Study on the fatigue strength of longitudinal stiffeners with weld start and end locations
Palomäki, Roope (2026)
Kandidaatintyö
2026
School of Energy Systems, Konetekniikka
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2026050438142
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2026050438142
Tiivistelmä
The objective of this thesis was to investigate the fatigue behavior of the start and end locations of longitudinal welded joints, as well as methods used in industry to assess and improve their service life. The study was conducted as a literature review using scientific publications and theses.
Based on the literature, the exceptional fatigue susceptibility of weld ends is due to the combined effects of three factors; the local three-dimensional notch effect caused by force transmission, initial cracks generated by the transient phases of welding, and harmful residual tensile stresses. Since the traditional nominal stress method does not account for this stress concentration with sufficient accuracy, the industry is increasingly shifting towards more accurate calculation models, such as the effective notch stress method and fracture mechanics.
The conclusion of this study is that weld ends should be viewed as precisely designed components instead of random production outputs. Over-design of structures can be avoided and service life significantly extended by mitigating stress concentrations through structural design or by eliminating residual tensile stresses through mechanical post-processing. Tämän kandidaatintyön tavoitteena oli tutkia pitkittäisten hitsausliitosten aloitus- ja lopetuskohtien väsymiskäyttäytymistä, sekä teollisuudessa käytettyjä menetelmiä niiden käyttöiän arvioimiseksi ja parantamiseksi. Tutkimus tehtiin kirjallisuuskatsauksena käyttäen tieteellisiä julkaisuja ja diplomitöitä.
Kirjallisuuden perusteella hitsin päiden poikkeuksellinen väsymiskäyttäytyminen johtuu kolmen tekijän summasta; voimansiirron aiheuttamasta paikallisesta kolmiulotteisesta lovivaikutuksesta, hitsauksen synnyttämistä halkeamista, sekä haitallisista vetojäännösjännityksistä. Koska perinteinen nimellisen jännityksen menetelmä ei ota tätä jännityskeskittymää huomioon riittävällä tarkkuudella, teollisuudessa siirrytään kohti tarkempia laskentamalleja, kuten effective notch stress menetelmää ja murtumismekaniikkaa.
Tutkimuksen johtopäätöksenä on, että hitsin päitä tulisi kohdella enemmän suunniteltavina osina, kuin satunnaisina valmistuksen tuotoksina. Rakenteiden ylisuunnittelua voidaan välttää ja niiden käyttöikää pidentää huomattavasti lieventämällä jännityskeskittymiä rakennesuunnittelun avulla tai poistamalla haitallisia jäännösjännityksiä jälkikäsittelyn avulla.
Based on the literature, the exceptional fatigue susceptibility of weld ends is due to the combined effects of three factors; the local three-dimensional notch effect caused by force transmission, initial cracks generated by the transient phases of welding, and harmful residual tensile stresses. Since the traditional nominal stress method does not account for this stress concentration with sufficient accuracy, the industry is increasingly shifting towards more accurate calculation models, such as the effective notch stress method and fracture mechanics.
The conclusion of this study is that weld ends should be viewed as precisely designed components instead of random production outputs. Over-design of structures can be avoided and service life significantly extended by mitigating stress concentrations through structural design or by eliminating residual tensile stresses through mechanical post-processing.
Kirjallisuuden perusteella hitsin päiden poikkeuksellinen väsymiskäyttäytyminen johtuu kolmen tekijän summasta; voimansiirron aiheuttamasta paikallisesta kolmiulotteisesta lovivaikutuksesta, hitsauksen synnyttämistä halkeamista, sekä haitallisista vetojäännösjännityksistä. Koska perinteinen nimellisen jännityksen menetelmä ei ota tätä jännityskeskittymää huomioon riittävällä tarkkuudella, teollisuudessa siirrytään kohti tarkempia laskentamalleja, kuten effective notch stress menetelmää ja murtumismekaniikkaa.
Tutkimuksen johtopäätöksenä on, että hitsin päitä tulisi kohdella enemmän suunniteltavina osina, kuin satunnaisina valmistuksen tuotoksina. Rakenteiden ylisuunnittelua voidaan välttää ja niiden käyttöikää pidentää huomattavasti lieventämällä jännityskeskittymiä rakennesuunnittelun avulla tai poistamalla haitallisia jäännösjännityksiä jälkikäsittelyn avulla.