search query: @instructor Vuorikari, Hannu / total: 4
results-list
reference: 1 / 4
« previous | next »
Author:Roiko, Andrew
Title:The extreme value analysis of non-metallic inclusions and their effect on the fatigue limit of steel
Ääriarvoanalyysi epämetallista sulkeumista ja niiden vaikutus teräksen väsymisrajaan
Publication type:Master's thesis
Publication year:2010
Pages:88      Language:   eng
Department/School:Koneenrakennustekniikan laitos
Main subject:Koneenrakennuksen materiaalitekniikka   (Kon-67)
Supervisor:Hänninen, Hannu
Instructor:Vuorikari, Hannu ; Juvonen, Pekko
OEVS:
Electronic archive copy is available via Aalto Thesis Database.
Instructions
close

Reading digital theses in the closed network of the Aalto University Harald Herlin Learning Centre

In the closed network of Learning Centre you can read digital and digitized theses not available in the open network.

The Learning Centre contact details and opening hours: https://learningcentre.aalto.fi/en/harald-herlin-learning-centre/

You can read theses on the Learning Centre customer computers, which are available on all floors.

Logging on to the customer computers

  • Aalto University staff members log on to the customer computer using the Aalto username and password.
  • Other customers log on using a shared username and password.

Opening a thesis

  • On the desktop of the customer computers, you will find an icon titled:

    Aalto Thesis Database

  • Click on the icon to search for and open the thesis you are looking for from Aaltodoc database. You can find the thesis file by clicking the link on the OEV or OEVS field.

Reading the thesis

  • You can either print the thesis or read it on the customer computer screen.
  • You cannot save the thesis file on a flash drive or email it.
  • You cannot copy text or images from the file.
  • You cannot edit the file.

Printing the thesis

  • You can print the thesis for your personal study or research use.
  • Aalto University students and staff members may print black-and-white prints on the PrintingPoint devices when using the computer with personal Aalto username and password. Color printing is possible using the printer u90203-psc3, which is located near the customer service. Color printing is subject to a charge to Aalto University students and staff members.
  • Other customers can use the printer u90203-psc3. All printing is subject to a charge to non-University members.
Location:P1 Ark Aalto     | Archive
Keywords:fatigue limit
non-metallic inclusions
extreme value analysis
väsymisraja
epämetallinen sulkeuma
ääriarvoanalyysi
Abstract (eng):The increasing demand for stronger and more reliable machines has driven the study of the different mechanisms that cause mechanical failure. The most common type of mechanical failure is fatigue. The understanding of the causes of fatigue crack initiation and propagation can help prevent fatigue failure. The location of fatigue crack nucleation usually takes place at points of high stress intensity. Inclusions found in steel cause a rise in stress intensity which can lead to fatigue crack nucleation and growth.

The objective of this work is to determine the fatigue strength of the steel taken from a paper machine thermo roll, and to compare the estimated fatigue strength and its standard deviation with the estimated extreme value distribution of the inclusions found on the fracture surface of the fatigue test bars as well as to the estimated extreme value distribution of the inclusions found on polished specimen.

In the theory section of this thesis the causes of fatigue crack growth and the empirical modelling of it are described. The types of inclusions found in steel and the effects that they have on the fatigue limit of steel are reviewed as well. The extreme value theory for the modelling of extreme phenomena is troduced along with a standard method for the application of extreme value theory to the sqrt (area) of the inclusions found in steels. The use of this data to calculate the lower fatigue limit is called the mi-Endo model. A theoretical model used to predict survival probability of materials that contain defects, called the weakest link theory, is reviewed but not used in this thesis.

The experimental part of the thesis is the fatigue testing of 61 test bars that were taken from a paper machine thermo roll. The estimation and comparison of the fatigue strength and its deviation was done using the staircase and binomial analysis methods. The results from these estimations are compared to the theoretically predicted upper and lower fatigue limit. The inclusions in the steel were studied with standardized inspection of polished specimen using an automatic program called INCA Feature. The fracture surfaces were studied with a SEM to locate the site of fatigue crack nucleation. The extreme value analysis of the inclusion sqrt (area) found on the polished specimen is compared with the extreme value analysis of the inclusions sqrt (area) that were found at the crack initiation site on the fracture surfaces.

The tangential test bars had a fatigue limit that was 100 MPa lower and showed three times more scatter than the axial test bars. The average size of the tangential test bar inclusion was a dominant factor causing fatigue failure, which is not the case with the axial test bars. The inclusion distribution obtained from the polished specimen is not representative of the inclusion distribution found on the fracture surfaces. Further study is needed to understand the relationship between the inclusions found on the standard inspection surface and the fracture surface. The effect the inclusion distribution has on the fatigue limit and standard deviation of steel should be researched more.
Abstract (fin):Kasvava kysyntä entistä kestävämmille ja luotettavimmille koneille on johtanut tutkimuksiin eri mekanismeista, jotka aiheuttavat mekaanisia vaurioita. Yleisin mekaanisen vaurion aiheuttaja on väsyminen. Ymmärtääksemme syyt, jotka johtavat väsymissärön ydintymiseen ja etenemiseen auttaa ehkäisemään väsymistä. Väsymissärö ydintyy yleensä siellä, missä on suurin jännitysintensiteetti. Sulkeuma teräksessä aiheuttaa kohonneen jännitysintensiteetin, joka voi aiheuttaa väsymissärön ydintymisen ja kasvun.

Tämän työn tarkoituksena on määrittää paperikoneen termotelan teräksen väsymislujuus ja sen keskihajonta. Arvioitua väsymislujuutta ja sen keskihajontaa verrataan väsymislujuuteen, joka on laskettu soveltamalla Murakamin ääriarvoteoriaa, jossa käytetään murtopinnoista ja kiillotetuista hieistä löydettyjen sulkeumien sqrt (pinta-ala) ääriarvojakaumaa.

Tämän tutkimuksen teoriaosassa kuvataan syyt väsymissärön ydintymiseen ja kasvuun ja sen empiiriseen mallinnukseen. Lisäksi tarkastellaan eri sulkeumatyyppejä, joita löytyy teräksestä ja millaisia vaikutuksia niillä on teräksen väsymisrajaan. Murakami-Endon mallissa sovelletaan ääriarvo-teoriaa mallintamaan sulkeuman sqrt (pinta-ala), josta voidaan laskea alempi väsymisraja. Heikoimman lenkin teoriaa käytetään ennustamaan vaurioitumisen todennäköisyyttä materiaaleista, jotka sisältävät virheitä, mutta sitä ei sovelleta tässä työssä.

Kokeellisessa osassa suoritettiin väsymiskoe 61 koesauvalle, jotka oli otettu paperikoneen termotelasta. Väsymislujuuden ja sen keskihajonnan arviointi ja vertailu tehtiin käyttäen stair-case ja binomijakauman analyysimenetelmiä. Tuloksia näistä menetelmistä verrattiin teoreettisesti ennustettuihin väsymislujuuden ylä- ja alarajoihin. Teräksen sulkeumapitoisuus tutkittiin standardoidulla menetelmällä, jossa kiillotettu hie analysoitiin automaattisella ohjelmalla nimeltä INCA Feature. Murtumapinnat tutkittiin SEM:llä, jolla löydettiin kohta, josta väsymissärö ydintyi. Ääriarvoanalyysi tehtiin niistä sulkeuman sqrt (pinta-ala), jotka löytyivät kiillotetusta hieestä ja näitä tuloksia verrattiin väsymissärön ydintymiskohdista löydetyn sulkeuman sqrt (pinta-ala) ääriarvonanalyysin tuloksiin.

Tangentiaalisten väsymissauvojen väsymisraja oli 100 MPa matalampi ja siinä oli kolme kertaa enemmän hajontaa kuin aksiaalisväsymissauvoilla. Ääriarvoteorian keskimääräinen sulkeumakoko oli tärkeä tekijä tangentiaalisten sauvojen väsymisvauriossa. Tämä ei kuitenkaan pitänyt paikkaansa askialisauvoilla. Sulkeuman ääriarvon kokojakauma, joka saatiin kiillotetusta hieestä, ei kuvannut hyvin sulkeumajoukkoa, joka löytyi väsymissärön ydintymiskohdista. Lisätutkimusta tarvitaan, että voidaan ymmärtää kiillotetusta hieestä löydetyn sulkeuman koon jakauman mahdollinen merkitys ja suhde väsymissärön ydintymiskohdista löydettyihin sulkeumiin. Sulkeumajakauman vaikutusta väsymisrajaan ja sen hajontaan pitää tutkia lisää.
ED:2010-03-19
INSSI record number: 39323
+ add basket
« previous | next »
INSSI