Väitös, Konetekniikka, DI Matti Rautiainen

Väitöskirjan nimi: Traction force approach for fatigue assessment of complex welded connections  

Väittelijä: Matti Rautiainen
Vastaväittäjä: Prof. Johan Maljaars, Eindhoven University of Technology, Hollanti
Kustos: Prof. Heikki Remes, Aalto-yliopiston insinööritieteiden korkeakoulu 

Kestävän kehityksen periaatteiden mukaisesti optimoidut rakenteet voivat pienentää valmistuksesta ja elinkaaren aikana aiheutuvia hiilidioksidipäästöjä ja valmistuskustannuksia samanaikaisesti. Suunnittelunäkökulmasta tällaiset monimutkaiset rakenteet ovat kuitenkin erittäin haastavia sillä rakenteen väsymisiän määrittämiseen kuluva aika, analyysien vaativuus, sekä kustannukset kasvavat merkittävästi. Tässä väitöstyössä tutkittiin hitsattujen teräsrakenteiden väsymisiän ennustemallinnusta tilanteissa, joissa hitsattu liitos pyritään valmistamaan minimoimalla työvaiheiden määrää.

Monimutkaisten ja kolmiulotteisten hitsattujen rakenteiden väsymiskestävyyttä ja yksinkertaistettuja väsymismitoitusmalleja on tutkittu vähän, tutkimuksen keskittyessä tarkempiin ennustemalleihin. Tarkkojen mallien käyttö suurissa rakenteissa, kuten risteilylaivoissa, voi kuitenkin olla suunnittelun läpimenoajan, työmäärän ja tarvittavan tiedon tarkkuuden kannalta hankalaa. Tämän tutkimuksen tavoitteena oli kehittää optimaalinen mitoitusmenetelmä monimutkaisten rakenteiden suunnitteluun. Tutkimuksessa kehitetty reaktiovoimamenetelmä yksinkertaistaa rakenteen jännitystilaa, sallien kasvavan mallinnusvirheen. Virheen suuruuden todettiin pysyvän tietyin rajoituksin hyväksyttävällä tasolla. Jännitysarvona käytettävä paikallinen nimellisjännitys todettiin täysmittakaavakokeiden avulla sopivaksi määrittämään rakenteen väsymiskestävyys. Tulosten laajamittainen käyttöönotto vaatii kuitenkin lisäkokeita.

Tämän väitöstutkimuksen johtopäätöksenä voidaan todeta, että tarkemmat laskentamenetelmät eivät takaa luotettavaa väsymisikäennustetta monimutkaisten rakenteiden liitoksissa. Sen sijaan tutkimustulokset puoltavat yksinkertaisempaa paikallisen nimellisjännityksen menetelmää, jossa väsymismitoitukseen tarvittava jännitysarvo voidaan ratkaista tehokkaasti työssä kehitetyllä reaktiovoimamenetelmällä. 

Avainsanat: Väsyminen, hitsiliitos, hitsin juuri, paikallinen nimellisjännitysmenetelmä 

Linkki väitöskirjan sähköiseen esittelykappaleeseen (esillä 7 päivää ennen väitöstä): Aalto-yliopiston riiputussivu.

Yhteystiedot: matti.rautiainen@aalto.fi