Paksuuskorjauskertoimen huomioonottaminen tehollisen lovijännityksen menetelmässä
Poutiainen, Eero (2020)
Kandidaatintyö
2020
School of Energy Systems, Konetekniikka
Kaikki oikeudet pidätetään.
Julkaisun pysyvä osoite on
http://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2020061142712
http://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2020061142712
Tiivistelmä
Tässä kandidaatintyössä tutkitaan paksuuskorjauskertoimen huomioonottamista tehollisen lovijännityksen menetelmässä. Yleisesti paksuuskorjauskerrointa ei käytetä tehollisen lovijännityksen menetelmässä, sillä se on otettu siinä huomioon rajaviivapyöristyksen ja levynpaksuuden suhteen r/t avulla. Tutkimuksen tavoitteena on väsymislaskennan helpottaminen ja ENS menetelmän tarkkuuden parantaminen.
Työssä tutkittavat liitokset ovat kuormaa kantamaton T-liitos sekä kuormaa kantava X-liitos. Tutkittavat kappaleet mallinnettiin ja niille tehtiin FE-analyysi eri a-mitoilla sekä levynpaksuuksilla. FE-malleista luettiin kunkin mallin maksimipääjännitykset, joiden avulla laskettiin laskennallinen väsymislujuus. Laskennalliset väsymislujuudet muutettiin paksuuskorjauskertoimiksi suhteuttamalla arvo referenssipaksuuden väsymislujuusarvoon. Suhteuttamalla saatuja tuloksia vertailtiin analyyttisesti laskettuihin paksuuskorjauskertoimiin.
Tutkimuksen suurimmat jännitykset ilmenivät kuormaa kantavan liitoksen hitsin juuressa. X-liitoksissa a-mitan kasvattaminen paransi väsymislujuutta, kun taas T-liitoksissa väsymislujuus heikkeni. Työn tulosten avulla voitiin päätellä, että analyyttisesti laskettu paksuuskorjauskerroin vastaa kuormaa kantamattomasta liitoksesta suhteutettuja paksuuskorjauskertoimia referenssipaksuuksilla tref = 25 mm ja 37,5 mm. Kuormaa kantavalla X-liitoksella suhteutetut paksuuskorjauskertoimet ja analyyttisesti lasketut kertoimet eivät vastanneet toisiaan. In this bachelor's thesis, the consideration of the thickness correction factor in the effective notch stress method is investigated. In general, the thickness correction factor is not used in the effective notch stress method, as it is taken into account by the weld toe radius to thickness ratio r / t. The aim of the study is to facilitate the calculation of fatigue and to improve the accuracy of the ENS method.
The weld joints examined in this thesis are a non-load-bearing T-joint and a load-bearing X-joint. The examined joints are modelled and subjected to FE analysis with different weld throat dimensions and plate thicknesses. The maximum principal stresses of each model were obtained from the FE models, which were used to calculate the fatigue strength. The calculated fatigue strengths were converted to thickness correction factors by relating the value to the fatigue strength value of the reference thickness. The obtained results were then compared with the analytically calculated thickness correction factors.
The highest stresses in the study occurred at the weld root of the load-bearing joint. In the X-joints, increasing the weld throat dimension improved the fatigue strength, while in the T-joints the fatigue strength decreased. Based on the results of the work, it could be concluded that the analytically calculated thickness correction factor corresponds to the thickness correction factors proportional to the load-bearing joint with reference thicknesses tref = 25 mm and 37.5 mm. In load-bearing X-joints, the proportional thickness correction factors did not correspond to the factors determined analytically.
Työssä tutkittavat liitokset ovat kuormaa kantamaton T-liitos sekä kuormaa kantava X-liitos. Tutkittavat kappaleet mallinnettiin ja niille tehtiin FE-analyysi eri a-mitoilla sekä levynpaksuuksilla. FE-malleista luettiin kunkin mallin maksimipääjännitykset, joiden avulla laskettiin laskennallinen väsymislujuus. Laskennalliset väsymislujuudet muutettiin paksuuskorjauskertoimiksi suhteuttamalla arvo referenssipaksuuden väsymislujuusarvoon. Suhteuttamalla saatuja tuloksia vertailtiin analyyttisesti laskettuihin paksuuskorjauskertoimiin.
Tutkimuksen suurimmat jännitykset ilmenivät kuormaa kantavan liitoksen hitsin juuressa. X-liitoksissa a-mitan kasvattaminen paransi väsymislujuutta, kun taas T-liitoksissa väsymislujuus heikkeni. Työn tulosten avulla voitiin päätellä, että analyyttisesti laskettu paksuuskorjauskerroin vastaa kuormaa kantamattomasta liitoksesta suhteutettuja paksuuskorjauskertoimia referenssipaksuuksilla tref = 25 mm ja 37,5 mm. Kuormaa kantavalla X-liitoksella suhteutetut paksuuskorjauskertoimet ja analyyttisesti lasketut kertoimet eivät vastanneet toisiaan.
The weld joints examined in this thesis are a non-load-bearing T-joint and a load-bearing X-joint. The examined joints are modelled and subjected to FE analysis with different weld throat dimensions and plate thicknesses. The maximum principal stresses of each model were obtained from the FE models, which were used to calculate the fatigue strength. The calculated fatigue strengths were converted to thickness correction factors by relating the value to the fatigue strength value of the reference thickness. The obtained results were then compared with the analytically calculated thickness correction factors.
The highest stresses in the study occurred at the weld root of the load-bearing joint. In the X-joints, increasing the weld throat dimension improved the fatigue strength, while in the T-joints the fatigue strength decreased. Based on the results of the work, it could be concluded that the analytically calculated thickness correction factor corresponds to the thickness correction factors proportional to the load-bearing joint with reference thicknesses tref = 25 mm and 37.5 mm. In load-bearing X-joints, the proportional thickness correction factors did not correspond to the factors determined analytically.