Fatigue strength of welded details at workshop quality
Ratala, Otto (2020)
Diplomityö
2020
School of Energy Systems, Konetekniikka
Kaikki oikeudet pidätetään.
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2020111390299
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2020111390299
Tiivistelmä
This thesis consisted of fatigue life testing of BW, LCX and LG welds that were produced by four different companies and tested under a constant stress range. The specimens were scanned with various methods (laser, Hexagon and Winteria), and the obtained scanning results were then ported to Femap in order to determine various factors, such as SCFs, that would be used in the calculations.
As the specimens have some angular distortions due to the welding process, strain gauges were used to determine the amount of bending stress that these distortions caused. As the specimens were being tested, they had strain gauges attached to them that would determine the total strain in the measuring area. After this the Femap models would be exposed to pure membrane stress, and by comparing these two differing results, the amount of bending stress could be determined.
Both the nominal and hot spot methods overestimated the fatigue performance results, which indicates that the stress concentration factors are necessary factors to consider if one wants to achieve reliable fatigue life predictions. ENS and 4R performed somewhat below the expectations, but ENS ended up being the better method as it ended up giving more reliable 50 % survival probability results. However, 4R seems like it could be the better method out of the two in the future, as its calculation values can be tweaked, and said tweaking moved the results in a better direction. Tämä työ koostui BW-, LCX- ja LG-hitsien väsymistestauksesta. Nämä hitsit olivat neljän eri yrityksen valmistamia, ja ne testattiin vakiojännitysvaihtelulla. Kappaleet skannattiin erilaisilla menetelmillä (laser, Hexagon ja Winteria), ja saadut skannaustulokset siirrettiin sitten Femap:iin jotta erilaiset tekijät, kuten jännityskonsentraatiotekijät, saatiin määritettyä laskentaa varten.
Koska kappaleissa oli hitsauksen takia kulmavetäymiä, venymäantureita käytettiin näiden muodonmuutosten aiheuttamien taivutusjännitysten määrittämiseen. Kun kappaleita testattiin, niihin oli kiinnitetty venymäantureita, jotka mittasivat kokonaisjännityksen mittausalueelta. Tämän jälkeen Femap-mallit altistettiin puhtaalle kalvojännitykselle, ja taivutusjännityksen määrä voitiin määrittää vertaamalla näitä kahta tulosta.
Sekä nimellis- että hot spot -menetelmät antoivat liioitellun positiivisia tuloksia, mikä osoittaa, että jännityskonsentraatiotekijät ovat välttämättömiä tekijöitä väsymiskestävyydessä, jotka on otettava huomioon, jos halutaan saavuttaa luotettavat väsymiskestävyyden ennusteet. ENS ja 4R suoriutuivat odotettua heikommin, mutta lopulta ENS oli parempi menetelmä koska se tuotti luotettavampia 50 % kestämistodennäköisyystuloksia. Tästä huolimatta 4R näyttää sellaiselta menetelmältä, että se voisi olla parempi näistä kahdesta vaihtoehdosta tulevaisuudessa, koska sen laskenta-arvoja voidaan muokata, mikä näytti vaikuttavan tuloksiin positiivisesti.
As the specimens have some angular distortions due to the welding process, strain gauges were used to determine the amount of bending stress that these distortions caused. As the specimens were being tested, they had strain gauges attached to them that would determine the total strain in the measuring area. After this the Femap models would be exposed to pure membrane stress, and by comparing these two differing results, the amount of bending stress could be determined.
Both the nominal and hot spot methods overestimated the fatigue performance results, which indicates that the stress concentration factors are necessary factors to consider if one wants to achieve reliable fatigue life predictions. ENS and 4R performed somewhat below the expectations, but ENS ended up being the better method as it ended up giving more reliable 50 % survival probability results. However, 4R seems like it could be the better method out of the two in the future, as its calculation values can be tweaked, and said tweaking moved the results in a better direction.
Koska kappaleissa oli hitsauksen takia kulmavetäymiä, venymäantureita käytettiin näiden muodonmuutosten aiheuttamien taivutusjännitysten määrittämiseen. Kun kappaleita testattiin, niihin oli kiinnitetty venymäantureita, jotka mittasivat kokonaisjännityksen mittausalueelta. Tämän jälkeen Femap-mallit altistettiin puhtaalle kalvojännitykselle, ja taivutusjännityksen määrä voitiin määrittää vertaamalla näitä kahta tulosta.
Sekä nimellis- että hot spot -menetelmät antoivat liioitellun positiivisia tuloksia, mikä osoittaa, että jännityskonsentraatiotekijät ovat välttämättömiä tekijöitä väsymiskestävyydessä, jotka on otettava huomioon, jos halutaan saavuttaa luotettavat väsymiskestävyyden ennusteet. ENS ja 4R suoriutuivat odotettua heikommin, mutta lopulta ENS oli parempi menetelmä koska se tuotti luotettavampia 50 % kestämistodennäköisyystuloksia. Tästä huolimatta 4R näyttää sellaiselta menetelmältä, että se voisi olla parempi näistä kahdesta vaihtoehdosta tulevaisuudessa, koska sen laskenta-arvoja voidaan muokata, mikä näytti vaikuttavan tuloksiin positiivisesti.