Rivan kärjen muotoilusuositusten vertailu hot spot ja tehollisen lovijännityksen menetelmillä
Kauppila, Joona (2018)
Kandidaatintyö
2018
School of Energy Systems, Konetekniikka
Kaikki oikeudet pidätetään.
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2018092136290
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2018092136290
Tiivistelmä
Tämän kandidaatintyön tarkoituksena on tutkia HEA 200 I-palkin laipan päälle hitsatun rivan päädyn muotoilun vaikutusta hitsin väsymiskestävyyteen ja selvittää ovatko International Institute of Welding (IIW) väsymisluokka (FAT) suositukset linjassa saatujen tulosten kanssa. Tarvittavat jännitykset rakenteesta saadaan käyttämällä hyväksi väsymistarkasteluissa käytettyjä hot spot ja tehollisen lovijännityksen (ENS) menetelmiä sekä elementtimenetelmää.
Tutkitusta rakenteesta selvitetään jännitykset hitsin rajaviivalla eri tavoin lovettujen ripageometrioiden tapauksissa. Sen jälkeen verrataan loveamattoman ja lovetun rivan jännitysten sekä IIW:n suosittelemien FAT-luokkien suhteita keskenään. Tutkituille tapauksille lasketaan myös nimelliset FAT-luokat Hot spot ja ENS -menetelmien perusteella ja verrataan näitä IIW:n nimellisiin FAT-luokkiin.
Tulosten perusteella IIW:n suositukset FAT-luokille eri geometrioilla ovat osittain virheellisiä. Ohjeistuksessa ei myöskään ole annettu tarpeeksi tarkkoja raja-arvoja rakenteen eri mitoille ja tämä on osasyynä FAT-luokkien virheellisiin arvoihin. Lisäksi huomattiin, että rivan päädyn korkeus hitsin juuresta rivan loveamisen aloituskohtaan on erityisen merkittävä tekijä jännityksen suuruudessa hitsin rajaviivalla. The aim of this Bachelor’s thesis is to study how the shape of the end of a gusset welded to an I-beam flange affects the fatigue strength of the weld toe. The results are compared with the recommendations for FAT-classes of different gusset transitions by International Institute of Welding (IIW). Hot spot and effective notch stress (ENS) methods with the finite element analysis are utilized to obtain the required stresses at the weld toe.
The ratios of stress levels and FAT classes of unmodified and modified gussets are compared. Hot spot and effective notch stresses are also used to calculate nominal FAT classes for the detail under investigation so that a direct comparison between the FAT classes can be done.
Based on the acquired results, the IIW recommendations are somewhat ambiguous. The nominal FAT classes proposed by IIW do not correspond to the nominal FAT classes calculated on the basis of the actual stresses. Furthermore, the IIW document seems to give inadequate information about some of the dimension restrictions concerning the gusset and the I-beam. Another very important discovery was, what a substantial effect the height of the gusset transition has on the stress value at the weld toe.
Tutkitusta rakenteesta selvitetään jännitykset hitsin rajaviivalla eri tavoin lovettujen ripageometrioiden tapauksissa. Sen jälkeen verrataan loveamattoman ja lovetun rivan jännitysten sekä IIW:n suosittelemien FAT-luokkien suhteita keskenään. Tutkituille tapauksille lasketaan myös nimelliset FAT-luokat Hot spot ja ENS -menetelmien perusteella ja verrataan näitä IIW:n nimellisiin FAT-luokkiin.
Tulosten perusteella IIW:n suositukset FAT-luokille eri geometrioilla ovat osittain virheellisiä. Ohjeistuksessa ei myöskään ole annettu tarpeeksi tarkkoja raja-arvoja rakenteen eri mitoille ja tämä on osasyynä FAT-luokkien virheellisiin arvoihin. Lisäksi huomattiin, että rivan päädyn korkeus hitsin juuresta rivan loveamisen aloituskohtaan on erityisen merkittävä tekijä jännityksen suuruudessa hitsin rajaviivalla.
The ratios of stress levels and FAT classes of unmodified and modified gussets are compared. Hot spot and effective notch stresses are also used to calculate nominal FAT classes for the detail under investigation so that a direct comparison between the FAT classes can be done.
Based on the acquired results, the IIW recommendations are somewhat ambiguous. The nominal FAT classes proposed by IIW do not correspond to the nominal FAT classes calculated on the basis of the actual stresses. Furthermore, the IIW document seems to give inadequate information about some of the dimension restrictions concerning the gusset and the I-beam. Another very important discovery was, what a substantial effect the height of the gusset transition has on the stress value at the weld toe.