Pienimittakaavaisen jään lujuustestauslaitteiston käyttöönotto
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
Instructions for the author
Authors
Date
2009
Department
Major/Subject
Auto- ja työkonetekniikka
Mcode
Kon-16
Degree programme
Language
fi
Pages
78 s. + liitt. 22
Series
Abstract
The objective of this thesis was to start up a small scale testing apparatus for ice breaking and compare power rating data to mini-p-road which is already in use in Laboratory of Automotive Engineering. This thesis is a part of the STRUTSI project which aim is to develop and apply theoretical and numerical 3D models for modelling continuous failure of ice. It is very important for reliable laboratory measurement results that the properties of the ice sample are homogenous and production process has good reproducibility. A literature study concerning the properties of water and ice was done. The knowledge on the molecular properties of water helps to understand ice formation process and its properties. The literature showed that the properties of ice depend greatly on the prevailing conditions. Ice making process on the testing apparatus in cold chamber was the experimental part of this thesis. Before finding the right ice making method which produced the desired ice properties many different methods were tested. Ice making methods and the circumstances which affect the ice properties are introduced. The challenge was to produce ice on surface which isn't flat. In this thesis a method to melt ice of the drum surface without defreezing the whole cold room is introduced. The fiction between road and rubber surface is greatly dependent on rubber properties. Rubber properties influencing road-rubber fiction are introduced. Also the fiction components and the mechanisms of fiction in road and rubber interaction were studied. The progression of the work from improving, preparing and commissioning testing apparatus and performing the test measurements are told in detail. Failed ice making methods are also introduced because every failed method teaches something about the ice making process or these failed methods might be applied to some other testing devices. Ice drum suitability for ice strength testing was checked by different types of tests. Reference material was taken for mini-µ-road which has been used already for 8 years in the Laboratory of Automotive Engineering. Tests results and the discussion on ice drum suitability for ice strength testing is presented at the end of this thesis. The final conclusion is that the ice drum with well-defined ice making method and carefully designed tests made it possible to test ice strength at least in rough level.Tämän diplomityön tavoitteena oli ottaa käyttöön jään murtumisen tutkimiseen suunniteltu pienimittakaavainen mittalaite ja verrata laitteiston antamaa mittausdataa Auto- ja työkonetekniikan laboratoriossa olemassa olevaan kitkanmittauslaitteiston, mini-µ-roadin, mittaustuloksiin. Diplomityö on osa Tekesin rahoittamaa STRUTSI-projektia, jonka tavoitteena on kehittää ja soveltaa teoreettisia ja numeerisia 3D-malleja jään jatkuvan murtumisen mallintamiseen. Laboratoriokokeiden osalta tasalaatuisesti toistettavan jään tekeminen mittalaitteeseen on edellytys luetettaville mittaustuloksille. Työssä tarkastellaan kirjallisuuden kautta veden ja jään ominaisuuksia. Veden ja sen molekyylien ominaisuuksien tuntemus auttaa ymmärtämään jään syntymekanismia. Kirjallisuusosiossa vahvistuu käsitys, että vallitsevat olosuhteet vaikuttavat suuresti jään ominaisuuksiin. Kokeellisesti tutkittiin kylmähuoneessa jääntekomenetelmää juuri tälle mittauslaitteelle. Useiden eri menetelmien kokeilemisen jälkeen, saatiin tunnistettua jääntekomenetelmä, jossa jään ominaisuuksista saatiin halutut ja tasalaatuiset. Jääntekotavat ja jään ominaisuuksiin vaikuttavat olosuhteet esitetään työssä. Lisähaasteen jään tekemiseen muodosti pinta, jolle jää piti tehdä, koska se ei ole tasainen. Työssä esitetään myös menetelmiä jään sulattamiseksi rummun pinnasta ilman, että kylmähuone joudutaan lämmittämään tätä varten. Tien ja kumin välinen kitka riippuu kumin ominaisuuksista, joten työssä tarkastellaan kumin ominaisuuksien vaikutuksia kitkavoimaan. Tien ja kumin kontaktipinnassa vaikuttavat kitkakomponentit ja kitkamekanismit ovat myös tarkastelun kohteena. Työn eteneminen mittauslaitteiston kehittelystä, valmistelusta, käyttöönotosta aina mittauksiin asti on kerrottu yksityiskohtaisesti. Lisäksi on dokumentoitu epäonnistuneita jääntekomenetelmiä, koska niistä voidaan oppia tai niitä voidaan mahdollisesti soveltaa muuntyyppisissä koelaitteistoissa. Jäärummun soveltuvuutta jään lujuustestauslaitteeksi selvitettiin erityyppisillä testeillä. Selvitettiin erottaako laitteisto kumilaatujen, nastamäärien ja nastan tuennan eroja. Vertailukohteeksi otettiin Auto- ja työkonetekniikan tutkimusryhmän käytössä jo 8 vuotta ollut mini-µ-road. Testitulokset ja niiden perusteella suoritetut pohdinnat laitteen soveltuvuudesta mittauslaitteeksi esitetään työn lopussa. Lopputuloksena itse laite ja siihen valitetulla menetelmällä valmistettu jää mahdollistavat valittujen testien perusteella tiettyjen perusratkaisujen, kuten kumilaadun ja nastan tuennan erottelemisen ainakin karkealla tasolla.Description
Supervisor
Juhala, MattiThesis advisor
Sainio, PanuKeywords
ice, jää, water, vesi, friction, kitka, sliding, liukuminen, laboratory testing, laboratoriotestaus, rubber, kumi, tire, rengas