1999

Kähönen, Asko; Pärssinen, Valtteri; Ilvonen, Reijo; Siljander, Aslak

Ajoneuvorakenteisiin kohdistuvat kuormitukset ovat pääasiassa väsyttäviä, joten on välttämätöntä mitoittaa ne myös väsymiskestävyyden mukaan. Väsymiskestoikää voidaan parantaa huomattavasti suunnitteluvaiheessa, vaikka todellisia ajonaikaisia rasituksia ei vielä tarkasti tunnetakaan. Ajoneuvorakenteiden suunnitteluvaiheessa tarvittavia kuormituksia ja rasituksia voidaan selvittää simulointimenetelmien tai prototyyppivaiheen kenttämittausten avulla. Kuitenkin kaikkien rasituksia aiheuttavien parametrien huomioon ottaminen etukäteen on käytännössä mahdotonta. Putkipalkkiliitoksille soveltuu parhaiten hot spot -väsymismitoitusmenetelmä ja tietyissä tapauksissa myös nimellisten jännitysten menetelmä, jonka jännityskonsentraatiokertoimet (SCF) saadaan kirjallisuudesta, PC-ohjelmista tai FEM-laskelmien avulla. Putkipalkkien lujuusteknisiä ominaisuuksia voidaan hyödyntää monipuolisesti ajoneuvorakenteissa. Hyvän taivutus- ja vääntöjäykkyyden vuoksi putkipalkit soveltuvat moniin käyttökohteisiin. Laaja mittavalikoima tukee painon optimointia ja helpottaa suunnittelua. Valmistuksen aikainen käsittely, ruostesuojaus ja kokoonpano helpottuvat sekä siirto- ja käyttökustannukset pienenevät. Putkipalkkien käytöllä rungossa päästään helposti joko ajo-ominaisuuksien tai kestävyyden kannalta riittävään vääntöjäykkyyteen. Myös korirakenteissa on mahdollista hyödyntää putkipalkkien ominaisuuksia, sillä turvarakenteilta vaadittava kuormankantokyky ja energian absorbointikyky on putkipalkeilla hyvä. Väännön mukaan joustavissa rakenteissa putkipalkin suuri vääntöjäykkyys saattaa aiheuttaa paikallisia rasituksia, jotka on otettava mitoituksessa huomioon. Lujien terästen käytöstä on lähinnä tarkasteltu niiden soveltuvuutta väsyttävästi kuormitettuihin rakenteisiin. Tietyin rajoituksin lujien terästen parempaa staattista kestävyyttä voidaan hyödyntää myös väsyttävästi kuormitetuissa rakenteissa. Tällöin rakenteen tai komponentin kuormituskertymän muoto on ratkaisevaa. Mikäli suuria kuormitusvaihteluita on vähän ja staattisen keskijännityksen suhde jännitysvaihteluihin on suuri, voidaan parempaa staattista lujuutta hyödyntää. Uusimpia tuloksia lujien terästen käytöstä väsyttävästi kuormitetuissa rakenteissa on tarkasteltu mm. tätä tutkimusta rahoittaneen NI-projektin loppuraportin ja käynnissä olevien muiden tutkimusprojektien tulosten avulla.