Piena- ja päittäishitsiliitosten jännityskonsentraatiokertoimien määritys analyyttisesti
Nousiainen, Mikael (2023)
Kandidaatintyö
2023
School of Energy Systems, Konetekniikka
Kaikki oikeudet pidätetään.
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2023051544440
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2023051544440
Tiivistelmä
Tässä kandidaatintyössä tutkitaan analyyttisten laskukaavojen sovellettavuutta piena- ja päittäishitsiliitosten jännityskonsentraatiokertoimien laskentaan teräsrakenteissa, sekä selvitetään kyseisiin laskukaavoihin liittyvät geometriset rajoitteet. Laskukaavat ja niiden rajoitteet löydettiin kirjallisuuskatsauksella.
Työn alussa käydään läpi työn tausta sekä määritellään mitä jännityskonsentraatiokertoimet ovat ja mihin niitä käytetään. Kirjallisuuskatsauksen pohjalta löydetyt, valittujen hitsiliitosten jännityskonsentraatiokertoimien laskentaan käytetyt analyyttiset laskukaavat sekä niiden geometriset rajoitteet esitellään ja niistä luodaan Excel-laskentapohja. Laskentapohjalla lasketaan jännityskonsentraatiokertoimet esimerkkitapauksille ja saatujen tulosten pohjalta arvioidaan analyyttisten laskukaavojen sovellettavuutta jännityskonsentraatiokertoimien laskentaan.
Työn johtopäätöksenä todetaan analyyttisten laskukaavojen olevan heikosti sovellettavissa jännityskonsentraatiokertoimien laskentaan valituissa hitsiliitoksissa, johtuen kaavojen tarkoista rajoitteista. Työssä myös todetaan, että vaikka analyyttisten kaavojen antamat tulokset ovat epätarkkoja verrattuna FE-analyysiin, voidaan niitä kuitenkin käyttää jännityskonsentraatiokertoimien karkeiden suuruuksien arviointiin valituissa hitsiliitostyypeissä. This bachelor’s thesis investigates the applicability of analytical formulas in determining the stress concentration factors in fillet- and butt-welded joints in metal structures and figures out the geometric application constraints concerning these analytical formulas. The analytical formulas and their application constraints were found by a literature review.
The beginning of the thesis presents the background of the topic, as well as defines what stress concentration factors are and how they are used. The analytical formulas used for calculating stress concentration factors in the chosen weld types as well as their application constraints found by the literature review are presented and turned into an Excel calculation form. The calculation form is used to calculate stress concentration factors in example cases and the applicability of the used formulas is evaluated according to the results.
As a conclusion, this thesis states that the used analytical formulas are poorly applicable in calculating stress concentration factors in the chosen weld types due to their strict application constraints. It is also stated that even though the results given by the used analytical formulas are inaccurate compared to FE-analysis, they are still viable to be used to gain a rough estimate of the magnitudes of the stress concentration factors in the chosen weld types.
Työn alussa käydään läpi työn tausta sekä määritellään mitä jännityskonsentraatiokertoimet ovat ja mihin niitä käytetään. Kirjallisuuskatsauksen pohjalta löydetyt, valittujen hitsiliitosten jännityskonsentraatiokertoimien laskentaan käytetyt analyyttiset laskukaavat sekä niiden geometriset rajoitteet esitellään ja niistä luodaan Excel-laskentapohja. Laskentapohjalla lasketaan jännityskonsentraatiokertoimet esimerkkitapauksille ja saatujen tulosten pohjalta arvioidaan analyyttisten laskukaavojen sovellettavuutta jännityskonsentraatiokertoimien laskentaan.
Työn johtopäätöksenä todetaan analyyttisten laskukaavojen olevan heikosti sovellettavissa jännityskonsentraatiokertoimien laskentaan valituissa hitsiliitoksissa, johtuen kaavojen tarkoista rajoitteista. Työssä myös todetaan, että vaikka analyyttisten kaavojen antamat tulokset ovat epätarkkoja verrattuna FE-analyysiin, voidaan niitä kuitenkin käyttää jännityskonsentraatiokertoimien karkeiden suuruuksien arviointiin valituissa hitsiliitostyypeissä.
The beginning of the thesis presents the background of the topic, as well as defines what stress concentration factors are and how they are used. The analytical formulas used for calculating stress concentration factors in the chosen weld types as well as their application constraints found by the literature review are presented and turned into an Excel calculation form. The calculation form is used to calculate stress concentration factors in example cases and the applicability of the used formulas is evaluated according to the results.
As a conclusion, this thesis states that the used analytical formulas are poorly applicable in calculating stress concentration factors in the chosen weld types due to their strict application constraints. It is also stated that even though the results given by the used analytical formulas are inaccurate compared to FE-analysis, they are still viable to be used to gain a rough estimate of the magnitudes of the stress concentration factors in the chosen weld types.