Moottoripyörän rungon muuntelun valvontakriteerit muutoskatsastuksessa
Hava, Panu (2009)
Diplomityö
Hava, Panu
2009
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe200910262284
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe200910262284
Tiivistelmä
Muutoskatsastusta koskeva lainsäädäntö aiheuttaa tulkintavaikeuksia ja rajoitteita moottoripyöräharrastajille ja alan toimijoille. Nykyinen asetus edellyttää tarvittaessa asiantuntijaselvitystä rakennemuutoksen lujuudesta ja hitsaustyöstä. Moottoripyörän geometria on laissa rajattu akselivälin ja emäputken kulman osalta.
Moottoripyörien runkoja valmistetaan hitsaamalla seostamattomista teräksistä ja lämpökäsiteltävistä alumiini- ja terässeoksista. Runkojen muuntelu suoritetaan myös yleisesti hitsaamalla. Turvallisuuden kannalta tärkeiltä hitsausliitoksilta vaaditaan hyvää laatua, joka saavutetaan oikeilla hitsausparametreilla ja -suorituksella. Vaatimukset seostamattomalle teräkselle voidaan täyttää pätevöityneen hitsaajan toimesta. Lämpökäsiteltävät seokset vaativat lisäksi jälkilämpökäsittelyn, mikä edelleen vaikeuttaa runkojen hitsausta.
Hitsien laadun merkitystä moottoripyörän rungossa tutkittiin soveltamalla rajoitetun vahingon periaatetta. Vauriotapauksena mallinnettiin satunnaisen rungon hitsausliitoksen murtuminen. Eri kuormitustilanteissa elementtimenetelmää hyödyntäen todettiin chopper-tyyppisten moottoripyörien runkojen olevan osittain vauriosietoisia ja havaittiin kriittiset hitsausliitokset emä- ja vaakaputken alueilla.
Moottoripyörien runkojen kriittisiä hitsausliitoksia tarkasteltiin väsymisen kannalta. Soveltamalla tehollista lovijännitystä, vertailtiin emäputken hitsausliitosten väsymiskestävyyttä oletetulla kuormituksella. Tulosten perusteella muunneltu moottoripyörän runko voi olla alkuperäisrunkoa kestävämpi tai heikompi. Moottoripyörän akseliväli tai emäputken kulma eivät määrää kestävyyttä, vaan rakenteen yksityiskohtainen suunnittelu. Kriittisten liitosten väsymiskestävyyksissä havaittiin merkittäviä eroja eri mallien välillä. The legislation that covers modifying of motorcycle frames is ambiguous for enthusiasts and technicians. Currently, when modifying the structure of a motorcycle, an expert report needs to be presented when required. The expert report has to cover the strength of the structure and the welding. The law also limits the wheelbase and the angle of the steering head of a motorcycle.
Motorcycle frames are manufactured by welding from mild steel and heat treated aluminium and steel alloys. Modifying of frames is generally carried out by welding. For safety, critical welds are required to have predictable strength and quality, which can be obtained with correct parameters and execution of welding. The requirements for mild steel can be satisfied by a qualified welder. Heat treated alloys additionally require post-welding heat treatment to gain their original strength, further complicating welding of motorcycle frames.
Significance of weld quality in motorcycle frames was assessed using the fail safe concept. As a failure case, a random weld defect was modelled using finite element method. Covering different load cases, the chopper style motorcycle frames were determined to be partially fail safe and the critical welds were discovered in the area of the steering head and the main tube.
The fatigue lives of the critical welds were assessed using the effective notch stress method. Different structures of steering heads were modelled for comparison under calculated load spectrum. Based on the results, a modified motorcycle frame can be stronger or weaker compared to an original frame. Fatigue strength of a motorcycle frame is determined by a detailed design, not the wheelbase or the angle of the steering head. There were significant differences between the fatigue lives of the modelled frames.
Moottoripyörien runkoja valmistetaan hitsaamalla seostamattomista teräksistä ja lämpökäsiteltävistä alumiini- ja terässeoksista. Runkojen muuntelu suoritetaan myös yleisesti hitsaamalla. Turvallisuuden kannalta tärkeiltä hitsausliitoksilta vaaditaan hyvää laatua, joka saavutetaan oikeilla hitsausparametreilla ja -suorituksella. Vaatimukset seostamattomalle teräkselle voidaan täyttää pätevöityneen hitsaajan toimesta. Lämpökäsiteltävät seokset vaativat lisäksi jälkilämpökäsittelyn, mikä edelleen vaikeuttaa runkojen hitsausta.
Hitsien laadun merkitystä moottoripyörän rungossa tutkittiin soveltamalla rajoitetun vahingon periaatetta. Vauriotapauksena mallinnettiin satunnaisen rungon hitsausliitoksen murtuminen. Eri kuormitustilanteissa elementtimenetelmää hyödyntäen todettiin chopper-tyyppisten moottoripyörien runkojen olevan osittain vauriosietoisia ja havaittiin kriittiset hitsausliitokset emä- ja vaakaputken alueilla.
Moottoripyörien runkojen kriittisiä hitsausliitoksia tarkasteltiin väsymisen kannalta. Soveltamalla tehollista lovijännitystä, vertailtiin emäputken hitsausliitosten väsymiskestävyyttä oletetulla kuormituksella. Tulosten perusteella muunneltu moottoripyörän runko voi olla alkuperäisrunkoa kestävämpi tai heikompi. Moottoripyörän akseliväli tai emäputken kulma eivät määrää kestävyyttä, vaan rakenteen yksityiskohtainen suunnittelu. Kriittisten liitosten väsymiskestävyyksissä havaittiin merkittäviä eroja eri mallien välillä.
Motorcycle frames are manufactured by welding from mild steel and heat treated aluminium and steel alloys. Modifying of frames is generally carried out by welding. For safety, critical welds are required to have predictable strength and quality, which can be obtained with correct parameters and execution of welding. The requirements for mild steel can be satisfied by a qualified welder. Heat treated alloys additionally require post-welding heat treatment to gain their original strength, further complicating welding of motorcycle frames.
Significance of weld quality in motorcycle frames was assessed using the fail safe concept. As a failure case, a random weld defect was modelled using finite element method. Covering different load cases, the chopper style motorcycle frames were determined to be partially fail safe and the critical welds were discovered in the area of the steering head and the main tube.
The fatigue lives of the critical welds were assessed using the effective notch stress method. Different structures of steering heads were modelled for comparison under calculated load spectrum. Based on the results, a modified motorcycle frame can be stronger or weaker compared to an original frame. Fatigue strength of a motorcycle frame is determined by a detailed design, not the wheelbase or the angle of the steering head. There were significant differences between the fatigue lives of the modelled frames.