Hitsiliitosten väsymistarkastelu eri menetelmillä
Tourula, Matias (2017)
Kandidaatintyö
2017
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe201708238186
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe201708238186
Tiivistelmä
Tämän kandidaatintyön tavoitteena on vertailla S960-teräksestä valmistettujen hitsiliitosten väsymiskestävyyttä nimellisen jännityksen, rakenteellisen jännityksen, tehollisen lovijännityksen sekä 3R-menetelmällä. Saatuja tuloksia verrataan väsytyskokeissa saatuihin tuloksiin sekä pohditaan syitä mahdollisten erojen taustalla. Laskenta suoritetaan käsin laskentana sekä hot spot -, ENS- ja 3R-menetelmissä numeerisen laskennan (FEA) avulla.
Tulosten perusteella nimellisen jännityksen, rakenteellisen jännityksen tai tehollisen lovijännityksen menetelmä eivät pysty antamaan kovin tarkkoja väsymiskestoikätuloksia S960-teräksestä valmistettuja hitsiliitoksia tarkasteltaessa. Käytössä olevien perinteisten väsymislaskentamenetelmien FAT-arvot on määritetty matala lujuuksisille koekappaleille, eivätkä ne tästä syystä kuvaa oikein suurlujuusterästen väsymiskäyttäytymistä. Muita syitä ovat menetelmien sopimattomuus vaihtelevaan hitsilaatuun, sekä suurlujuusteräksen voimakas reagointi esimerkiksi huonoon hitsilaatuun tai alkusäröihin.
3R-menetelmä tuotti suhteellisen hyviä laskentatuloksia, mutta niiden saavuttaminen vaati tarkkaa lähtötilanteen määritystä. Jos lähtötilanne oli epäselvä, saattoi menetelmä antaa merkittävästi väsytyskokeen tuloksesta eroavia kestoikätuloksia.
3R-menetelmä on siten oikein käytettynä toimiva menetelmä hitsiliitosten väsymiskestoiän laskentaan, riippumatta käytetystä teräslaadusta tai yksittäisten alkutilanteiden eroista. Huolimattomasti käytettynä menetelmä voi kuitenkin johtaa tuloksiin, jotka ovat kaukana todellisuudesta. 3R-menetelmä pystyy siten vastaamaan tulevaisuuden tarpeisiin mukautumalla yksittäiseen tarkastelutapaukseen ja antamaan muita väsymislaskentamenetelmiä tarkemman kestoikäarvion tilanteesta riippumatta. The aim of this thesis is to compare the fatigue strength of welded joints made from S960 steel with nominal stress method, structural stress method, ENS-method and the 3R-method. The results are then compared to laboratory test results. The calculation is done by hand and in ENS-, hot spot - and 3R-methods with the help of numerical calculation (FEA). The question is that do the older generation methods work with high strength steels or is the 3Rmethod the only way to go in assessing the fatigue life of joints made of high strength steel.
Based on the results, nominal stress method, structural stress method and ENS-method are not very suitable for fatigue analysis of welded joints made of S960-steel. One reason is the incompatibility of current known FAT-values with the high strength of the steel and another is that high strength steel reacts very powerfully for example to low quality welds or initial cracks.
Instead, the 3R-method produced good results, though to get them it was important to obtain very good knowledge of the qualities of the joint. If this was not done properly, the results would differ drastically from the laboratory tests, but properly done the 3R-method did produce relatively accurate results.
Thereby, the 3R-method is at its best a working method for determining the fatigue life of welded joints regardless of the steel type used, even though, badly executed it will lead to misleading results. But when used well, it will answer to the future demands and be capable to adapt to different kind of situations and give an accurate fatigue life evaluation regardless of the initial situation.
Tulosten perusteella nimellisen jännityksen, rakenteellisen jännityksen tai tehollisen lovijännityksen menetelmä eivät pysty antamaan kovin tarkkoja väsymiskestoikätuloksia S960-teräksestä valmistettuja hitsiliitoksia tarkasteltaessa. Käytössä olevien perinteisten väsymislaskentamenetelmien FAT-arvot on määritetty matala lujuuksisille koekappaleille, eivätkä ne tästä syystä kuvaa oikein suurlujuusterästen väsymiskäyttäytymistä. Muita syitä ovat menetelmien sopimattomuus vaihtelevaan hitsilaatuun, sekä suurlujuusteräksen voimakas reagointi esimerkiksi huonoon hitsilaatuun tai alkusäröihin.
3R-menetelmä tuotti suhteellisen hyviä laskentatuloksia, mutta niiden saavuttaminen vaati tarkkaa lähtötilanteen määritystä. Jos lähtötilanne oli epäselvä, saattoi menetelmä antaa merkittävästi väsytyskokeen tuloksesta eroavia kestoikätuloksia.
3R-menetelmä on siten oikein käytettynä toimiva menetelmä hitsiliitosten väsymiskestoiän laskentaan, riippumatta käytetystä teräslaadusta tai yksittäisten alkutilanteiden eroista. Huolimattomasti käytettynä menetelmä voi kuitenkin johtaa tuloksiin, jotka ovat kaukana todellisuudesta. 3R-menetelmä pystyy siten vastaamaan tulevaisuuden tarpeisiin mukautumalla yksittäiseen tarkastelutapaukseen ja antamaan muita väsymislaskentamenetelmiä tarkemman kestoikäarvion tilanteesta riippumatta.
Based on the results, nominal stress method, structural stress method and ENS-method are not very suitable for fatigue analysis of welded joints made of S960-steel. One reason is the incompatibility of current known FAT-values with the high strength of the steel and another is that high strength steel reacts very powerfully for example to low quality welds or initial cracks.
Instead, the 3R-method produced good results, though to get them it was important to obtain very good knowledge of the qualities of the joint. If this was not done properly, the results would differ drastically from the laboratory tests, but properly done the 3R-method did produce relatively accurate results.
Thereby, the 3R-method is at its best a working method for determining the fatigue life of welded joints regardless of the steel type used, even though, badly executed it will lead to misleading results. But when used well, it will answer to the future demands and be capable to adapt to different kind of situations and give an accurate fatigue life evaluation regardless of the initial situation.