Determining the fatigue resistance of a crane rail extension weld by crack growth modeling

Abstract

Tässä kandidaatintyössä tarkasteltiin siltanosturin ratakiskon osatunkeumahitsatun jatkoshitsin väsymiskestävyyttä. Tavoitteena oli määrittää liitoksen FAT-luokka ja selvittää hitsaussyvyyden ja kiskon kulumisen vaikutusta väsymiskestävyyteen. Tutkimus liittyy nosturirakenteiden standardointityöhön, rakenteelle ei ole suoraan määritelty tarkkaa yksityiskohtaa eurokoodeissa. Väsymiskestävyyttä arvioitiin laskennallisesti murtumismekaniikkaan perustuvalla särönkasvumallilla. Tarkastelu perustui Franc2D-ohjelmalla määritettyihin jännitysintensiteettikertoimiin, joista liitoksen kestoikä ja FAT-luokka laskettiin. Tulokset osoittivat, että hitsaussyvyyden kasvattaminen paransi väsymiskestävyyttä. Kiskon kuluminen heikensi sitä kaikissa tapauksissa, esimerkiksi 50 % hitsaussyvyydellä FAT-luokka laski arvosta 40 arvoon 25 kiskon kuluessa 25 % täydestä korkeudesta, 30 % hitsaussyvyydellä vastaavasti arvosta 40 arvoon 16. Tarkastelluilla geometriavaihtoehdoilla tavoiteltua FAT-luokkaa ei saavutettu.This bachelor’s thesis examines the fatigue strength of a partial penetration extension weld in a crane runway rail. The goal was to determine the FAT class of the joint and to examine the effects of weld penetration depth and rail wear on fatigue strength. The study is related to standardization work of crane structures, as no specific detail for this structure is defined in the Eurocodes. The fatigue strength was evaluated numerically using fracture mechanics-based crack growth modelling. The analysis was based on stress intensity factors obtained with the Franc2D software, from which fatigue life and FAT class were calculated. The results showed that increasing weld penetration depth improved fatigue strength. Rail wear reduced it in all cases, for example at 50 % weld penetration the FAT class decreased from 40 to 25, and at 30 % penetration correspondingly from 40 to 16. The targeted FAT class was not achieved with the examined geometries