Anisotrooppisuuden vaikutus teräksen väsymiskestävyyteen : väsytyskoelaitteiston suunnittelu.
Oja, Mikko (2019)
Kandidaatintyö
2019
School of Energy Systems, Konetekniikka
Kaikki oikeudet pidätetään.
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2019101132263
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2019101132263
Tiivistelmä
Tämän kandidaatintyön tarkoituksena on suunnitella väsytyskoelaitteisto pyörökoesauvoille, perehtyä tutkimuskirjallisuuden avulla väsymisen mekanismiin, teräksen anisotrooppisuuteen ja anisotrooppisuuden vaikutuksista teräksen väsymiskestävyyteen. Työssä esitetään tutkimuslaitteiston suunnittelun eri vaiheet ja tutkimuskirjallisuuden katsauksessa selvitetyt tiedot anisotrooppisuuden vaikutuksista teräksen mekaanisiin ominaisuuksiin.
Tutkimus on suunnittelun ja kirjallisuuskatsauksen yhdistelmä. Tietolähteinä käytetään avoimia tietolähteitä ja LUT-yliopiston kirjallisia sekä sähköisiä tietolähteitä. Kirjallisuuskatsauksen perusteella, teräksen anisotrooppisuudessa mikrorakenteen suuntaisuus aiheuttaa mekaanisten ominaisuuksien muutoksia raerakenteen orientaatiosuuntien välillä. Myös väsymiskestävyys muuttuu, kun kappaleeseen kohdistuvaa kuormitussuuntaa muutetaan.
Teräksen anisotrooppisuuden ymmärtämisestä aloitettiin väsytyskoelaitteiston hahmottelu ja suunnittelu. Mitoitus suoritettiin analyyttisesti ja käyttämällä standardeja. Rakenteessa päädyttiin niveltappiliitoksen kaltaiseen rakenteeseen, jossa pyörökoesauva kiinnitetään puristamalla kahden tahkon väliin. Koska kyseessä ei ole suoran vedon väsytyskoe, ja pyörökoesauvaan on muodostuttava myös taivutusta, asetetaan pyörökoesauva suorasta vetokuormituslinjasta sivuun. Taivutusta ei haluta aiheuttaa pyörökoesauvan lisäksi muuhun koelaitteistoon, joten laitteistoon suunniteltiin myös laakeroitu nivel.
Koelaitteiston suunnittelussa rakenteelliset ratkaisut ovat onnistuneet. Nivelen laakeroinnin valinnassa tarvitsee suorittaa testejä laakerin kestävyyden varmistamiseksi väsytyskoetta vastaavassa olosuhteessa. In this bachelor’s thesis the subject is to design fatigue test setup to fatigue test specimen, find out from research literature mechanism of fatigue, steel anisotropy and effect of anisotropy on fatigue life of steel. This work present steps taken during design progress and findings from literature for effect of anisotropy to steel mechanical properties and fatigue life.
This study is a combination of design and literature review. Sources used in this work are open sources, LUT University electronic data sources and literature as well. The literature review indicates that the steel anisotropic grain orientation causes changes to mechanical properties on different orientations. Also fatigue life changes when loading direction is changed in relation to grain structure.
After understanding steel anisotropy and way the fatigue test should perform, design of test setup begins. Dimensions were solved analytically and by Eurocode design standards. The design of the structure led up like pivot pin structure. Fatigue test specimen is attached by pressing it between two faces. Because the condition is not exactly straight pull fatigue test and there must also evolve bending to fatigue test specimen, so it must be installed out from straight pulling line. Bending is not allowed to transport on setup structure so there is need for joint with bearing.
In design of test setup, structural solutions are successful. Bearing selection needs some testing, to ensure sufficient bearing strength which can withstand load cycle of the fatigue test.
Tutkimus on suunnittelun ja kirjallisuuskatsauksen yhdistelmä. Tietolähteinä käytetään avoimia tietolähteitä ja LUT-yliopiston kirjallisia sekä sähköisiä tietolähteitä. Kirjallisuuskatsauksen perusteella, teräksen anisotrooppisuudessa mikrorakenteen suuntaisuus aiheuttaa mekaanisten ominaisuuksien muutoksia raerakenteen orientaatiosuuntien välillä. Myös väsymiskestävyys muuttuu, kun kappaleeseen kohdistuvaa kuormitussuuntaa muutetaan.
Teräksen anisotrooppisuuden ymmärtämisestä aloitettiin väsytyskoelaitteiston hahmottelu ja suunnittelu. Mitoitus suoritettiin analyyttisesti ja käyttämällä standardeja. Rakenteessa päädyttiin niveltappiliitoksen kaltaiseen rakenteeseen, jossa pyörökoesauva kiinnitetään puristamalla kahden tahkon väliin. Koska kyseessä ei ole suoran vedon väsytyskoe, ja pyörökoesauvaan on muodostuttava myös taivutusta, asetetaan pyörökoesauva suorasta vetokuormituslinjasta sivuun. Taivutusta ei haluta aiheuttaa pyörökoesauvan lisäksi muuhun koelaitteistoon, joten laitteistoon suunniteltiin myös laakeroitu nivel.
Koelaitteiston suunnittelussa rakenteelliset ratkaisut ovat onnistuneet. Nivelen laakeroinnin valinnassa tarvitsee suorittaa testejä laakerin kestävyyden varmistamiseksi väsytyskoetta vastaavassa olosuhteessa.
This study is a combination of design and literature review. Sources used in this work are open sources, LUT University electronic data sources and literature as well. The literature review indicates that the steel anisotropic grain orientation causes changes to mechanical properties on different orientations. Also fatigue life changes when loading direction is changed in relation to grain structure.
After understanding steel anisotropy and way the fatigue test should perform, design of test setup begins. Dimensions were solved analytically and by Eurocode design standards. The design of the structure led up like pivot pin structure. Fatigue test specimen is attached by pressing it between two faces. Because the condition is not exactly straight pull fatigue test and there must also evolve bending to fatigue test specimen, so it must be installed out from straight pulling line. Bending is not allowed to transport on setup structure so there is need for joint with bearing.
In design of test setup, structural solutions are successful. Bearing selection needs some testing, to ensure sufficient bearing strength which can withstand load cycle of the fatigue test.