Hitsatun jäykisterenkaan sijoittamisen vaikutus sylinterikuoren jännityskonsentraatioihin
Kukkonen, Olavi (2021)
Kandidaatintyö
2021
School of Energy Systems, Konetekniikka
Kaikki oikeudet pidätetään.
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2021041210143
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2021041210143
Tiivistelmä
Tämän kandidaatintyön tarkoituksena oli selvittää Poissonin ilmiön numeerinen vaikutus sylinterikuoreen muodostuviin jännityskonsentraatioihin, kun hitsattu jäykisterengas sijoitetaan sylinterikuoren sisä- tai ulkopuolelle. Muodostuvia jännityskeskittymiä arvioitiin rakenteellisen jännityksen menetelmällä, sekä tehollisen lovijännityksen menetelmällä. Rakenteellisia jännityksiä arvioitiin FE-analyysin tuloksista, sekä analyyttisten lausekkeiden avulla. Lovijännityksiä arvioitiin tehollisen lovijännitysmenetelmän mukaisesti FE-analyysin avulla.
Poissonin ilmiöllä huomattiin olevan selkeä numeerinen vaikutus muodostuviin jännityskonsentraatioihin ja sen seurauksena rakenteen väsymiskestävyyteen. Lisäksi jännityskonsentraatioiden huomattiin olevan sylinterin ja jäykisterenkaan jäykkyyksien funktio. Tietyillä geometrioilla Poissonin ilmiön vaikutus muodostuviin jännityskonsentraatioihin on erityisen merkittävä ja ilmiön huomioon ottaminen suunnitellessa jäykistettyjä kuorirakenteita on tärkeää.
Analyyttisessä tarkastelussa äärettömän jäykän jäykisterenkaan mallista huomattiin rakenteellisten jännitysten määräytyvän ainoastaan materiaalikohtaisesta Poissonin vakiosta. Äärellisen jäykän jäykisterenkaan malleista ulkopuolisen jäykisteen analyyttiset rakenteellisen jännityskonsentraatiokertoimen arvot vastasivat hyvin FE-analyysin avulla määritettyjä arvoja. Sisäpuolisen jäykisteen tapauksessa erot menetelmien välillä olivat suurempia, eikä erot täysin selittävää syytä löytynyt. The aim of this bachelor’s thesis was to find out the numerical effect of the Poisson effect on the resulting stress concentrations in the cylindrical shell in the case of welded external or internal stiffening ring. The resulting stress concentrations were evaluated by methods of structural stress and effective notch stress. Structural stresses were evaluated by means of FE-analysis and analytical expressions. Notch stresses were evaluated according to the effective notch stress method using FE-analysis.
The Poisson effect was found to have clear numerical effect on the resulting stress concentrations and consequently on the fatigue resistance of the structure. In addition, the stress concentrations were found to be a function of the stiffness of the cylinder and the stiffening ring. For certain geometries, the effect of Poisson effect on the resulting stress concentrations is particularly significant and it is important to take the phenomenon into account in the design of stiffened shell structures.
In the analytical analysis, it was found that the structural stresses are dependent only on the material-dependent Poisson constant in the case of infinitely rigid stiffening ring model. From models of finite rigid stiffening ring, the analytical values of the structural stress concentration factor of the external stiffener corresponded well to the values determined by FE-analysis. In the case of internal stiffener, the differences between analytical and numerical method were larger and no fully explanatory reason was found for the differences.
Poissonin ilmiöllä huomattiin olevan selkeä numeerinen vaikutus muodostuviin jännityskonsentraatioihin ja sen seurauksena rakenteen väsymiskestävyyteen. Lisäksi jännityskonsentraatioiden huomattiin olevan sylinterin ja jäykisterenkaan jäykkyyksien funktio. Tietyillä geometrioilla Poissonin ilmiön vaikutus muodostuviin jännityskonsentraatioihin on erityisen merkittävä ja ilmiön huomioon ottaminen suunnitellessa jäykistettyjä kuorirakenteita on tärkeää.
Analyyttisessä tarkastelussa äärettömän jäykän jäykisterenkaan mallista huomattiin rakenteellisten jännitysten määräytyvän ainoastaan materiaalikohtaisesta Poissonin vakiosta. Äärellisen jäykän jäykisterenkaan malleista ulkopuolisen jäykisteen analyyttiset rakenteellisen jännityskonsentraatiokertoimen arvot vastasivat hyvin FE-analyysin avulla määritettyjä arvoja. Sisäpuolisen jäykisteen tapauksessa erot menetelmien välillä olivat suurempia, eikä erot täysin selittävää syytä löytynyt.
The Poisson effect was found to have clear numerical effect on the resulting stress concentrations and consequently on the fatigue resistance of the structure. In addition, the stress concentrations were found to be a function of the stiffness of the cylinder and the stiffening ring. For certain geometries, the effect of Poisson effect on the resulting stress concentrations is particularly significant and it is important to take the phenomenon into account in the design of stiffened shell structures.
In the analytical analysis, it was found that the structural stresses are dependent only on the material-dependent Poisson constant in the case of infinitely rigid stiffening ring model. From models of finite rigid stiffening ring, the analytical values of the structural stress concentration factor of the external stiffener corresponded well to the values determined by FE-analysis. In the case of internal stiffener, the differences between analytical and numerical method were larger and no fully explanatory reason was found for the differences.