Procjena vijeka trajanja aluminijskih zavarenih spojeva izloženih spektru opterećenja

Piršić, Tonči (1998) Procjena vijeka trajanja aluminijskih zavarenih spojeva izloženih spektru opterećenja. = Fatigue Life Prediction of Welded Joints Subjected to Spectrum of Loading. Doctoral thesis , Sveučilište u Zagrebu, Fakultet strojarstva i brodogradnje, UNSPECIFIED. Mentor: Alfirević, Ivo.

Full text not available from this repository.

Abstract (Croatian)

Iako aluminijski zavareni spojevi dobivaju sve veće značenje u suvremenim konstrukcijama, podaci o čvrstoći ovih spojeva u slučaju vremenski promjenjivih opterećenja su relativno rijetki i nedovoljni za praktično projektiranje. Metode procjene vijeka trajanja zavarenih spojeva koje su opisane u dostupnoj literaturi uglavnom se odnose na čelik, i njihovo korištenje u slučaju aluminijskih slitina nije dovoljno pouzdano. Zbog toga je osnovni cilj ovog rada eksperimentalno utvrditi vijek trajanja aluminijskih zavarenih spojeva podvrgnutih različitim vrstama vremenski promjenjivih opterećenja, te predložiti metodu procjene vijeka trajanja koja ce svojom pouzdanošću i jednostavnošću zadovoljiti praktične potrebe pri projektiranju. U uvodnom dijelu rada ukratko su prikazani osnovni mehanizmi zamora materijala, metode mehanike loma, analizirane su postojeće metode procjene vijeka trajanja predložene u dostupnoj literaturi, te posebnosti zavarenih spojeva obzirom na mehanizam zamora. Središnji dio rada posvećen je pripremi i izvođenju pokusa, te analizi rezultata. Porto na vijek trajanja zavarenih spojeva izloženih promjenjivom opterećenju utječe velik broj faktora koje nije moguće u potpunosti teorijski obuhvatiti (kvaliteta zavarenog spoja, uključci i pore, koncentracija naprezanja, zona utjecaja topline, vrsta opterećenja, ltd...), radom dominira eksperimentalni pristup. Analizira se vijek trajanja uzoraka izrađenih iz aluminijske slitine AIMg4.5Mn koja se zbog dobrih mehaničkih svojstava, dobre zavarljivosti i antikorozivnosti cesto koristi u brodograđevnoj industriji. Korišteni su uzorci iz osnovnog materijala, uzorci sa sučeonim zavarom, te uzorci s križnim zavarom kako bi se utvrdile razlike u njihovom vijeku trajanju pri istim uvjetima opterećenja. Uzorci su ispitivani na dvije razine konstantnog amplitudnog opterećenja, te blok - program testovima na četiri razine opterećenja, uz različite gustoće spektra. Blok - program testovi su zasnovani na aproksimaciji Gaussove normalne razdiobe, koja je ,zbog svoje općenitosti i povezanosti s nizom prirodnih pojava prihvaćena kao najpovoljnija za definiranje spektra opterećenja. Prikazani su tipični oblici lomova i načini sirenja pukotina koji su se javljali tijekom izvođenja pokusa, a zbog važnosti koju ima u okviru razmatrane teme, obimno se T. Pirsic: Procjena vijeka trajanja..." Disertacija 4 analizira raspored naprezanja na zavarenim spojevima izloženim savojnom naprezanju, te problem definicije naprezanja u takovim slučajevima. Na temelju rezultata pokusa i njihove statističke obrade izrađene su a - N krivulje kojima je prikazana dinamička čvrstoća analiziranih zavarenih spojeva u širokom području opterećenja: od konstantnog amplitudnog opterećenja do opterećenja Gaussovim spektrom vrlo male gustoće. Vijek trajanja procijenjen je korištenjem postojećih metoda, te je razvijena metoda koja se temelji na rezultatima izvršenih pokusa. Teorijski doprinos rada predstavlja prijedlog metode za procjenu vijeka trajanja aluminijskih zavarenih spojeva, koja se temelji samo na rezultatima ispitivanja konstantnim amplitudama. Ova metoda verificirana je provedenim pokusima i usporedbom s literaturom, te je dala vrlo dobre rezultate u pogledu točnosti, a pogodna je za praktičnu primjenu zbog malog broja potrebnih pokusa, i relativno kratkog vremena potrebnog za njihovo izvođenje. Praktični doprinos rada predstavlja veći broj podataka o dinamičkoj čvrstoći aluminijskih zavarenih spojeva izloženih savojnom naprezanju, koji su u dostupnoj literaturi nedovoljno zastupljeni, te razvoj metode za podjelu Gaussovog spektra opterećenja na proizvoljan broj blokova konstantnih amplituda. Ova metoda je zasnovana na teoriji vjerojatnosti i prilagođena upotrebi računala, dime se pojednostavljuje i ubrzava postupak definiranja blok-program testova u slučajevima spektra opterećenja. Završni dio rada posvećen je analizi dobivenih rezultata i verifikaciji predložene metode. Točnost se analizira primjenom na rezultate vlastitih pokusa, kao i primjenom na rezultate preuzete iz literature, te se uspoređuju procjene vijeka trajanja dobivene na osnovu različitih metoda. Rad se završava prikazom mogućnosti poopćavanja primijenjene metode na druge materijale i oblike zavarenih spojeva, ograničenjima primjene, te smjernicama za daljnje istraživanje u ovom području.

Abstract

Although the significance of aluminum welded joins increases in up to date constructions, the data about fatigue life of these joints in a case of variable amplitude loading are rare and insufficient for practical design. The methods for fatigue life prediction described in literature are mostly devoted to steel and the use of these methods in the case of aluminum alloys is not reliable. Because of that, the main goal of this work is to analyze the fatigue life of aluminum welded joints subjected to variable loading, and to suggest the method for fatigue life prediction that will be acceptable for practical use, because of its simplicity and reliability. In the introductory part of the work basic fatigue mechanisms and fracture mechanics methods are briefly presented, existing methods for fatigue life prediction proposed in available literature are analyzed, and particularities of welded joints considering the fatigue mechanism are shown. The central part of the work is devoted to preparation and performing of the experiments. Fatigue life of welded joints subjected to variable loading is influenced by numerous factors that cannot be theoretically analyzed (weld quality, inclusions and pores, stress concentration, heat affected zone, shape of loading, etc.) so this work is dominated by experimental approach. Fatigue life of specimens made of AIMg4.5Mn aluminum alloy is analyzed, for this alloy is frequently used in shipbuilding industry because of its good welding and mechanical properties and corrosion resistance. Specimens of parent metal, specimens with butt welded joint and specimens with cruciform welded joint are used, in order to find out the difference in fatigue lives under the same loading conditions. Experiments are performed at two levels of constant amplitude loading and at four levels block - program tests with different spectrum densities. Block - program tests are based on approximation of the Gaussian normal distribution, which is accepted as the most suitable for spectrum shape definition, because of its generality and connection with a lot of natural phenomena. Typical fracture shapes and crack propagation modes that appeared during the experiments are presented, and because of importance in this context, the stress distribution in welded joints subjected to bending stress is widely discussed, as also T. Pirsic: "Procjena vijeka trajanja... " Disertacija 6 the stress definition problem in those cases. Based on the experimental results, S-N curves are defined, by which the fatigue life of welded joints is presented in wide range - from constant amplitude loading to spectrum loading with low spectral density. The fatigue life prediction is done by using the existing methods, and the method based on experimental results is obtained. Theoretical contribution of this work is the proposal of the method for fatigue life prediction, that is based only on the experimental results for constant amplitude loading. This method is verified by performed experiments and by comparison to the literature, it showed very good results, and it is suitable for practical use because of a few experimental data that are required and relatively short time of duration of the experiments. Practical contribution of this work is expressed by a lot of data about the fatigue life of welded joints subjected to variable bending stress, that are rarely found in available literature, as also the development of the method for dividing the Gaussian spectrum of loading on the arbitrary number of constant amplitude blocks. This method, based on the theory of probability is adjusted to usage of computer, by which the process of block program definition in case of spectrum of loading is made easier and faster. The final part of the work is devoted to analysis of obtained results and verification of proposed method. The accuracy is analyzed by application to the own experimental results and by application to the results taken from literature, and the fatigue life predictions according to various methods are compared. The work terminates with survey of possibilities of generalization of proposed method to the other materials and various weld shapes, restrictions of application and directions for future investigations in this field.

Item Type: Thesis (Doctoral thesis)
Uncontrolled Keywords: aluminijski zavareni spojevi; čvrstoća;
Keywords (Croatian): aluminum welded joins; fatigue
Divisions: 200 Department of Engineering Mechanics > 210 Chair of Mechanics and Strength of Materials
Date Deposited: 22 Sep 2014 18:00
Last Modified: 16 Oct 2015 13:20
URI: http://repozitorij.fsb.hr/id/eprint/98

Actions (login required)

View Item View Item

Nema podataka za dohvacanje citata