Yhdeltä puolelta hitsatun T-liitoksen juuren puolen väsymiskestävyyden parantaminen
Simonen, Jaakko (2018)
Kandidaatintyö
Simonen, Jaakko
2018
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2018042418418
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2018042418418
Tiivistelmä
Useissa teräsrakenteissa kuormaa kantamattomat varusteluhitsit heikentävät rakenteen väsymiskestävyyttä oleellisesti, etenkin, kun kuormitus on kohtisuorassa hitsiä vastaan. Eräs menetelmä tällaisen liitoksen väsymiskestävyyden parantamiseksi on hitsin geometrian saattaminen aaltomaiseksi, jolloin väsymissärön suoraviivainen ydintyminen ja kasvu häiriintyvät. Toisaalta aallotuksen haittavaikutuksena on, että se nostaa hitsin lovijännitystä paikallisesti aaltojen harjoilla. Useat aiemmin tehdyt tutkimukset kuitenkin osoittavat, että hitsin rajaviivan aallotus parantaa liitoksen kokonaisväsymiskestävyyttä huolimatta paikallisesta jännityksen noususta.
Aiempi tutkimus on suurelta osin keskittynyt hitsin rajaviivan tarkasteluun, eikä juuren puolen aallotuksen vaikutuksesta ole olemassa samassa määrin tutkimustietoa. Tässä kandidaatintyössä tutkitaan lovijännitysten jakautumista poikittaiskuormitetun varusteluhitsin aallotetussa juuressa. Työssä selvitetään FE (Finite Element) -mallien avulla, voiko aallotus nostaa paikallisia lovijännityshuippuja niin suuriksi, että väsymissärön ydintymisaika hitsissä lyhenisi merkittävästi, ja liitoksen kokonaiskestoikään ei tämän takia saataisi toivottua parannusta.
Tulokset osoittavat, että jännityshuiput jäävät verrattain pieniksi: aallotettujen hitsien lovijännityshuiput ovat vain 1–7 % suurempia kuin vastaavien suorien hitsien, määräytyen hitsin geometriasta ja kuormitustapauksesta. Täten voidaan olettaa, ettei juuren aallotus merkittävästi edistä väsymissärön ydintymistä. Voidaan siis pitää hyvin todennäköisenä, että myös juuren puolella aallotus pidentää varusteluliitoksen kokonaiskestoikää väsyttävässä kuormituksessa. In many steel structures, non-load-carrying attachment welds essentially weaken the fatigue strength of the structure, particularly when transversely loaded. One method to improve the fatigue strength of such joints is to produce waviness to the weld geometry. Hence, the straightforward initiation and propagation of the fatigue crack are disturbed. As a drawback, the wawiness of the weld toe rises the notch stress locally at the wave tips. However, several formerly conducted studies show that, despite the local stress increase, the waviness at the weld toe improves the total fatigue strength of the joint.
The former research has mainly focused on studying the weld toe. Thus, scientific knowledge on the effects of root side waviness does not exist to the same amount. In this bachelor’s thesis, the distribution of notch stresses in the waved root of a transversely loaded attachment weld is studied. Utilizing FE (Finite Element) models, it is examined whether the waviness raises the local notch stress peaks to such an intense level that it would significantly shorten the initiation time of the fatigue crack – and thereby deteriorate the desired improvement of the total fatigue life of the joint.
The results show that the stress peaks remain relatively low: the notch stress peaks of waved welds are merely 1–7 % greater than the notch stresses of corresponding straight welds, depending on weld geometry and loading case. Therefore, it can be surmised that the root waviness does not significantly contribute to fatigue crack initiation. As a conclusion, it can be considered probable that that also root side weld wawiness will improve the total fatigue life of an attachment joint.
Aiempi tutkimus on suurelta osin keskittynyt hitsin rajaviivan tarkasteluun, eikä juuren puolen aallotuksen vaikutuksesta ole olemassa samassa määrin tutkimustietoa. Tässä kandidaatintyössä tutkitaan lovijännitysten jakautumista poikittaiskuormitetun varusteluhitsin aallotetussa juuressa. Työssä selvitetään FE (Finite Element) -mallien avulla, voiko aallotus nostaa paikallisia lovijännityshuippuja niin suuriksi, että väsymissärön ydintymisaika hitsissä lyhenisi merkittävästi, ja liitoksen kokonaiskestoikään ei tämän takia saataisi toivottua parannusta.
Tulokset osoittavat, että jännityshuiput jäävät verrattain pieniksi: aallotettujen hitsien lovijännityshuiput ovat vain 1–7 % suurempia kuin vastaavien suorien hitsien, määräytyen hitsin geometriasta ja kuormitustapauksesta. Täten voidaan olettaa, ettei juuren aallotus merkittävästi edistä väsymissärön ydintymistä. Voidaan siis pitää hyvin todennäköisenä, että myös juuren puolella aallotus pidentää varusteluliitoksen kokonaiskestoikää väsyttävässä kuormituksessa.
The former research has mainly focused on studying the weld toe. Thus, scientific knowledge on the effects of root side waviness does not exist to the same amount. In this bachelor’s thesis, the distribution of notch stresses in the waved root of a transversely loaded attachment weld is studied. Utilizing FE (Finite Element) models, it is examined whether the waviness raises the local notch stress peaks to such an intense level that it would significantly shorten the initiation time of the fatigue crack – and thereby deteriorate the desired improvement of the total fatigue life of the joint.
The results show that the stress peaks remain relatively low: the notch stress peaks of waved welds are merely 1–7 % greater than the notch stresses of corresponding straight welds, depending on weld geometry and loading case. Therefore, it can be surmised that the root waviness does not significantly contribute to fatigue crack initiation. As a conclusion, it can be considered probable that that also root side weld wawiness will improve the total fatigue life of an attachment joint.