UTMATTINGSPÅKJENTE SVEISTE KONSTRUKSJONER

Transkript

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 = = 1440 millioner lastveksler. Strekk + Trykk - Henning Johansen side 1

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 Henning Johansen side 2

3 Eksempler på sveiseforbindelser i kurveklasser: F Henning Johansen side 3

4 spenning angis som Spenningsvidde N/ mm 2 MPa maks min maks = øvre min = nedre m = middel = amplitude a 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 1, største spenningsvidde for skjærspenning F 5 konstruksjoner med konstant amplitude / konstant spenningsvidde: fr f R = karakteristisk utmattingsfasthet for aktuell konstruksjonsdetalj alternativt, antall lastveksler N NR som gir brudd for en spenningsvidde. N R = antall lastveksler som gir brudd for en spenningsvidde F F 1,5 F F 1,5 3 Henning Johansen side 4

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, (-0,5) =1,5 4 1, (-0,5) =0,5 4 0, ,5 -(-1) =0,5 4 n total ,5 -(-0,5) =1,0 3 avsetter spenningsviddene etter fallende størrelse i et - n diagram Henning Johansen side 5

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 log f R i Sveiseforbindelser - Dynamisk (lectures notes) kurveklasse Dimensjonskriteriet: k n i D (Miner-Palmgrens ligning) i1 N i hvor: = utnyttelsesgraden > 1 gir brudd n i = det lastvekslingstall som gjelder for spenningsvidden i i blokk i N i = det lastvekslingstall som ville gi brudd for spenningsvidden i k = antall spenningsblokker. som gjelder n i N i som gir brudd Log N Levetid ved utmattingsberegning blir L0 L D hvor L 0 = tiden for totalt antall lastvekslinger ik i1 n 0 n i Henning Johansen side 6

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 Henning Johansen side 7

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 Henning Johansen side 8

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 log f R utmattingskurvene kan beskrives ved log N log a mlog f R hvor: a = kurvenes skjæringspunkt med log N-aksen f R = karakteristisk utmattingsfasthet for aktuell konstruksjonsdetalj m = negativ invers helling på kurven f R N 1 m a logn Henning Johansen side 9

10 Utmattingskurvene gjelder for tykkelser: t = 32mm for rørknutepunkter m t for t > 32mm: log N log a log m log f R 4 32 t 22mm for alle andre konstruksjoner m t for t > 22mm: log N log a log m log f R 4 22 Sveiseforbindelser - Dynamisk (lectures notes) Henning Johansen side 10

11 Eurocode 3 S-N curves welded structures in air: 1: Detail category C Reference value of the fatigue strength at N C = 2 million cycles 2: Constant amplitude fatique limit D Fatigue limit for constant amplitude stress ranges at the number of cycles N D 3: Cut-off limit D Cut-off limit for stress ranges at the number of cycle N L Henning Johansen side 11

12 Eurocode 3 samenligning Henning Johansen side 12

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. Henning Johansen side 13

14 Henning Johansen side 14

15 Kurvene tar kun hensyn til lokale spenningskonsentrasjoner Hvis forbindelsen får spenningskonsentrasjoner p.g.a. selve konstruksjonen (globalt), må vi ta hensyn til disse lokal SCF global hvor SCF = spennings konsentrasjons faktor (Stress Consentration Factor) Eksempel: Hvor stor kan Δσ være for N = 10 6, konstruksjon i luft. SCF global = 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: lokal SCF global Henning Johansen side 15

16 Løsningsforslag: a) Fra Tabell 6.5d: Kurveklasse G Fra Figur 6.21: Δσ = 65N/mm 2 Alternativt fra tabell 6.1a: loga = 11,39 og m = 3 log N log a m log f N a N 10 log a m N 10 log a m 1 m R ,39 1 3,0 62,6N / mm 2 Henning Johansen side 16

17 b) lokal SCF SCF global lokal 62,6 1,5 41,7N / mm 2 Δσ global Δσ lokal Henning Johansen side 17