Browsing by Author "Gripenberg, Hans"

Now showing 1 - 3 of 3

Terästermotelan sisäisten jännitysjakaumien kokeellinen tutkiminen ja selvitys
(2008) Mulli, Eero
Helsinki University of Technology | Master's thesis
Jäännösjännitysten tunteminen on tullut yhä tärkeämmäksi suunniteltaessa nykyaikaisia koneita ja laitteita. Jäännösjännityksillä on suuri vaikutus koneenosan kestävyyteen etenkin dynaamisesti kuormitetuissa kohteissa, joissa kuormitussyklien määrä nousee huomattavaksi. Pääsääntöisesti jäännösjännityksiä mitataan kappaleiden pinnan läheisyydessä. Vaatimusten kasvaessa on tullut kuitenkin yhä tärkeämmäksi tietää myös syvemmällä vaikuttavat jäännösjännitykset. Tämän työn tarkoituksena oli määrittää teräksisen termotelan jäännösjännitysjakauma 50 mm syvyyteen saakka termotelan pinnasta lähtien. Työn teoriaosassa on käsitelty jäännösjännitysten syntymekanismeja ja syitä, induktiokarkaisun vaikutusta jäännösjännitysjakaumaan, jäännösjännitysten vaikutusta väsymiskestävyyteen ja vaurioalttiuteen sekä käyty läpi jännitysten ja venymien välinen yhteys. Teoriaosassa on käsitelty myös eri jäännösjännitysten mittausmenetelmät ja erityispiirteet. Mittausmenetelmistä on käsitelty röntgendiffraktio-, reiänporaus-, rengasura-, Barkhausen kohina-, contour- ja syvänreiänporausmenetelmät, joita käytettiin tässä työssä jäännösjännitysten mittaukseen. Lisäksi muista jäännösjännitysten mittausmenetelmistä on käsitelty neutronidiffraktio-, ultraääni-, taipuma- ja paloittelumenetelmät. Työn kokeellisessa osassa mitattiin termotelan jäännösjännitykset usealla eri menetelmällä. Barkhausen kohinamittauksilla pyrittiin määrittämään termotelan pintakovuuden, jäännösjännitystilan ja Barkhausen kohinan välinen riippuvuus, mutta menetelmä osoittautui sopimattomaksi termotelan tapaukseen. Reiänporaus- ja röntgendiffraktiomenetelmillä mitattiin jäännösjännitykset pinnan tuntumasta. Molemmilla menetelmillä saatiin hyvin samansuuntaisia tuloksia, mikä vahvistaa mittaustulosten luotettavuuden. Edelliset menetelmät ovat eniten käytettyjä jäännösjännitysten mittauksissa ja niitä on käytetty myös aiemmin termotelojen jäännösjännitysjakaumien määritykseen. Mittauksissa havaittiin termotelan pinnassa olevan puristusjännityksen pienenevän tasaisesti aksiaalisuunnassa kohti telan keskustaa mentäessä. Rengasuramenetelmällä mitattujen tulosten perusteella induktiokarkaistussa kerroksessa on varsin tasainen puristusjännitystila, joka muuttuu kuitenkin nopeasti vetojännitykseksi karkaistun kerroksen jälkeen. Rengasuramittauksilla saatiin hieman reiänporaus- ja röntgendiffraktiomittauksia korkeampia jäännösjännitysarvoja. Contour- ja syvänreiänporausmittauksilla määritettiin kappaleessa vallitseva jännitysjakauma muita menetelmiä syvemmälle, jolloin saatiin hyvä kokonaiskuva termotelan jäännösjännitysjakaumasta. Etenkin induktiokarkaistun pintakerroksen jälkeen tulevan vetojännityspiikin sijainti ja korkeus olivat tärkeitä tuloksia. Termotelan paloittelun yhteydessä tehdyistä venymämittauksista havaittiin, että luotettavimmin jäännösjännitykset voidaan mitata kokonaisesta termotelasta tai siitä irrotetusta ehjästä renkaasta. Kuitenkin joissain tapauksissa kuten contour-mittauksissa on käytettävä segmentin paloja mittausteknisistä syistä. Tässä työssä tehdyillä jäännösjännitysmittauksilla saatiin varsin kattava kuva terästermotelan jäännösjännitysjakaumasta. Lisätutkimuksia on suositeltavaa tehdä siitä, miksi termotelan keskeltä mitattiin matalampia puristusjännityksen arvoja. Tämä voidaan tehdä esimerkiksi röntgendiffraktio- tai reiänporausmittauksilla joistain teloista valmistusprosessin aikana. Menettelyllä voidaan varmistaa, onko kyse yksittäistapauksesta vai laajemmasta ilmiöstä.
Hitsatun putkiliitoksen väsymiskestävyys
(1997) Gripenberg, Hans
Helsinki University of Technology | Master's thesis
Jäännösjännitysten mittausmenetelmät - rengasuramenetelmän suunnittelu ja toteutus
(1999) Siiriäinen, Juha
Helsinki University of Technology | Master's thesis
Pinnassa vallitsevan jäännösjännitystilan tunteminen antaa useimmiten riittävästi informaatiota arvioitaessa jäännösjännitysten vaikutusta rakenteen staattiseen ja väsymiskestävyyteen. Kuitenkin paksuseinämäisissä rakenteissa ja koneenosissa myös sisäosan jännitystila voi olla merkittävä riskitekijä sisäisen särön ydintäjänä. Työn tarkoituksena oli parantaa jäännösjännitysten mittausmahdollisuuksia laajentamalla mittausaluetta syvemmälle kappaleeseen kuin mihin nykyisillä tavallisimmilla menetelmillä päästään. Työn teoriaosassa on selvitetty jäännösjännitysten luonne, alkuperä ja jännityksiin vaikuttavien tekijöiden vuorovaikutus. Vetojäännösjännitykset ovat tyypillisesti haitallisia ja puristusjäännösjännitykset hyödyllisiä. Ensin mainitut pyrkivät avaamaan ja jälkimmäiset sulkemaan materiaalissa esiintyviä vikoja, kuten säröjä ja murtumia. Teoriaosassa käydään läpi käytössä olevia mittausmenetelmiä. Niitä ovat ainetta rikkomattomat röntgendiffraktio-, neutronidiffraktio- ja Barkhausen-menetelmä sekä ainetta rikkovat reiänporaus-, rengasura- ja erilaiset paloittelumenetelmät. Kokeellisessa osassa rakennettiin rengasuramenetelmään perustuva mittauslaite. Menetelmä on keksitty jo 1950-luvulla, mutta tähän mennessä siihen perustuvia sovelluksia on ollut maailmanlaajuisestikin vain vähän. Rengasuramenetelmä on perusperiaatteeltaan pitkälti reiänporausmenetelmän kaltainen. Rengasuramenetelmässä häiritään kappaleen jännitystasapainoa työstämällä siihen askeleittain rengasmainen ura. Jännitystasapainon hakeutuessa uuteen tasapainoasemaan tapahtuu uran lähiympäristössä muodonmuutoksia, jotka rekisteröidään uran keskelle jäävän alueen pinnalta venymäliuskamittauksin. Askeleittain kerätystä venymävasteesta on johdettavissa jatkuva jakauma ehjässä kappaleessa vallitsevasta jännitystilasta urasyvyyden funktiona. Venymävastetta simuloitiin FEM-mallinnuksella. Uran työstö tehtiin kipinätyöstötekniikalla. Mittausmenetelmää testattiin jännityksettömiksi lämpökäsiteltyihin ja mekaanisesti esikuormitettuihin koesauvoihin. Kokeiden tuloksia verrattiin simuloinnin tuloksiin ja kirjallisuuslähteisiin. Kokeet osoittivat, että menetelmä toimii teorian mukaisesti. Nyt toteutettu mittalaitteisto tarvitsee vielä jatkokehitystä tarkkojen ja toistettavissa olevien mittausten tekemiseen, sillä yksittäisten mittausten keskinäinen hajonta oli liian suuri. Mittausvirhettä aiheuttivat vaikeudet uran kohdistamisessa, työkappaleen liiallinen paikallinen lämpeneminen ja kipinöintiprosessin häiriöt. Jatkotutkimusta tarvitaan uran pohjan jännityskeskittymän kipinätyöstöstä aiheutuvan lämpötilan nousun ja uran työstön asentovirheiden yhteisvaikutuksen selvittämiseksi. Mittaustiedon keruu ja käsittely sekä jännitysten laskenta tulee automatisoida työajan säästämiseksi ja virheiden minimoimiseksi.