Kitkaväsymisen varmuuskerroin

Abstract

Nykyaikana koneenosien suunnittelussa pyritään yhä enemmän ennakoimaan koneenosien kuormituksia ja kestävyyksiä simulaatiomallien avulla. Joitakin koneenosissa ilmeneviä ongelmia on hankala tai kallis testata fyysisesti. Eräs menetelmä tällaisten ongelmien ratkaisemiseen on virtuaalisesti suoritettavan analysoinnin hyödyntäminen. Dynaamisesti kuormitetuissa koneenosien liitoksissa haasteen aiheuttaa kitkaväsyminen, jonka analysoiminen on vaikeaa. Kitkaväsymisen seurauksena kappaleisiin aiheutuu säröjä tavallista väsymistä nopeammin. Tämän vuoksi onkin tärkeää, että kitkaväsymisprosessi pystytään mallintamaan ja koneenosia pystytään mitoittamaan sitä vastaan.

Tämän tutkimuksen tavoitteena on löytää yhtenäinen kriteeri, jonka avulla voitaisiin yksiselitteisesti arvioida kitkaväsymisellä kuormitetun kappaleen murtuminen tai kestäminen. Tämän kriteerin löytämiseksi tarkastellaan särönkasvua kitkaväsymisessä.

Tutkimuksen teoriaosuudessa selvitetään kitkaväsymisen ja siihen läheisesti liittyvän värähtelykulumisen yleisiä periaatteita. Lisäksi käsitellään särön syntymisen ja särönkasvun teoriaa. Tutkimusosuudessa luodaan ja analysoidaan aikaisempiin kokeisiin perustuva simulaatiomalli. Tulosanalyysissa mallista laskettuja jännitysintensiteettikertoimia verrataan jännitysintensiteettikertoimen kynnysarvoon ja vertailun perusteella etsitään parametriyhdistelmiä, jotka ennustavat näytekappaleiden murtumisen. Näiden perusteella voidaan laskea varmuuskerroin kitkaväsymiselle.

Tutkimuksessa särönkasvua ja kappaleen mahdollista murtumista onnistuttiin ennustamaan varsin hyvin. Lisäksi suurin osa laskentamallien tuloksista vastasi varsin hyvin aikaisempia kokeellisia tutkimuksia. Tutkimuksessa muodostettiin tapa varmuuskertoimen laskemiseksi, mutta tämä tutkimus ei ole riittävä siihen, että voitaisiin tehdä täysin varmoja johtopäätöksiä särönkasvun ennustettavuudesta. Tutkimus toimii kuitenkin hyvänä perustana samankaltaisia menetelmiä hyödyntäville jatkotutkimuksille.