utmattingspÅkjente sveiste konstruksjoner
TRANSCRIPT
Sveiseforbindelser - Dynamisk (lectures notes)
Henning Johansen © side 1
UTMATTINGSPÅKJENTE SVEISTE KONSTRUKSJONER
► konstruksjons Levetid, N = antall lastvekslinger
Eksempel:
Roterende aksel med svinghjul
Akselen roterer med 250 o/min, 8 timer/dag, 300 dager i året.
Hvis akselen er i drift i 40 år, gir dette:
n = 250 60 8 300 40 = 1440 millioner lastveksler.
Strekk +
Trykk -
Sveiseforbindelser - Dynamisk (lectures notes)
Henning Johansen © side 2
► benytter Dimensjonskurver basert på forsøk med vanlige laster
beregnes i bruksgrensetilstanden Fd = F
► Sammenligner vår konstruksjon med kjente forsøk
Eksempel, to kilsveiser:
- Den venstre belastet parallelt med sveisens lengderetning. kurveklasse D
- Den høyre belastet normalt på sveisens lengderetning. kurveklasse F2
Utmattingskurver /
kurveklasser
Sveiseforbindelser - Dynamisk (lectures notes)
Henning Johansen © side 3
Eksempler på sveiseforbindelser i kurveklasser:
F
Sveiseforbindelser - Dynamisk (lectures notes)
Henning Johansen © side 4
► spenning angis som Spenningsvidde MPamm/N 2
minmaks
maks = øvre
min = nedre
m = middel
a = amplitude
• Antar at det ikke spiller noen rolle om den ytre belastning er strekk eller trykk • Antar at sveisingen har medført indre strekk egenspenninger så store som F
► forutsetter følgende Begrensninger:
• største spenningsvidde for normalspenning FF 5,1 • største spenningsvidde for skjærspenning 3
5,15,1 F
FF
► konstruksjoner med konstant amplitude / konstant spenningsvidde: fR
fR = karakteristisk utmattingsfasthet for aktuell konstruksjonsdetalj
► alternativt, antall lastveksler N NR som gir brudd for en spenningsvidde .
NR = antall lastveksler som gir brudd for en spenningsvidde
Sveiseforbindelser - Dynamisk (lectures notes)
Henning Johansen © side 5
► virkelig spenningsforløp ofte Spenningsvidde med varierende amplitude
► syklustelling kan baseres på:
• "rainflow" – metoden (behandles ikke her)
• "reservoar" - metoden (behandles ikke her)
► Samler ”like” spenningsvidder i blokker ► teller spenningsvidder, får Spenningskollektivet
Blokk Speningsvidde
Lastvekseltall
n n n
1 +0,5- (-1) =1,5 3 1,5 3+4 7
2 +1 - (-0,5) =1,5 4 1,0 3 3
3 +1 - (-0,5) =0,5 4 0,5 4+4 8
4 -0,5 -(-1) =0,5 4 ntotal 18
5 +0,5 -(-0,5) =1,0 3
► avsetter spenningsviddene etter fallende størrelse i et - n diagram
Sveiseforbindelser - Dynamisk (lectures notes)
Henning Johansen © side 6
► Utmatting er en økende skadetype som opptrer i form av en voksende
sprekk
► Delskadeteorien prøver å beskrive summen av skadene de enkelte
belastninger gjør
► Dimensjonskriteriet:
k
1i i
i
N
nD (Miner-Palmgrens ligning)
hvor:
= utnyttelsesgraden > 1 gir brudd
ni = det lastvekslingstall som gjelder for spenningsvidden i i blokk i
Ni = det lastvekslingstall som ville gi brudd for spenningsvidden i
k = antall spenningsblokker.
► Levetid ved utmattingsberegning blir D
LL 0
hvor L0 = tiden for totalt antall lastvekslinger
ki
1ii0 nn
i
Ni
log fR
Log N ni
kurveklasse
som gjelder som gir brudd
Sveiseforbindelser - Dynamisk (lectures notes)
Henning Johansen © side 7
► Utmattingskurver / kurveklasser for praktiske utmattingsberegninger
Sveiseforbindelser deles inn i klasser, B, C, D, E, F, F2, G, W og T
avhengig av:
- geometrisk arrangement av detaljen
- retningen på spenningsvariasjonene i forhold til detaljen
- framstillingsmetode og inspeksjon av detaljen
Sveiseforbindelser - Dynamisk (lectures notes)
Henning Johansen © side 8
► Klassifisering av konstruktive detaljer
1 Detaljer uten sveis
2 Kontinuerlige sveiser orientert parallelt med
lastretningen
3 Avbrutte sveiser orientert parallelt med
lastretningen
4 Tverr gående buttsveiser, tosidig sveist
5 Tverr gående buttsveiser, ensidig sveist
6 Påsveiste detaljer på overflate eller kant
7 Forbindelser med lastbærende sveiser
8 Hul profiler
Sveiseforbindelser - Dynamisk (lectures notes)
Henning Johansen © side 9
► utmattingskurvene er bestemt ut ifra eksperimentelle data
► utmattingskurvene består av et lineært forhold mellom log fR og log N
► utmattingskurvene er definert som middelverdi minus to standardavvik av log N som tilsvarer 97,6% sannsynlighet for
overlevelse
► utmattingskurvene kan beskrives ved
RflogmalogNlog
hvor: a = kurvenes skjæringspunkt med log N-aksen
fR = karakteristisk utmattingsfasthet for aktuell
konstruksjonsdetalj
m = negativ invers helling på kurven
fR
N a
log fR
logN
1
m
Sveiseforbindelser - Dynamisk (lectures notes)
Henning Johansen © side 10
► Utmattingskurvene gjelder for tykkelser:
t = 32mm for rørknutepunkter for t > 32mm: Rflogm32
tlog
4
malogNlog
t 22mm for alle andre konstruksjoner for t > 22mm: Rflogm22
tlog
4
malogNlog
Sveiseforbindelser - Dynamisk (lectures notes)
Henning Johansen © side 11
Eurocode 3 S-N curves – welded structures in air:
1: Detail category C Reference value of the fatigue strength at NC = 2 million cycles
2: Constant amplitude fatique limit D Fatigue limit for constant amplitude stress ranges at the number of cycles ND
3: Cut-off limit D Cut-off limit for stress ranges at the number of cycle NL
Sveiseforbindelser - Dynamisk (lectures notes)
Henning Johansen © side 13
► Eksempel
To rørdeler er sveist sammen fra en side. Forbindelsen blir utsatt for varierende spenninger.
Spenningsviddene er delt inn i 11 grupper.
Røret er en del av en konstruksjon som er plassert i sjøvann.
Bestem rørets utmattingslevetid.
Sveiseforbindelser - Dynamisk (lectures notes)
Henning Johansen © side 15
► Kurvene tar kun hensyn til lokale spenningskonsentrasjoner
► Hvis forbindelsen får spenningskonsentrasjoner p.g.a. selve konstruksjonen (globalt), må vi ta hensyn til disse
globallokal SCF
hvor SCF = spennings konsentrasjons faktor (Stress Consentration Factor)
► Eksempel: Hvor stor kan Δσ være for N = 106, konstruksjon i luft. SCFglobal = 1,5
a) platebredde = 150, platetykkelse = 10 b) platebredde = 150, platetykkelse = 10, dulldiameter = 50
Her er spenningskonsentrasjonen tatt hensyn til i kurve:
lokal
Hullets spenningskonsentrasjon er ikke tatt hensyn til i kurve:
globallokal SCF
Sveiseforbindelser - Dynamisk (lectures notes)
Henning Johansen © side 16
Løsningsforslag:
a)
Fra Tabell 6.5d: Kurveklasse G
Fra Figur 6.21: Δσ = 65N/mm2
Alternativt fra tabell 6.1a: loga = 11,39 og m = 3
20,3
1
39,11
6m
1
alog
malog
m
R
mm/N6,6210
10
10
N
10N
aN
flogmalogNlog