Abstract

Rozwój technologiczny umożliwił wytwarzanie nowych, innowacyjnych cienkościennych konstrukcji wielowarstwowych – stalowych paneli typu sandwich. Jednym z najważniejszych czynników z punktu widzenia bezpieczeństwa tego typu konstrukcji jest wiarygodna ocena trwałości zmęczeniowej spoin laserowych łączących poszycia i usztywnienia paneli. Spoiny te prezentują znacząco odmienne własności wytrzymałościowe, a w tym trwałość zmęczeniową, w porównaniu z połączeniami wykonywanymi innymi metodami. W pracy szczegółowo zbadano geometrię i własności materiałowe spoin laserowych stalowych paneli sandwichowych. Przeanalizowano aspekty modelowania numerycznego połączeń spawanych metodą MES i zbudowano model spoiny laserowej. Wyniki koncentracji odkształceń w rejonie karbu grani, uzyskane z obliczeń numerycznych, zweryfikowano w oparciu o wyniki doświadczalne odkształceń uzyskane optyczną metodą laserowej ekstensometrii siatkowej. Właściwą ocenę trwałości złączy laserowych paneli sandwichowych wykonano wg hipotezy lokalnych naprężeń, z fikcyjnym zaokrągleniem karbu. Przeanalizowano wpływ zaokrąglenia karbów na wyniki odkształceń i naprężeń, a następnie zaproponowano promień geometrii zastępczej karbów właściwy dla analizowanego połączenia. Wyznaczono współczynnik koncentracji geometrycznej Kt dla analizowanych złączy laserowych. Następnie obliczono efektywny współczynnik koncentracji naprężeń Kf. Dla spoin laserowych zaobserwowano znaczącą rozbieżność pomiędzy wynikami obliczeniowymi, a wynikami eksperymentalnymi. Jako przyczynę wskazano wpływ zmian materiałowych w spoinie będących efektem nowej technologii spawania. W oparciu o badania zmęczeniowe mikropróbek materiałowych różnych spoin, wyznaczono zależność wiążącą wpływ zmian materiałowych, wyrażonych poprzez twardość, z trwałością zmęczeniową do inicjacji pęknięcia dla umownej liczby Ni=2e6 cykli. Zależność ta pozwala wyznaczyć współczynnik materiałowy fm, mający zastosowanie w korygowaniu obliczeniowego współczynnika koncentracji naprężęń Kf w lokalnym, naprężeniowym podejściu zmęczeniowym. Wykazano, że uwzględnienie, obok efektu karbu, również wpływu zmian własności materiału w spoinie, wyrażonego rozkładem twardości, znacznie zwiększa dokładność obliczeń zmęczeniowych dla stalowych paneli typu sandwich, jak i innych spoin wykonanych technikami spawania laserowego, czy też hybrydowego.

Author (1)