Vaihtelevan kuormituksen luokittelu- ja laskentamenetelmän vaikutus kestoikäennustukseen

Abstract

Tämän diplomityön tarkoituksena oli tutkia eri luokittelumenetelmien vaikutusta kuormituskertymään ja sitä kautta kestoikäennusteeseen. Tarkoituksena oli myöskin vertailla eri menetelmiä ottaa kuormituksen keskijännitys huomioon kestoikäennustetta laskettaessa. Vaihtelevasta kuormituksesta voidaan selvittää eri suuruiset jännityksen vaihteluvälit ja niiden lukumäärät eri menetelmillä. Tässä diplomityössä on vertailtu amplitudi-, rainflow- ja levelcrossing-menetelmiä. Muodostetuissa kuormituskertymistä, joissa jännitysvaihtelu on luokiteltu suuruutensa ja mahdollisesti keskijännityksensä mukaisesti eri luokkiin, voidaan laskea kestoikäennuste Palmgren-Minerin kumulatiivisella vauriosäännöllä. Paikallisiin venymisiin perustuvat menetelmät perustuvat Neuberin sääntöön. Tässä diplomityössä on paikallisiin venymiin perustuvissa menetelmistä tutkittu ns. PSWT-parametri, jonka suuruus riippuu jännitysamplitudista, keskijännityksestä, venymäamplitudista sekä materiaalin kimmomoduulista. Luokittelumenetelmien vaikutusta on tutkittu pienimuotoisen laboratoriossa tehdyn kuormituskokeen sekä kaupunkiliikenteessä olevan linja-auton kuormitusmittausten avulla. Lisäksi on vertailtu keskijännityksen vaikutusta ja erilaskentamenetelmiä käyttämällä kahden eri väsytyskoesarjan lähtöarvoja ja tuloksia. Saatujen tulosten perusteella voidaan todeta, että kaksidimensionaalisen rainflow-menetelmän muodostama kuormituskertymä kuvaa parhaiten vaihtelevan kuormituksen vaikutusta rakenteeseen. Laskentamenetelmistä ovat käyttökelpoisimpia Goodmanin ja Gerberin menetelmät. Niiden mukaisesti muodostetut redusoidut jännitysamplitudit vastaavat parhaiten todellisen jännitysamplitudin ja sen keskijännityksen yhteisvaikutusta. Myös Smith-Watson-Topper -menetelmällä lasketut kestoikäennusteet ovat melko luotettavia, mutta menetelmä vaatii enemmän materiaali- ja geometriatietoja kuin muut menetelmät. /Kir11