Vääntökuormitetun koteloprofiilipuomin väsymiskestävyys
Borgström, Mikko (2014)
Julkaisun pysyvä osoite on
http://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2014080732651
http://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2014080732651
Tiivistelmä
Tässä työssä tutkittiin vääntökuormitettua hitsattua koteloprofiilipuomia. Vääntökuormitus aiheuttaa koteloprofiiliin vinouttavan voimasysteemin, joka aiheuttaa kotelopalkkiin sekä poikittaisia taivutusjännityksiä että pitkittäisiä jännityksiä. Vinoutumisen aiheuttamia lisära-situksia on tutkittu analyyttisesti BEF-analogian avulla sekä elementtimenetelmää apuna käyttäen. Lisäksi vääntökuormitus aiheuttaa puomiin estetyn väännön jännityksiä.
Väsymiskestoikää tutkittiin laboratoriossa suoritettujen väsytyskokeiden avulla sekä las-kennallisesti. Kestoikälaskennassa käytettiin tehollisen lovijännityksen menetelmää hitsin juuren puolen väsymisen arvioinnissa sekä hot spot- jännityksen menetelmää hitsin rajavii-van väsymisen arvioinnissa. Teholliset lovijännitykset sekä hot spot jännitykset ovat määri-tetty elementtimenetelmän avulla.
Laboratoriokokeiden ja elementtimenetelmä laskennan perusteella saatiin rakenteen kes-toiän kannalta kriittiset detaljit määritettyä. Kriittiset detaljit sijaitsevat puomin päädyn rakenteissa. Tutkimuksessa saatiin selville, että kriittisten detaljien rakenteellisilla ja valmis-tusteknisillä ratkaisuilla on merkittävä vaikutus lopullisen tuotteen väsymiskestoikään. In the Master’s thesis the torque loaded welded box section beam was under investigation.
Eccentric loading causes distortional force system to the box section. Distortional force system causes transverse bending stresses and longitudinal stresses to the cross section. Stresses caused by distortional loading are investigated analytically using the beam on elas-tic foundation approach and numerically using the finite-element method. Torsion causes also warping stresses to the beam.
Fatigue of the structure was assessed by laboratory tests and by effective notch stress and hot spot stress methods. Weld root fatigue was assessed by effective notch stress method and weld toe fatigue using hot spot method. Notch stresses and hot spot stresses were de-fined using finite-element method.
Based on fatigue tests and finite-element calculations it appears that details in the end of the beam are the critical spots of the structure due to fatigue life of the structure. Structural solutions and quality of manufacturing on those details have a significant impact on the fatigue life of the structure.
Väsymiskestoikää tutkittiin laboratoriossa suoritettujen väsytyskokeiden avulla sekä las-kennallisesti. Kestoikälaskennassa käytettiin tehollisen lovijännityksen menetelmää hitsin juuren puolen väsymisen arvioinnissa sekä hot spot- jännityksen menetelmää hitsin rajavii-van väsymisen arvioinnissa. Teholliset lovijännitykset sekä hot spot jännitykset ovat määri-tetty elementtimenetelmän avulla.
Laboratoriokokeiden ja elementtimenetelmä laskennan perusteella saatiin rakenteen kes-toiän kannalta kriittiset detaljit määritettyä. Kriittiset detaljit sijaitsevat puomin päädyn rakenteissa. Tutkimuksessa saatiin selville, että kriittisten detaljien rakenteellisilla ja valmis-tusteknisillä ratkaisuilla on merkittävä vaikutus lopullisen tuotteen väsymiskestoikään.
Eccentric loading causes distortional force system to the box section. Distortional force system causes transverse bending stresses and longitudinal stresses to the cross section. Stresses caused by distortional loading are investigated analytically using the beam on elas-tic foundation approach and numerically using the finite-element method. Torsion causes also warping stresses to the beam.
Fatigue of the structure was assessed by laboratory tests and by effective notch stress and hot spot stress methods. Weld root fatigue was assessed by effective notch stress method and weld toe fatigue using hot spot method. Notch stresses and hot spot stresses were de-fined using finite-element method.
Based on fatigue tests and finite-element calculations it appears that details in the end of the beam are the critical spots of the structure due to fatigue life of the structure. Structural solutions and quality of manufacturing on those details have a significant impact on the fatigue life of the structure.