Levetidsbestemmelse og analyse af typisk svejst krandetalje i højstyrkestål.
Forfatter
Vermund Rasmussen, Lars
Semester
4. semester
Uddannelse
Udgivelsesår
2008
Resumé
Dette projekt handler om svejsede strukturer med samlinger af kompleks geometri, metoder til at bestemme deres udmattelseslevetid og efterbehandling efter svejsning for at forbedre udmattelsesstyrken. Arbejdet er udført i samarbejde med HMF A/S, som producerer lastbilmonterede kraner. For at reducere egenvægt og samtidig bevare høj løfteevne bruges tyndpladekonstruktioner med ekstra svejsede forstærkningsplader. Disse forstærkninger har ofte kompleks form, så der er behov for et praktisk ingeniørværktøj til at vurdere udmattelse i de kritiske svejsesamlinger. Linærelastisk brudmekanik (LEFM) kan i princippet forudsige udmattelseslevetid, men metoden er meget følsom over for parametre som begyndelsesrevnelængde og revneåbningsspænding, som er vanskelige at måle uden destruktive forsøg. Derfor bruges LEFM sjældent i praksis. Alternative metoder som nominel spænding og hot-spot-spænding findes, men er svære at anvende på komplekse geometrier; rapporten viser eksempler med en simpel samling. En nyere metode, Effective Notch Stress (ENS), er lovende, fordi den er let at anvende på komplekse 3D-geometrier, typisk ved at bruge FE-analyse (Finite Element) til at bestemme lokale spændingsområder. ENS mangler dog stadig omfattende eksperimentel dokumentation. I dette projekt vurderes metodens anvendelighed ved at sammenligne analyser med praktiske forsøg på prøver af tynde plader med kompleks geometri. Resultaterne stemmer godt overens, og ENS fremstår som et effektivt værktøj til udmattelsesvurdering af svejsede samlinger. Der er dog behov for flere forsøg for at øge den statistiske sikkerhed. Der er også gennemført forsøg med efterbehandling efter svejsning for at forlænge levetiden: TIG-dressing og slibning af svejsetåen (overgangen mellem svejsning og grundmateriale). Begge metoder forbedrer udmattelsesegenskaberne sammenlignet med som-svejset materiale. Rapporten giver vejledende træthedsklasser for begge metoder, med forbehold for det begrænsede antal forsøg. Til sidst vises, hvordan ENS kan bruges til at forbedre et reelt krankomponent. En FE-analyse pegede på områder med forbedringspotentiale. Den redesignede komponent opfylder danske standarder, reducerer vægten med ca. 18 % og bevarer den oprindelige udmattelsesstyrke. Yderligere dokumentation findes i appendikser og på vedlagt CD.
This project examines welded structures with joints of complex geometry, methods to predict their fatigue life, and post-weld treatments to improve fatigue strength. The work was carried out with HMF A/S, a manufacturer of truck-mounted loader cranes. To reduce self-weight while keeping high lifting capacity, thin plate structures are used with additional welded reinforcements. These reinforcements often have complex shapes, creating a need for a practical engineering tool to estimate fatigue in critical welded joints. Linear Elastic Fracture Mechanics (LEFM) can, in principle, predict fatigue life, but it is highly sensitive to parameters such as initial crack length and crack opening stress, which are difficult to measure without destructive tests. As a result, LEFM is rarely used in design practice. Other approaches, such as the Nominal Stress and Hot-Spot Stress methods, exist but are hard to apply to complex geometries; this report illustrates them on a simple joint. An emerging approach, the Effective Notch Stress (ENS) method, is promising because it is straightforward to apply to complex 3D geometries, typically by using finite element (FE) analysis to obtain local stress ranges. However, ENS still lacks extensive experimental validation. This project evaluates the method’s applicability by comparing analyses with laboratory tests on specimens made from thin plates with complex geometry. The results correlate well, indicating that ENS is an effective tool for estimating the fatigue of welded joints, though more tests are needed for stronger statistical confidence. The project also investigates post-weld treatments to extend fatigue life: TIG dressing and grinding of the weld toe (the edge where the weld meets the base metal). Both treatments improved fatigue performance compared to as-welded specimens. The report offers indicative fatigue classes for both methods, with the caveat of a limited number of tests. Finally, the report demonstrates how ENS can guide a design improvement of a real crane component. FE analysis highlighted areas for change; the redesigned part meets Danish standards, reduces weight by about 18%, and maintains the original fatigue strength. Additional documentation is provided in appendices and on an enclosed CD.
[Dette resumé er omskrevet med hjælp fra AI baseret på projektets originale resumé]