Fatigue Analysis of Welded Cruciform Joints with Cold Laps

Abstract

Työssä on tutkittu vetojännityskuormituksen alaisena olevien hitsattujen kuormaa kantamattomien X-liitosten hitsin paikallisen geometrian variaation vaikutusta väsymislujuuteen. Muuttujina olivat reunan pyöristyssäde, kylmäjuoksun suuruus ja kylkikulma. Geometristen muuttujien parametrinen riippuvuussuhde on analysoitu usealla elementtimallilla. Väsymistarkastelu on suoritettu käyttämällä lineaaris-elastista murtumismekaniikkaa (LEFM) tasovenymätilassa ja materiaalina terästä. Särönkasvun suunnan ennustamisessaon käytetty maksimipääjännityskriteeriä sekä jännitysintensiteettikertoimet on määritetty J-integraalilla. Särön ydintymisvaihetta ei ole otettu huomioon. Rakenteen on oletettu olevan hitsatussa tilassa ja jännitysheilahdus on kokonaan tehollinen. Särön kasvunopeuden ennustamiseen on käytetty Paris'n lakia. Väsymislujuustulokset on esitetty karakteristisina väsymisluokkina (FAT) ja sovitettu parametriseksi yhtälöksi. Lopuksi väsymisanalyysin ennustamia tuloksia on verrattu saatavilla oleviin väsytystestituloksiin.

The goal of this study was to investigate the influence of the local geometrical variations of weld on the fatigue strength of non-load-carrying cruciform joints under tensile loading. The variables were toe radius, cold lap and flank angle. The parametrical interdependence of geometrical variables was analyzed with several finite element (FE) models. The fatigue assessment was carried out with plane strain linear-elastic fracture mechanics (LEFM) and steel as the material. The maximum circumferential stress criterion was used for the direction of crack growth. The stress intensity factors (SIFs) were calculated with the J-integral method. The structure was assumed to be in the as-welded condition. The stress range wasassumed thoroughly effective. Crack initiation period was not considered. The Paris law was used to predict the growth rate. The fatigue strength results were represents as the characteristic fatigue classes (FAT) and curve-fitted to a parametric equation. Lastly, the predicted results were compared with the availablefatigue test results.