Jäännösjännitysten mittausmenetelmät - rengasuramenetelmän suunnittelu ja toteutus

No Thumbnail Available

URL

Journal Title

Journal ISSN

Volume Title

Helsinki University of Technology | Diplomityö
Checking the digitized thesis and permission for publishing
Instructions for the author

Authors

Date

1999

Department

Konetekniikan osasto

Major/Subject

Koneenrakennuksen materiaalitekniikka

Mcode

Kon-67

Degree programme

Language

fi

Pages

102

Series

Abstract

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.

Description

Supervisor

Hänninen, Hannu

Thesis advisor

Gripenberg, Hans

Keywords

Other note

Citation

Permanent link to this item

https://urn.fi/URN:NBN:fi:aalto-2020120446243

Collections

[dipl] Teknillinen korkeakoulu / TKK