Yhteystiedot

Ammattilehti.fi
Vironkatu 9, 00170 Helsinki
www.ammattilehti.fi

Janne Jokela
janne.jokela@ammattilehti.fi
050 412 9030

Taneli Jokela
taneli.jokela@ammattilehti.fi
050 320 8174

Tero Lahtinen
tero.lahtinen@ammattilehti.fi
050 464 7972

Satunnaiset kuvat

Materiaalit väsyvät kuten urheilijat

04.03.2018 9.11

vasyyyy.jpg

Mekaanisella väsymisellä tarkoitetaan rakenteen tai rakenneosan vähittäistä vaurioitumista toistuvan vaihtuvan kuormitusrasituksen alaisena. Rakennustekniikassa väsymisilmiöiden huomioiminen on tulossa yhä tärkeämmäksi rakenteiden hoikistumisen seurauksena käytettäessä yhä lujempia materiaalilaatuja.

(kuva: Laserpinnoitetun sauvan väsymiskuormituskoe. Kuva Jarmo Poutala)

Rakenteiden mekaniikan tutkimusryhmässä on tutkittu väsymisilmiöitä useiden vuosien ajan niin kokeellisesti kuin teoreettisin ja laskennallisin menetelmin. Väsymisilmiöiden analysointimenetelmät ovat usein perustuneet varsin vanhanaikaisiin periaatteisiin. Erityisesti epäsäännöllisen kuormitusspektrin ja moniaksiaalisen jännitystilan analysointi on perustunut redusointeihin yksiulotteisen jännityshistorian käsittelyyn heuristisiin analogioiden avulla.  Tutkimusryhmässämme on kehitetty uudenlaista evoluutioyhtälöpohjaista väsymisanalysointimenetelmää, joka poistaa monet klassisen analysointimenetelmän puutteet ja epämääräisyydet ja käsittelee väsymisilmiötä prosessina eikä tilasuureiden määrittelemänä vauriotapahtumana.

Perinteisesti väsymisanalysointimenetelmät on jaettu kahteen pääryhmään, joka perustuu siihen, kuinka paljon epäelastisia venymiä kuormitusprosessissa syntyy. Nämä ovat myötöväsyminen, engl. low cycle fatigue (LCF), jolloin rakenteeseen syntyy merkittäviä plastisia muodonmuutoksia ja väsymisikä on alhainen, ja jännitysväsyminen, engl. high cycle fatigue (HCF), jolloin käyttäytyminen on pääosin elastista ja vaurioituminen on hyvin rajoittunutta materiaalivirheiden, sulkeumien ja pienhuokosten ympäristössä.

Myötöväsymis- ja jännitysväsymisaluetta voitaisiin verrata erilaisiin juoksumatkoihin. Lyhyillä matkoilla energiantuotto tapahtuu pääasiassa anaerobisesti ja väsymisen aiheuttaa maitohapon liiallinen kertyminen lihaksiin.  Tätä vastaa myötöväsymisalue, jossa plastisten muodonmuutosten kasautuminen johtaa murtumaan. Pidemmillä juoksumatkoilla energia tuotetaan aerobisesti ja väsyminen on huomattavasti monimutkaisempi prosessi, johon vaikuttavat lihasten entsyymiaktiivisuus, maitohapon poistomekanismien teho jne.  Näin on myös jännitysväsymisen kanssa, sen mikromekaaniset syyt ovat moninaiset ja juontavat juurensa materiaalin mikrorakenteesta. Juoksussa transitio anaerobisen ja aerobisen energiatuoton välillä tapahtuu noin kahden minuutin suoritusajalla, vastaten noin 800 metrin juoksua, tällöin energiaa tuotetaan kummillakin mekanismeilla yhtä paljon. Säännöllisessä syklisessä kuormituksessa myötö- ja jännitysväsymisen muutosalue on noin tuhannen ja kymmenentuhannen kuormitusjakson välillä.

Evoluutioyhtälöpohjainen väsymisanalysointimenetelmä mahdollistaa väsymisalueiden yhtenäisen käsittelyn.  Myös erilaiset spesifit ongelmat, kuten jännityskeskittymien huomioonotto voidaan tehdä konsistentisti ilman taulukoituja korjauskertoimia.  Myös laajentaminen stokastisten prosessien suuntaan on luontevaa, sillä malli perustuu differentiaaliyhtälöihin.  Anisotropian huomioiminen onnistuu helposti, toisin kuin paljon käytetyissä kriittisen tason malleissa. Evoluutioyhtälöpohjaisia väsymismalleja on sovellettu menestyksellisesti metalleihin ja polymeereihin. Laajentaminen hauraiden aineiden, kuten betonin, käsittelyyn on mahdollista.

www.tut.fi

15.03.2024 20.00KATSO 15.3. LÄHETYS! Ammattilehden Hyviä uutisia! tarjoaa kuljetus-, maarakennus- ja metsäalan tuoreet kuulumiset
14.03.2024 11.00Valmet toimittaa uuden keittimen yläerottimen Södra Cellin Mönsteråsin tehtaalle Ruotsiin
12.03.2024 11.00Yksityisen sektorin tehdyn työtunnin kustannus nousi 4,3 % loka-joulukuussa 2023
10.03.2024 14.44Katso video kaivukoneiden lumenveiston SM-kisoista Juupajoelta - taidetta hydrauliikan voimalla
08.03.2024 20.00KATSO TÄSTÄ 200. LÄHETYS! Ammattilehden Hyviä uutisia! tarjoaa kuljetus-, maarakennus- ja metsäalan tuoreet kuulumiset
05.03.2024 13.22Ruotsalaisvalmistaja kasvattaa kulma- ja tasojyrsintäratkaisujen tarjontaa uudella jyrsinterällä
04.03.2024 11.00AVS-Yhtiöt Oy siirtyy Beijer Tech:n omistukseen
04.03.2024 8.00SEW-EURODRIVE Oy vahvistaa toimintaansa investoimalla Hollolassa
01.03.2024 19.00KATSO TÄSTÄ 1.3. LÄHETYS! Ammattilehden Hyviä uutisia! tarjoaa kuljetus-, maarakennus- ja metsäalan tuoreet kuulumiset
28.02.2024 8.00Teollisuuden tuottajahinnat laskivat vuoden 2024 tammikuussa 5,4 % vuoden takaisesta

Siirry arkistoon »