Low-Cycle Fatigue Behavior of Welded Steel Butt-Joints
Authors
Gundersen, Christoffer ; Søholm, Jesper Højrup ; Christensen, Mads Møller
Term
4. term
Education
Publication year
2019
Submitted on
2019-06-03
Abstract
This thesis investigates the low-cycle fatigue behavior of butt-welded steel joints, aiming to estimate service life and assess whether established models for non-welded materials can be applied to welded butt joints. Specimens were tested in four-point bending under fully reversed loading (R = −1) using a servo-hydraulic Schenk 400 kN machine. Strain gauges were used to validate a nonlinear finite element (FE) model, which was then employed to convert displacement–life data into stress– and strain–life data. The resulting curves were compared with analytical low-cycle fatigue models and simple estimates based on monotonic material properties; in the absence of tensile test data, material parameters from a previous student study (same batch) were adopted. Manufacturing issues led to geometric variability in the specimens, affecting measurements and FE accuracy, and caused fatigue failures to occur at radii and in regions with pearlite bands rather than in the weld or heat-affected zone. Consequently, the intended evaluation of the weld’s low-cycle fatigue life and a direct validation of the models could not be completed. The study details the experimental setup, uncertainty assessments, microstructure and hardness observations, and FE model verification, and concludes that new, better-controlled specimens and further testing are required to reliably evaluate the low-cycle fatigue performance of butt-welded joints.
Denne afhandling undersøger lav-cyklus udmattelsesopførsel for stumpsømssvejste stålprøver med det formål at vurdere levetiden og afklare, om velkendte modeller for ikke-svejste materialer kan anvendes på svejste butt-joints. Prøverne blev testet i firepunkts bøjning under fuldt reverseret last (R = −1) på en servo-hydraulisk Schenk 400 kN maskine. Tøjningsmålere blev anvendt til at validere en ikke-lineær finite element (FE) model, som derefter blev brugt til at omregne forskydnings–levetidsdata til spændings– og tøjnings–levetidsdata. De afledte kurver blev sammenholdt med analytiske lav-cyklus udmattelsesmodeller og simple estimater baseret på monotone materialeegenskaber; da trækprøvningsdata ikke var tilgængelige, blev materialedata fra en tidligere studiegruppe (samme batch) anvendt. Produktionstekniske afvigelser gav geometriske variationer på prøverne, som påvirkede både målinger og modellens nøjagtighed, og medførte at udmattelsesbruddene opstod i rundinger og områder med perlitbånd snarere end i svejsen eller den varmepåvirkede zone. Som følge heraf kunne den tilsigtede evaluering af svejsens lav-cyklus udmattelseslevetid og den direkte validering af modeller ikke gennemføres. Arbejdet dokumenterer forsøgsopsætning, usikkerhedsvurderinger, mikrostruktur- og hårdhedsstudier samt FE-modelverifikation, og peger på behovet for nye, bedre kontrollerede prøver og yderligere test for at kunne vurdere butt-svejstesamlingers lav-cyklus udmattelse pålideligt.
[This apstract has been generated with the help of AI directly from the project full text]