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

Share |
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

19.06.2018 9:11Metsolle merkittävät, yhteensä yli 8 000 venttiilin tilaukset Kiinasta
18.06.2018 9:44Eurodainu-rengaspainemittarit sekä Quicker-painemittarit nyt Dunlop Hiflexilta
17.06.2018 9:11Bosch Rexroth expands additive manufacturing
16.06.2018 11:11TTY panostaa tekoälyn soveltamiseen teollisuudessa
15.06.2018 11:11Teollisuuden liikevaihto kasvoi vuoden ensimmäisellä neljänneksellä 5,8 prosenttia
14.06.2018 9:00Wärtsilä näyttää tietä kohti 100 % uusiutuvan energian tulevaisuutta
13.06.2018 9:00Polarteknik Oy ostaa PneumaXpert Oy:n liiketoiminnan
12.06.2018 12:22Uudet timanttihiomalaikat pyöreiden työkalujen CNC-hiontaan
11.06.2018 12:01Prosessialan oppimistulokset arvioitu - osaaminen lähes erinomaista, työelämälähtöisyys melko hyvällä tasolla
11.06.2018 11:35SSAB Europe suunnittelee putkituotantonsa uudelleenjärjestelyä

Siirry arkistoon »