Tukkipankon staattisen testin vertailu fe-malliin ja väsymislujuuden laskenta
Leppänen, Toni (2017)
Kandidaatintyö
Leppänen, Toni
2017
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2017103050377
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2017103050377
Tiivistelmä
Tässä kandidaatintyössä tutkitaan puutavara-auton yksittäistä tukkipankkoa staattisen ja väsymiskestävyyden näkökulmasta. Työn tavoitteena on selvittää kuinka tarkasti fe-mallinnuksen tulokset korreloivat laboratoriossa testattujen koekappaleiden tulosten kanssa.
Laboratoriossa koekappaleelle suoritettiin staattinen testi, jossa tukkipankon tolppaan kohdistettiin kuormitus, joka oli neljännes kantokyvystä. Tämän lisäksi testattiin tukkipankon maksimaalinen staattinen kestävyys. Tukkipankolle tehtiin samat testit fe-mallinnuksella ja näitä tuloksia verrattiin laboratoriosta saatuihin tuloksiin. Väsymistestissä laboratorion koekappaleeseen kohdistettiin vakioamplitudinen kuormitus tolpan päähän ja kuormitusta jatkettiin niin kauan, että tukkipankko saatiin rikki väsymismurtumilla. Syntyneiden säröjen ja murtumien kohtia vertailtiin fe-mallin jännityksiin. Tukkipankon fe-mallista valittiin yksi kriittinen kohta, josta laskettiin Hot Spot -analyysillä tämän yksityiskohdan kestoikä kuormanvaihdon sykleinä.
Staattisten laboratoriotestien ja fe-mallin tulosten vertailussa havaittiin, että tukkipankon maksimaalisessa kuormankestossa fe-mallin tulos erosi 9 % varman puolelle. Väsymistestissä syntyneet säröt ja murtumat sijoittuivat fe-mallin staattisen testin korkeimpien jännitysten kohdille.
Testien tuloksista voidaan päätellä, että fe-mallinnuksella päästään riittävän tarkkaan tulokseen laboratoriotestiin verrattuna. Täten fe-mallin tulosten pohjalta voidaan parantaa rakennetta niin staattisen kuin väsymiskestävyyden kannalta jo ennen käytännöntestejä oikeilla koekappaleilla. This bachelor’s thesis is a research about static and fatigue strength of a timber bunk. Research’s goal is to find out how accurately fe-model’s results correlate with laboratory tests of a prototype.
In the laboratory, a static test was carried out on the prototype, where a load of one quarter of the carrying capacity was applied to the pole. In addition, the maximum static strength of the timber bunk was tested. The same tests were performed using fe-model and these results were compared with the results of the laboratory. In the fatigue test, the laboratory prototype was subjected to a constant amplitude load at the tip of the pole and the load was extended as long as the timber bunk was broken by fatigue fracture. The areas of cracks and fractures were compared to the stresses of the fe model. One critical point was chosen from the fe-model of timber bunk, which lifetime in load cycles was calculated with Hot Spot -analysis.
Comparing the results of the static laboratory tests and the fe-model, it was found that in the tests of maximum load of the timber bunk, the result of the fe model resigned to 9% on the safe side. The cracks and fractures in the fatigue test were located at the highest stresses of the static test of the fe-model.
From the results tests it can be concluded that fe-modeling achieves a sufficiently accurate result compared to a laboratory test. Thus, based on the results of the fe model, the structure can be improved in terms of static and fatigue resistance even before the practice tests on the prototypes.
Laboratoriossa koekappaleelle suoritettiin staattinen testi, jossa tukkipankon tolppaan kohdistettiin kuormitus, joka oli neljännes kantokyvystä. Tämän lisäksi testattiin tukkipankon maksimaalinen staattinen kestävyys. Tukkipankolle tehtiin samat testit fe-mallinnuksella ja näitä tuloksia verrattiin laboratoriosta saatuihin tuloksiin. Väsymistestissä laboratorion koekappaleeseen kohdistettiin vakioamplitudinen kuormitus tolpan päähän ja kuormitusta jatkettiin niin kauan, että tukkipankko saatiin rikki väsymismurtumilla. Syntyneiden säröjen ja murtumien kohtia vertailtiin fe-mallin jännityksiin. Tukkipankon fe-mallista valittiin yksi kriittinen kohta, josta laskettiin Hot Spot -analyysillä tämän yksityiskohdan kestoikä kuormanvaihdon sykleinä.
Staattisten laboratoriotestien ja fe-mallin tulosten vertailussa havaittiin, että tukkipankon maksimaalisessa kuormankestossa fe-mallin tulos erosi 9 % varman puolelle. Väsymistestissä syntyneet säröt ja murtumat sijoittuivat fe-mallin staattisen testin korkeimpien jännitysten kohdille.
Testien tuloksista voidaan päätellä, että fe-mallinnuksella päästään riittävän tarkkaan tulokseen laboratoriotestiin verrattuna. Täten fe-mallin tulosten pohjalta voidaan parantaa rakennetta niin staattisen kuin väsymiskestävyyden kannalta jo ennen käytännöntestejä oikeilla koekappaleilla.
In the laboratory, a static test was carried out on the prototype, where a load of one quarter of the carrying capacity was applied to the pole. In addition, the maximum static strength of the timber bunk was tested. The same tests were performed using fe-model and these results were compared with the results of the laboratory. In the fatigue test, the laboratory prototype was subjected to a constant amplitude load at the tip of the pole and the load was extended as long as the timber bunk was broken by fatigue fracture. The areas of cracks and fractures were compared to the stresses of the fe model. One critical point was chosen from the fe-model of timber bunk, which lifetime in load cycles was calculated with Hot Spot -analysis.
Comparing the results of the static laboratory tests and the fe-model, it was found that in the tests of maximum load of the timber bunk, the result of the fe model resigned to 9% on the safe side. The cracks and fractures in the fatigue test were located at the highest stresses of the static test of the fe-model.
From the results tests it can be concluded that fe-modeling achieves a sufficiently accurate result compared to a laboratory test. Thus, based on the results of the fe model, the structure can be improved in terms of static and fatigue resistance even before the practice tests on the prototypes.