Ruostumattomasta teräksestä hitsaamalla valmistetun puutavarapankon väsytyskoe ja staattisen rajatilan testaus
Rautkoski, Jani (2019)
Kandidaatintyö
2019
School of Energy Systems, Konetekniikka
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2019110536677
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2019110536677
Tiivistelmä
Testauksen tavoitteena oli varmistaa austeniittisesta ruostumattomasta teräksestä valmistetun puutavarapankon tieliikennelain asettamien säädösten täyttyminen. Lisäksi tarkoituksena oli selvittää hitsaamalla kasatun pankkorakenteen kriittiset kohdat.
Pankkorakenteen kriittisiä kohtia tutkittiin tekemällä toiselle tolpalle väsytyskoe FE-mallin simuloinnilla saadulla FAT 100 luokan jännitystasolla rungon ja holkin liitoskohtaan. Tieliikennelain säädösten täyttyminen todennettiin kuormittamalla pankon toista tolppaa tasaisesti kasvavalla staattisella kuormalla voima-askeleittain säädösten määrittämään voimaan asti. Lopuksi oli tarkoitus selvittää tolpan todellinen kestävyys kuormittamalla sitä staattiseen rajatilaan asti.
Pankon tolppien väsytyskokeen perusteella havaittiin useita alkaneita säröjä pankon rakenteessa, jotka olivat pääosin ydintyneet hitsattavien osien liitoskohtien hitseihin. Näiden välttämiseksi tulisi kiinnittää huomiota osien hitsausjärjestykseen, sekä suorittaa TIG käsittely tiettyihin riskikohtiin tuotteen viimeistelyvaiheessa. Staattisen kokeen perusteella pankon tolppa ei täyttänyt tieliikennelain asettamia ehtoja, vaan staattinen rajatila tuli vastaan ennen säädösten määrittämän voiman saavuttamista. Tolpan kestävyyden parantamiseksi tulisi tolpan materiaalin kylmämuokkausta lisätä ja huomioida materiaalin valssaussuunta tolppaan kuormittavaan voimaan nähden. Toisena vaihtoehtona on vaihtaa tolpan materiaali ferriittiseksi ruostumattomaksi teräkseksi. The purpose of the test was to ensure compliance with the regulations set forth in the road traffic act of the timber bunk. In addition, the purpose was to find out the critical points of the welded assembled bunk structure.
The critical points of the bunk structure were investigated by performing a fatigue test on the other post at the stress level of the FAT 100 class obtained by simulation of the FE model at the junction of the frame and the sleeve. Compliance with the provisions of the road traffic act was verified by applying a steadily increasing static load to one of the bunk's posts, step by step, until the statutory force was applied. Finally, the real strength of the post was to be determined by loading it up to the static limit state.
Based on the fatigue test of the bunk posts, several onset cracks in the structure of the bunk were found which were mainly due at the welds of the parts to be welded. To avoid these, attention should be paid to the order of welding of the parts, and TIG processing should be carried out at certain risk points during the product finishing stage. Based on a static test, the post of the bunk did not meet the conditions laid down in the road traffic act, when the static boundary was met before the statutory force was reached. To improve the strength of the post, the cold rolling of the post material should be increased and the rolling direction of the material relative to the loading force of the post should be taken into consideration. Another option is to replace the material of the post with a ferritic stainless steel.
Pankkorakenteen kriittisiä kohtia tutkittiin tekemällä toiselle tolpalle väsytyskoe FE-mallin simuloinnilla saadulla FAT 100 luokan jännitystasolla rungon ja holkin liitoskohtaan. Tieliikennelain säädösten täyttyminen todennettiin kuormittamalla pankon toista tolppaa tasaisesti kasvavalla staattisella kuormalla voima-askeleittain säädösten määrittämään voimaan asti. Lopuksi oli tarkoitus selvittää tolpan todellinen kestävyys kuormittamalla sitä staattiseen rajatilaan asti.
Pankon tolppien väsytyskokeen perusteella havaittiin useita alkaneita säröjä pankon rakenteessa, jotka olivat pääosin ydintyneet hitsattavien osien liitoskohtien hitseihin. Näiden välttämiseksi tulisi kiinnittää huomiota osien hitsausjärjestykseen, sekä suorittaa TIG käsittely tiettyihin riskikohtiin tuotteen viimeistelyvaiheessa. Staattisen kokeen perusteella pankon tolppa ei täyttänyt tieliikennelain asettamia ehtoja, vaan staattinen rajatila tuli vastaan ennen säädösten määrittämän voiman saavuttamista. Tolpan kestävyyden parantamiseksi tulisi tolpan materiaalin kylmämuokkausta lisätä ja huomioida materiaalin valssaussuunta tolppaan kuormittavaan voimaan nähden. Toisena vaihtoehtona on vaihtaa tolpan materiaali ferriittiseksi ruostumattomaksi teräkseksi.
The critical points of the bunk structure were investigated by performing a fatigue test on the other post at the stress level of the FAT 100 class obtained by simulation of the FE model at the junction of the frame and the sleeve. Compliance with the provisions of the road traffic act was verified by applying a steadily increasing static load to one of the bunk's posts, step by step, until the statutory force was applied. Finally, the real strength of the post was to be determined by loading it up to the static limit state.
Based on the fatigue test of the bunk posts, several onset cracks in the structure of the bunk were found which were mainly due at the welds of the parts to be welded. To avoid these, attention should be paid to the order of welding of the parts, and TIG processing should be carried out at certain risk points during the product finishing stage. Based on a static test, the post of the bunk did not meet the conditions laid down in the road traffic act, when the static boundary was met before the statutory force was reached. To improve the strength of the post, the cold rolling of the post material should be increased and the rolling direction of the material relative to the loading force of the post should be taken into consideration. Another option is to replace the material of the post with a ferritic stainless steel.