Putkipalkkien ja korkealujuuksisten terästen käyttö ajoneuvorakenteissa

Translated title of the contribution: High strength steel and structural hollow sections tubes in vehicle structures

Asko Kähönen, Valtteri Pärssinen, Reijo Ilvonen, Aslak Siljander

Research output: Book/ReportReport

Abstract

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.
Original languageFinnish
Place of PublicationEspoo
PublisherVTT Technical Research Centre of Finland
Number of pages44
ISBN (Electronic)951-38-5626-7
ISBN (Print)951-38-5625-9
Publication statusPublished - 1999
MoE publication typeD4 Published development or research report or study

Publication series

SeriesVTT Tiedotteita - Meddelanden - Research Notes
Number2008
ISSN1235-0605

Fingerprint

steel

Keywords

  • vehicles
  • structural loads
  • constructions
  • hollow section tubes
  • high strength steel
  • fatigue design
  • fatigue loads
  • rectangular structures
  • circular structures
  • static strength
  • real duty stresses

Cite this

Kähönen, A., Pärssinen, V., Ilvonen, R., & Siljander, A. (1999). Putkipalkkien ja korkealujuuksisten terästen käyttö ajoneuvorakenteissa. Espoo: VTT Technical Research Centre of Finland. VTT Tiedotteita - Meddelanden - Research Notes, No. 2008
Kähönen, Asko ; Pärssinen, Valtteri ; Ilvonen, Reijo ; Siljander, Aslak. / Putkipalkkien ja korkealujuuksisten terästen käyttö ajoneuvorakenteissa. Espoo : VTT Technical Research Centre of Finland, 1999. 44 p. (VTT Tiedotteita - Meddelanden - Research Notes; No. 2008).
@book{4106e6be422a4eec8cb6ce29f46069ad,
title = "Putkipalkkien ja korkealujuuksisten ter{\"a}sten k{\"a}ytt{\"o} ajoneuvorakenteissa",
abstract = "Ajoneuvorakenteisiin kohdistuvat kuormitukset ovat p{\"a}{\"a}asiassa v{\"a}sytt{\"a}vi{\"a}, joten on v{\"a}ltt{\"a}m{\"a}t{\"o}nt{\"a} mitoittaa ne my{\"o}s v{\"a}symiskest{\"a}vyyden mukaan. V{\"a}symiskestoik{\"a}{\"a} voidaan parantaa huomattavasti suunnitteluvaiheessa, vaikka todellisia ajonaikaisia rasituksia ei viel{\"a} tarkasti tunnetakaan. Ajoneuvorakenteiden suunnitteluvaiheessa tarvittavia kuormituksia ja rasituksia voidaan selvitt{\"a}{\"a} simulointimenetelmien tai prototyyppivaiheen kentt{\"a}mittausten avulla. Kuitenkin kaikkien rasituksia aiheuttavien parametrien huomioon ottaminen etuk{\"a}teen on k{\"a}yt{\"a}nn{\"o}ss{\"a} mahdotonta. Putkipalkkiliitoksille soveltuu parhaiten hot spot -v{\"a}symismitoitusmenetelm{\"a} ja tietyiss{\"a} tapauksissa my{\"o}s nimellisten j{\"a}nnitysten menetelm{\"a}, jonka j{\"a}nnityskonsentraatiokertoimet (SCF) saadaan kirjallisuudesta, PC-ohjelmista tai FEM-laskelmien avulla. Putkipalkkien lujuusteknisi{\"a} ominaisuuksia voidaan hy{\"o}dynt{\"a}{\"a} monipuolisesti ajoneuvorakenteissa. Hyv{\"a}n taivutus- ja v{\"a}{\"a}nt{\"o}j{\"a}ykkyyden vuoksi putkipalkit soveltuvat moniin k{\"a}ytt{\"o}kohteisiin. Laaja mittavalikoima tukee painon optimointia ja helpottaa suunnittelua. Valmistuksen aikainen k{\"a}sittely, ruostesuojaus ja kokoonpano helpottuvat sek{\"a} siirto- ja k{\"a}ytt{\"o}kustannukset pienenev{\"a}t. Putkipalkkien k{\"a}yt{\"o}ll{\"a} rungossa p{\"a}{\"a}st{\"a}{\"a}n helposti joko ajo-ominaisuuksien tai kest{\"a}vyyden kannalta riitt{\"a}v{\"a}{\"a}n v{\"a}{\"a}nt{\"o}j{\"a}ykkyyteen. My{\"o}s korirakenteissa on mahdollista hy{\"o}dynt{\"a}{\"a} putkipalkkien ominaisuuksia, sill{\"a} turvarakenteilta vaadittava kuormankantokyky ja energian absorbointikyky on putkipalkeilla hyv{\"a}. V{\"a}{\"a}nn{\"o}n mukaan joustavissa rakenteissa putkipalkin suuri v{\"a}{\"a}nt{\"o}j{\"a}ykkyys saattaa aiheuttaa paikallisia rasituksia, jotka on otettava mitoituksessa huomioon. Lujien ter{\"a}sten k{\"a}yt{\"o}st{\"a} on l{\"a}hinn{\"a} tarkasteltu niiden soveltuvuutta v{\"a}sytt{\"a}v{\"a}sti kuormitettuihin rakenteisiin. Tietyin rajoituksin lujien ter{\"a}sten parempaa staattista kest{\"a}vyytt{\"a} voidaan hy{\"o}dynt{\"a}{\"a} my{\"o}s v{\"a}sytt{\"a}v{\"a}sti kuormitetuissa rakenteissa. T{\"a}ll{\"o}in rakenteen tai komponentin kuormituskertym{\"a}n muoto on ratkaisevaa. Mik{\"a}li suuria kuormitusvaihteluita on v{\"a}h{\"a}n ja staattisen keskij{\"a}nnityksen suhde j{\"a}nnitysvaihteluihin on suuri, voidaan parempaa staattista lujuutta hy{\"o}dynt{\"a}{\"a}. Uusimpia tuloksia lujien ter{\"a}sten k{\"a}yt{\"o}st{\"a} v{\"a}sytt{\"a}v{\"a}sti kuormitetuissa rakenteissa on tarkasteltu mm. t{\"a}t{\"a} tutkimusta rahoittaneen NI-projektin loppuraportin ja k{\"a}ynniss{\"a} olevien muiden tutkimusprojektien tulosten avulla.",
keywords = "vehicles, structural loads, constructions, hollow section tubes, high strength steel, fatigue design, fatigue loads, rectangular structures, circular structures, static strength, real duty stresses",
author = "Asko K{\"a}h{\"o}nen and Valtteri P{\"a}rssinen and Reijo Ilvonen and Aslak Siljander",
note = "Project code: V9SU00148",
year = "1999",
language = "Finnish",
isbn = "951-38-5625-9",
series = "VTT Tiedotteita - Meddelanden - Research Notes",
publisher = "VTT Technical Research Centre of Finland",
number = "2008",
address = "Finland",

}

Kähönen, A, Pärssinen, V, Ilvonen, R & Siljander, A 1999, Putkipalkkien ja korkealujuuksisten terästen käyttö ajoneuvorakenteissa. VTT Tiedotteita - Meddelanden - Research Notes, no. 2008, VTT Technical Research Centre of Finland, Espoo.

Putkipalkkien ja korkealujuuksisten terästen käyttö ajoneuvorakenteissa. / Kähönen, Asko; Pärssinen, Valtteri; Ilvonen, Reijo; Siljander, Aslak.

Espoo : VTT Technical Research Centre of Finland, 1999. 44 p. (VTT Tiedotteita - Meddelanden - Research Notes; No. 2008).

Research output: Book/ReportReport

TY - BOOK

T1 - Putkipalkkien ja korkealujuuksisten terästen käyttö ajoneuvorakenteissa

AU - Kähönen, Asko

AU - Pärssinen, Valtteri

AU - Ilvonen, Reijo

AU - Siljander, Aslak

N1 - Project code: V9SU00148

PY - 1999

Y1 - 1999

N2 - 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.

AB - 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.

KW - vehicles

KW - structural loads

KW - constructions

KW - hollow section tubes

KW - high strength steel

KW - fatigue design

KW - fatigue loads

KW - rectangular structures

KW - circular structures

KW - static strength

KW - real duty stresses

M3 - Report

SN - 951-38-5625-9

T3 - VTT Tiedotteita - Meddelanden - Research Notes

BT - Putkipalkkien ja korkealujuuksisten terästen käyttö ajoneuvorakenteissa

PB - VTT Technical Research Centre of Finland

CY - Espoo

ER -

Kähönen A, Pärssinen V, Ilvonen R, Siljander A. Putkipalkkien ja korkealujuuksisten terästen käyttö ajoneuvorakenteissa. Espoo: VTT Technical Research Centre of Finland, 1999. 44 p. (VTT Tiedotteita - Meddelanden - Research Notes; No. 2008).