Dynamic load actions in aluminium superstructure
Oittinen, Oskari (2025)
Diplomityö
2025
School of Energy Systems, Konetekniikka
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe20251125111300
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe20251125111300
Tiivistelmä
The objective of this thesis is to improve understanding of dynamic load actions in a timber truck’s aluminium superstructure. The study combines numerical finite element analysis (FEA) and experimental strain gauge measurements to identify fatigue-critical regions and estimate fatigue life during operational use.
A finite element model was developed using shell elements and linear static analysis. Three representative load cases of crane operation, road surface impact and trailer turning were simulated to locate stress concentrations. Based on simulation results and practical experience, strain gauges were installed at selected locations to capture stress responses during both controlled and continuous field measurements.
The strain data was used to validate the FEA model and support fatigue life estimation through rainflow analysis, equivalent stress range calculations and cycle count estimation. The results revealed significant stress variation across structural regions, with bunk and crane bed areas showing elevated fatigue exposure. Discrepancies between simulated and measured stress responses were observed, particularly in regions influenced by suspension dynamics, highlighting the limitations of simplified boundary conditions.
The combined use of FEA and strain gauge measurement provided a suitable framework for structural evaluation and fatigue analysis. These findings could be utilized for future geometry improvements and prototype testing. Tämän opinnäytetyön tavoitteena on parantaa ymmärrystä puutavara-auton alumiinisen päällirakenteen käyttäytymistä dynaamisissa kuormitustilanteissa. Tutkimuksessa yhdistetään numeerinen elementtimenetelmä (FEA) ja kokeelliset venymäliuskamittaukset väsymiselle alttiiden alueiden tunnistamiseksi ja rakenteen väsymiskeston arvioimiseksi.
Elementtimalli kehitettiin käyttäen kuorielementtejä ja lineaarista staattista analyysiä. Kolmea kuormitustapausta simuloitiin: nosturin käyttö, tien epätasaisuudet ja perävaunun aiheuttama kääntövoima. Mittauspisteet valittiin simulointitulosten perusteella ja mittauksia tehtiin sekä kontrolloiduissa, että kenttäolosuhteissa.
Mittausdataa käytettiin elementtimallin validointiin ja väsymiskeston arviointiin hyödyntämällä rainflow-analyysiä ja ekvivalenttien jännitysten laskentaa. Tulokset osoittivat eroja väsymiskestävyydessä eri rakenteiden välillä, erityisesti pankot ja nosturipedin alue altistuivat korostuneelle väsymiskuormalle. Poikkeamat simuloitujen ja mitattujen arvojen välillä korostivat jousituksen mallinnuksen haasteita.
Elementtimenetelmän ja venymämittausten yhdistelmä tarjosi soveltuvan viitekehyksen rakenteen arviointiin ja väsymisanalyysiin. Tuloksia voidaan hyödyntää tulevissa geometrian parannuksissa ja prototyyppien testauksessa.
A finite element model was developed using shell elements and linear static analysis. Three representative load cases of crane operation, road surface impact and trailer turning were simulated to locate stress concentrations. Based on simulation results and practical experience, strain gauges were installed at selected locations to capture stress responses during both controlled and continuous field measurements.
The strain data was used to validate the FEA model and support fatigue life estimation through rainflow analysis, equivalent stress range calculations and cycle count estimation. The results revealed significant stress variation across structural regions, with bunk and crane bed areas showing elevated fatigue exposure. Discrepancies between simulated and measured stress responses were observed, particularly in regions influenced by suspension dynamics, highlighting the limitations of simplified boundary conditions.
The combined use of FEA and strain gauge measurement provided a suitable framework for structural evaluation and fatigue analysis. These findings could be utilized for future geometry improvements and prototype testing.
Elementtimalli kehitettiin käyttäen kuorielementtejä ja lineaarista staattista analyysiä. Kolmea kuormitustapausta simuloitiin: nosturin käyttö, tien epätasaisuudet ja perävaunun aiheuttama kääntövoima. Mittauspisteet valittiin simulointitulosten perusteella ja mittauksia tehtiin sekä kontrolloiduissa, että kenttäolosuhteissa.
Mittausdataa käytettiin elementtimallin validointiin ja väsymiskeston arviointiin hyödyntämällä rainflow-analyysiä ja ekvivalenttien jännitysten laskentaa. Tulokset osoittivat eroja väsymiskestävyydessä eri rakenteiden välillä, erityisesti pankot ja nosturipedin alue altistuivat korostuneelle väsymiskuormalle. Poikkeamat simuloitujen ja mitattujen arvojen välillä korostivat jousituksen mallinnuksen haasteita.
Elementtimenetelmän ja venymämittausten yhdistelmä tarjosi soveltuvan viitekehyksen rakenteen arviointiin ja väsymisanalyysiin. Tuloksia voidaan hyödyntää tulevissa geometrian parannuksissa ja prototyyppien testauksessa.