Tutkimus suurtaajuusvasaroinnin vaikuttavuuden rajoista

Eeva Mikkola

Tutkimustuotos: Doctoral ThesisMonograph

Abstrakti

Suurtaajuusvasaroinnilla (high-frequency mechanical impact – HFMI) parannetaan hitsattujen teräsliitosten väsymislujuutta. HFMI on tehokas ja käyttäjäystävällinen menetelmä, jonka vaikuttavuus on erityisen suuri lujilla teräksillä. Käsittelyä voidaan siten hyödyntää suunniteltaessa entistä lujempia ja kevyempiä hitsattuja rakenteita. Tämä on tarpeellista eri teollisuudenaloilla, kuten laivan- ja sillanrakennuksessa, joissa hitsaaminen on yleinen liittämismenetelmä. HFMI-käsittelyn käytettävyyden rajat on kuitenkin ymmärrettävä ennen kuin menetelmä voidaan standardoida. HFMI luo puristavia jäännösjännityksiä hitsisauman rajaviivalle, parantaa paikallista geometriaa ja muokkauslujittaa käsitellyn pintakerroksen. Käsittelyn tehokkuuden katsotaan kuitenkin riippuvan jäännösjännitysten olemassaolosta. Korkeat keski- ja maksimijännitykset, jotka voivat laukaista nämä jännitykset, rajoittavat siten käsittelystä saatavaa hyötyä. Tämä työ keskittyy HFMI-käsittelyn vaikuttavuuden rajoituksiin eri kuormahistorioilla. Tavoitteena on ymmärtää eri kuormahistorioiden vaikutukset liitoksen väsymislujuuteen ja arvioida HFMI-käsitellyille hitsausliitoksille esitettyjen väsymislujuusluokkien oikeellisuus. Korkeiden keskijännitysten ja vaihtuva-amplitudisten kuormien vaikutuksia arvioitiin ensin aiempien väsytyskoetulosten perusteella. Väsymislujuudet analysoitiin tilastollisesti eri tapauksille, ja tuloksia verrattiin esitettyihin lujuusluokkiin. Jäännösjännitysten käyttäytymisen tutkimiseksi määritettiin HFMI-käsittelyn vaikutus teräksen mekaanisiin ominaisuuksiin. Väsytyskokeet tehtiin ohuilla HFMI-käsitellyillä koekappaleilla. Koetulosten avulla mallinnettiin paikallista jännitys-venymä –käyttäytymistä poikittaisliitoksessa. Tulosten perusteella arvioitiin ylikuormien ja eri keskijännitysten vaikutuksia väsymisvaurioon hitsisauman rajaviivalla. Lopuksi tarkasteltiin HFMI-käsitellyissä hitsausliitoksissa sallittavia maksimijännityksiä. Tilastollisen analyysin perusteella esitetyt väsymislujuusluokat eri keskijännityksille ja vaihtuva-amplitudisille kuormille sopivat aikaisempiin koetuloksiin. Jossain tapauksissa väsymislujuudet olivat selvästi odotettua korkeampia, vaikka sekä aiemmat mittaukset että nykyiset simulaatiot viittasivat jäännösjännitysten laukeamiseen. Numeerisen analyysin perusteella hitsin rajaviivan geometrian parantaminen ja muokkauslujittuminen johtavat odotettua korkeampaan väsymislujuuteen. Suurimmaksi jännityksen vaihteluväliksi negatiivisilla jännityssuhteilla voitaisiin sallia 1,2 kertaa teräksen myötöraja. Kuormasyklin minimijännityksen taas esitetään olevan korkeintaan 0,7 kertaa sen maksimijännitys. Näiden rajojen varmistamiseksi suositellaan kuitenkin lisäkokeita ja –analyyseja.
Julkaisun otsikon käännösTutkimus suurtaajuusvasaroinnin vaikuttavuuden rajoista
AlkuperäiskieliEnglanti
PätevyysTohtorintutkinto
Myöntävä instituutio
  • Aalto-yliopisto
Valvoja/neuvonantaja
  • Marquis, Gary, Vastuuprofessori
  • Remes, Heikki, Ohjaaja
Kustantaja
Painoksen ISBN978-952-60-6785-8
Sähköinen ISBN978-952-60-6786-5
TilaJulkaistu - 2016
OKM-julkaisutyyppiG4 Tohtorinväitöskirja (monografia)

Tutkimusalat

  • suurtaajuusvasarointi
  • väsymislujuuden parantaminen
  • luja teräs
  • jäännösjännitys
  • muokkauslujittuminen
  • lovijännitys

Sormenjälki Sukella tutkimusaiheisiin 'Tutkimus suurtaajuusvasaroinnin vaikuttavuuden rajoista'. Ne muodostavat yhdessä ainutlaatuisen sormenjäljen.

Siteeraa tätä