Lokalni pristup žilavom lomu zavarenih spojeva niskolegiranog čelika
Local approach to ductile fracture of low steel welded joints
Докторанд
Međo, Bojan I.Ментор
Rakin, MarkoЧланови комисије
Sedmak, AleksandarGubeljak, Nenad
Arsić, Miodrag
Maneski, Taško
Метаподаци
Приказ свих података о дисертацијиСажетак
Predmet disertacije je analiza nastanka žilavog loma i stabilnog rasta prsline
mehanizmom žilavog loma u niskolegiranom čeliku i zavarenim spojevima primenom
lokalnog pristupa. Razmatrani su spojevi koji sadrže jedan ili dva metala šava, od kojih
jedan ima manju (undermatch - UM), a drugi veću (overmatch - UM) čvrstoću od
osnovnog materijala. Ispitivane su epruvete za savijanje u tri tačke (SENB) sa početnom
prslinom u metalu šava kod svih spojeva. Početna prslina kod spojeva sa dva metala
šava imala je tri različita položaja: samo u overmatch delu, samo u undermatch delu, ili
kroz oba metala šava - po celoj debljini spoja. Takođe, analiziran je razvoj oštećenja u
šavnim cevima bez početne prsline, sa koncentratorom napona tipa zareza. Ovakva
geometrija je aproksimacija cevovoda oštećenih lokalnom korozijom, čiji integritet se u
literaturi po pravilu procenjuje u odnosu na plastični kolaps uz zanemarujivanje loma
kao mehanizma otkaza. U ovom radu je razmotren nastanak prsline na dnu žl...eba kao
kriterijum gubitka nosivosti oštećenog dela cevi. Proračuni metodom konačnih
elemenata (MKE), koji uključuju primenu lokalnog pristupa (kompletnog Gursonovog
modela - CGM) u analizi zavarenih spojeva i cevi sa simuliranim korozionim
oštećenjima, su urađeni u programskom paketu Abaqus.
Analiziran je uticaj heterogenosti materijala, izazvane različitim zateznim osobinama
osnovnog materijala i dva metala šava, na ponašanje spojeva pri lomu. Zbog
odgovarajućeg opisivanja oštećenja, određene su mikrostrukturni parametri koji utiču na
mehanizam žilavog loma čelika i zavarenih spojeva čelika - sadržaj nemetalnih
uključaka i srednji slobodni put između njih. Ispitan je uticaj širine spoja i dužine
početne prsline na ponašanje pri lomu. Utvrđeno je da kod OM spojeva povećanje širine
spoja dovodi do smanjenja, a kod UM spojeva do povećanja otpornosti prema lomu.
Takođe, uočeno je da se razlika u rezultatima dobijena ispitivanjem UM spojeva širine
12 i 18 mm jako mala, i pokazano je da za širine preko 12 mm heterogenost materijala
nema većeg uticaja na rast prsline. Imajući u vidu lokalni karakter oštećenja
mehanizmom žilavog loma, naročita pažnja je posvećena uticaju mreže konačnih
elemenata na otpornost prema lomu. Ispitivanjem spojeva sa jednim metalom šava (OM
ili UM) zaključeno je da postoji razlika u veličini elementa koja najbolje opisuje
početak rasta i rast prsline. Naime, za OM spojeve ova veličina odgovara srednjem
slobodnom putu između nemetalnih uključaka, dok je za UM spojeve ona tri puta veća...
The subject of this dissertation is analysis of ductile fracture initiation and stable crack
growth by ductile fracture mechanism in low alloyed steel and welded joints. The
analysis is conducted using local approach to fracture. Welded joints with one or two
weld metals are examined; one of them has lower strength (undermatch - UM) while the
other has higher strength in comparison with the base metal (overmatch - OM). Precracked
three point bending (SENB) specimens are analysed. In the joints with two
weld metals, the pre-crack has three different positions: only in overmatch part, only in
udermatch part or through both of them - through thickness dirrection. The damage
development is also analysed in the seam pipes, without a pre-crack but with a notchtype
stress concentrator. This geometry is aproximation of the pipeline damaged by
local corosion; in the literature, integrity of such structures is often assessed based on
the plastic collapse, neglecting the fracture as failure mecha...nism. In this work, fracture
initiation at the bottom of the notch is applied as the failure criterion for damaged
portion of the pipeline. Finite element calculations, which include the application of
local approach (complete Gurson model - CGM) in analysis of welded joints and pipes
with simulated corrosion damages, are conducted using the software package Abaqus.
The inflence of the material heterogeneity, caused by different tensile properties of the
base metal and two weld metals, on the fracture behavior of joints is analysed. For
appropriate damage description, microstructural parameters affecting the ductile
fracture mechanism in steel and its welded joints are determined - volume fraction of
non-metallic inclusions and mean free path between them. The influence of joint width
and initial crack length on the fracture behavior is assessed. For OM joints, the increase
of the joint width decreases the fracture resistance, while fracture resistance of UM
joints grows. It is also shown that the difference in results for UM joints with 12 and 18
mm width is rather small, and the increase of width over 12 mm does not have a
significant influence on the crack growth. Bearing in mind the local character of the
damage by ductile fracture mechanism, special attention is devoted to the influence of
the finite element mesh to the fracture resistance. Testing the joints with one weld metal
(OM or UM) revealed a difference in element sizes that result in the most adequate
description of the crack growth initiation and stable growth. For OM joints, this size
approximates the mean free path between the non-metallic inclusions, while in the case
of UM joints element size is three times larger...
Факултет:
Универзитет у Београду, Технолошко-металуршки факултетДатум одбране:
14-12-2012Пројекти:
- Микромеханички критеријуми оштећења и лома (RS-MESTD-Basic Research (BR or ON)-174004)