Fatigue assessment of lifting boom

Abstract

In this thesis two different methods were used to implement fatigue analysis of a lifting boom based on strain gauge data collected during fatigue testing. Strain gauge data was used to determine the external forces acting on the boom during the test cycle. True-Load is a commercial software that does the above mentioned. Another method based on 8 strain gauges was used to determine internal forces and moments and through those the external forces. The latter method was named 8-strain gauge method.

Results of the 4R method, effective notch stress method and hot spot method were compared, and nominal stress method was used for ground welds. The results of the different fatigue assessment methods were in the same order of magnitude. To support the calculations and FE-analysis residual stress and geometry measurements were taken into account.

Fatigue assessment was successfully conducted based on the True-Load software. Although this software overestimated some stress peaks which led to significantly higher damage sums compared to measured data. The 8-strain gauge method seemed to work very well close to the strain gauges location but did not give acceptable result further away. Due to lack of strain gauge data, calculations were based on strain gauge data of single test cycle which left some uncertainty to the accuracy of the results.

Tässä diplomityössä toteutettiin väsymisanalyysi nostopuomille perustuen väsytyskokeen aikana mitattuun venymäliuskadataan soveltaen kahta eri menetelmää. Puomiin väsytyskokeen testisyklin aikana vaikuttavat ulkoiset voimat määritettiin venymäliuskadatan perusteella. True-Load on kaupallinen ohjelmisto, jolla edellä mainittu voimien määritys tehtiin. Toinen käytetty menetelmä perustui kahdeksaan venymäliuskaan, joiden perusteella voitiin määrittää poikkileikkauksessa vaikuttavat sisäiset voimat ja momentit, josta edelleen voitiin ratkaista ulkoiset voimat. Jälkimmäiselle menetelmälle käytettiin nimeä 8-venymäliuskan menetelmä.

4R menetelmän, tehollisen lovijännitys menetelmän ja hot spot menetelmän tuloksia vertailtiin ja nimellisen jännityksen menetelmää sovellettiin hiotuille hitseille. Eri väsymisanalyysi menetelmillä saadut tulokset olivat samaa suuruusluokkaan. Laskennan ja FE-analyysin mahdollistamiseksi toteutettiin jäännösjännitys- ja geometriamittauksia.

Väsymisanalyysi suoritettiin onnistuneesti käyttäen True-Load ohjelmaa. Kyseinen ohjelma kuitenkin todennäköisesti yliarvioi joitakin jännityspiikkejä, jonka seurauksena vauriosummien arvot olivat korkeita verrattuna mitattuun dataan. 8-venymäliuskan menetelmä vaikutti toimivan erittäin hyvin lähellä venymäliuskojen sijaintia mutta ei antanut hyväksyttäviä tuloksia kauempana. Vähäisen venymäliuskadatan takia laskenta perustui vai yhden testisyklin aikana mitattuun dataan minkä seurauksena tuloksiin jäi jonkin verran epävarmuutta.