utmattingspÅkjente sveiste konstruksjoner

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 -



► 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



Eksempler på sveiseforbindelser i kurveklasser:

F



► 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



► 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



► 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



► 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



► 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



► 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



► 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



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



Eurocode 3 samenligning



► 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.



► 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



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



b)

2lokal

globallokal

mm/N7,415,1

6,62

SCF

SCF

Δσlokal Δσglobal

utmattingspÅkjente sveiste konstruksjoner

Documents