Kuormaa kantamattoman T-liitoksen geometrian vaikutus väsymiskestoikään tehollisen lovijännityksen menetelmällä
Saarentola, Tomi (2018)
Kandidaatintyö
Saarentola, Tomi
2018
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe201803146020
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe201803146020
Tiivistelmä
Työn tarkoituksena oli analysoida kuormaa kantamatonta T-liitosta erilaisilla geometriavariaatoilla ja tutkia saatuja jännityskonsentraatiokertoimia ja FAT-luokkia. Saatuja tuloksia tullaan hyödyntämään XFAT väsymismitoitustyökalun laajennuksessa. Työn tavoitteena oli näiden taulukoitujen lukujen pohjalta tulkita rakenteen geometristen mittojen ja väsymiskestävyyden suhdetta. Jännityskonsentraatiokertoimet selvitettiin käyttämällä ENS eli tehollisen lovijännityksen menetelmää FE-malleissa. Jokaisessa mallissa muuttui yksi geometrinen mitta tai mittojen välinen suhdeluku kerrallaan. Kaikkia malleja kuormitettiin sekä puhtaalla veto- että taivutuskuormituksella.
Kirjallisuuskatsaus keskittyy tehollisen lovijännityksen menetelmään ja jännitysten jakautumiseen kappaleessa. Saadut jännitysjakaumat määritettiin FE-analyysillä hyödyntäen Femap/NX Nastran-ohjelmaa. Jännityskonsentraatiokertoimien ja nimellisten FAT-lukujen taulukoinnissa sekä laskennassa hyödynnettiin taulukkolaskentaa.
Kaavioiden avulla löytyi muutamia riippuvuussuhteita, vaikka käytetty otoskoko oli pieni. Hitsin liittymäkulman muutos pienemmästä suurempaan kasvatti väsymiskestoikää. Tämä erottui selkeästi varsinkin isoilla liittymäkulman arvoilla. Toinen merkittävä väsymiskestävyyttä nostava tekijä oli liitoksen t/T-suhde. Ohuella T-liitoksen liitettävällä levyllä ja paksulla peruslevyllä väsymiskestävyys oli korkeimmillaan, laskien liitoksen levyjen suhteen muuttuessa päinvastaiseksi. Kolmas hieman heikompi riippuvuussuhde löytyi tunkeuman vaikutuksesta. Pienellä tunkeumalla saatiin suurempia väsymiskestoikiä, mutta vain tietyllä levyjen koon suhteella. The meaning of the thesis was to analyze non-load carrying T-joint using different geometrical variations, study the resulting stress concentration factors and FAT classes. Results will be used for XFAT fatigue life designing tool expansion. The objective of the thesis was to analyze these values to find relation between fatigue life and structure geometrical dimensions. Stress concentration factors were figured out using effective notch stress (ENS) method in FE-models. One by one a single geometrical dimension or relation between dimensions was changed in each model. Every model had two load cases, pure tension and bending.
Literature review of the thesis was focused on ENS method and for the stress components. Stress concentration factors were calculated using FE-analysis (Finite Element) by using Femap/NX Nastran analysis program. Nominal FAT-values and stress concentration factors were handled and calculated using spreadsheet.
The results showed some correlations between the parameters and fatigue life, but the statistics behind analysis was low. Changing the weld connection angle from small to bigger lead to higher fatigue life. This was clearer with big weld connection angle was used. Another significant found which lead to higher fatigue life was about T-joint plate thickness relation t/T. Fatigue life was high with thin non-load carrying plate and thick baseplate. With opposite relation between plate thicknesses, the fatigue life dropped by significant amount. Third found is related to weld penetration depth. Small penetration lead to higher fatigue life, but only on single t/T value. The effect on fatigue life wasn’t as strong as with other two results.
Kirjallisuuskatsaus keskittyy tehollisen lovijännityksen menetelmään ja jännitysten jakautumiseen kappaleessa. Saadut jännitysjakaumat määritettiin FE-analyysillä hyödyntäen Femap/NX Nastran-ohjelmaa. Jännityskonsentraatiokertoimien ja nimellisten FAT-lukujen taulukoinnissa sekä laskennassa hyödynnettiin taulukkolaskentaa.
Kaavioiden avulla löytyi muutamia riippuvuussuhteita, vaikka käytetty otoskoko oli pieni. Hitsin liittymäkulman muutos pienemmästä suurempaan kasvatti väsymiskestoikää. Tämä erottui selkeästi varsinkin isoilla liittymäkulman arvoilla. Toinen merkittävä väsymiskestävyyttä nostava tekijä oli liitoksen t/T-suhde. Ohuella T-liitoksen liitettävällä levyllä ja paksulla peruslevyllä väsymiskestävyys oli korkeimmillaan, laskien liitoksen levyjen suhteen muuttuessa päinvastaiseksi. Kolmas hieman heikompi riippuvuussuhde löytyi tunkeuman vaikutuksesta. Pienellä tunkeumalla saatiin suurempia väsymiskestoikiä, mutta vain tietyllä levyjen koon suhteella.
Literature review of the thesis was focused on ENS method and for the stress components. Stress concentration factors were calculated using FE-analysis (Finite Element) by using Femap/NX Nastran analysis program. Nominal FAT-values and stress concentration factors were handled and calculated using spreadsheet.
The results showed some correlations between the parameters and fatigue life, but the statistics behind analysis was low. Changing the weld connection angle from small to bigger lead to higher fatigue life. This was clearer with big weld connection angle was used. Another significant found which lead to higher fatigue life was about T-joint plate thickness relation t/T. Fatigue life was high with thin non-load carrying plate and thick baseplate. With opposite relation between plate thicknesses, the fatigue life dropped by significant amount. Third found is related to weld penetration depth. Small penetration lead to higher fatigue life, but only on single t/T value. The effect on fatigue life wasn’t as strong as with other two results.