Consideration of weld and post-weld treatment undercut in the determination of notch stress concentration for fatigue assessments
Rantomaa, Ossi (2022)
Kandidaatintyö
Rantomaa, Ossi
2022
School of Energy Systems, Konetekniikka
Kaikki oikeudet pidätetään.
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2022052538696
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2022052538696
Tiivistelmä
The objective of this bachelor’s thesis was to study the effect of weld undercut on the stress concentration at weld toe, and if the stress concentration factor can be estimated from an FE model without modelled undercut. FE analysis was carried out to obtain stress concentration factors from 2D ENS models. Correction factors were derived and used to calculate stress concentration factors analytically from the FE analysis results. A fillet-welded non-load-carrying T-joint was studied with membrane and bending load cases. The joint was studied with different weld toe radii and undercut depths, which were chosen according to common results in as-welded condition and with post-weld treatments. The considered post-weld treatments were HFMI-treatment, TIG-dressing, and burr grinding.
The studied bending load cases gave relatively similar values determined from FE analysis and analytical calculations. Membrane load cases were studied with two correction factors. Eccentricity-induced additional bending moment was neglected in the first correction factor. The second correction factor considered the eccentricity and gave a consistent relation between FE analysis values and calculated values. Based on the results obtained in this research, it was concluded that it may be possible to analytically estimate the effect of undercut on the stress concentration at the weld toe. Further research is required to verify the applicability of this type of estimation in fatigue assessments. Tämän kandidaatintyön tavoitteena oli selvittää voiko reunahaavan vaikutusta jännityskonsentraatioon hitsin rajaviivalla arvioida FE-mallista ilman reunahaavan mallintamista. Jännityskonsentraatiokertoimia selvitettiin FE-analyysillä 2D-ENS-malleista. FE-analyysin tuloksista laskettiin analyyttisesti jännityskonsentraatiokertoimia johdetuilla korjauskertoimilla. Kuormaa kantamatonta pienahitsattua T-liitosta tutkittiin kalvo- ja taivutuskuormitustapauksilla. Liitosta tutkittiin erisuuruisilla reunahaavoilla ja hitsin rajaviivan pyöristyssäteillä, jotka valittiin hitseissä yleisesti havaittavissa olevilla arvoilla hitsatussa tai jälkikäsitellyssä tilassa. Tutkitut jälkikäsittelymenetelmät olivat HFMI-käsittely, TIG-sulatus ja hionta.
Tutkitut taivutuskuormitustapaukset antoivat suhteellisen samanlaisia arvoja FE-analyysistä ja analyyttisistä laskelmista. Kalvokuormitustapauksia tutkittiin kahdella korjauskertoimella. Epäkeskisyyden aiheuttamaa lisätaivutusmomenttia ei otettu huomioon ensimmäisessä korjauskertoimessa. Toinen korjauskerroin otti huomioon epäkeskisyyden ja antoi johdonmukaisen suhteen FE-analyysiarvojen ja laskettujen arvojen välillä. Tutkimuksessa saatujen tulosten perusteella pääteltiin, että voi olla mahdollista arvioida analyyttisesti reunahaavan vaikutusta jännityskonsentraatioon hitsin rajaviivalla. Jatkotutkimusta kuitenkin tarvitaan, jotta voidaan varmentaa tämäntyyppisen arvioinnin soveltuvuus väsymislaskentaan.
The studied bending load cases gave relatively similar values determined from FE analysis and analytical calculations. Membrane load cases were studied with two correction factors. Eccentricity-induced additional bending moment was neglected in the first correction factor. The second correction factor considered the eccentricity and gave a consistent relation between FE analysis values and calculated values. Based on the results obtained in this research, it was concluded that it may be possible to analytically estimate the effect of undercut on the stress concentration at the weld toe. Further research is required to verify the applicability of this type of estimation in fatigue assessments.
Tutkitut taivutuskuormitustapaukset antoivat suhteellisen samanlaisia arvoja FE-analyysistä ja analyyttisistä laskelmista. Kalvokuormitustapauksia tutkittiin kahdella korjauskertoimella. Epäkeskisyyden aiheuttamaa lisätaivutusmomenttia ei otettu huomioon ensimmäisessä korjauskertoimessa. Toinen korjauskerroin otti huomioon epäkeskisyyden ja antoi johdonmukaisen suhteen FE-analyysiarvojen ja laskettujen arvojen välillä. Tutkimuksessa saatujen tulosten perusteella pääteltiin, että voi olla mahdollista arvioida analyyttisesti reunahaavan vaikutusta jännityskonsentraatioon hitsin rajaviivalla. Jatkotutkimusta kuitenkin tarvitaan, jotta voidaan varmentaa tämäntyyppisen arvioinnin soveltuvuus väsymislaskentaan.