerbwirkung und Eigenspannungszustand von geschweißten und genieteten Konstruktionen und damit die Zähigkeitsanforderungen wesentlich voneinander. Auf der anderen Seite unterliegen die Zähigkeitseigenschaften von Flussstählen deutlich größeren Streuungen. In der vorliegenden Arbeit werden experimentelle und rechnerische Untersuchungen zum Sprödbruchverhalten gelochter Konstruktionen aus altem Flussstahl vorgestellt. Wesentlicher Bestandteil sind dabei die umfangreichen Werkstoffanalysen zur Ermittlung der bruchmechanischen Werkstoffzähigkeit im spröd-duktilen Übergangsbereich nach dem Master-Curve-Konzept (ASTM E1921). Die Auswertungen belegen, dass in Abhängigkeit des Herstellungsverfahrens unterschiedliche Werkstoffgüten definiert werden können. Um den Einfluss des Stanzens von Löchern auf das Sprödbruchverhalten alter Flussstähle zu beurteilen, werden Gefügeuntersuchungen und Mikrohärtemessungen durchgeführt. Ausgehend von einer umfassenden Analyse typischer Konstruktionsformen bestehender Tragwerke des Stahlhochbaus erfolgen bruchmechanische FE-Berechnungen an Anschlüssen von Winkelprofilen zur Bestimmung der Zähigkeitsanforderungen. Die dabei gewonnenen Ergebnisse des Spannungsintensitätsfaktors werden durch Modifikation bekannter Lösungen aus der Fachliteratur für die weitere Anwendung aufbereitet. Darauf aufbauend wird für die untersuchten Konstruktionsdetails im Rahmen einer bruchmechanischen Sicherheitsanalyse ein praxisgerechtes Verfahren zur Beurteilung der Sprödbruchgefährdung genieteter und geschraubter Bauteile abgeleitet. Mit Hilfe statistischer Methoden werden Streuungen der Festigkeits- und Zähigkeitskennwerte der Flussstähle erfasst und nach der Verifizierung durch Bauteilversuche in ein semi-probabilistisches Nachweiskonzept überführt.

Se sabe que la mayoría de las viviendas en el Perú no cumplen con las normas de edificaciones, por ello abunda la autoconstrucción debido muchas veces a las limitaciones económicas. Esto puede presentar mayor vulnerabilidad frente a algún movimiento telúrico en la costa peruana. Es necesario cuantificar el daño estructural de las edificaciones comunes producido por un sismo mediante las curvas de fragilidad. Los métodos empleados para evaluar el riesgo sísmico generalmente son abstrusos ya que se necesita evaluar la curva de capacidad de cada vivienda seleccionada, utilizando un análisis no lineal o por desempeño sísmico; por ello en un área de mayor amplitud como en el caso de un distrito se vuelven poco convencionales para la estimación de perdidas. Por este motivo, en el presente trabajo de investigación, se emplea un método de la vulnerabilidad sísmica utilizando las curvas de fragilidad propuestas por el FEMA. Si bien las construcciones americanas presentan características propias de lugar y la calidad de los materiales de las diferentes tipologías estructurales, se puede utilizar la metodología HAZUS pero adaptándolas a la realidad peruana. Debido a esto, las viviendas serán analizadas en el mapa de riesgo sísmico para escenarios que comprenden las siguientes clasificaciones de intensidad del sismo: frecuente, ocasional, raro y muy raro, analizando así el comportamiento y los niveles de daño alcanzados para cada caso, con ello se podrá determinar las pérdidas para cada situación.
It is known that most of the houses in Peru do not comply with the building standards, therefore self-construction abounds, often due to economic limitations. This may present greater vulnerability to any telluric movement on the Peruvian coast. It is necessary to quantify the structural damage of common buildings produced by an earthquake using the fragility curves. The methods used to evaluate the seismic risk are generally abstruse since it is necessary to evaluate the capacity curve of each selected dwelling, using a nonlinear analysis or by seismic performance; therefore, in a larger area, such as a district, they become unconventional for loss estimation. For this reason, in this research work, a seismic vulnerability method is used using the fragility curves proposed by FEMA. Although the American constructions present their own characteristics of place and the quality of the materials of the different structural typologies, the HAZUS methodology can be used but adapting them to the Peruvian reality. Due to this, the houses will be analyzed in the seismic risk map for scenarios that include the following earthquake intensity classifications: frequent, occasional, rare and very rare, thus analyzing the behavior and the levels of damage achieved for each case, with this can determine the losses for each situation.
Tesis

En esta tesis se ha caracterizado el acero, virgen e irradiado, de la vasija de una central nuclear española actualmente en servicio, en la región de temperaturas conocida como Zona de Transición Dúctil-Frágil. Para ello, se han ensayado probetas propias de la Mecánica de Fractura, reconstruidas a partir de mitades de probetas de impacto previamente ensayadas. Para describir la tenacidad a fractura en la Zona de Transición se ha empleado el modelo de la Curva Patrón.Finalmente, se ha analizado el impacto del procedimiento de caracterización y del modelo de la Curva Patrón sobre la Integridad Estructural de la vasija, comparando sus predicciones con las que se obtienen de aplicar los procedimientos convencionales que contempla la normativa vigente, representada por el Código ASME. En esta comparación se ha hecho uso del procedimiento FITNET de Integridad Estructural.
In this thesis, the steel, virgin and irradiated, from the vessel of a Spanish Nuclear Plant currently operating, has been characterized in the range of temperatures known as Ductile to Brittle Transition Region. For this purpose, Fracture Mechanics specimens, reconstituted from halves of impact specimens previously broken, have been tested. To describe fracture toughness in the Transition Region, the Master Curve method has been used.Eventually, the influence of the characterization procedure together with the Master Curve method on the Structural Integrity of the vessel has been analyzed, comparing their predictions with those coming from applying conventional procedures proposed by the current regulations, represented by the ASME Code. In this comparison, the FITNET Structural Integrity procedure has been used.

Este trabalho apresenta uma investigação experimental sobre o comportamento à fratura frágil de aços estruturais ferríticos, ASTM A285 Gr C e ASTM A515 Gr 65. Os resultados deste trabalho ampliam a base de dados de propriedades mecânicas utilizadas nas análises de integridade de estruturas pressurizadas tais como vasos de pressão e tanques de armazenamento construídos com esta classe de material. O trabalho tem por objetivo também avaliar a aplicabilidade de corpos de prova de dimensões reduzidas, PCVN, na determinação da temperatura de referência, T0, por meio da metodologia da Curva Mestra, a qual define a dependência da tenacidade à fratura do material em função da temperatura. Os ensaios de tenacidade à fratura foram conduzidos utilizando-se corpos de prova solicitados em flexão três pontos com geometria SE(B), PCVN e PCVN com entalhe lateral, extraídos de chapas laminadas. Os resultados dos ensaios foram obtidos em termos de integral J no momento da instabilidade, denotados por Jc. Dados adicionais de resistência à tração e de Impacto Charpy convencional também foram obtidos para caracterizar o comportamento mecânico dos aços utilizados. Os resultados mostraram uma forte influência da geometria dos corpos de prova sobre os valores de Jc, evidenciada pela grande variação nos valores de tenacidade à fratura.
This work presents an experimental investigation on the cleavage fracture behavior of structural ferritic steels, ASTM A285 Grade C and ASTM A515 Grade 65. One purpose of this study is to enlarge a previously reported work on mechanical and fracture properties for this class of steel to provide a more definite database for use in structural and defect analyses of pressurized components, including pressure vessels and storage tanks. Another purpose is to address the applicability of Precracked V-notch Charpy specimens to determine the reference temperature, T0, derived from the Master Curve Methodology which defines the dependence of fracture toughness with temperature for the tested material. Fracture toughness testing conducted on single edge bend specimens in three-point loading (SE(B), PCVN Plain Side and PCVN Side Grooved) extracted from laminated plates provides the cleavage fracture resistance data in terms of the J-integral at cleavage instability, Jc. Additional tensile and conventional Charpy tests produce further experimental data which serve to characterize the mechanical behavior of the tested materials. The results reveal a strong effect of specimen geometry on Jc values associated with large scatter in the measured values of cleavage fracture toughness.

The thesis is focused on the prediction of the fracture toughness temperature dependence through a universal curve of fracture toughness (also known as the master curve). To determine the parameters of the universal curve of fracture toughness, values acquired from the measurement results of fracture toughness and tensile tests of structural steel P91 are used. The theoretical part is based on a summary of the relevant information from the field of fracture mechanics and brittle-ductile fracture behavior of steels that are important for the understanding of fracture-strain response of materials depending on load conditions. The experimental part of the thesis contains the results from practical measurements and analyses, which were used for determining the parameters of a universal curve of fracture toughness as well as for the evaluation of fracture behavior and description of the impact of structural parameters on this behavior in case of steel P91.

Der Small-Punch-Test (SPT) ist eine vielversprechende minimalinvasive mechanische Prüfmethode, wenn nur sehr wenig Material für Proben zur Verfügung steht. Die vorliegende Arbeit hat das Ziel, aus Small-Punch-Kleinstproben wahre Materialparameter der elastisch-plastischen Verformung und des spröden Versagens zu bestimmen. Die Kraft-Verschiebungs-Kurve des Versuchs stellt die nichtlineare Materialantwort der inhomogen beanspruchten Probe dar. Das inverse Problem der Identifikation konstitutiver Materialparameter wird numerisch mit Hilfe von Finite-Elemente-Simulationen in Verbindung mit einem Response-Surface-Modell und nichtlinearer Optimierungsverfahren gelöst, indem die Abweichung zwischen gemessener und simulierter Kurve minimiert wird. Mit Hilfe einer eigens entwickelten Kühlapparatur wurden Versuche mit ferritischen Stählen von Raumtemperatur bis hinunter zu -191°C durchgeführt und die temperaturabhängigen Fließkurven identifiziert. Bei tiefen Temperaturen wurden die Weibull-Parameter der zufällig streuenden Sprödbruchfestigkeit bestimmt und die Bruchzähigkeitsverteilung durch Simulation einer CT-Probe vorhergesagt. Für eine Aluminiumoxidkeramik wurden ebenfalls die Weibull-Parameter bestimmt sowie mit Indenterrissen versehene Proben zur Abschätzung der Bruchzähigkeit verwendet
The small punch test (SPT) is a promising minimally invasive material testing method, especially in cases where only small amounts of material are available. This thesis is aimed at identifying true material parameters of elastic-plastic deformation and brittle fracture. The load-displacement curve of the test represents the non-linear material response of the nonuniformly stressed specimen. The identification of material parameters of constitutive laws is an inverse problem, which is solved numerically. Finite element simulations together with a response surface model and nonlinear optimization techniques are applied to minimize the error between measured and simulated curves. A specially developed cooling apparatus was used to perform tests with ferritic steels from room temperature down to -191°C. The temperature dependent yield stresses and hardening curves were identified. At low temperatures the Weibull parameters of randomly distributed cleavage fracture strength were estimated. The fracture toughness distribution was then predicted by the help of a finite element simulation of a CT specimen. Furthermore the Weibull parameters of an alumina ceramic were determined and its fracture toughness was predicted using specimens prepared with indentation cracks

Orientador: Marcelo dos Santos Pereira
Resumo: O ensaio de queda de peso DWTT (Drop Weigth Tear Test) é um método amplamente utilizado pela indústria de óleo e gás para determinar a capacidade de um material em impedir a propagação de uma trinca. Esse método foi desenvolvido pelo Battelle Memorial Institute, e é realizado em conformidade com a especificação API RP 5L3 "Práticas Recomendadas para a Condução de Testes de Queda de Peso". Com o desenvolvimento dos aços ARBL, o comportamento dos aços vem mostrando algumas particularidades resultantes do processamento termomecânico, e por esse motivo, podem não apresentar o mesmo comportamento à fratura que aços mais antigos, como delaminações ou inclusões não metálicas. Atualmente são propostos dois tipos de entalhe, sendo o tipo prensado, obtido pela estampagem de uma matriz na amostra, e o tipo Chevron, que deve ser usinado. A correlação entre ambos os entalhes pode ser realizada apenas para a análise da porcentagem da superfície dúctil da fratura. Outros tipos de correlação como energia absorvida para impacto, não são recomendados, uma vez que a concentração de tensão para o entalhe Chevron é muito maior, facilitando o rompimento da amostra, enquanto que o entalhe prensado demanda maior energia, uma vez que possui maior encruamento na região. No presente trabalho foram realizados os levantamentos de curvas de temperatura de transição dúctil e frágil (TTDF) do material base do tubo com dimensões de 762 mm x 38,1 mm de aço carbono com grau API X60, através da análise da porce... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo)
Abstract: The Drop Weigth Tear Test (DWTT) is a method widely used by the oil and gas industry to determine the ability of a material to prevent the propagation of a crack. This method was developed by the Battelle Memorial Institute, and is performed in accordance with API RP 5L3 "Drop-Weight Tear Tests on Line Pipe" specification. With the development of ARBL steels, the behavior of steels has shown some particularities resulting from thermomechanical processing, and for this reason, they may not present the same fracture behavior as older steels, such as delamination or nonmetallic inclusions. Currently two types of notch are proposed, being the type pressed, obtained by the stamping of a matrix in the sample, and the type Chevron, that must be machined. The correlation between both notches can be performed only for the analysis of the percentage of the ductile surface of the fracture. Other types of correlation as energy absorbed for impact are not recommended, since the stress concentration for the Chevron notch is higher, facilitating the rupture of the sample, while the notched press demands greater energy, since it has greater hardening in the region. In the present study, the ductile and brittle transition temperature (TTDF) curves of the base material of the pipe with dimensions of 762 mm x 38.1 mm of carbon steel with API grade X60 were carried out, through the analysis of the percentage of ductile fracture resulting whose results were shown to be equivalent for both notch: ... (Complete abstract click electronic access below)
Mestre

Made available in DSpace on 2017-07-21T20:42:39Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Hudison.pdf: 7678712 bytes, checksum: 77d524c573ba60402f77fbda4e17c5e9 (MD5) Previous issue date: 2013-03-25
Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior
In the present study was investigated the API 5L X70 steel mechanical behavior through tensile and instrumented impact tests. Results from the instrumented Charpy impact test have allowed quantify the forces, energies and deflections of the specimens. It was used to obtain the fracture mechanics parameters such as the dynamic fracture toughness JId, the stress intensity factor for dynamic loading KId, as also range the ductile brittle transition temperature. Simultaneously was evaluated the mechanisms that induce to the delamination phenomenon as well as the investigation of their influence on the absorbed energy during the impact test. It was also analyzed the microtexture and mesotexture of different samples from the brittle, ductile and mixed regions from the ductile brittle transition temperature curve. Results have shown that the longitudinal direction was slightly superior mechanical properties when compared to the transverse direction. The dynamic fracture toughness JId was higher for the L-T specimen orientation when compared to the T-L orientation and it tends to increase with increasing temperature for both directions. The stress intensity factor values for dynamic loading was close to in both L-T and T-L orientations. The microtexture has revealed that deformation process from the impact test preserves some of its characteristics from the prior processing such as phase transformations and recrystallization components. While the mesotexture feature has shown higher energy values in the ductile brittle transition temperature curve, it is resulted from the formation of deformation substructure. Results obtained by scanning electron microscopy and light microscopy have shown that the main factors that may be contributing to the formation of crack-divider type delaminations are banded microstructure and elongated ferrite grains. While the microtexture from the edges delamination has shown that propagation mechanism is intergranular. Taylor factor mapping has shown that the mechanism responsible for the formation of delamination is accompanied by low plastic deformation.
No presente trabalho foi investigado o comportamento mecânico do aço API 5L X70 através de ensaios de tração e impacto instrumentado. O ensaio de impacto Charpy instrumentado permitiu quantificar as forças, energias e deflexões dos corpos de prova. Com a utilização destes dados foram obtidos parâmetros da mecânica da fratura, tais como, a tenacidade à fratura dinâmica JId, o fator de intensidade de tensão para carregamento dinâmico KId, além da faixa de valores da temperatura de transição dúctil frágil. Concomitantemente foram avaliados os mecanismos que contribuem na formação do fenômeno conhecido como delaminação, bem como a investigação de sua influência sobre a energia absorvida durante o ensaio de impacto. Foram também analisadas a microtextura e mesotextura de diferentes amostras retiradas da região frágil, dúctil e mista, da curva de transição dúctil frágil do material. Os resultados mostraram que o material possui propriedades mecânicas de impacto ligeiramente superiores na direção longitudinal à laminação comparado à direção transversal. Os valores encontrados para a tenacidade à fratura dinâmica JId são superiores para corpos de prova com orientação L-T quando comparados para a orientação T-L, e tendem a aumentar com o aumento da temperatura para ambas orientações. Os valores encontrados para o fator de intensidade de tensão para carregamento dinâmico foram próximos para ambas as orientações L-T e T-L. A microtextura revelou que após a deformação no ensaio de impacto o aço preserva algumas das características do seu histórico de processamento tais como componentes de transformações de fase e recristalização. Enquanto que o estudo da mesotextura mostrou que maiores valores de energia na curva de transição dúctil frágil resultam na formação de uma subestrutura de deformação. Resultados obtidos por microscopia eletrônica de varredura e microscopia ótica mostraram que os principais fatores que podem estar contribuindo para formação de delaminações do tipo trinca divisora são a microestrutura bandeada e grãos alongados de ferrita. Enquanto que a microtextura nas bordas da delaminação mostrou que o seu mecanismo de propagação é intergranular. O mapeamento do fator de Taylor mostrou que o mecanismo responsável pela formação da delaminação é acompanhado por pouca deformação plástica.

Der Vortrag beschreibt die Grundlagen der Elasto-Plastizität sowie die softwaretechnische Anwendung mit dem FEM-Programm Creo Simulate bzw. Pro/MECHANICA von PTC. Der erste Teil des Vortrages beschreibt die Charakteristika plastischen Verhaltens, unterschiedliche plastische Materialgesetze, Fließkriterien bei mehrachsiger Beanspruchung und unterschiedliche Verfestigungsmodelle. Im zweiten Vortragsteil werden Möglichkeiten und Grenzen der Berechnung elasto-plastischer Probleme mit der Software dargestellt sowie Anwendungstipps gegeben. Im dritten Vortragsteil schließlich werden verschiedene Beispiele vorgestellt, davon besonders ausführlich das Verhalten einer einachsigen elasto-plastischen Zugprobe vor und nach dem Eintreten der Einschnürdehnung
This presentation describes the basics of elasto-plasticity and its application with the finite element software Creo Simulate (formerly Pro/MECHANICA) from PTC. The first part describes the characteristics of plastic behavior, different plastic material laws, yield criteria for multiaxial stress states and different hardening models. In the second part, the opportunities and limitations of analyzing elasto-plastic problems with the FEM-code are described and user information is provided. The last part finally presents different examples. Deeply treated is the behavior of a uniaxial tensile test specimen before and after elongation with necking appears

Dans les structures de grandes dimensions réalisées en acier 16mnd5 et revêtues par soudage àa l'arc avec deux couches d'acier austénitique, des décohésions intergranulaires peuvent être présentes dans le métal de base. Pour pouvoir garantir l'intégrité de la structure, p. Ex. De la cuve dans les centrales nucléaires, on cherche à savoir pourquoi ces défauts se forment, et dans quelles conditions accidentelles, une rupture devient possible. Lors d'une rupture déclenchée à partir d'une DIDR, deux mécanismes se superposent. D'une part, la petite taille de ces défauts diminue la température de la transition de la ténacité, et d'autre part, la fragilité intergranulaire est caracterisée par des valeurs de ténacité plus faibles qu'en clivage. Des essais sur des éprouvettes contenant des DIDR confirment avec 36mpam à -90 C la faible ténacité associée à la rupture intergranulaire. En revanche, pour des températures plus élevées, c'est l'effet de taille qui abaisse la température de transition. Pour la rupture en clivage, on observe une diminution de la température de transition de 60 C pour une réduction du rapport A/W de 0. 5 à 0. 1. Dus à la perte de confinement de la plasticité à la pointe de la fissure, le volume plastifié et la ténacité sont augmentes. L'approche locale avec m=29. 8, =0. 5, #u=2460mpa permet de prédire la transition pour des éprouvettes renfermant des petites ou des grandes fissures. Les facies des décohésions intergranulaires provoquées lors du réchauffage (DIDR) sont caracterisés par un taux élevé de soufre qui diminue en s'éloignant de la ligne de fusion. Fragilisant les joints de grains, les contraintes résiduelles sont partiellement relaxées par fissuration. Il en résulte un facies intergranulaire lisse sans aucune trace de déformation. En revanche, la forme finale du défaut est due à un mécanisme combiné de micro-fluage et de fragilisation par du soufre ségrége qui conduit à la formation de facettes intergranulaires cavitées

Bei der Beurteilung der Sicherheit bestehender Konstruktionen aus altem Baustahl (i. A. Flussstahl) und der Entscheidung über notwendige Instandsetzungs- und Verstärkungsmaßnahmen ist der Nachweis ausreichender Werkstoffzähigkeit (der Sicherheit gegen ein sprödes Versagen) von wesentlicher Bedeutung. Die in DIN EN 1993-1-10 normativ geregelten Nachweismethoden zur Beurteilung der Sprödbruchgefährdung wurden basierend auf umfangreichen bruchmechanischen Untersuchungen entwickelt. Sie gelten für Schweißkonstruktionen und „Stähle aus neuerer Zeit“ mit in der Regel hohen Zähigkeitswerten. Die Quantifizierung der Zähigkeit in Werkstoffnormen erfolgt durch Kerbschlagbiegeversuche. Die Beziehung zwischen der Übergangstemperatur der Kerbschlagarbeit und der Referenztemperatur der Bruchzähigkeit wird durch die modifizierte Sanz-Korrelation hergestellt, die nur für diese Stähle abgeleitet wurde. Das in der Norm verankerte Verfahren ist für alte Flussstahlkonstruktionen mit Lochschwächung durch Niet- und Schraubenverbindungen nicht geeignet. Einerseits unterscheiden sich Kerbwirkung und Eigenspannungszustand von geschweißten und genieteten Konstruktionen und damit die Zähigkeitsanforderungen wesentlich voneinander. Auf der anderen Seite unterliegen die Zähigkeitseigenschaften von Flussstählen deutlich größeren Streuungen. In der vorliegenden Arbeit werden experimentelle und rechnerische Untersuchungen zum Sprödbruchverhalten gelochter Konstruktionen aus altem Flussstahl vorgestellt. Wesentlicher Bestandteil sind dabei die umfangreichen Werkstoffanalysen zur Ermittlung der bruchmechanischen Werkstoffzähigkeit im spröd-duktilen Übergangsbereich nach dem Master-Curve-Konzept (ASTM E1921). Die Auswertungen belegen, dass in Abhängigkeit des Herstellungsverfahrens unterschiedliche Werkstoffgüten definiert werden können. Um den Einfluss des Stanzens von Löchern auf das Sprödbruchverhalten alter Flussstähle zu beurteilen, werden Gefügeuntersuchungen und Mikrohärtemessungen durchgeführt. Ausgehend von einer umfassenden Analyse typischer Konstruktionsformen bestehender Tragwerke des Stahlhochbaus erfolgen bruchmechanische FE-Berechnungen an Anschlüssen von Winkelprofilen zur Bestimmung der Zähigkeitsanforderungen. Die dabei gewonnenen Ergebnisse des Spannungsintensitätsfaktors werden durch Modifikation bekannter Lösungen aus der Fachliteratur für die weitere Anwendung aufbereitet. Darauf aufbauend wird für die untersuchten Konstruktionsdetails im Rahmen einer bruchmechanischen Sicherheitsanalyse ein praxisgerechtes Verfahren zur Beurteilung der Sprödbruchgefährdung genieteter und geschraubter Bauteile abgeleitet. Mit Hilfe statistischer Methoden werden Streuungen der Festigkeits- und Zähigkeitskennwerte der Flussstähle erfasst und nach der Verifizierung durch Bauteilversuche in ein semi-probabilistisches Nachweiskonzept überführt.

碩士
國立成功大學
土木工程學系碩博士班
95
The analysis for the strength of brittle honeycombs with curved edges and Plateau borders is presented here. By using the classical Beam Theory, the strength of brittle honeycombs with dual microstructural defects under uniaxial loading are thus theoretically obtained. The variability of cell-edge modulus of rupture is taken into account in analyzing the strength of brittle honeycombs with dual microstructural defects by using a Weibull statistical analysis. Consequently, the effects of Weibull modulus and cell size are discussed. Also, the failure envelopes caused by brittle fracture for brittle honeycombs with dual microstructural defects under biaxial compressions are developed.

Der Small-Punch-Test (SPT) ist eine vielversprechende minimalinvasive mechanische Prüfmethode, wenn nur sehr wenig Material für Proben zur Verfügung steht. Die vorliegende Arbeit hat das Ziel, aus Small-Punch-Kleinstproben wahre Materialparameter der elastisch-plastischen Verformung und des spröden Versagens zu bestimmen. Die Kraft-Verschiebungs-Kurve des Versuchs stellt die nichtlineare Materialantwort der inhomogen beanspruchten Probe dar. Das inverse Problem der Identifikation konstitutiver Materialparameter wird numerisch mit Hilfe von Finite-Elemente-Simulationen in Verbindung mit einem Response-Surface-Modell und nichtlinearer Optimierungsverfahren gelöst, indem die Abweichung zwischen gemessener und simulierter Kurve minimiert wird. Mit Hilfe einer eigens entwickelten Kühlapparatur wurden Versuche mit ferritischen Stählen von Raumtemperatur bis hinunter zu -191°C durchgeführt und die temperaturabhängigen Fließkurven identifiziert. Bei tiefen Temperaturen wurden die Weibull-Parameter der zufällig streuenden Sprödbruchfestigkeit bestimmt und die Bruchzähigkeitsverteilung durch Simulation einer CT-Probe vorhergesagt. Für eine Aluminiumoxidkeramik wurden ebenfalls die Weibull-Parameter bestimmt sowie mit Indenterrissen versehene Proben zur Abschätzung der Bruchzähigkeit verwendet.
The small punch test (SPT) is a promising minimally invasive material testing method, especially in cases where only small amounts of material are available. This thesis is aimed at identifying true material parameters of elastic-plastic deformation and brittle fracture. The load-displacement curve of the test represents the non-linear material response of the nonuniformly stressed specimen. The identification of material parameters of constitutive laws is an inverse problem, which is solved numerically. Finite element simulations together with a response surface model and nonlinear optimization techniques are applied to minimize the error between measured and simulated curves. A specially developed cooling apparatus was used to perform tests with ferritic steels from room temperature down to -191°C. The temperature dependent yield stresses and hardening curves were identified. At low temperatures the Weibull parameters of randomly distributed cleavage fracture strength were estimated. The fracture toughness distribution was then predicted by the help of a finite element simulation of a CT specimen. Furthermore the Weibull parameters of an alumina ceramic were determined and its fracture toughness was predicted using specimens prepared with indentation cracks.