Telakan tuotantomenetelmän vaikutus korkealujanteräksen väsymiskestävyyteen
No Thumbnail Available
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
School of Engineering |
Master's thesis
Checking the digitized thesis and permission for publishing
Instructions for the author
Instructions for the author
Author
Date
2012
Department
Major/Subject
Laivanrakennusoppi
Mcode
Kul-24
Degree programme
Language
fi
Pages
viii + 56 s. + liitt. 8
Series
Abstract
Light and strong structures are needed in new passenger ships due to new architectural solutions. Utilizing high strength steel such structural solutions could be engineered. Problems arise when considering fatigue strength of high strength steels. Although the structure is designed to carry loading in rough sea conditions it won't necessarily endure fatigue. Fatigue strength doesn't linearly increase as a function of material strength, because high strength steels fatigue is more dependent on surface defects. Because of this full benefits of these steels cannot be exploited. Due to shipyard cutting methods surface defects appear in steel plate cut-edges. Improving surface roughness of steel plate with suitable surface finish methods, fatigue strength could be improved. For this study seven series of specimens in three steel grades for fatigue testing were manufactured by plasma cutting. Used surface finish methods were grinding and sand blasting. Also surface integrity was examined; surface roughness measurements were carried out for each specimen and hardness was measured for each series. Four different models based on notch stress method and fracture mechanics was used for estimating fatigue strength and compared to experimental results obtained from fatigue tests. Fatigue testing showed promising results that utilizing suitable surface treatment in high strength steels, fatigue strength can be increased. Classification society's requirement was exceeded almost by 400%. Result from notch stress method and fracture mechanics models was that just based on surface roughness fatigue strength is difficult to estimate. For choosing a working method surface integrity has to be examined in order to take correctly into account surface defects and material.Risteilyaluksiin tehtyjen uusien arkkitehtuuristenratkaisujen myötä on ollut välttämätöntä kehittää myös uusia rakenneratkaisuja. Korkealujaa terästä käyttämällä voidaan toteuttaa keveitä ja lujia rakenneratkaisuja painokriittisissä matkustaja-aluksissa. Lujien terästen väsymiskestävyys ei kuitenkaan kasva materiaalin lujuuden funktiona johtuen niiden kriittisyydestä materiaali- ja pintavirheisiin. Lujempien terästen käyttöä ei voida siten täysin hyödyntää laivan rakenteissa, koska niihin vaikuttaa väsyttävä aaltokuormitus. Nykyisin telakoilla ja terästehtailla käytössä olevien leikkausmenetelmien johdosta levynreunassa esiintyy näkyviä alkusäröjä tai -virheitä, jotka neutralisoivat korkealujien terästen käytöstä koituvat hyödyt. Kriittisten kohtien pinnanlaatua voidaan parantaa erilaisilla telakalle sopivilla pintakäsittelymenetelmillä. Näin voidaan laivan rakenteen kestoikää pidentää ja toteuttaa uusia rakenneratkaisuja. Pintakäsittelyn vaikutusta korkealujanteräksen väsymiskestävyyteen tutkittiin väsytyskokeiden avulla. Niitä varten valmistettiin eri lujuisia koekappaleita plasmaleikkaamalla. Pintakäsittelymenetelminä käytettiin hiontaa ja hiekkapuhallusta. Tutkimuksessa pintakäsitellyn korkealujanteräksen väsymislujuutta arvioitiin lovijännitystä ja murtumismekaniikkaa soveltavilla laskentamenetelmillä, joiden käyttö edellytti myös pinnankarheus ja -kovuusmittauksia. Lisäksi tarkoituksena oli tutkia näiden menetelmien toimivuutta vertaamalla niitä väsytyskokeista saatuihin tuloksiin. Väsytyskokeiden avulla osoitettiin, että sopivan pintakäsittelyn avulla voidaan parantaa korkealujan teräksen väsymiskestävyyttä.. Saavutettiin lähes 400 % parempi väsymislujuusluokka FAT kuin mitä luokituslaitoksen säännöt vaativat. Laskentamenetelmien tuloksena oli, ettei pelkän pinnankarheuden avulla voida arvioida väsymislujuutta yleisesti. Toimivan laskentamenetelmän valinta vaatii pinnan eheyden tutkimista, jotta voidaan ottaa väsymislujuuteen vaikuttavat pintavirheet ja materiaali oikein huomioon.Description
Supervisor
Romanoff, JaniThesis advisor
Remes, HeikkiKeywords
fatigue, väsyminen, surface roughness, pinnankarheus, hardness, kovuus, high strength steel, korkealujateräs
