Hitsatun palstalevyliitoksen muotoilun vaikutus väsymisominaisuuksiin I-palkissa
Seppä, Aku (2023)
Kandidaatintyö
2023
School of Energy Systems, Konetekniikka
Kaikki oikeudet pidätetään.
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2023081797556
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2023081797556
Tiivistelmä
Tässä kandidaatintyössä ratkaistiin, mikä neljästä I-palkin päälle hitsatun palstalevyn päädyn muotoilu vaihtoehdoista on paras väsymiskestävyyden kannalta. Tutkittavana palkkina työssä toimi IPE300-palkki minkä päälle pienahitsattu palstalevy oli saman paksuinen kuin palkin laippa.
Työssä tutkittavat neljä muotoilu vaihtoehtoa ovat suora, nuoli, kupera ja kovera. Kaikista neljästä muotoilusta mallinnettiin ensin SolidWorks -ohjelmalla 3D-malli, jonka avulla luotiin Femap -ohjelmalla solidielementti FE-malli. Työn tutkimus tulokset perustuvat täysin FE-analyyseistä saatuihin tuloksiin.
Väsymiskestävyyttä on vertailtu käyttämällä hot spot- sekä ENS-jännitystä. Hot spot-jännitystä on kahden laista a- ja b-tyypin hot spot, tässä työssä tutkittiin tyypin a-jännitystä. Hot spot-jännityksen arvot saatiin kahdella eri tapaa, ekstrapoloiden palkin pinnalta kahden referenssipisteen avulla, sekä rakenteellisen jännityksen avulla kriittisen kohdan paksuuden yli. ENS-jännityksen arvot luettiin FEA:lla saatujen kriittisten pisteiden kohdalta.
Vertailtaessa koveraa muotoilua muihin vaihtoehtoihin huomattiin, että taivutusjännitys oli n. 30 % suurempi kuin muilla, koska koveran muotoilun kriittinen piste oli muotoilun reunassa eikä symmetria pinnalla. Neljästä eri muotoilu vaihtoehdosta nuoli antoi parhaat väsymiskestävyys ominaisuudet I-palkille. In this thesis, the four options for the design of the joint of a cover plate welded onto an I-beam were chosen to determine the best design for fatigue resistance. The beam under investigation was an IPE300 beam with a cover plate welded on top with the same thickness as the beam flange.
The four design options investigated in the work are straight, arrow, convex and concave. A 3D model of each of the four designs was first modelled using SolidWorks software, which was then used to create a solid element FE model using Femap software. The results of the study are based entirely on the results of the FE analyses.
Fatigue resistance has been compared using hot spot and ENS stress. There are two types of hot spot stress, type a and type b hot spot, in this thesis type a stress was investigated. Hot spot stress values were obtained in two different ways, by extrapolating from the beam surface using two reference points, and by structural stress over the critical point thickness. ENS stress values were read from the critical points obtained by FEA.
When comparing the concave design with the other alternatives, it was found that the bending stress was about 30% higher than the others because the critical point for the concave design was at the edge of the design rather than at the symmetry line. Of the four design alternatives, the arrow gave the best fatigue resistance properties for the I-beam.
Työssä tutkittavat neljä muotoilu vaihtoehtoa ovat suora, nuoli, kupera ja kovera. Kaikista neljästä muotoilusta mallinnettiin ensin SolidWorks -ohjelmalla 3D-malli, jonka avulla luotiin Femap -ohjelmalla solidielementti FE-malli. Työn tutkimus tulokset perustuvat täysin FE-analyyseistä saatuihin tuloksiin.
Väsymiskestävyyttä on vertailtu käyttämällä hot spot- sekä ENS-jännitystä. Hot spot-jännitystä on kahden laista a- ja b-tyypin hot spot, tässä työssä tutkittiin tyypin a-jännitystä. Hot spot-jännityksen arvot saatiin kahdella eri tapaa, ekstrapoloiden palkin pinnalta kahden referenssipisteen avulla, sekä rakenteellisen jännityksen avulla kriittisen kohdan paksuuden yli. ENS-jännityksen arvot luettiin FEA:lla saatujen kriittisten pisteiden kohdalta.
Vertailtaessa koveraa muotoilua muihin vaihtoehtoihin huomattiin, että taivutusjännitys oli n. 30 % suurempi kuin muilla, koska koveran muotoilun kriittinen piste oli muotoilun reunassa eikä symmetria pinnalla. Neljästä eri muotoilu vaihtoehdosta nuoli antoi parhaat väsymiskestävyys ominaisuudet I-palkille.
The four design options investigated in the work are straight, arrow, convex and concave. A 3D model of each of the four designs was first modelled using SolidWorks software, which was then used to create a solid element FE model using Femap software. The results of the study are based entirely on the results of the FE analyses.
Fatigue resistance has been compared using hot spot and ENS stress. There are two types of hot spot stress, type a and type b hot spot, in this thesis type a stress was investigated. Hot spot stress values were obtained in two different ways, by extrapolating from the beam surface using two reference points, and by structural stress over the critical point thickness. ENS stress values were read from the critical points obtained by FEA.
When comparing the concave design with the other alternatives, it was found that the bending stress was about 30% higher than the others because the critical point for the concave design was at the edge of the design rather than at the symmetry line. Of the four design alternatives, the arrow gave the best fatigue resistance properties for the I-beam.