Teräspalkin pinnankarheudesta johtuvan alkusärön sekä jännitysintensiteettikertoimen analyysi väsytyskokeiden perusteella

No Thumbnail Available

Files

URL

Journal Title

Journal ISSN

Volume Title

Perustieteiden korkeakoulu | Bachelor's thesis
Electronic archive copy is available locally at the Harald Herlin Learning Centre. The staff of Aalto University has access to the electronic bachelor's theses by logging into Aaltodoc with their personal Aalto user ID. Read more about the availability of the bachelor's theses.
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.

Authors

Date

2024-10-10

Department

Major/Subject

Teknillinen fysiikka

Mcode

SCI3028

Degree programme

Teknistieteellinen kandidaattiohjelma

Language

fi

Pages

29

Series

Abstract

Tässä kandidaatintyössä perehdytään kiinteän aineen mekaniikasta johdettuun murtumismekaniikkaan, jota tutkitaan teräksisten palkkien väsytyskokeiden tulosten pohjalta. Aineistoa sovelletaan palkkien pinnankarheudesta johtuvien alkusäröjen sekä jännitysintensiteettikertoimien määrityksiin. Tutkielmassa pyritään saamaan vastaus kahteen tutkimuskysymykseen. Näistä ensimmäisen tavoite on selvittää väsytyskokeen läpikäyneen aineiston avulla, onko kaksiosaisella Parisin lailla selvitetyt alkusärönpituudet luotettavat, kun tiedetään palkkiin kohdistetut voimat sekä muoto ja halkeamiseen tarvittava syklimäärä. Kun analyyttisia tuloksia verrataan tunnettuihin karheusjakaumiin, voidaan todeta kaksiosaisen Parisin lain antavan oikeansuuruisia, mutta tuskin täsmällisiä arvoja. Toinen tutkimuskysymys pohjautuu alkusäröjen määrityksen tuloksiin. Sen tavoitteena on selvittää, miten analyyttisesti ja elementtimenetelmällä lasketut jännitysintensiteettikertoimet ensimmäisen syklin aikana vertautuvat toisiinsa ja mistä erot johtuvat. Kun eri tavoin määritettyjen jännitysintensiteettikertoimien arvoja verrataan toisiinsa, huomataan niiden olevan samaa suuruusluokkaa. Kuitenkin elementtimenetelmä antaa hieman suurempia arvoja kuin analyyttinen tapa, mikä johtunee siitä, että elemettimenetelmä ottaa huomioon kappaleen todellisen muodon. Vaikkei tuloksissa ole suurta vaihtelua, ovat elementtimenetelmän ratkaisut joka tapauksessa konservatiivisempia.

This bachelor’s thesis investigates solid mechanics with a focus on fracture mechanics, drawing upon data from fatigue tests of steel beams. The study utilizes this material to determine initial crack lengths due to surface roughness and to calculate stress intensity factors. The thesis aims to address two research questions. The first focuses to determine, using fatigue test data, whether it is possible to precisely calculate initial crack lengths with the two-stage Paris’ law when the applied forces, geometry, and number of cycles to failure are known. Comparing the results with known roughness profiles indicates that while the two-stage Paris’ law provides indicative values, it does not yield precise results. The second research question builds upon the findings of the initial crack lengths. It involves comparing stress intensity factors determined analytically with those calculated using the finite element method (FEM) and explaining the differences between them. The stress intensity factors from both methods are approximately similar in value; however, the FEM results are slightly higher than those obtained analytically. These differences are likely due to FEM’s ability to account for the actual geometry of the component. Although there is no significant variation between the methods, the FEM results can be considered more conservative.

Description

Supervisor

Martikainen, Jani-Petri

Thesis advisor

Gustafsson, Tom

Keywords

pinnankarheus, särö, särönkasvunopeus, Parisin laki, jännitysintensiteettikerroin, elementtimenetelmä

Other note

Citation

Permanent link to this item

https://urn.fi/URN:NBN:fi:aalto-202410226816

Collections

[kand] Perustieteiden korkeakoulu / SCI