Väsyttävästi kuormitettujen hitsattujen rakenteiden suunnittelukäytännön kehittäminen

Abstract

Hitsatuilla rakenteilla väsyminen on keskeinen vauriotekijä. Väsymiskestoiän laskentaan on olemassa useita erilaisia menetelmiä, joista hot spot menetelmä on hitsattujen rakenteiden yhteydessä yhä yleistyvä ja sangen käyttökelpoinen. Hot spot menetelmässä kestoikälaskenta perustuu rakenteellisen jännityksen vaihteluun ja pieneen joukkoon kokeellisesti määrättyjä Wöhler-käyriä. Rakenteellinen jännitys voidaan määrittää joko prototyypistä mittaamalla, elementtimenetelmällä laskemalla tai parametristen kerrointen avulla. Suunnittelukäytännön kehittämisessä tutkittiin esimerkkirakenteena Rammer RC 22 leikkurimurskainta. Tarkoituksena oli mitata murskaimesta voimasuureita, joita voitaisiin käyttää kuormitustietona laskettaessa jännityksiä elementtimenetelmällä. Myöhempien laskentatulosten verifiointia varten mitattiin lisäksi muutamia hot spot jännityksiä. Työn kokeellinen puoli keskittyi voimasuuremittauksiin ja niistä saatavien tulosten saattamiseen sopusointuun vapaakappalemallien kanssa. Suoritettiin lukuisia kalibrointimittauksia ja mittausjärjestelyä kehitettiin, kunnes syyt aluksi saatujen mittaustulosten virheellisyyteen selvisivät. Leikkausvoimamittausten osalta tuloksia verifioitiin elementtimenetelmälaskelmin. Työn tuloksena saatiin luotua toimiva pohja voimasuure- ja hot spot mittauksille. Jatkossa voidaan siirtyä tekemään mittauksia todellisissa työskentelytilanteissa.

Fatigue is an essential form of failure in welded structures. There are numerous methods for estimating the fatigue life among which the hot spot method is a common and practicable one. The calculation is based on the fluctuation of structural stresses which are being compared to S-N-curves obtained by fatigue testing. The structural stresses may be defined by strain measurements of a prototype, finite element calculations or parametric equations. As an example for the development of the design practice, a Rammer RC 22 cutter crusher was examined. The idea was to measure the inner reaction forces of the crusher which could then be used as the loading data for FE-analysis. For the verification of subsequent results a couple of hot spot stresses were measured. The practical part of the research was focused on the force measurements and making them comply with the results of the theoretical calculations. Numerous calibrating tests were made and the measurement arrangement was continually improved until the reasons for the inaccurate results of the start were found. The results of the shear force measurements were verified by FE-calculations.A feasible basis for force and hot spot measurements was established. Measurements can be continued under real working conditions.