Moduł oferowany także w ramach programów studiów:
Informacje ogólne:
Nazwa:
Zmęczenie materiałów pod kontrolą
Tok studiów:
2019/2020
Kod:
RMBM-2-208-KW-s
Wydział:
Inżynierii Mechanicznej i Robotyki
Poziom studiów:
Studia II stopnia
Specjalność:
Komputerowe wspomaganie projektowania
Kierunek:
Mechanika i Budowa Maszyn
Semestr:
2
Profil:
Ogólnoakademicki (A)
Język wykładowy:
Polski
Forma studiów:
Stacjonarne
Prowadzący moduł:
dr hab. inż. Machniewicz Tomasz (machniew@agh.edu.pl)
Treści programowe zapewniające uzyskanie efektów uczenia się dla modułu zajęć

Wyznaczanie lokalnych wartości naprężeń i odkształceń w zakresie odkształceń plastycznych. Analiza trwałości zmęczeniowej elementów konstrukcyjnych z wykorzystaniem metody odkształcenia lokalnego. Podstawy mechaniki pękania: filozofia tolerancji uszkodzeń, kryterium zniszczenia, wyznaczanie prędkości rozwoju pęknięć zmęczeniowych.

Opis efektów uczenia się dla modułu zajęć
Kod MEU Student, który zaliczył moduł zajęć zna i rozumie/potrafi/jest gotów do Powiązania z KEU Sposób weryfikacji i oceny efektów uczenia się osiągniętych przez studenta w ramach poszczególnych form zajęć i dla całego modułu zajęć
Wiedza: zna i rozumie
M_W001 Student dysponuje wiedzą pozwajającą na kontrolę, monitorowanie i ocenę procesu zmęczenia w trakcie eksploatacji konstrukcji. MBM2A_W17, MBM2A_W16, MBM2A_W09, MBM2A_W07, MBM2A_W08 Wynik testu zaliczeniowego,
Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych,
Studium przypadków ,
Sprawozdanie,
Prezentacja,
Kolokwium,
Aktywność na zajęciach
M_W002 Student zna nowoczesną metodologię badania własności zmęczeniowych materiałow i obiektów. MBM2A_W17, MBM2A_W16, MBM2A_W09, MBM2A_W07, MBM2A_W08 Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych,
Sprawozdanie,
Prezentacja,
Kolokwium,
Aktywność na zajęciach
M_W003 Student zna współczesną filozofię projektowania konstrukcji poddanych zmęczeniowym obciążeniom eksploatacyjnym w tym filozofię tolerancji uszkodzeń. MBM2A_W17, MBM2A_W16, MBM2A_W09, MBM2A_W07, MBM2A_W08 Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych,
Sprawozdanie,
Prezentacja,
Udział w dyskusji,
Studium przypadków ,
Kolokwium,
Aktywność na zajęciach
Umiejętności: potrafi
M_U001 Student potrafi przeprowadzić określone normami europejskimi badania własności zmęczeniowych materiałów. MBM2A_U11, MBM2A_U26, MBM2A_U14, MBM2A_U10 Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych,
Sprawozdanie,
Kolokwium
M_U002 Student potrafi zastosować odpowiednie narzędzia, w tym mechanikę pękania, do projektowania konstrukcji poddanych zmęczeniowym obciążeniom eksploatacyjnym. MBM2A_U11, MBM2A_U17, MBM2A_U19, MBM2A_U02, MBM2A_U01, MBM2A_U21, MBM2A_U05, MBM2A_U26, MBM2A_U14, MBM2A_U10, MBM2A_U20 Udział w dyskusji,
Prezentacja,
Kolokwium,
Aktywność na zajęciach
Kompetencje społeczne: jest gotów do
M_K001 Student ma świadomość wagi pozatechnicznych aspektów i skutków działalności inżynierskiej, w tym odpowiedzialności za podejmowane decyzje. MBM2A_K07, MBM2A_K03, MBM2A_K05, MBM2A_K08, MBM2A_K02 Udział w dyskusji,
Studium przypadków ,
Aktywność na zajęciach
Liczba godzin zajęć w ramach poszczególnych form zajęć:
SUMA (godz.)
Wykład
Ćwicz. aud
Ćwicz. lab
Ćw. proj.
Konw.
Zaj. sem.
Zaj. prakt
Zaj. terenowe
Zaj. warsztatowe
Prace kontr. przejść.
Lektorat
30 10 0 10 0 0 10 0 0 0 0 0
Matryca kierunkowych efektów uczenia się w odniesieniu do form zajęć i sposobu zaliczenia, które pozwalają na ich uzyskanie
Kod MEU Student, który zaliczył moduł zajęć zna i rozumie/potrafi/jest gotów do Forma zajęć dydaktycznych
Wykład
Ćwicz. aud
Ćwicz. lab
Ćw. proj.
Konw.
Zaj. sem.
Zaj. prakt
Zaj. terenowe
Zaj. warsztatowe
Prace kontr. przejść.
Lektorat
Wiedza
M_W001 Student dysponuje wiedzą pozwajającą na kontrolę, monitorowanie i ocenę procesu zmęczenia w trakcie eksploatacji konstrukcji. + - + - - + - - - - -
M_W002 Student zna nowoczesną metodologię badania własności zmęczeniowych materiałow i obiektów. + - + - - + - - - - -
M_W003 Student zna współczesną filozofię projektowania konstrukcji poddanych zmęczeniowym obciążeniom eksploatacyjnym w tym filozofię tolerancji uszkodzeń. + - - - - + - - - - -
Umiejętności
M_U001 Student potrafi przeprowadzić określone normami europejskimi badania własności zmęczeniowych materiałów. + - + - - - - - - - -
M_U002 Student potrafi zastosować odpowiednie narzędzia, w tym mechanikę pękania, do projektowania konstrukcji poddanych zmęczeniowym obciążeniom eksploatacyjnym. + - - - - + - - - - -
Kompetencje społeczne
M_K001 Student ma świadomość wagi pozatechnicznych aspektów i skutków działalności inżynierskiej, w tym odpowiedzialności za podejmowane decyzje. + - + - - + - - - - -
Nakład pracy studenta (bilans punktów ECTS)
Forma aktywności studenta Obciążenie studenta
Sumaryczne obciążenie pracą studenta 104 godz
Punkty ECTS za moduł 4 ECTS
Udział w zajęciach dydaktycznych/praktyka 30 godz
Przygotowanie do zajęć 30 godz
przygotowanie projektu, prezentacji, pracy pisemnej, sprawozdania 20 godz
Samodzielne studiowanie tematyki zajęć 20 godz
Egzamin lub kolokwium zaliczeniowe 2 godz
Dodatkowe godziny kontaktowe 2 godz
Szczegółowe treści kształcenia w ramach poszczególnych form zajęć (szczegółowy program wykładów i pozostałych zajęć)
Wykład (10h):

1. Wyznaczanie naprężeń i odkształceń w zakresie plastycznego płynięcia materiału; zginanie sprężysto-plastyczne prętów pryzmatycznych, zastosowanie reguły Neubera do wyznaczania lokalnych odkształceń plastycznych w karbie.
2. Analiza zmęczenia metodą odkształcenia lokalnego. Równanie Mansona-Coffina. Uwzględnienie wpływu naprężeń średnich.
3. Projektowanie elementów konstrukcyjnych „przeciw zmęczeniu”, współczynniki bezpieczeństwa.
4. Koncepcja tolerancji uszkodzeń, wzrost pęknięcia w czasie i wykres wytrzymałości resztkowej. Liniowo – sprężysta mechanika pękania (LSMP): sposoby pękania; stan naprężenia przed frontem pęknięcia, współczynnik intensywności naprężeń (WIN); typowa forma zależności na WIN; rozwiązania na WIN dla różnych reometrii i sposobów obciążenia. Strefa plastyczna przed frontem pęknięcia; wzór Irwina; kryterium płaskiego stanu naprężenia przed frontem pęknięcia; kryterium stosowalności LSMP.
5. Teoria Griffita; odporność na pękanie (sposób wyznaczania i jej zależność od różnych parametrów); krytyczna długość pęknięcia; wykres Federsena. Krytyczny współczynnik intensywności naprężeń. Odporność na pękanie, metodologia wyznaczania w oparciu o obowiązujące normy.
6. Zastosowanie mechaniki pękania w analizie zmęczenia. Krzywa propagacji pęknięcia. Prawa wzrostu pęknięć zmęczeniowych. Rozwój pęknięć zmęczeniowych: metodyka badań, trendy eksperymentalne, sposób opisu. Krytyczny i progowy zakres współczynnika intensywności naprężeń, wzór Parisa. Wpływ różnych czynników na prędkość wzrostu pęknięcia.
7. Zjawisko zamykania się pęknięcia spowodowane plastycznością. Prawo Elbera. Prognozowanie rozwoju pęknięć zmęczeniowych. Rola zjawiska zamykania się pęknięcia: efekt współczynnika asymetrii cyklu, efekty interakcji obciążeń, efekt grubości, efekt krótkiego pęknięcia, próg zmęczenia. Wewnętrzny progowy zakres współczynnika intensywności naprężeń.

Ćwiczenia laboratoryjne (10h):

1) Inżynierska i rzeczywista krzywa rozciągania. Próba rozciągania (ASTM E 8M, PN-EN 10002-1+AC1) z użyciem ekstensometru wzdłużnego i poprzecznego. Wyznaczenie naprężeń i odkształceń rzeczywistych, określenie modułu Younga, określenie liczny Poissona (ASTM E 132), wyznaczenie równania Ramberga-Osgooda (ASTM E 646). Porównanie inżynierskich i rzeczywistych krzywych rozciągania.
2) Wyznaczanie cyklicznej krzywej odkształcenia: wyznaczenie cyklicznej krzywej odkształcenia (ASTM E 606, PN -84/ H-04334), metoda Landgrafa, prezentacja graficzna i dobór parametrów równania Ramberga – Osgooda.
3) Wyznaczanie krzywej S-N (Wöhlera). Przeprowadzenie badania zmęczeniowego pod kontrolą obciążenia (ASTM E 466, PN-74/H-4327). Opracowanie krzywej S-N i dobór parametrów równania Basquina (ASTM E 468).
4)Wyznaczanie krzywej e-N. Przeprowadzenie badania zmęczeniowego pod kontrolą odkształcenia (badanie niskocyklowe: ASTM E 606, PN -84/ H-04334). Opracowanie krzywej e-N (ASTM E 468) i dobór parametrów równania Coffina-Mansona.

Zajęcia seminaryjne (10h):

1. Zastosowanie reguły Neubera do wyznaczania lokalnej amplitudy odkształceń – przykłady obliczeniowe.
2. Prognozowanie trwałości zmęczeniowej metodą odkształcenia lokalnego – przykłady obliczeniowe.
3. Przybliżona ocena parametrów materiałowych w równaniu Mansona-Coffina.
4. Zastosowanie współczynnika intensywności naprężeń do wyznaczania krytycznej długości pęknięcia i wytrzymałości resztkowej elementu konstrukcyjnego – przykłady obliczeniowe.
5. Wyznaczanie okresu propagacji pęknięcia zmęczeniowego z wykorzystaniem równania Parisa – przykłady obliczeniowe.

Pozostałe informacje
Metody i techniki kształcenia:
  • Wykład: Treści prezentowane na wykładzie są przekazywane w formie prezentacji multimedialnej w połączeniu z klasycznym wykładem tablicowym wzbogaconymi o przykłady odnoszące się do prezentowanych zagadnień.
  • Ćwiczenia laboratoryjne: W trakcie zajęć laboratoryjnych studenci samodzielnie rozwiązują zadany problem praktyczny, dobierając odpowiednie narzędzia. Prowadzący stymuluje grupę do refleksji nad problemem, tak by otrzymane wyniki miały wysoką wartość merytoryczną.
  • Zajęcia seminaryjne: Na zajęciach seminaryjnych podstawą jest prezentacja multimedialna oraz ustna prowadzona przez studentów. Kolejnym ważnym elementem kształcenia są odpowiedzi na powstałe pytania, a także dyskusja studentów nad prezentowanymi treściami. Inspiracją do zapoznania się z przerabianym materiałem, a dzięki temu bardziej aktywnym udziałem w zajęciach są kolokwia.
Warunki i sposób zaliczenia poszczególnych form zajęć, w tym zasady zaliczeń poprawkowych, a także warunki dopuszczenia do egzaminu:

*1) Zajęcia seminaryjne: *
a) ocena osiągniętych przez studenta efektów kształcenia prowadzona jest w formie ustnej (prezentacja rozwiązania danego problemu) i pisemnej (zapowiedziane wcześniej kolokwia),
b) ocena końcowa z zajęć seminaryjnych odpowiada ocenia najbliższej wartości średniej z uzyskanych ocen cząstkowych (z przedstawionych prezentacji i sprawdzianów pisemnych),
c) w celu uzyskania zaliczenia wszystkie kolokwia powinny być zaliczone na ocenę pozytywną (chyba że prowadzący ćwiczenia zdecyduje inaczej),
d) student nie uzyska zaliczenia gdy jego łączna absencja na zajęciach jest równa lub wyższa niż 50% (bez względu na powód nieobecności),
e) student nie uzyska zaliczenia gdy liczba nieusprawiedliwionych godzin jego nieobecności w trakcie całego semestru jest większa niż 4,
f) podstawą usprawiedliwienia nieobecności na zajęciach jest zwolnienie lekarskie, lub ewentualnie inna udokumentowana przyczyna, uznana przez prowadzącego ćwiczenia za dostatecznie ważną,
g) prowadzący zajęcia seminaryjne może dodatkowo, zgodnie z przyjętymi przez siebie i podanymi wcześniej zasadami, obniżyć ocenę końcową ze względu na nieusprawiedliwione nieobecności na zajęciach (z uwzględnieniem punktu 1e),
h) brak oceny z kolokwium w związku z nieusprawiedliwioną nieobecnością studenta na zajęciach traktowany jest równoznacznie z otrzymaniem z tego kolokwium w podstawowym terminie oceny niedostatecznej,
i) nieprzedstawienie prezentacji w zaplanowanym wcześniej terminie ze względu na nieusprawiedliwioną nieobecność na zajęciach, skutkuje otrzymaniem z niej oceny niedostatecznej w podstawowym terminie,
j) w przypadku braku zaliczenia w pierwszym terminie student ma prawo do dwóch zaliczeń poprawkowych z zakresu materiału wskazanego przez prowadzącego zajęcia, pod warunkiem, że nie zachodzą okoliczności określone w punktach 1d) i 1e).

*2) Zajęcia laboratoryjne: *
a) o ocenie z kolejnych zajęć laboratoryjnych decydują: wynik sprawdzianu wiadomości a także sposób opracowania i terminowość oddania sprawozdania z ćwiczeń,
b) podstawą wyznaczenia oceny zaliczeniowej z zajęć laboratoryjnych jest średnia z ocen za kolejne ćwiczenia,
c) aby uzyskać końcowe zaliczenie zajęć laboratoryjnych wymagane jest zaliczenie każdego z przerabianych ćwiczeń,
d) student ma prawo do dwóch popraw niezaliczonego sprawdzianu w terminie ustalonym z prowadzącym dane ćwiczenie.

Zasady udziału w zajęciach:
  • Wykład:
    – Obecność obowiązkowa: Nie
    – Zasady udziału w zajęciach: Studenci uczestniczą w zajęciach poznając kolejne treści nauczania zgodnie z syllabusem przedmiotu. Studenci winni na bieżąco zadawać pytania i wyjaśniać wątpliwości. Rejestracja audiowizualna wykładu wymaga zgody prowadzącego.
  • Ćwiczenia laboratoryjne:
    – Obecność obowiązkowa: Tak
    – Zasady udziału w zajęciach: Studenci wykonują ćwiczenia laboratoryjne zgodnie z materiałami udostępnionymi przez prowadzącego. Student jest zobowiązany do przygotowania się w przedmiocie wykonywanego ćwiczenia, co może zostać zweryfikowane kolokwium w formie ustnej lub pisemnej. Zaliczenie zajęć odbywa się na podstawie zaprezentowania rozwiązania postawionego problemu. Zaliczenie modułu jest możliwe po zaliczeniu wszystkich zajęć laboratoryjnych.
  • Zajęcia seminaryjne:
    – Obecność obowiązkowa: Tak
    – Zasady udziału w zajęciach: Studenci prezentują na forum grupy temat wskazany przez prowadzącego oraz uczestniczą w dyskusji nad tym tematem. Ocenie podlega zarówno wartość merytoryczna prezentacji, jak i tzw. kompetencje miękkie.
Sposób obliczania oceny końcowej:

Średnia z ocen uzyskanych na zaliczenie zajęć seminaryjnych i laboratoryjnych, z uwzględnieniem wszystkich terminów zaliczeń.

Sposób i tryb wyrównywania zaległości powstałych wskutek nieobecności studenta na zajęciach:

1) Wykłady:
Nieobecność na wykładzie nie zwalnia studenta z obowiązku opanowania omawianego materiału ani z przestrzegania przekazywanych w trakcie wykładu ustaleń o charakterze organizacyjnym.

2) Ćwiczenia seminaryjne:
W przypadku nieobecności na zajęciach, w wymiarze nieskutkującym utratą możliwości uzyskania zaliczenia, student we własnym zakresie uzupełnia związane z tym braki w uzyskanych efektach kształcenia.
Nieprzedstawioną w związku z nieobecnością prezentację student prezentuje w innym, ustalonym z prowadzącym terminie.
Do niezaliczonego w związku z nieobecnością na zajęciach sprawdzianu, student przystępuje w terminie zaliczenia poprawkowego.

3) Ćwiczenia laboratoryjne:
Odrabianie ćwiczeń niezaliczonych z powodu nieobecności odbywa się w porozumieniu z prowadzącym w trakcie zajęć z inną grupą studentów, a gdy nie ma takiej możliwości – w odrębnym terminie.

Wymagania wstępne i dodatkowe, z uwzględnieniem sekwencyjności modułów :

Wiedza z zakresu Wytrzymałości Materiałów ze studiów I stopnia na kierunku mechanicznym.

Zalecana literatura i pomoce naukowe:

1. Skorupa M., Machniewicz T. Wykłady z Integralności Konstrukcji w Eksploatacji: http://zwmik.imir.agh.edu.pl/Dydaktyka.
2. Skorupa M., Machniewicz T. Wykłady ze Zmęczenia materiałów pod kontrolą: http://zwmik.imir.agh.edu.pl/Dydaktyka
3. Kocańda S., Szala J. Podstawy obliczeń zmęczeniowych. Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 1997.
4. Neimitz A. Ocena wytrzymałości elementów konstrukcyjnych zawierających pęknięcia. Wydawnictwo Politechniki Świętokrzyskiej, Kielce 2004.
5. Schijve J. Fatigue of Structures and Materials. Kluver Academic Publishers, Dodrecht/Boston/London, 2001.
6. Grandt A.F. Fundamentals of structural integrity: damage tolerant design and nondestructive evaluation. Wiley 2003.

Publikacje naukowe osób prowadzących zajęcia związane z tematyką modułu:

1 Machniewicz T. 2012, Prognozowanie rozwoju pęknięć zmęczeniowych w wybranych metalach. Wydawnictwo AGH, Kraków.
2 Machniewicz T. 2013, Fatigue crack growth prediction models for metallic materials – Part I: Overview of prediction concepts. Fatigue & Fracture of Engineering Materials & Structures, vol. 36, No. 4, pp. 293–307.
3 Machniewicz T. 2013, Fatigue crack growth predictions for metallic materials – Part II: Strip Yield model: choices and decisions. Fatigue & Fracture of Engineering Materials & Structures, vol. 36, No. 4, pp. 361–373.
4 Skorupa A., Skorupa M., Machniewicz T., Korbel A. 2014, Fatigue crack location and fatigue life for riveted lap joints in aircraft fuselage. Int. J. Fatigue., Vol. 58(8), pp. 209-217.
5 Skorupa M., Korbel A., Skorupa A., Machniewicz T. 2015, Observations and analyses of secondary bending for riveted lap joints. Int. J. Fatigue., Vol. 72, pp. 1-10, doi: http://dx.doi.org/10.1016/j.ijfatigue.2014.10.008
6 Skorupa M., Machniewicz T., Skorupa A., Schijve J., Korbel A. 2015, Fatigue life prediction model for riveted lap joints. Engineering Failure Analysis, Vol. 53, pp. 111-123.
7 Skorupa M., Machniewicz T., Skorupa A., Korbel A. 2015, Fatigue strength reduction factors at rivet holes for aircraft fuselage lap joints. Int. J. Fatigue, Vol. 80, pp. 417-425.
8 Skorupa M., Machniewicz T., Skorupa A., Korbel A. 2016, Effect of load transfer by friction on the fatigue behaviour of riveted lap joints. Int. J. Fatigue, Vol. 90, pp. 1-11.
9 Skorupa M., Machniewicz T., Skorupa A., Korbel A. 2017, Fatigue life predictions for riveted lap joints. Int. J. Fatigue, Vol. 94, pp. 41-57.

Informacje dodatkowe:

Brak