Assessment of fatigue strength of the T-joint subjected to compressed transverse loading

Abstract

This thesis studied the local compression stress and fatigue class at a T-joint under a wheel load. The goal was to determine the fatigue capacity of the weld. The study was done in laboratory circumstances and with finite element models. The secondary goal of the thesis was to find the effective load distribution length to calculate local compression stress on the T-joint weld. Fatigue class was studied by loading an I-shaped beam under a pulsating load. Also, ENS modeling under the local compression stress was examined.

This study found that the standard EN 13001-3-1 equation for effective length of load needs a multiplier of approximately 1.2 to give a more accurate result. The laboratory test did not give results for the studied fatigue class 80 detail. The reason was that the studied detail did not break under the testing conditions. More studies on the detail are needed. In addition, effective notch stress modeling was tested, and the findings suggest that the keyhole can be located at the root of the weld without affecting the local compression stress lower in the structure. On the other hand, these models also did not give matching results compared to the laboratory tests.

Työssä tutkittiin juuritukea vasten läpihitsatun T-liitoksen väsymisluokkaa pyöräkuorman alla. Tavoitteena oli selvittää T-liitoksen väsymiskestävyys. Työ koostui laboratoriossa toteutetusta kokeellisesta osuudesta sekä numeerista simuloinnista elementtimenetelmän avulla. Toisena tarkoituksena oli löytää pyörän aiheuttama efektiivinen kuorman jakautumispituus, mikä on keskeisessä osassa laskettaessa pyörän aiheuttamaa rusennusjännitystä kyseisessä hitsissä. Väsymisluokkaa tutkittiin kuormittamalla I-palkkia sykkivällä kuormalla, sekä efektiivistä lovijännitystä tutkittiin elementtimallien avulla.

Tuloksena huomattiin, että standardin EN 13001–3–1 kaava efektiiviselle kuorman jakautumispituudelle tarvitsee kertoimen 1.2, jotta se on lähempänä totuutta. Laboratoriotestit eivät antaneet tulosta detaljin väsymisluokasta, jolle on standardissa annettu arvoksi 80, sillä kappaleet eivät hajonneet kuormituksien aikana. Efektiiviset lovijännitysmallit eivät myöskään antaneet tulosta, joka olisi oikeassa suhteessa laboratoriossa saavutettuihin tuloksiin. Huomattiin, että ENS lovi voidaan sijoittaa normaalisti hitsin juuren, eikä se juuri vaikuta rusennusjännitykseen alempana rakenteessa.