Rakenneputken nurkkapyöristyksen vaikutus X-liitoksen jännityskonsentraatioihin
Oittinen, Oskari (2023)
Kandidaatintyö
2023
School of Energy Systems, Konetekniikka
Kaikki oikeudet pidätetään.
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2023051042861
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2023051042861
Tiivistelmä
Tässä työssä tarkastellaan rakenneputkista hitsattua X-liitosta, joka on eri kuormitustilanteissa ja eri nurkkapyöristyksillä. Työssä ollaan kiinnostuneita uumapalkin nurkkiin syntyvien jännityskonsentraatioiden määrittämisestä.
Työ toteutetaan luomalla yhdeksän eri mallia ja niistä määritetään hot spot-jännitykset FE-analyysin avulla. Mallinnus toteutetaan Simcenter Femap/NX-Nastran ohjelmistolla, jossa luodaan ¼-geometriat keskipintamalleilla. Kuormitustapauksia on kolmenlaisia: Uumaputken vetokuorma, uumaputken taivutusmomentti, sekä paarreputken vetokuorma. Voimien suuruudet on laskettu niin, että ne vastaavat 1 MPa:n jännitystä.
Saadut jännitykset kootaan taulukkolaskentaohjelmaan, jossa lasketaan hot spot -jännitykset ja luodaan kuvaajat, joista nähdään rakenteelliset jännitykset uumaputken kehämittaa pitkin.
Jännitykset saatiin luettua ja eri mallien jännitysarvoista tehtyä vertailukelpoisia kuvaajia. Tuloksista nähtiin, että jännityskonsentraatiot olivat sitä suurempia, mitä pienempi nurkkapyöristys oli. Lisäksi huomattiin jännityskonsentraation paikan muutosta eri geometrioilla ja geometrioiden vaikutus taivutus- ja kalvojännitysten osuuksiin rakenteellisesta jännityksestä. Saatiin hyvä ymmärrys nurkkapyöristyksen vaikutuksesta liitoksessa. In this thesis X-joint welded from structural hollow section tubes, which is under different load conditions and different corner radii is studied. The interest is in determining the stress concentration that occur in the corners of the web bar.
The study is carried out by creating nine different models and determining the hot spot stresses using FE-analysis. Modeling is done using Simcenter Femap/NX-Nastran software, in which ¼ geometries are made on midsurface meshes. There are three types of loading cases: tensile load on the web beam, in plane -moment on the web beam, and tensile load on the flange beam. The magnitudes of the forces are calculated to correspond to a stress of 1 MPa.
The obtained stresses are collected in a spreadsheet program, where the hot spot stresses are calculated, and graphs are created to show the structural stresses along the circumference of the web beam.
The stresses were read, and comparable graphs were created from the stress values of the different models. The results showed that the stress concentrations were greater the smaller the corner radius was. In addition, the change in stress concentration location with different geometries and the effect of geometries on the bending and membrane stress components of the structural stress were observed. A good understanding of the effect of corner radius on the joint was obtained.
Työ toteutetaan luomalla yhdeksän eri mallia ja niistä määritetään hot spot-jännitykset FE-analyysin avulla. Mallinnus toteutetaan Simcenter Femap/NX-Nastran ohjelmistolla, jossa luodaan ¼-geometriat keskipintamalleilla. Kuormitustapauksia on kolmenlaisia: Uumaputken vetokuorma, uumaputken taivutusmomentti, sekä paarreputken vetokuorma. Voimien suuruudet on laskettu niin, että ne vastaavat 1 MPa:n jännitystä.
Saadut jännitykset kootaan taulukkolaskentaohjelmaan, jossa lasketaan hot spot -jännitykset ja luodaan kuvaajat, joista nähdään rakenteelliset jännitykset uumaputken kehämittaa pitkin.
Jännitykset saatiin luettua ja eri mallien jännitysarvoista tehtyä vertailukelpoisia kuvaajia. Tuloksista nähtiin, että jännityskonsentraatiot olivat sitä suurempia, mitä pienempi nurkkapyöristys oli. Lisäksi huomattiin jännityskonsentraation paikan muutosta eri geometrioilla ja geometrioiden vaikutus taivutus- ja kalvojännitysten osuuksiin rakenteellisesta jännityksestä. Saatiin hyvä ymmärrys nurkkapyöristyksen vaikutuksesta liitoksessa.
The study is carried out by creating nine different models and determining the hot spot stresses using FE-analysis. Modeling is done using Simcenter Femap/NX-Nastran software, in which ¼ geometries are made on midsurface meshes. There are three types of loading cases: tensile load on the web beam, in plane -moment on the web beam, and tensile load on the flange beam. The magnitudes of the forces are calculated to correspond to a stress of 1 MPa.
The obtained stresses are collected in a spreadsheet program, where the hot spot stresses are calculated, and graphs are created to show the structural stresses along the circumference of the web beam.
The stresses were read, and comparable graphs were created from the stress values of the different models. The results showed that the stress concentrations were greater the smaller the corner radius was. In addition, the change in stress concentration location with different geometries and the effect of geometries on the bending and membrane stress components of the structural stress were observed. A good understanding of the effect of corner radius on the joint was obtained.