Upravená mez výdrže za konstantní pevnosti σ e nebo τ e šroubového spoje je určena pro zvolený typ, návrh, materiál a zatížení spoje z následujícího vzorce:
σ e = σ' e k a k b k c k d k e k f [MPa, psi]
kde:
|
σ' e |
základní mez únavy zkušební tyče zvoleného materiálu [MPa, psi]. |
|
|
k a |
součinitel jakosti povrchu [-]. |
|
|
k b |
součinitel velikosti svaru [-]. |
|
|
k c |
součinitel spolehlivosti [-]. |
|
|
k d |
součinitel vlivu provozní teploty [-]. |
|
|
k e |
modifikovaný vrubový součinitel [-]. |
|
|
k f |
součinitel jiných vlivů [-]. |
1. Základní mez odolnosti σ' e
Jestliže nemáte pro zvolený materiál svarového spoje k dispozici výsledky materiálových zkoušek a neznáte přesnou hodnotu základní meze únavy materiálu, můžete nechat její hodnotu odhadnout. Výpočet navrhne základní mez únavy podle empirických vzorců:
σ' e ≈ 0,5 S U – pro obrácený ohyb
σ' e ≈ 0,4 S U – pro obrácený tah – tlak
σ' e ≈ 0,28 S U – pro obrácený krut (smyk)
|
S u |
mez pevnosti v tahu [MPa, psi] |
2. Součinitel povrchu k a
Obecně lze pro závislost meze únavy na jakosti povrchu říci, že s rostoucí kvalitou povrchu roste i únavová pevnost zatěžované součásti. U kvalitnějších materiálů je tento vliv výraznější. Vliv jakosti povrchu na mez únavy bývá v závislosti na pevnosti materiálu pro různě opracovaný povrch popisován experimentálně získanými křivkami.
Pro běžné svarové spoje standardní kvality bývá uváděna následující křivka, ze které vychází i tento výpočet při návrhu součinitele ka.
3. Součinitel velikosti k b
Pro svarový spoj zatížený střídavým tahem-tlakem nemá velikost spoje žádný vliv na jeho únavovou pevnost. Proto je součinitel velikosti svaru pro tento typ zatížení k b = 1.
Jinak je tomu však u zatížení spoje střídavým ohybem nebo krutem (smykem), kdy může velikost spoje podstatně ovlivnit jeho únavovou pevnost. Pevnost klesá s rostoucími rozměry spoje.
Určit přesnou závislost vlivu velikosti svaru na únavovou pevnost spoje lze pouze složitými experimentálními únavovými zkouškami daného svarové spoje. To je v praxi v nereálné. Proto byl vypracován zjednodušený teoretický postup. Tento postup vychází z experimentálních únavových zkoušek prováděných na hladkých zkušebních tyčích různých průměrů. Tento postup odhaduje přibližnou velikost součinitele k b na základě teorie, že odpovídající virtuální srovnatelný průměr testovací tyče lze přiřadit k určitému řezu svaru.
Následují výpočtové vzorce pro určení součinitele k b .
|
|
- Anglické jednotky |
|
|
- metrické jednotky |
přičemž musí být dodrženo:
k b ≥ 0,6
k b = 1 pro
kde pro výpočet fiktivního srovnávacího průměru je použit vzorec:
4. Součinitel spolehlivosti k c
Tento součinitel odráží vliv požadované spolehlivosti spoje v provozu na velikost únavové pevnosti. Hodnota součinitele leží v intervalu <0,5 ... 1>a součinitel se sníží s nárůstem požadavku spolehlivosti. Hodnota k c = 1 odpovídá 50% spolehlivosti, tedy 50% pravděpodobnosti, že při daném únavovém zatížení svarového spoje dojde k jeho porušení.
V běžné strojírenské praxi se obvykle počítá s 95% spolehlivostí strojních součástí. Pokud by však porušení spoje mohlo ohrozit lidské životy nebo způsobit značné finanční ztráty, je nutné jej kontrolovat s požadavkem vyšší spolehlivosti.
5. Součinitel provozní teploty k d
Vliv provozní teploty na mez únavy značně závisí na vlastnostech použitého materiálu. Pro běžně používané konstrukční oceli pracující v oblasti teplot -20 až 200 °C nebývá mez odolnosti příliš závislá na teplotě a lze použít součinitel k d = 1.
Dimenzování proti únavovému lomu při vysokých teplotách je složitý problém, neboť obecně dochází k interakci tečení, únavy a metalurgických nestabilit. Teoretické informace popisující tento problém jsou neúplné a nedostačující. Chcete-li správně určit součinitele k d , použijte výsledky pokusných testů.
6. Upravený součinitel koncentrace napětí k e .
Vysoké místní koncentrace napětí pocházejí ze spoje v případě, že je svarový spoj únavově zatížen z důvodu efektu vrubování svaru. Tyto koncentrace výrazně snižují únavovou pevnost spoje. Upravený koeficient napětí je určen ze vzorce k e = 1/K, kde součinitel snížení únavové pevnosti K závisí na typu svaru, tvaru, návrhu, kvalitě svaru a na zatížení svarového spoje. Pro vybrané typy a zatížení svarů jsou uváděny následující doporučené hodnoty koeficientu koncentrace napětí.
|
Typ svaru, způsob zatížení |
K |
|
Čelní tupý svar namáhaný ohybem nebo tahem - tlakem |
1.2 |
|
Čelní tupý svar namáhaný krutem (smykem) |
1.8 |
|
T-spoj s oboustranným tupým svarem |
2.0 |
|
Koutový svar zatížený kolmo k ose svaru |
1.5 |
|
Koutový svar zatížený rovnoběžně s osou svaru |
2.7 |
Z hlediska vzniku místních koncentrací napětí bývají nejrizikovějším místem svarového spoje přechody mezi svarem a základním materiálem. Proto je potřeba zvláště u cyklicky zatížených svarových spojů dbát na vhodné provedení svaru a dokonalé opracování přechodových ploch. Nepříznivý vliv na únavovou životnost svaru má také špatně provařený kořen tupého svaru či neprovařená mezera v kořeni koutového svaru. Při stanovení velikosti koeficientu koncentrace napětí je potřeba vzít v úvahu kvalitu provedení svaru.
7. Součinitel jiných vlivů k f
V tomto součiniteli jsou zahrnuty všechny ostatní vlivy, které mohou snížit nebo zvýšit únavovou pevnost svarového spoje (například vliv koroze.)