Väsymismitoitusperusteiden ja kuormitusten määrittäminen hitsatuille sekoitinakseleille

Abstract

Työssä selvitettiin vastusvenymäliuskamittausten avulla sekoitinakselin kuormitukset sekä perehdyttiin väsymisilmiöön ja hitsattujen rakenteiden väsymismitoitukseen. Kuormitusten mittauksessa rekisteröitiin akselin kriittisen kohdan taivutus- ja vääntövenymät. Mittaustulosten avulla tutkittiin kuormituksia ja kuormitusten luonnetta sekä johdettiin väsymismitoitusperusteet sekoitinakseleille. Väsymismitoitus perustuu kahteen eri menetelmään. Vakioamplitudiseen väsymisrajaan perustuvassa menetelmässä vaihtuva-amplitudisella jännityksellä suurinkin jännitysheilahdus jää väsymisrajan alle. Kokonaisväsymisvaurioon perustuvassa mitoituksessa puolestaan sallitaan vakioamplitudisen väsymisrajan ylitys. Kestoikä on käytetty loppuun, kun väsymisvaurio saavuttaa väsymiskestävyyden arvon. Menetelmän valinta riippuu käytettävästä sekoitinelintyypistä ja käytön aikana ilmenevistä väsymisen kannalta vaarallisista tilanteista.

Loads acting on an agitator shaft were experimentally determined with strain gauge measurements. Information was used to evaluate the fatigue performance of the welded components. Bending and torsion strains of the agitator shaft were recorded and loads and the characters of the loads were studied in order to derive fatigue design and analysis principles. Fatigue design based on two different methods was considered. In an infinite fatigue life design strategy, the largest stress range in a variable amplitude spectrum must be identified and compared to the constant amplitude fatigue limit stress. By ensuring that all cycles are less than this fatigue limit, infinite fatigue life is expected, but in some cases this will produce a significantly over designed product. If some of the stress ranges exceed the constant amplitude fatigue limit, a finite life design method must be employed that considers the partial damage caused by all cycles in a spectrum. Fatigue failure is expected when the partial damage contributed by all cycles reaches the value of fatigue capacity. The choice between the two methods depends on the impeller type and the potential cost of fatigue failure.