Eri laskentamenetelmien vertailu hitsatun rakenteen väsymislaskennassa

Tässä työssä tutkittiin eri mitoitusmenetelmien soveltuvuutta hitsattujen rakenteiden vä-symislaskennassa. Käytetyt menetelmät olivat rakenteellinen jännityksen menetelmä, te-hollisen lovijännityksen menetelmä ja murtumismekaniikka. Lisäksi rakenteellisen jänni-tyksen määrittämiseksi käytettiin kolmea eri menetelmää. Menetelmät olivat pintaa pitkin ekstrapolointi, paksuuden yli linearisointi ja Dongin menetelmä. Väsymiskestävyys määritettiin kahdelle hitsiliitoksen yksityiskohdalle. Laskenta tehtiin käyttäen elementtimenetelmää rakenteen 3D-mallille. Tutkittavasta aggregaattirungosta oli olemassa FE-malli mutta alimallinnustekniikkaa hyödyntämällä pystyttiin yksityiskohtai-semmin tutkimaan vain pientä osaa koko rungon mallista. Rakenteellisen jännityksen menetelmä perustuu nimellisiin jännityksiin. Kyseinen mene-telmä ei vaadi geometrian muokkausta. Yleensä rakenteellisen jännityksen menetelmää käytetään hitsin rajaviivan väsymislaskennassa, mutta joissain tapauksissa sitä on käytetty juuren puolen laskennassa. Tässä työssä rakenteellisen jännityksen menetelmää käytettiin myös juuren puolen tutkimisessa. Tehollista lovijännitystä tutkitaan mallintamalla 1 mm fiktiiviset pyöristykset sekä rajaviivalle että juuren puolelle. Murtumismekaniikan so-veltuvuutta tutkittiin käyttämällä Franc2D särön kasvun simulointiohjelmaa. Väsymislaskennan tulokset eivät merkittävästi poikkea eri laskentamenetelmien välillä. Ainoastaan rakenteellisen jännityksen Dongin menetelmällä saadaan poikkeavia tuloksia. Tämä johtuu pääasiassa siitä, että menetelmän laskentaetäisyydestä ei ole tietoa. Raken-teellisen jännityksen menetelmällä, tehollisen lovijännityksen menetelmällä ja murtumis-mekaniikalla saadaan samansuuntaiset tulokset. Suurin ero menetelmien välillä on mal-linnuksen ja laskennan vaatima työmäärä.

In this paper the applicability of different fatigue analysis methods in welded structures were investigated. Investigated methods were structural hot spot stress determination, effective notch stress approach and fracture mechanics. Also three different methods for determining the structural hot spot stress were used. These methods were linear surface extrapolation, through-thickness extrapolation and the Dong’s method. There were two types of welded details for which the fatigue strength were predicted. The methods were applied to evaluate finite element analysis for 3D structural detail. There was existing FE-model for aggregate structure but using submodelling technique it was possible to investigate more detail only minor part of the whole model. The structural stress method based on the nominal stress. This method does not require any modification of geometry. Usually the structural stress methods are used in fatigue assessments in weld toe but in some cases it has been used in weld root. In this study also the use of structural stress method in weld root was investigated. The effective notch stress is studied by modeling the fictitious effective notches of radius 1 mm to both weld toes and weld roots. The fracture mechanics calculations were carried out by using the Franc2D crack propagation simulation program. There were no significant differences in fatigue strength calculation by using the different kind of calculation methods. Only the results obtained by the Dong’s method differ from the rest in structural stress approach. This is mainly caused by lack of knowledge in calcu-lation distance. The structural stress method, effective notch stress methods and using of fracture mechanics predict approximately the same fatigue strength. The major differ-ences between these methods are the amount of work in modeling and calculation.